武隆豬腰棗優(yōu)良單株果實(shí)品質(zhì)的主成分分析及綜合評(píng)選

辜夕容，陳 勇*，李洪飛，李秀珍，彭 秀，羅 平，趙渝麗，羅 會(huì)，李 川

(1.西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400716；2.重慶市林業(yè)科學(xué)研究院，三峽庫(kù)區(qū)森林生態(tài)保護(hù)與恢復(fù)重慶市市級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400036；3.重慶市黔江區(qū)森林資源監(jiān)測(cè)中心，重慶 409000；4.重慶市武隆縣林業(yè)局，重慶 408500；5.重慶市林木種苗站，重慶 401121)

武隆豬腰棗優(yōu)良單株果實(shí)品質(zhì)的主成分分析及綜合評(píng)選

辜夕容1,2，陳 勇2,*，李洪飛3，李秀珍2，彭 秀2，羅 平4，趙渝麗5，羅 會(huì)4，李 川1

(1.西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400716；2.重慶市林業(yè)科學(xué)研究院，三峽庫(kù)區(qū)森林生態(tài)保護(hù)與恢復(fù)重慶市市級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400036；3.重慶市黔江區(qū)森林資源監(jiān)測(cè)中心，重慶 409000；4.重慶市武隆縣林業(yè)局，重慶 408500；5.重慶市林木種苗站，重慶 401121)

根據(jù)果實(shí)主要品質(zhì)的差異，應(yīng)用主成分分析法和聚類(lèi)分析法對(duì)武隆豬腰棗的20個(gè)優(yōu)良單株進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和分類(lèi)。結(jié)果表明：武隆豬腰棗品質(zhì)由酸脆口感、VC含量、果實(shí)大小形狀及甜度4個(gè)主成分構(gòu)成，其中酸脆口感的貢獻(xiàn)率最大，占28.628%。20個(gè)優(yōu)良單株中，綜合營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高且口感偏酸脆的是4號(hào)、9號(hào)和10號(hào)，VC含量最高的是20號(hào)，核小、可食率高的是24號(hào)，個(gè)大偏圓的是1號(hào)，甜度最高的是15號(hào)。20個(gè)優(yōu)良單株可劃分為4個(gè)果實(shí)品質(zhì)差別較大的類(lèi)群。

武隆豬腰棗；優(yōu)樹(shù)選擇；主成分分析；果實(shí)品質(zhì)

武隆豬腰棗(Ziziphus jujubaMill. Cv. Wulongzhuyao Zao)，又名羊角豬腰棗，為鼠李科棗屬的一個(gè)鮮食棗地方品種，主產(chǎn)于重慶市武隆縣羊角鎮(zhèn)一帶，因其總體呈圓柱形而中部稍向內(nèi)凹陷，形似豬腰(腎)而得名。該棗皮薄肉細(xì)，脆甜味濃，汁多核小，鮮食口感極佳，為鮮食棗之上品[1]，深受當(dāng)?shù)厝罕娤矏?ài)。2006年，武隆豬腰棗被重慶市林木品種審定委員會(huì)確定為林木良種(編號(hào)：渝S-SV-ZJ-008-2006)[2]，2011年時(shí)又榮獲國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志認(rèn)定(編號(hào)：AGI00411)[3]。

武隆豬腰棗主要集中分布在武隆縣羊角、土坎兩個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的烏江兩岸，分布區(qū)域約2000hm2，呈零星散生分布，垂直海拔200～1000m，現(xiàn)有原生資源約1.5萬(wàn)余株，其中100年生以上實(shí)生大樹(shù)1000株左右。近幾年，武隆縣林業(yè)局組織專(zhuān)門(mén)人員對(duì)武隆豬腰棗的分布、生長(zhǎng)、結(jié)實(shí)和抗性等方面作了全面調(diào)查并建立起動(dòng)態(tài)信息管理檔案[2]，在2006—2010年間又由重慶市林木種苗站牽頭開(kāi)展了無(wú)性系選育工作，在原生資源中初選出20株優(yōu)樹(shù)。本研究即以此為基礎(chǔ)，分析測(cè)試武隆豬腰棗的果實(shí)特性，然后對(duì)它們作主成分分析，計(jì)算各株優(yōu)樹(shù)的綜合得分，篩選出果實(shí)品質(zhì)優(yōu)良的武隆豬腰棗優(yōu)樹(shù)，以?xún)?yōu)中選優(yōu)，為建立優(yōu)樹(shù)的無(wú)性系采穗圃提供基礎(chǔ)材料和數(shù)據(jù)，促進(jìn)武隆豬腰棗產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試優(yōu)樹(shù)為經(jīng)初選后的武隆豬腰棗的20個(gè)優(yōu)良單株，由重慶市武隆縣林業(yè)局提供。在2006—2010年的武隆豬腰棗成熟期(即每年的8－9月)，分別采摘初選優(yōu)樹(shù)樹(shù)冠外圍中上部的成熟果實(shí)，剔除畸形果、爛果后混勻貯于4℃冰箱中，立即測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。

所有試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

WYA-2S數(shù)字阿貝折射儀 河南兄弟儀器設(shè)備有限公司；BN-85D30691SP-722E型可見(jiàn)分光光度計(jì) 上海滬峰生物科技有限公司。

1.3 指標(biāo)的測(cè)定[4]

果實(shí)密度采用量筒法測(cè)定，果實(shí)可溶性固形物含量采用阿貝折射儀法測(cè)定，可滴定酸含量采用氫氧化鈉滴定法測(cè)定，氨基酸含量采用茚三酮顯色法測(cè)定，果實(shí)VC含量采用2,6-二氯靛酚滴定法測(cè)定。果形指數(shù)、鮮果可食率和固酸比分別按下式計(jì)算。

以上實(shí)驗(yàn)均重復(fù)5次，每次取6個(gè)以上果實(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，取平均值作數(shù)據(jù)分析。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

應(yīng)用SPSS 11.5軟件包中的主成分分析程序，從樣本相關(guān)矩陣出發(fā)，對(duì)原始數(shù)據(jù)作標(biāo)準(zhǔn)化處理后計(jì)算各性狀的特征值和方差貢獻(xiàn)率，以性狀特征值大于1為依據(jù)，確定主成分的個(gè)數(shù)，再據(jù)各性狀的特征向量，列出主成分的函數(shù)表達(dá)式，然后計(jì)算各優(yōu)株綜合得分，選擇出武隆豬腰棗優(yōu)樹(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 武隆豬腰棗果實(shí)品質(zhì)的主成分分析

20株武隆豬腰棗優(yōu)良單株果實(shí)的主要品質(zhì)原始數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。將表1中前8個(gè)果實(shí)性狀經(jīng)旋轉(zhuǎn)處理后轉(zhuǎn)化為8個(gè)主成分，由它們的方差貢獻(xiàn)率和累積方差貢獻(xiàn)率(表2)可知，前4個(gè)主成分的累積方差貢獻(xiàn)率為83.773%，表明它們已能代表全部營(yíng)養(yǎng)性狀84%的信息，因此可將這4個(gè)主成分作為武隆豬腰棗果實(shí)品質(zhì)選擇的綜合指標(biāo)。

由初始因子載荷矩陣及表2中各主成分的特征值可計(jì)算得到武隆豬腰棗果實(shí)品質(zhì)相關(guān)陣的特征向量(表3)，將得到的特征向量與標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)相乘，即可得到4個(gè)主成分函數(shù)表達(dá)式(式中ZX表示標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù))：

在第一主成分F1中，X7、X6具有較大的正系數(shù)值，X4具有較大的負(fù)系數(shù)值，表明第一主成分主要代表武隆豬腰棗的氨基酸含量、可滴定酸含量以及松脆程度這3個(gè)主要品質(zhì)，它們主要反映了人們食用武隆豬腰棗時(shí)的酸脆口感，因此可將第一主成分視為酸脆指標(biāo)。

第二主成分F2中，X3的系數(shù)較大且為正值，而X8具有較大的負(fù)系數(shù)值，表明第二主成分主要反映了武隆豬腰棗的可食率和VC含量這兩個(gè)主要品質(zhì)，可將其視為VC指標(biāo)。

第三主成分F3中的X1具有較大的正系數(shù)值，而X2具有較大的負(fù)系數(shù)值，表明第三主成分主要反映了武隆豬腰棗的單果質(zhì)量和果形指數(shù)這兩個(gè)主要品質(zhì)，可將其視為果實(shí)大小形狀指標(biāo)。

第四主成分F4的主要特征向量來(lái)源于X5，即果實(shí)可溶性固形物含量在第四主成分中具有決定性作用。由于可溶性固形物中以可溶性糖為主，是果實(shí)甜味的主要來(lái)源[5]，因此可將第四主成分視為武隆豬腰棗的甜度指標(biāo)。

表1 武隆豬腰棗優(yōu)良單株的果實(shí)品質(zhì)Table 1 Fruit quality characteristics of Wulongzhuyao jujube

表2 武隆豬腰棗果實(shí)品質(zhì)主成分的方差貢獻(xiàn)率Table 2 Variance contribution rates of principal components to the quality characteristics of Wulongzhuyao jujube

表3 武隆豬腰棗果實(shí)品質(zhì)相關(guān)陣的特征向量Table 3 Eigenvectors of corresponding matrix for fruit characteristics of Wulongzhuyao jujube

2.2 武隆豬腰棗優(yōu)良單株的綜合評(píng)選

以每個(gè)主成分所對(duì)應(yīng)的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比例作為權(quán)重，即可計(jì)算得到主成分綜合得分模型：

表4 20株武隆豬腰棗優(yōu)樹(shù)的主成分因子得分Table 4 Scores of principal component factors from 20 wulongzhuyao jujube trees

由各主成分函數(shù)表達(dá)式及主成分綜合模型可計(jì)算出各個(gè)優(yōu)良單株的主成分值并對(duì)其進(jìn)行排序，得到表4所示結(jié)果?？傮w上看，在20個(gè)單株中營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)綜合得分排在前3的是4號(hào)、9號(hào)和10號(hào)。4號(hào)的F1、F2和F4值排名都較居前，而F3值卻排名最后，說(shuō)明其主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在F1、F2和F4上，即它的氨基酸含量、可滴定酸含量、可溶性固形物含量和密度都較高，而VC含量較低，果小，核小，果形偏圓，質(zhì)地松脆，固酸比較低，僅為66.26(表1)，在20個(gè)單株中屬營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高而口味偏酸脆類(lèi)型；9號(hào)和10號(hào)的4個(gè)主成分值中僅F1排名居前，而其他3個(gè)主成分值則排名為中偏后，說(shuō)明其主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在氨基酸含量和可滴定酸含量上，VC含量中偏上，固酸比也較低，分別為63.36和58.57(表1)，在20個(gè)單株中也屬營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高且口味偏酸脆類(lèi)型。由表4可知，武隆豬腰棗的20個(gè)優(yōu)良單株在營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)上各具特色。其中10號(hào)的可滴定酸含量、氨基酸含量以及VC含量排名均靠前，而甜度排名居后，果實(shí)密度較小，屬營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、口感偏酸脆的單株；24號(hào)的核小，可食率高，但VC含量、可滴定酸含量、氨基酸含量卻很低，甜度也較差，屬可食率高但營(yíng)養(yǎng)價(jià)值低的單株；1號(hào)的單果質(zhì)量最大，果形偏圓，屬果大偏圓單株；15號(hào)的可溶性固形物含量最高，固酸比達(dá)到107.19(表1)，在20個(gè)單株中排名第一，屬食用起來(lái)甜度最高的單株。

2.3 武隆豬腰棗20個(gè)優(yōu)良單株的聚類(lèi)分析

將20個(gè)優(yōu)良單株的8個(gè)果實(shí)性狀作系統(tǒng)聚類(lèi)，結(jié)果見(jiàn)圖1。在歐氏距離為10時(shí)可將20個(gè)優(yōu)良單株劃分為4大類(lèi)群：第1類(lèi)群包括14、21、17、29、5、28、6、7、18和24號(hào)單株；第2類(lèi)群包括2、19、12和15號(hào)單株；第3類(lèi)群只有20號(hào)單株自成一類(lèi)；第四類(lèi)群包括1、25、9、10和4號(hào)單株。結(jié)合4大類(lèi)群的主成分值來(lái)看，它們的綜合得分排列順序依次是第4類(lèi)群＞第3類(lèi)群＞第2類(lèi)群＞第1類(lèi)群，而且它們之間的主要區(qū)別體現(xiàn)在第一主成分的得分上，說(shuō)明4個(gè)類(lèi)群的主要差異來(lái)源于氨基酸含量、可滴定酸含量和組織致密程度上的不同，即營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和酸脆口感上的差異。值得一提的是，20號(hào)單株自成一類(lèi)，它的F2、F3和F4值排名都非?？亢螅凑f(shuō)明它的整體營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)都較低，其主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在是VC含量上，在所有單株中排名第一，達(dá)到457mg/100g，是含量最低的28號(hào)單株(335mg/100g)的1.36倍。整體上看，聚類(lèi)結(jié)果與20個(gè)單株的性狀表現(xiàn)較為一致。

圖1 基于果實(shí)品質(zhì)的20株武隆豬腰棗系統(tǒng)聚類(lèi)圖Fig.1 Dendrogram of 20 Wulongzhuyao jujube trees based on fruit characteristics

3 討論與結(jié)論

武隆豬腰棗是重慶市特有的優(yōu)良地方鮮食棗品種，原生資源種群內(nèi)個(gè)體表現(xiàn)差異較大，對(duì)其作出適當(dāng)評(píng)價(jià)是有效利用和選育優(yōu)良種質(zhì)資源的基礎(chǔ)和前提[6]。常用選育棗的方法有感官評(píng)定[7]、方差分析[8-11]等，然而感官評(píng)定時(shí)主觀性的差異和良種選育的指標(biāo)眾多等因素常導(dǎo)致選育過(guò)程紛繁復(fù)雜且結(jié)果不確定性增大。主成分分析法既能把握待選類(lèi)型的綜合性狀表現(xiàn)，又能簡(jiǎn)化選擇程序，便于綜合評(píng)價(jià)候選個(gè)體，結(jié)果具有準(zhǔn)確性和科學(xué)性[12]，目前已在諸多品種如榨蠶[6]、即食玉米[13]、冬棗[14]、辣椒[15]等資源的選優(yōu)上得到推廣和應(yīng)用。本研究通過(guò)數(shù)據(jù)降維的方法，將武隆豬腰棗的8個(gè)相關(guān)性狀縮減為4個(gè)相互分離的性狀，繼而運(yùn)用綜合評(píng)分的方法對(duì)優(yōu)良單株作出綜合評(píng)定，選出4號(hào)、9號(hào)和10號(hào)3株?duì)I養(yǎng)價(jià)值高且口感偏酸脆的優(yōu)樹(shù)，可作進(jìn)一步選育或建立優(yōu)樹(shù)無(wú)性系采穗圃的優(yōu)良種質(zhì)資源。

值得一提的是，本研究發(fā)現(xiàn)，主成分分析法不僅可客觀地篩選出綜合表現(xiàn)優(yōu)良的單株，還可根據(jù)主成分值的差異對(duì)所有單株作出適當(dāng)評(píng)價(jià)，這克服了其他選育方法易將個(gè)別性狀優(yōu)良類(lèi)型淘汰[16]的缺點(diǎn)。武隆豬腰棗20個(gè)優(yōu)良單株的4個(gè)主成分值差異明顯，由此可篩選出果實(shí)品質(zhì)上各具特色的優(yōu)良單株，即綜合性狀優(yōu)良的10號(hào)，VC含量最高的20號(hào)，核小、可食率高的24號(hào)，個(gè)大偏圓的1號(hào)和甜度最高的15號(hào)。在今后的雜交育種或基因工程育種中可利用這4個(gè)單株的各自?xún)?yōu)勢(shì)，培育出營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、口感酸甜酥脆、核小、個(gè)大、偏圓的武隆豬腰棗新品種。

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Principal Component Analysis and Comprehensive Evaluation of Fruit Quality of Wulongzhuyao Jujube

GU Xi-rong1，CHEN Yong2,*，LI Hong-fei3，LI Xiu-zhen2，PENG Xiu2，LUO Ping4，ZHAO Yu-li5，LUO Hui4，LI Chuan1

(1. College of Natural Resources and Environment, Southwest University, Chonqing 400716, China；2. Chongqing Key Laboratory of the Three Gorges Area Forest Ecology Protection and Restoration, Chongqing Academy of Forestry Science,Chongqing 400036, China；3. Forest Resource Monitoring Center in Qianjiang District, Chongqing 409000, China；4. Wulong Forestry Bureau, Chongqing 408500, China ；5. Seed and Seedling Station of Chongqing, Chongqing 401121, China)

Advanced selection and classification of 20 selected Wulongzhuyao jujube trees were carried out by principal component analysis and cluster analysis according to the differences in main quality characteristics. Our results showed that the nutritional quality of Wulongzhuyao jujube resulted from 4 principal components including acid-crisp taste, vitamin C content,fruit size and shape, and fruit sweetness. The acid-crisp taste revealed the highest cumulative variance contribution rate, reaching 28.628%. Among the 20 Wulongzhuyao jujube trees, Nos. 4, 9 and 10 had the highest nutritional value and more acid-crisp taste.The highest VC content was found in No. 20. Moreover, some dominant nutritional characteristics in these trees were observed.For example, the highest vitamin C content was determined in No. 20, No. 24 showed the highest edible rate, the largest fruit size was No. 1 and the highest sweetness was observed in No. 15. Therefore, the Wulongzhuyao jujube trees investigated in this study could be divided into 4 groups based on their characteristics.

Wulongzhuyao jujube；advanced selection of excellent trees；principal component analysis；fruit characteristics

S665.1；S722.5

A

1002-6630(2012)15-0079-04

2011-06-29

重慶市林業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目(CQLY200706)；重慶市林業(yè)科學(xué)研究院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)(BQ1102)；重慶市市級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目(CSTC，2007CA1001)

辜夕容(1973—)，女，副教授，博士，主要從事林木遺傳育種研究。E-mail：gxr0956@163.com

*通信作者：陳勇(1979—)，男，高級(jí)工程師，學(xué)士，主要從事經(jīng)濟(jì)林栽培及技術(shù)研究。E-mail：ccqfcy@163.com