郭海如 崔雪梅 李春生

摘要：为研究油菜在B、Cu胁迫下的生理响应机制，找出最佳的B、Cu浓度配比，采用5种不同浓度的Cu溶液和3种不同浓度的B溶液交叉处理盆栽油菜幼苗，脅迫20 d后测定油菜的叶绿素含量、蛋白质含量、硝态氮含量、淀粉酶活性、丙二醛含量以及过氧化物酶活性。采用主成分分析法分析不同处理下各指标的变化规律。结果表明，T200B1组合时综合权重最高，即B 0.5 mg/L 、Cu 200 mg/L配施时对各项综合指标最好，其次是Cu 100 mg/L、B 0.5 mg/L，说明0.5 mg/L的B对高浓度的Cu胁迫有较好的缓解作用，适量的B、Cu施用对油菜生长有很好的促进作用。各项指标在主成分中的权重排序得出，不同B、Cu处理对叶绿素影响最大。

关键词：主成分分析法;重金属元素;生理指标;油菜

中图分类号： S634.301  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）14-0096-03

油菜在我国的种植面积和总产量均居世界首位，其油产量在国产食用植物油中占50%以上[1]。近年来，我国油菜产量出现徘徊与下滑，尤其是2005—2007年我国油菜生产连续3年下滑，面积减少近20%[2]，国家的植物油的供应受到直接影响，造成我国植物油总消费量对外依存度一度达到61%，严重受制于国际供给[3]。这就需要我们从科研的层面上来研究如何提高油菜的产量和改善油菜的品质。营养元素硼（B）和重金属元素铜（Cu）均是高等植物生长发育所必需的微量元素，是影响油菜产量和品质的重要元素。

我国土壤普遍缺B，油菜缺B会导致花而不实和返花现象，因而要及时施B肥补充，但是B适合作物生长的范围非常窄，控制不当就容易出现缺B与B毒害现象[4-6]。Cu对植物正常的生理代谢、生长发育和产量形成起着重要的作用，但如果土壤中Cu过量，植物体内过量的Cu就会抑制酶的活性，加剧植株体内膜脂过氧化，导致植物生理代谢紊乱，从而对植物产生毒性作用。研究发现，过量Cu抑制了植物对N、P、K、Ca、Mg、S及微量元素的吸收[7-10]。

土壤环境中存在离子的拮抗或促进作用，目前国内外研究B、Cu对油菜生长的影响主要集中在单一元素的胁迫上，而缺乏2种元素同时作用于油菜的生理响应研究，也很少运用综合分析方法找出最佳的配施比[11-12]。本研究用5种不同浓度的Cu溶液和3种不同浓度的B溶液交叉处理盆栽油菜幼苗，处理结束后测定油菜幼苗的叶绿素、蛋白质、硝态氮、淀粉酶、丙二醛含量以及过氧化物酶活性等指标。采用主成分分析法分析不同处理下各指标的变化规律，找出B、Cu的最佳施用浓度以及不同处理对各项指标的影响差异，以期为油菜的高产、稳产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试油菜品种为油霸旺，2016年9—12月在湖北工程学院智慧农业重点实验室实验基地进行试验。

1.2 试验方法

试验选取质量饱满、大小均匀的油菜种子，用 0.525% 的NaClO溶液浸泡25 min，清水洗净后用去离子水浸泡过夜，次日挑选沉于下方的种子进行催芽。将种子均匀放置在铺有2层滤纸的托盘中，用蒸馏水浸润滤纸，以滤纸上积累的水量恰好不流动为宜。将托盘放入25 ℃、光照度为4 lx、型号是MJX-250B-Z的恒温培养箱中培养，每隔8 h浇1次水，水量均等。3 d后种子露白，将种子移入装有沙土的45个花盆中继续培养（10株/盆），开始改浇1/2霍格兰营养液，时间间隔与蒸馏水一致。21 d后，待幼苗长出5～6张子叶、幼茎较硬时，将45盆油菜随机分成3组，每组3个重复，进行B、Cu胁迫处理。Cu溶液用CuSO4配制，浓度设置为0、25、75、100、200 mg/L，B溶液用Na2B4O7配制，浓度设置为0、0.5、1.0 mg/L。胁迫处理20 d后，取油菜样品测定各项生理指标，各个指标测定方法如表2所示。

1.3 数据处理

所有数据均为3次重复的平均值，在MATLAB环境下采用主成分分析法处理数据。

2 结果与分析

2.1 B、Cu各处理对油菜生理指标的影响

用不同浓度的B、Cu交叉处理油菜幼苗，测定油菜幼苗各项生理指标（表3）。从表3可以看出，单独供Cu时，随着Cu浓度的增加，油菜叶绿素a/b、总叶绿素含量、蛋白质含量、硝态氮含量均是先增加后降低;淀粉酶活性则先降低再增加后又降低，但均低于对照;过氧化物酶活性随着Cu浓度的增加而降低;丙二醛含量随着铜浓度的增加而增加。单独供B时，与对照相比，油菜叶绿素含量差异不明显;蛋白质含量随着B浓度的增加先降低再增加，但均低于对照;硝态氮含量、淀粉酶活性随B浓度先增加后降低，均高于对照;过氧化物酶活性则随着B浓度的增加而降低;丙二醛含量随着B浓度的增加而增加。与对照相比，油菜各项生理指标的变化差异不明显。

B、Cu配合施用时，叶绿素含量、蛋白质含量、淀粉酶活性、过氧化物酶活性均是低浓度B（0.5 mg/L）和Cu组合明显高于高浓度B（1.0 mg/L）和Cu的组合;当0.5 mg/L的B和200 mg/L的Cu配施时，油菜的叶绿素含量、蛋白质含量、淀粉酶活性、过氧化物酶活性均高于单施200 mg/L Cu的情况，丙二醛含量则明显低于单施200 mg/L Cu的情况，说明B对高浓度的Cu有较好的缓解作用;硝态氮含量、丙二醛含量在低浓度B（0.5 mg/L）和Cu组合高于高浓度B（1.0 mg/L）和Cu配施的组合，说明高浓度B和Cu配施可以减少硝态氮、丙二醛的产生。

2.2 主成分分析B、Cu交互作用下油菜生理指标变化规律

从试验数据很难得出不同浓度的B、Cu胁迫处理对油菜各项指标的综合影响。采用主成分分析法对数据进行分析处理。在MATLAB环境下编写程序[13-16]，采用zscore（）对表3中的数据进行标准化，并且采用corrcoef（）函数求出标准化后的相关系数矩阵（表4）。从表4可以看出，叶绿素b含量和总叶绿素含量相关性很强，总叶绿素含量、硝态氮含量变化与过氧化物酶活性相关性比较强，丙二醛含量变化与硝态氮含量变化、过氧化物酶活性负相关性比较强，其他指标相关性一般。

采用pcacov（）函数计算表4中相关系数矩阵的特征值、方差贡献率和累积贡献率（表5）。前4个主成分累计贡献率达到89.768 19%，濃缩了源数据的大部分信息，因此提取前4个成分作为分析不同盐浓度下各指标的特征。

前4个特征根对应的特征向量如表6所示，第一主成分主要反映叶绿素a含量、叶绿素b含量、总叶绿素含量、丙二醛含量，第二主成分主要反映过硝态氮含量、过氧化物酶活性，第三主成分主要反映淀粉酶活性，第四主成分主要反映蛋白质含量和淀粉酶活性。分别以4个主成分的贡献率为权重，构建主成分综合模型表达式如下：

Z=0.473 317 9y1+0.191 216 2y2+0.147 591y3+0.085 556 78y4。

把不同B、Cu处理下的4个主成分值代入上式，以各自的贡献率为权数进行加权求和，求出不同B、Cu处理下各指标的综合排名（表7）。从表7中可以看出，T200B1组合时综合权重最高，排名第一，说明当B浓度为0.5 mg/L、Cu浓度为200 mg/L配施时对各项指标最好，其次是T100B1、T75B0，分别是第2、第3名;对照组排名13，最差的是T25B1组合，说明低浓度的B、Cu产生了相互抑制作用。

最后，进一步计算各指标在主成分中的权重，并对各指标的权重进行排序，反过来可以分析不同B、Cu处理浓度对各指标的影响程度。各指标在主成分中的权重及排序如表8所示，从表8可以看出，不同B、Cu浓度对叶绿素影响最大。其次是蛋白质含量，对硝态氮含量变化影响最小。

3 小结

单独供Cu时，油菜叶绿素a含量、叶绿素b含量、总叶绿素含量、蛋白质含量、过氧化物酶活性、硝态氮含量均是先增加后降低;而淀粉酶活性则先降低再增加后又降低;丙二醛含量随着Cu浓度的增加而增加。说明适量Cu对叶绿素、蛋白质和硝态氮含量及过氧化酶活性均有促进作用，且能抑制丙二醛的产生，提高油菜的抗逆性。单独供B时，与对照相比，油菜各项生理指标的变化差异不明显。B、Cu配合施用时，叶绿素含量、蛋白质含量、淀粉酶含量、过氧化酶活性均是低浓度B（0.5 mg/L）和Cu组合明显高于高浓度B（1.0 mg/L）和Cu的组合;当0.5 mg/L的B和200 mg/L的Cu配施时，油菜的叶绿素含量、蛋白质含量、淀粉酶活性、过氧化物酶活性均高于单施200 mg/L Cu的情况，丙二醛含量则明显低于单施200 mg/L Cu的情况，说明B对高浓度的Cu有较好的缓解作用;硝态氮含量、丙二醛含量在低浓度B（0.5 mg/L）和Cu组合高于高浓度B和Cu配施的组合，说明高浓度B和Cu配施可以减少硝态氮、丙二醛的产生。

运用主成分分析法对各项指标进行综合分析，结果表明，T200B1组合时综合权重最高，即B 0.5 mg/L、Cu 200 mg/L配施时对各项指标最好，其次是Cu 100 mg/L、B 0.5 mg/L，而对照组排名13，说明适量的B、Cu施用对油菜生长有很好的促进作用;最差的是T25B1组合，说明低浓度的B、Cu产生了相互抑制作用。

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