基于主成分分析篩選核桃種子最佳浸種時間

劉凱　王雙　高儀　王紅霞　張志華

摘要：為進一步優化核桃（Juglans regia L.）種子浸種時間，對在不同浸種時間條件下播種的核桃幼苗發芽率、樹體特征（株高、干莖、主根長、須根長、葉面積、葉綠素含量）與葉片營養物質（氮、磷、鉀、鈣、鎂等礦質元素）進行主成分分析，按照主成分貢獻率計算不同浸種時間的綜合得分，篩選出最適合的浸種時間。結果表明，主成分分析適用于優化核桃種子浸種時間，得到浸種時間為5 d綜合得分最高，浸種1 d綜合得分最低。

關鍵詞：主成分分析;核桃（Juglans regia L.）;播種;浸種時間

中圖分類號：S664.1? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）15-0072-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.15.016? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Selecting the optimum soaking time of walnut seeds based on principal component analysis

LIU Kai1，WANG Shuang1，GAO Yi2，WANG Hong-xia1，ZHANG Zhi-hua1

（a.Mountainous Areas Research Institute/Hebei Mountain Area Agricultural Engineering Technology Research Center/Agricultural Engineering Technology Research Center in Northern Mountain Area of China;b.College of Horticulture，Hebei Agricultural University，Baoding 071001，Hebei，China）

Abstract： In order to further optimize the seed soaking time of walnut （Juglans regia L.） in the mountain area， principal component analysis was carried out on seedlings germination rate， tree body characteristics（plant height， stem， root length， root length， leaf area， chlorophyll content） and leaf nutrients （N， P， K， Ca， Mg and other mineral elements） of walnut seedlings in the condition of sowing in different soaking time. According to the comprehensive score of principal component contribution rate to calculate the different soaking time， the most suitable soaking time were analyzed and screened. The results showed that the principal component analysis were suitable for walnut seed soaking time screening， and when the soaking time was 5 days， the total score was the highest， and the lowest score was in 1 day seed soaking.

Key words： principal component analysis; walnut（Juglans regia L.）; sowing; seed soaking time

在綜合評價中，常使用的統計分析方法是主成分分析法[1]。由于主成分為綜合變量，且相互獨立，所以用主成分值作為優系選擇指標，可以較準確地了解各處理的綜合表現[2]。核桃（Juglans regia L.），又名胡桃，為胡桃科胡桃屬的落葉喬木，是重要的用材樹種、生態樹種、經濟樹種和生物質能源樹種，具有較高的營養價值和保健功能[3]。中國核桃栽培歷史悠久，品種繁多，栽培面積居世界第一位。目前，中國核桃新品種繁育多用砧木芽接的方法，而砧木則由核桃種子播種而成。前人研究指出，核桃播種前需浸種7～10 d[4-9]，以去除種子中抑制萌發的物質，但未探討浸種時間長短對核桃種子發芽率、幼苗樹體的影響。本研究通過研究不同浸種時間對核桃種子的發芽率、幼苗樹體特征及葉片礦物質營養的影響，采用主成分分析法綜合評價不同浸種時間的效果，以期為提高苗木繁育效率提供理論依據。

1? 材料與方法

1.1? 試驗地點

試驗田位于保定市河北農業大學標本園，春季干燥多風，夏季炎熱多雨，雨、熱同季，年平均降水量498.9 mm，降水集中在每年6—8月，7月最多;室內檢測在河北農業大學山區研究所林果實驗室進行。試驗田土壤基本情況：土壤pH 7.9，含水量為15.86%，有機質7.248 5 g/kg，全氮0.630 5 g/kg，全磷0.396 8 g/kg，全鉀7.201 7 g/kg。

1.2? 試驗材料

供試材料為2016年采收的贊美種子。選擇成熟飽滿、果型一致、重量大致相同的核桃進行預處理，浸種時間分別為1、2、3、4、5、6、7 d。每組36粒，冷水浸泡每天換1次水，使其吸水膨脹，達到浸泡天數取出，中午暴曬2 h，開口后即可播種。播種時間為3月29日，播種密度為0.5 m×0.3 m，溝播，播種時將種子縫合線垂直地面，深度為5 cm。調查發芽率，測量株高、干徑、主根長、須根長、復葉面積等;測定葉片葉綠素含量、礦物質含量等。

1.3? 試驗儀器

AA3連續流動分析儀;UV2000紫外分光光度計;電子天平（精度1/1 000 g）;SH220N石墨消解儀;原子吸收光度計;101-2型電熱鼓風干燥箱;超純水儀;KQ-500E超聲波清洗儀;CI-302便攜式激光葉面積儀;盒尺;游標卡尺等。

1.4? 方法

全氮：經消煮[10]后，采用AA3連續流動分析儀測定[11]。全磷：采用鉬銻抗比色法測定[10]。全鉀：采用原子吸收光度計法測定[10]。有機質：采用重鉻酸鉀容量法測定[10]。礦質元素：樣品消煮[12]后，采用原子吸收光度計法測定。

1.5? 數據處理與分析

采用Excel和SPSS 17.0軟件對試驗數據進行處理[13]。

2? 結果與分析

2.1? 不同浸種時間對核桃幼苗發育的影響

由表1可以看出，浸種5 d時核桃幼苗株高最高，達到27.00 cm，最低是浸種1 d處理，為17.66 cm，相差9.34 cm，浸種5、6、7 d的核桃幼苗株高差異不明顯。核桃幼苗干徑隨浸種天數的延長呈先上升后下降的趨勢，浸種5 d時達到頂峰，為9.22 mm，后趨于穩定。浸種5 d的種子主根長度達到最長，達到33.67 cm，是浸種1 d主根長度的1.35倍。須根長在不同浸種時間處理下差異不明顯。不同浸種處理下核桃幼苗葉綠素含量、復葉面積、干物質比差異不明顯。造成各處理間差異的原因可能是隨著浸種時間的延長，核桃種子中抑制萌發生長的物質析出，因此浸種時間長的種子，出苗后的生長速度較快。

由表2可知，核桃葉片中各礦質元素的含量差異較大，浸種1 d幼苗葉片中全氮、全磷含量最高;浸種5 d幼苗葉片中全鉀含量最高，浸種1 d全鉀含量最低，僅占浸種5 d幼苗葉片含量的68.24%。浸種4 d幼苗葉片鈣含量最低，僅為0.147 5 g/kg，之后隨著浸種時間的增加，含量逐漸增加。鐵含量隨著浸種時間的延長而增加，直到浸種5 d幼苗葉片中含量最高，之后含量下降。銅含量在不同浸種時間下差異不明顯。鋅含量與鐵含量變化趨勢接近，隨著浸種時間增加，到浸種5 d幼苗葉片中含量達到最高，之后下降。鈉含量在浸種5 d時達到了0.431 3 μg/g，是浸種1 d幼苗葉片鈉含量的18倍。不同浸種時間幼苗葉片中鎂含量和錳含量趨于穩定，變化不大。各處理間葉片營養元素含量差異的主要原因可能與土壤中的礦質元素含量有關，也可能與根系吸收的能力有關。

2.2? 數據標準化處理

在對各評價指標進行主成分分析前，首先要用SPSS 17.0軟件對各個指標進行標準化處理，標準化后的結果見表3、表4。

2.3? 主成分提取和貢獻率

依據主成分特征值大于1的原則進行主成分提取，共提取4個主成分（表5）。第1主成分對總方差的貢獻率為55.856%，第2主成分對總方差的貢獻率為16.814%，第3主成分對總方差的貢獻率為13.335%，第4主成分對總方差的貢獻率為7.743%，說明這4個主成分可以反映該試驗中原始數據的93.768%的信息。

2.4? 特征向量計算

由表6可以看出，在不同成分里不同影響因子載荷越大，相關性越強。主成分1中發芽率、株高、干徑、主根長、須根長、全鉀、鐵含量占比較高;主成分2中葉綠素含量與葉片中鈣含量占比較高;主成分3中復葉面積與葉片中銅含量占比較高;主成分4中干物質比與葉片中錳含量占比較高。

通過SPSS 17.0軟件可以得到成分得分系數矩陣（表6），列出了4個特征根對應的特征向量，即各主要成分解析表達式中的標準化變量的系數向量。根據主成分分析法相關矩陣特征向量，由表3、表4、表 6得到特征向量，詳見表7。

列出主成分的函數式：

F1=0.094Z1+0.096Z2+0.093Z3+0.086Z4+0.091Z5+0.035Z6+0.033Z7+0.044Z8-0.073Z9-0.076Z10+0.094Z11+0.030Z12-0.084Z13+0.095Z14-0.039Z15+0.076Z16+0.089Z17-0.024Z18

F2=-0.020Z1-0.016Z2-0.045Z3+0.125Z4+0.043Z5+0.267Z6-0.214Z7+0.156Z8+0.158Z9+0.157Z10-0.063Z11+0.224Z12+0.028Z13+0.070Z14+0.122Z15+0.120Z16-0.106Z17-0.136Z18

F3=0.087Z1+0.070Z2-0.097Z3-0.130Z4+0.104Z5-0.105Z6+0.283Z7+0.009Z8-0.047Z9-0.071Z10+0.025Z11+0.255Z12-0.043Z13-0.063Z14+0.313Z15-0.164Z16-0.094 1Z17-0.25Z18

F4=-0.037Z1+0.091Z2+0.124Z3+0.037Z4+0.037Z5+0.019Z6+0.005Z7+0.421Z8-0.264Z9+0.024Z10-0.062Z11+0.048Z12+0.353Z13+0.075Z14+0.257Z15-0.225Z16+0.049Z17+0.432Z18