在建立一個新植物的組織培養體系時,基本培養基的篩選是首先要研究的問題之一。從Gautheret和White早期提出的愈傷組織培養基和根培養基到現在發展的各種培養基,營養成分及其濃度差異很大,根據George等統計,截至1987年在國際期刊上公開發表的培養基有685種[1]。雖然許多培養基之間具有或多或少的衍生關系,而且常用的培養基種類遠遠低于這個數目,但如何從眾多的培養基中選擇其中幾種進行試驗以篩選出適合于特定植物的培養基仍常常是令研究者頭痛的一件事情,一般的做法是參考對近緣植物的研究結果并結合研究者的經驗選擇少數幾種培養基進行比較試驗,因此選擇的盲目性較大,很有可能漏選最適培養基。本文利用多元統計方法,對常用基本培養基成份進行了研究,以期為組織培養研究中基本培養基的篩選提供依據。

　　1 數據來源與分析方法

　　在大量查閱文獻資料的基礎上,選擇了較為常用的 14 種基本培養基(White、MS、B5、SH 、N6、NN、DKW、WPM、H 、Miller、Heller、ER、NT、LS)為樣本、成分為變量利用DPSv3.01軟件進行Q型聚類分析和主成分分析。對于配方中缺少的成分其含量用0表示。聚類分析前數據經規格化變換(極差正規化),采用卡方距離計算距離系數,利用離差平方和法進行系統聚類。

　　2 結果

　　2.1 聚類分析

　　由表1可看出,在14種基本培養基中MS與LS最為相似(距離系數0.330 6),其次是NN與H(0.579 8),Heller與DKW及H之間的差異最大,其距離系數分別為1.629 0和1.496 8。由圖1可看出,所采用的聚類方法聚類效果較好,在1.40的聚類水平上可將14種培養基分成4類,第1類包括3種培養基(White,Miller,Heller),第2類括6種培養基(MS,LS,ER,NT,NN,H),第3類括3種培養基(B5,N6,SH),第4類括2種培養基(DKW,WPM)。

　　表1 14種基本培養基間的距離系數

　　

 

　　2.2 主成分分析

　　分別按大量元素、微量元素和有機成分進行主成分分析,表2給出了其前5個主成分的特征值、貢獻率、累計貢獻率和特征向量?？梢钥闯?大量元素第 1、2、3、4、5 主成分分別代表 Na2SO4、KNO3、Na-Fe-EDTA 、NH4NO3和 MgSO4.7H2O,它們權重系數分別為-0.382 56,-0.494 46,-0.442 63,-0.491 68 和 -0.448 3。微量元素第 1、2、3、4、5主成分分別代表 MnSO4·H2O、NiSO4·6H2O、H3BO3、Zn(NO3)2·6H2O 和 H3BO3,它們權重系數分別為 0.412 08、-0.478 19、0.465 08、-0.602 73和0.541 84。有機成分第1主成分代表葉酸和生物素,它們的權重系數分別是0.600 15和0.600 15,第2主成分代表肌醇和硫胺素,它們的權重系數分別是0.532 81和0.530 52,第3主成分代表谷氨酰胺,其權重系數為0.874 42。

　　

 

　　圖1 14種基本培養基的系統聚類圖

　　表2 主成分分析結果

　　

 

　　3 討論

　　迄今世界上已研制出許多基本培養基的配方,通常根據培養基的成分和元素的濃度等特點將它們分為四類,即:富集元素平衡培養基(包括MS、LS、BL、ER等)、高硝酸鉀含量培養基(包括B5、N6、SH等)、中等無機鹽含量的培養基(包括 H、Nitsch、Miller等)和低無機鹽培養基(包括 White、WS、HE等)[7].可以看出,本研究所劃歸的第3類與高硝酸鉀含量培養基類完全對應、第1類與低無機鹽培養基類基本對應、第2類與富集元素平衡培養基類基本對應,從而反映了本文分類的合理性,同時根據各培養基間的距離系數(表1)可進一步了解同類培養基之間差異性的相對大小,這是傳統分類所不及的。

　　聚類分析選擇的截集水平不同,分類數就會不同。該文選擇截集水平1.40時可分為4類。如果選擇截集水平1.84時可分為2類、1.60時可分為3類、1.25時可分為5類等。在實際工作中可根據工作量的大小事先確定用于初步篩選的基本培養基的數量,再根據這一要求確定聚類水平,然后可根據文獻資料和個人經驗從每1類中選出1種培養基進行試驗,確定出較適宜的基本培養基后,再結合距離系數(表1)和聚類結果(圖1),找出與該培養基最為相似的若干種培養基進行比較,從而確定最適基本培養基。然后再分別根據大量元素、微量元素和有機成分主成分分析的結果,首先考慮第1主成分,再依次考慮其它主成分,選取權重系數較大的若干成分調整其濃度進行比較試驗,以確定最佳配方,這樣便可以大大提高工作效率。

　　植物組織培養所用基本培養基種類很多,本文僅選取了14種較為常用的基本培養基進行了聚類分析和主成分分析,在實際應用中若想從更多基本培養基中進行篩選,可參考本文所采用的方法另行研究和使用。另外,從主成分分析的結果看,降維效果不十分明顯,對于大量元素第1主成分的貢獻率僅為32.2%,前5個主成分的累積貢獻率僅達到80.4%,對于微量元素第1主成分的貢獻率僅為30.2%,前5個主成分的累積貢獻率僅達到82.9%,對于有機物質第1主成分的貢獻率僅為31.1%,前4個主成分的累積貢獻率僅達到83.3%。所以根據主成分分析結果調整某些重要成分的濃度以優化培養基的效果可能不甚明顯,這時不僅要考慮第1主成分,而且要考慮第2和第3主成分,不僅要考慮權重系數最大的培養基成分,而且要考慮權重系數次大的成分。

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