基于主成分分析筛选核桃种子最佳浸种时间

刘凯　王双　高仪　王红霞　张志华

摘要：为进一步优化核桃（Juglans regia L.）种子浸种时间，对在不同浸种时间条件下播种的核桃幼苗发芽率、树体特征（株高、干茎、主根长、须根长、叶面积、叶绿素含量）与叶片营养物质（氮、磷、钾、钙、镁等矿质元素）进行主成分分析，按照主成分贡献率计算不同浸种时间的综合得分，筛选出最适合的浸种时间。结果表明，主成分分析适用于优化核桃种子浸种时间，得到浸种时间为5 d综合得分最高，浸种1 d综合得分最低。

关键词：主成分分析;核桃（Juglans regia L.）;播种;浸种时间

中图分类号：S664.1         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2019）15-0072-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.15.016           开放科学（资源服务）标识码（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

在综合评价中，常使用的统计分析方法是主成分分析法[1]。由于主成分为综合变量，且相互独立，所以用主成分值作为优系选择指标，可以较准确地了解各处理的综合表现[2]。核桃（Juglans regia L.），又名胡桃，为胡桃科胡桃属的落叶乔木，是重要的用材树种、生态树种、经济树种和生物质能源树种，具有较高的营养价值和保健功能[3]。中国核桃栽培历史悠久，品种繁多，栽培面积居世界第一位。目前，中国核桃新品种繁育多用砧木芽接的方法，而砧木则由核桃种子播种而成。前人研究指出，核桃播种前需浸种7～10 d[4-9]，以去除种子中抑制萌發的物质，但未探讨浸种时间长短对核桃种子发芽率、幼苗树体的影响。本研究通过研究不同浸种时间对核桃种子的发芽率、幼苗树体特征及叶片矿物质营养的影响，采用主成分分析法综合评价不同浸种时间的效果，以期为提高苗木繁育效率提供理论依据。

1  材料与方法

1.1  试验地点

试验田位于保定市河北农业大学标本园，春季干燥多风，夏季炎热多雨，雨、热同季，年平均降水量498.9 mm，降水集中在每年6—8月，7月最多;室内检测在河北农业大学山区研究所林果实验室进行。试验田土壤基本情况：土壤pH 7.9，含水量为15.86%，有机质7.248 5 g/kg，全氮0.630 5 g/kg，全磷0.396 8 g/kg，全钾7.201 7 g/kg。

1.2  试验材料

供试材料为2016年采收的赞美种子。选择成熟饱满、果型一致、重量大致相同的核桃进行预处理，浸种时间分别为1、2、3、4、5、6、7 d。每组36粒，冷水浸泡每天换1次水，使其吸水膨胀，达到浸泡天数取出，中午暴晒2 h，开口后即可播种。播种时间为3月29日，播种密度为0.5 m×0.3 m，沟播，播种时将种子缝合线垂直地面，深度为5 cm。调查发芽率，测量株高、干径、主根长、须根长、复叶面积等;测定叶片叶绿素含量、矿物质含量等。

1.3  试验仪器

AA3连续流动分析仪;UV2000紫外分光光度计;电子天平（精度1/1 000 g）;SH220N石墨消解仪;原子吸收光度计;101-2型电热鼓风干燥箱;超纯水仪;KQ-500E超声波清洗仪;CI-302便携式激光叶面积仪;盒尺;游标卡尺等。

1.4  方法

全氮：经消煮[10]后，采用AA3连续流动分析仪测定[11]。全磷：采用钼锑抗比色法测定[10]。全钾：采用原子吸收光度计法测定[10]。有机质：采用重铬酸钾容量法测定[10]。矿质元素：样品消煮[12]后，采用原子吸收光度计法测定。

1.5  數据处理与分析

采用Excel和SPSS 17.0软件对试验数据进行处理[13]。

2  结果与分析

2.1  不同浸种时间对核桃幼苗发育的影响

由表1可以看出，浸种5 d时核桃幼苗株高最高，达到27.00 cm，最低是浸种1 d处理，为17.66 cm，相差9.34 cm，浸种5、6、7 d的核桃幼苗株高差异不明显。核桃幼苗干径随浸种天数的延长呈先上升后下降的趋势，浸种5 d时达到顶峰，为9.22 mm，后趋于稳定。浸种5 d的种子主根长度达到最长，达到33.67 cm，是浸种1 d主根长度的1.35倍。须根长在不同浸种时间处理下差异不明显。不同浸种处理下核桃幼苗叶绿素含量、复叶面积、干物质比差异不明显。造成各处理间差异的原因可能是随着浸种时间的延长，核桃种子中抑制萌发生长的物质析出，因此浸种时间长的种子，出苗后的生长速度较快。

由表2可知，核桃叶片中各矿质元素的含量差异较大，浸种1 d幼苗叶片中全氮、全磷含量最高;浸种5 d幼苗叶片中全钾含量最高，浸种1 d全钾含量最低，仅占浸种5 d幼苗叶片含量的68.24%。浸种4 d幼苗叶片钙含量最低，仅为0.147 5 g/kg，之后随着浸种时间的增加，含量逐渐增加。铁含量随着浸种时间的延长而增加，直到浸种5 d幼苗叶片中含量最高，之后含量下降。铜含量在不同浸种时间下差异不明显。锌含量与铁含量变化趋势接近，随着浸种时间增加，到浸种5 d幼苗叶片中含量达到最高，之后下降。钠含量在浸种5 d时达到了0.431 3 μg/g，是浸种1 d幼苗叶片钠含量的18倍。不同浸种时间幼苗叶片中镁含量和锰含量趋于稳定，变化不大。各处理间叶片营养元素含量差异的主要原因可能与土壤中的矿质元素含量有关，也可能与根系吸收的能力有关。

2.2  数据标准化处理

在对各评价指标进行主成分分析前，首先要用SPSS 17.0软件对各个指标进行标准化处理，标准化后的结果见表3、表4。

2.3  主成分提取和贡献率

依据主成分特征值大于1的原则进行主成分提取，共提取4个主成分（表5）。第1主成分对总方差的贡献率为55.856%，第2主成分对总方差的贡献率为16.814%，第3主成分对总方差的贡献率为13.335%，第4主成分对总方差的贡献率为7.743%，说明这4个主成分可以反映该试验中原始数据的93.768%的信息。

2.4  特征向量计算

由表6可以看出，在不同成分里不同影响因子载荷越大，相关性越强。主成分1中发芽率、株高、干径、主根长、须根长、全钾、铁含量占比较高;主成分2中叶绿素含量与叶片中钙含量占比较高;主成分3中复叶面积与叶片中铜含量占比较高;主成分4中干物质比与叶片中锰含量占比较高。

通过SPSS 17.0软件可以得到成分得分系数矩阵（表6），列出了4个特征根对应的特征向量，即各主要成分解析表达式中的标准化变量的系数向量。根据主成分分析法相关矩阵特征向量，由表3、表4、表 6得到特征向量，详见表7。

列出主成分的函数式：

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