基于主成分和聚類(lèi)分析對(duì)切花百合品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)

史星雲(yún),徐珊珊,李艷冬,李運(yùn)興,郭方其,殷益明*

基于主成分和聚類(lèi)分析對(duì)切花百合品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)

史星雲(yún)1,徐珊珊2,李艷冬1,李運(yùn)興1,郭方其3,殷益明1*

1. 湖州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院;湖州市農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源創(chuàng)新與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 浙江 湖州 313000 2. 雙林鎮(zhèn)公共事業(yè)服務(wù)中心, 浙江 湖州 3130002 3. 浙江省農(nóng)科院, 浙江 杭州 310021

為探明切花百合品種間差異性和建立合理評(píng)價(jià)體系，本文以‘西伯利亞’‘索邦’‘木門(mén)’等10個(gè)切花百合品種為試驗(yàn)材料，測(cè)定和觀察其植株形態(tài)指標(biāo)和瓶插壽命，運(yùn)用描述性統(tǒng)計(jì)、相關(guān)性、主成分和聚類(lèi)分析法對(duì)10個(gè)品種進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，不同切花百合品種間形態(tài)指標(biāo)和瓶插壽命存在一定差異，且各指標(biāo)變異程度不一致，其中花色澤參數(shù)a*和b*變異系數(shù)最大。通過(guò)相關(guān)性分析可知23個(gè)指標(biāo)間存在不同程度的相關(guān)性。通過(guò)主成分分析，共提取了6個(gè)主成分，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率高達(dá)94.832%，可以反映原指標(biāo)的大部分信息；10個(gè)品種綜合品質(zhì)排序從高到低依次為L(zhǎng)9、L10、L7、L3、L4、L6、L5、L8、L2和L1。通過(guò)聚類(lèi)分析可將10個(gè)切花百合品種分為3類(lèi)，基本上與主成分分析結(jié)果相一致。該研究摸清了幾個(gè)切花百合品種間的差異性，基于本試驗(yàn)條件下，紅巴塞、巴卡迪綜合品質(zhì)表現(xiàn)優(yōu)，運(yùn)用主成分和聚類(lèi)分析評(píng)價(jià)切花百合是可行的。這些對(duì)指導(dǎo)切花百合產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展有一定的參考價(jià)值。

百合; 品質(zhì)分析; 綜合評(píng)價(jià)

百合(var.)是隸屬于百合科(Liliaceae)百合屬()的一種多年生球根植物，既能食用，亦能藥用，同時(shí)也能觀賞用。作為鮮切花，因其花色豐富、花姿秀美，又寓意美好，鮮花市場(chǎng)上深受消費(fèi)者青睞與喜愛(ài)。目前，我國(guó)切花百合栽培生產(chǎn)中，常以進(jìn)口外國(guó)品種為主，自主選育品種較少。對(duì)現(xiàn)有切花百合品種基礎(chǔ)形態(tài)性狀進(jìn)行觀察、測(cè)定、分析和評(píng)價(jià)，對(duì)于我國(guó)切花百合新品種選育、種質(zhì)資源開(kāi)發(fā)利用和產(chǎn)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展等具有重要作用。

近些年來(lái)，對(duì)于切花百合研究領(lǐng)域主要集中在引種表現(xiàn)[1]、育種[2]、種球繁育[3]、栽培管理技術(shù)[4]、貯藏保鮮[5,6]、基因鑒定[7,8]以及抗逆性[9,10]等方面，而對(duì)切花百合品質(zhì)評(píng)價(jià)體系構(gòu)建方面研究相對(duì)較少。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者運(yùn)用主成分和聚類(lèi)分析等方法對(duì)花卉植物品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)，且基于花卉植物形態(tài)性狀以及觀賞性等指標(biāo)數(shù)據(jù)，比如蝴蝶蘭[11]、春蘭[12]、菊花[13]和睡蓮[14]等，而用于百合品質(zhì)評(píng)價(jià)鮮有報(bào)道。前人研究不同切花百合品種間差異評(píng)價(jià)方法過(guò)于單一[1,15]，因此，有必要運(yùn)用多種分析方法對(duì)切花百合品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)。本研究測(cè)定10個(gè)切花品種植株的株高、莖粗、葉長(zhǎng)、葉寬、葉厚度、花蕾數(shù)、第一花蕾長(zhǎng)/寬、葉鮮重、葉干重、莖鮮重、莖干重、根鮮重、根干重、花鮮重、花干重、花色澤參數(shù)（L*、a*、b*）等形態(tài)性狀以及瓶插壽命等指標(biāo)，然后運(yùn)用描述性統(tǒng)計(jì)、相關(guān)性、主成分和聚類(lèi)分析等方法進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，旨在探明不同切花百合品種間的差異性，為栽培過(guò)程中品種選擇提供一定的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)共選取‘西伯利亞’‘索邦’‘金牌’‘薇薇安娜’‘黃天霸’‘黃帝’‘木門(mén)’‘羅賓娜’‘紅巴塞’和‘巴卡迪’10個(gè)切花百合品種，代號(hào)分別為L(zhǎng)1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9和L10，種球均購(gòu)自于浙江麗彩園藝有限公司，種植于湖州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院基地大棚內(nèi)，采用基質(zhì)盆栽，基質(zhì)為河沙、珍珠巖和蛭石的混合物，每盆栽植2株，常規(guī)管理，花盆大小為：直徑23 cm、高21 cm。

1.2 測(cè)定方法

1.2.1 形態(tài)指標(biāo)的測(cè)定株高采用卷尺測(cè)定，單位為cm；莖粗、葉柄寬和葉厚采用游標(biāo)卡尺測(cè)定，單位為mm；葉長(zhǎng)、葉寬、花蕾長(zhǎng)和花蕾寬均采用直尺測(cè)定，單位為cm；根莖葉根重量均用電子版天平測(cè)定，單位為g?；ㄉ珴蓞?shù)L*、a*、b*采用NR10QC色差計(jì)進(jìn)行測(cè)定，其中，L*表示亮度，范圍為[0,100]，值越大，果面亮度越高，反之則低；a*表示紅綠色指標(biāo)，正值為紅色，負(fù)值為綠色；b*表示黃藍(lán)色指標(biāo)，正值為黃色，負(fù)值為藍(lán)色；a*和b*的范圍均為[-60,+60]，a*和b*絕對(duì)值越大，表示顏色越深[16]。最大花徑采用直尺測(cè)定，量取基部第一朵花最外層花瓣間呈十字交叉的2個(gè)長(zhǎng)度，取其最大值作為花徑大小，單位為cm，瓶插壽命從瓶插開(kāi)始到花枝上50%花瓣凋萎所需天數(shù)，單位d。

1.2.2 數(shù)據(jù)分析采用WPS Office 2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析，采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行相關(guān)性、主成分和聚類(lèi)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 切花百合品種性狀描述性統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)10個(gè)切花百合品種外觀性狀與瓶插壽命等指標(biāo)測(cè)定，由表1可以看出，株高范圍為56.45 cm～119.95 cm，平均株高為85.67 cm，變異系數(shù)15.02%；莖粗范圍為6.28 mm～12.76 mm，平均莖粗為9.52 mm，變異系數(shù)15.83%；葉片數(shù)范圍為19～81片，平均葉片數(shù)為48.47片，變異系數(shù)25.35%；葉長(zhǎng)范圍為9.85 cm～16.25 cm，平均葉長(zhǎng)為12.86 cm，變異系數(shù)11.49%；葉寬范圍為1.65 cm～3.95 cm，平均葉寬為2.61 cm，變異系數(shù)17.02%；葉厚范圍為0.33 mm～0.52 mm，平均葉厚為0.42 mm，變異系數(shù)8.57%；花蕾數(shù)范圍為2～6個(gè)，平均花蕾數(shù)為3.73個(gè)，變異系數(shù)31.74%；花蕾長(zhǎng)范圍為7.15 cm～13.55 cm，平均花蕾長(zhǎng)為10.29 cm，變異系數(shù)15.40%；花蕾寬范圍為2.35 cm～4.65 cm，平均花蕾寬為3.27 cm，變異系數(shù)16.80%；葉柄寬范圍為3.03 mm～6.83 mm，平均葉柄寬為4.54 mm，變異系數(shù)17.65%；根鮮重范圍為26.51 g～120.04 g，平均根鮮重為62.75 g，變異系數(shù)40.05%；徑鮮重范圍為12.79 g～59.23 g，平均徑鮮重為30.72 g，變異系數(shù)32.43%；葉鮮重范圍為15.31 g～49.65 g，平均葉鮮重為28.84 g，變異系數(shù)26.84%；花鮮重范圍為12.36 g～40.86 g，平均花鮮重為22.45 g，變異系數(shù)30.62%；根干重范圍為5.49 g～34.90 g，平均根干重為13.47 g，變異系數(shù)48.54%；徑干重范圍為1.86 g～7.68 g，平均徑干重為4.63 g，變異系數(shù)29.65%；葉干重范圍為1.53 g～6.25 g，平均葉干重為3.64 g，變異系數(shù)30.55%；花干重范圍為1.26 g～4.23 g，平均花干重為2.57 g，變異系數(shù)32.19%；色澤參數(shù)L*范圍為34.47～75.44 g，平均色澤參數(shù)L*為59.02，變異系數(shù)24.04%；色澤參數(shù)a*范圍為－2.63～38.39，平均色澤參數(shù)a*為14.63，變異系數(shù)103.28%；色澤參數(shù)b*范圍為－5.80～40.84，平均色澤參數(shù)b*為12.21，變異系數(shù)141.19%；最大花徑范圍為15.45 cm～23.75 cm，平均最大花徑為20.08 cm，變異系數(shù)10.11%；瓶插壽命范圍為8 d～17 d，平均瓶插壽命為12.82 d，變異系數(shù)15.53%。

從表2可以看出，色澤參數(shù)a*和b*變異系數(shù)最大，在103.2%以上；其次為根干重和根鮮重，變異系數(shù)在44.5%左右；最小的為葉厚，僅為8.57%；其他指標(biāo)變異系數(shù)均在10.1%～32.5%之間。

表1 切花百合23個(gè)性狀統(tǒng)計(jì)分析

2.2 相關(guān)性分析

對(duì)10個(gè)切花百合23項(xiàng)指標(biāo)間相關(guān)性分析可知（圖1），指標(biāo)間存在正相關(guān)或者負(fù)相關(guān)。其中有58對(duì)指標(biāo)間呈極顯著相關(guān)（＜0.01），尤其是根鮮重與根干重、徑鮮重與徑干重、葉鮮重與葉干重、色澤參數(shù)L*與a*，色澤參數(shù)a*與b*之間的相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值均在0.80以上；53對(duì)指標(biāo)間呈顯著相關(guān)（＜0.05），以上說(shuō)明切花百合性狀指標(biāo)間有較強(qiáng)的相關(guān)性，可以通過(guò)主成分析法研究切花百合指標(biāo)間的復(fù)雜關(guān)系。

注：a，株高；b，莖粗；c，葉片數(shù)；d，葉長(zhǎng)；e，葉寬；f，葉厚；g，花蕾數(shù)；h，花蕾長(zhǎng)；i，花蕾寬；j，葉柄寬；k，根鮮重；l，徑鮮重；m，葉鮮重；n，花鮮重；o，根干重；p，徑干重；q，葉干重；r，花干重；s，色澤參數(shù)L*；t，色澤參數(shù)a*；u，色澤參數(shù)b*；v，最大花徑；w，瓶插壽命

2.3 主成分分析

如表2所示，對(duì)切花百合10個(gè)品種株高、莖粗、葉長(zhǎng)和葉寬等23項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，依據(jù)特征值大于1的原則，共提取了6個(gè)主成分，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率94.832%，能夠反映不同切花百合23個(gè)性狀的整體信息。其中，第1主成分的特征值為6.259，方差貢獻(xiàn)率27.212%；第2主成分的特征值為5.497，方差貢獻(xiàn)率23.902%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率51.114%；第3主成分的特征值為4.265，方差貢獻(xiàn)率18.544%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率69.657%；第4主成分的特征值為2.908，方差貢獻(xiàn)率12.643%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率82.300%；第5主成分的特征值為1.872，方差貢獻(xiàn)率8.138%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率90.438%；第6主成分的特征值為1.011，方差貢獻(xiàn)率4.394%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率94.832%。

表2 主成分特征值、方差貢獻(xiàn)率和累計(jì)方差貢獻(xiàn)率

由主成分載荷矩陣（表3）可知，第1主成分中包株高、徑鮮重、花蕾數(shù)、瓶插壽命等代表性指標(biāo)，其中株高載荷值最高，為0.869，反映了原始信息量的27.212%；第2主成分中主要包含葉寬、顏色L*與a*、葉片數(shù)等代表性指標(biāo)，其中葉寬載荷值最高，為0.746，反映了原始信息量的23.902%；第3主成分中包含根干重、最大花徑和根鮮重等代表性指標(biāo)，其中根干重載荷值最高，為0.820，反映了原始信息量的18.544%；第4主成分中包含葉長(zhǎng)、葉厚等代表性指標(biāo)，其中葉厚載荷值最高，為0.775，反映了原始信息量的12.643%；第5主成分中包含花干重、花鮮重等代表性指標(biāo)，其中花干重載荷值最高，為0.823，反映了原始信息量的8.138%；第6主成分中包含葉鮮重等代表性指標(biāo)，其中葉鮮重載荷值最高，為0.446，反映了原始信息量的4.394%。

表3 主成分載荷矩陣

主成分分析結(jié)果中綜合得分愈高表明切花百合綜合性表現(xiàn)愈好，反之則相反。由表4可以得出，基于形態(tài)性狀和瓶插壽命指標(biāo)，10個(gè)切花百合綜合表現(xiàn)從高到底排序?yàn)椋篖9、L10、L7、L3、L4、L6、L5、L8、L2和L1。

表4 10個(gè)切花百合品種主成分得分及綜合評(píng)價(jià)

2.4 聚類(lèi)分析

以切花百合個(gè)形態(tài)指標(biāo)以及瓶插壽命等指標(biāo)為基礎(chǔ)值，采用歐氏距離和組間平均聯(lián)結(jié)法，對(duì)10個(gè)切花百合品種進(jìn)行聚類(lèi)分析。由圖2可知，當(dāng)選定表尺值為16時(shí)，可以分為3類(lèi)。第1類(lèi)包括L9和L10，主成分分析結(jié)果中排序第1和2，該類(lèi)為紅色品種，綜合品質(zhì)表現(xiàn)較好。第2類(lèi)包括L7、L3、L6和L5，主成分分析結(jié)果中排序第3、4、6和7，該類(lèi)為黃色品種，綜合品質(zhì)表現(xiàn)中等。第3類(lèi)包括L4、L8、L2和L1，主成分分析結(jié)果中排序第5、8、9和10，該類(lèi)以紅色品種為主，綜合表現(xiàn)品質(zhì)較差。該聚類(lèi)結(jié)果能充分反映出不同切花百合品種間的差異性，并且與主成分分析結(jié)果大體一致，為切花百合品種分類(lèi)、種質(zhì)資源評(píng)價(jià)和新品種選育等提供了一定的技術(shù)支撐。

圖2 不同切花百合品種聚類(lèi)樹(shù)狀圖

3 討論

變異系數(shù)是反映總體差異程度或穩(wěn)定性的一個(gè)指標(biāo)，其變異系數(shù)越大，說(shuō)明性狀變異越豐富和遺傳越不穩(wěn)定[17,18]。本研究中，切花百合23個(gè)性狀的變異系數(shù)在8.56%～141.20%之間，除葉片厚度外，所有性狀變異系數(shù)均大于10%，且部分性狀間有顯著或者極顯著相關(guān)性，說(shuō)明切花百合性狀表型變異豐富和遺傳不穩(wěn)定。切花百合主要以花觀賞為主的花卉，其花形、香味、顏色、單株花數(shù)以及瓶插壽命等均是其重要性狀，尤其是顏色是切花百合新品種選育、消費(fèi)者是否喜愛(ài)和栽培生產(chǎn)等方面的重要關(guān)注點(diǎn)[19,20]。本研究發(fā)現(xiàn)花性狀中花顏色（色澤參數(shù)a*和b*）變異系數(shù)大，均在100%以上；花蕾數(shù)、花鮮重和花干重3個(gè)花性狀變異系數(shù)相對(duì)較大，均在31%左右；而花色澤L*、花蕾長(zhǎng)、花蕾寬和最大花徑4個(gè)性狀變異系數(shù)相對(duì)較小，在10.10%～24.05%之間；這與錢(qián)遵姚[1]等人研究結(jié)果不太一致，主要是因?yàn)檫x取的品種和數(shù)量不相同?；ㄏ嚓P(guān)性狀豐富的變異為品種選育提供了大量的育種材料，切花百合綜合品質(zhì)高低尤其花品質(zhì)是品種引選和推廣應(yīng)用中重要考慮因素，其綜合表現(xiàn)受多種因素影響。

瓶插壽命是切花行業(yè)主要面臨的問(wèn)題。切花百合采收后，其瓶插壽命取決于品種采前條件、采收時(shí)間、處理方式以及采后環(huán)境（溫度、濕度和光照等）等多種因素。本研究顯示，10個(gè)切花百合瓶插壽命在15.4～23.8 d之間，試驗(yàn)處在同一環(huán)境中，基本上能反映出自身遺傳特性。現(xiàn)有大量研究表明，褪黑素[21]、水楊酸[22]、1-MCP[5]等植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑或者保鮮劑通過(guò)采前處理或者加入瓶插液中可以延長(zhǎng)保鮮時(shí)間，但其具體保鮮效果會(huì)因品種、營(yíng)養(yǎng)水平、處理模式（時(shí)間、濃度和方法等）和溫濕度、光照等因素不同而產(chǎn)生不用效果，所以，我們今后還需要大量的試驗(yàn)來(lái)研究驗(yàn)證，為延長(zhǎng)瓶插壽命提供理論支撐。

系統(tǒng)、科學(xué)的評(píng)價(jià)方法是對(duì)切花百合綜合表現(xiàn)評(píng)價(jià)的前提。主成分分析是通過(guò)變換將原來(lái)一組可能存在相關(guān)性的變量轉(zhuǎn)換為一組線性不相關(guān)的變量的一種統(tǒng)計(jì)方法[23]；聚類(lèi)分析是通過(guò)合理的方法將對(duì)象或者數(shù)據(jù)分類(lèi)到不同的類(lèi)或者簇的一個(gè)過(guò)程[24]；諸多研究表明，主成分和聚類(lèi)分析在科學(xué)研究中具有重要作用，比如在質(zhì)量評(píng)價(jià)[25,26]和分類(lèi)[27,28]等方面均有應(yīng)用。周艷萍[29]基于表型性狀運(yùn)用主成分和聚類(lèi)分析可以很好的將233份種質(zhì)分為6個(gè)類(lèi)群；同時(shí)，張克等[30]和韓鳳鳴[31]等也是基于百合形態(tài)指標(biāo)運(yùn)用主成分或者聚類(lèi)分析法來(lái)評(píng)價(jià)百合品質(zhì)。這充分說(shuō)明運(yùn)用主成分和聚類(lèi)分析可以評(píng)價(jià)不同切花百合的綜合品質(zhì)。本研究對(duì)10個(gè)不同切花百合品種的23個(gè)性狀指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，共提取了特征值大于1的6個(gè)主成分，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率94.832%，能夠反映出切花百合性狀指標(biāo)的大部分信息。同時(shí)，本研究也對(duì)10個(gè)切花百合品種進(jìn)行了聚類(lèi)分析，結(jié)果可以分為3類(lèi)，基本上與主成分分析結(jié)果一致。這也進(jìn)一步驗(yàn)證了運(yùn)用主成分和聚類(lèi)分析法在切花百合綜合評(píng)價(jià)上是可信的。

由主成分和聚類(lèi)分析結(jié)果可知，基于本試驗(yàn)條件下，紅巴塞和巴卡迪綜合表現(xiàn)較好，本研究是采用灌水施肥和病蟲(chóng)害管理等統(tǒng)一的栽培管理技術(shù)和措施，但未必是10個(gè)切花百合品種最科學(xué)合理的管理方案；在生產(chǎn)栽培中，切花百合最終表現(xiàn)受土壤類(lèi)型、溫濕度、肥水條件、海拔高度、管理水平、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑以及自身遺傳特性等多種因素的影響[4,32-35]。所以最終我們選擇適宜栽培品種時(shí)除了要考慮其綜合表現(xiàn)外，也要充分考慮市場(chǎng)供需關(guān)系、消費(fèi)者偏好等諸多因素。另外，本研究測(cè)定了切花百合形態(tài)性狀、瓶插壽命等23個(gè)指標(biāo)，但物候期、品種抗病性、貯藏保鮮特性等方面未考慮，今后應(yīng)繼續(xù)開(kāi)展相關(guān)方面研究和試驗(yàn)，旨在篩選出適合本地栽培的良種，為湖州地區(qū)切花百合進(jìn)一步發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

綜上所述，基于本試驗(yàn)條件下，紅巴塞和巴卡迪綜合表現(xiàn)優(yōu)，主成分結(jié)合聚類(lèi)分析評(píng)價(jià)切花百合是可行的。

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Comprehensive Evaluation on the Quality of Cut Lily Based on Principal Component and Cluster Analysis

SHI Xing-yun1, XU Shan-shan2, LI Yan-dong1, LI Yun-xing1, GUO Fang-qi3, YIN Yi-ming1*

1.313000,2.313012,3.310021,

The purpose of this research is to investigate the differences among cut lily cultivars and to develop a suitable rating method. The plant morphological indicators and vase life of 10 cut lily varieties such as 'Siberia' 'Sorbonne' and 'Conca d'or' were measured and observed. A comprehensive investigation of 10 cultivars was conducted using descriptive statistics, correlation, principal component and cluster analysis. The findings indicated that there were differences in morphological indicators and vase life among different cut lily cultivars, and the degree of variation of each indicator was inconsistent, with the flower color parameters a*and b*having the largest coefficient of variation. A correlation analysis of 23 indicators revealed varied degrees of association. A total of six main components were recovered using principal component analysis, with a cumulative variance contribution rate of 94.832%, and they could capture the majority of the information from the original indicator. The 10 kinds were ranked in order of overall quality L9, L10, L7, L3, L4, L6, L5, L8, L2 and L1 from high to low. Ten cultivars of cut lily may be categorized into three groups using cluster analysis, which broadly agreed with the findings of principal component analysis. This investigation uncovered the variations among 10 cut lily cultivars. Based on the testing settings, L9 and L10 demonstrated good performance in terms of comprehensive quality, and it was feasible to evaluate cut lily using principal component analysis and cluster analysis. These serve as a point of reference for directing the healthy growth of the cut lily industry.

Lily; quality analysis; comprehensive envaluation

S681.9

A

1000-2324(2023)04-0510-07

10.3969/j.issn.1000-2324.2023.04.005

2023-04-25

2023-06-05

浙江省產(chǎn)業(yè)(花卉)技術(shù)項(xiàng)目(ZJCYJS-HH06)

史星雲(yún)(1988-),男,碩士研究生,高級(jí)農(nóng)藝師,主要從事經(jīng)濟(jì)作物栽培生理與技術(shù)研究. E-mail:shixingyunlove@163.com

通訊作者:Author for correspondence. E-mail:1050420908@qq.com