不同蘋果品種果實(shí)礦質(zhì)元素含量的因子分析和聚類分析

匡立學(xué)，聶繼云，李志霞，關(guān)棣鍇，毋永龍，閆震，程楊

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不同蘋果品種果實(shí)礦質(zhì)元素含量的因子分析和聚類分析

匡立學(xué)，聶繼云，李志霞，關(guān)棣鍇，毋永龍，閆震，程楊

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所/農(nóng)業(yè)部果品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室（興城），遼寧興城 125100）

【目的】研究不同蘋果品種果實(shí)礦質(zhì)元素含量特征，為蘋果營養(yǎng)功能評(píng)價(jià)、蘋果消費(fèi)以及蘋果育種親本選擇等提供科學(xué)依據(jù)?！痉椒ā恳?25個(gè)品種的蘋果果實(shí)為試材，測(cè)定K、P、Mg、Ca、Zn、Cu和Mn 7種礦質(zhì)元素指標(biāo)，應(yīng)用因子分析和聚類分析對(duì)礦質(zhì)元素含量進(jìn)行分析?！窘Y(jié)果】7種礦質(zhì)元素的平均含量由高到低依次為：K（1 112.72 mg·kg-1）＞P（119.59 mg·kg-1）＞Mg（65.69 mg·kg-1）＞Ca（56.96 mg·kg-1）＞Zn（0.69 mg·kg-1）＞Cu（0.66 mg·kg-1）＞Mn（0.63 mg·kg-1），變異系數(shù)范圍為19.4%（Mg）—43.9%（Cu）。K、P、Mg、Ca之間存在顯著差異（＜0.05），Zn、Cu、Mn之間差異不顯著。K-S檢驗(yàn)表明7種礦質(zhì)元素含量均服從正態(tài)分布。因子分析結(jié)果表明，蘋果的特征礦質(zhì)元素為Cu、K、Mg、P和Mn，提取的4個(gè)公因子累積方差貢獻(xiàn)率為86.30%，因子1（F1）主要綜合了Cu、K、Mg、P 4種礦質(zhì)元素的信息，得分排名前3位的蘋果品種依次為‘秋錦’‘五月’‘國慶’；F2代表Mn元素，排名前3位的蘋果品種依次為‘斯塔克矮生’‘春香’和‘黃魁’；F3代表Zn元素信息，排名前3位的蘋果品種依次為‘燕山紅’‘Szampion’和‘4-23’；F4代表Ca的信息，排名前3位的蘋果品種依次為‘新倭錦’‘伏錦’和‘太平洋玫瑰’。綜合得分排名前5名的蘋果品種由高到低依次為‘秋錦’‘五月’‘新國光’‘北斗’‘長紅’。聚類分析將125個(gè)蘋果品種分為5類，第1類包含9個(gè)蘋果品種，這些蘋果品種Ca很高；第2類包含28個(gè)蘋果品種，Cu含量較高；第3類包含23個(gè)蘋果品種，這些蘋果品種Zn含量較高；第4類包含44個(gè)品種，這些蘋果品種Ca、Cu、K、Mg、P、Zn含量均很低；第5類包含21個(gè)樣品，這些蘋果品種K、Mg、Mn、P含量均較高，Zn含量較低?！窘Y(jié)論】蘋果中K、Mg、Cu、P兩兩之間分別呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均在0.5以上。Cu、K、Mg、P和Mn是蘋果的特征礦質(zhì)元素。不同品種蘋果間7種礦質(zhì)元素的組成存在差異，可分為5類，即高鈣品種、高銅品種、高鋅品種、高鉀鎂錳磷品種和低礦質(zhì)元素品種。

蘋果；品種；礦質(zhì)元素；因子分析；聚類分析

0 引言

【研究意義】中國是第一大蘋果生產(chǎn)國和消費(fèi)國[1-3]。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，至2015年，中國蘋果產(chǎn)量已增至約4.26×107t，占全國水果總產(chǎn)量的24.4%。隨著生活水平的提高，蘋果品質(zhì)日益受到關(guān)注，市場(chǎng)尤其是高端市場(chǎng)對(duì)蘋果品質(zhì)的要求日漸提高[4]。礦質(zhì)元素是果樹生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)產(chǎn)量的形成和品質(zhì)的改善有重大影響[5]。各種礦質(zhì)營養(yǎng)的絕對(duì)含量以及它們之間的相互作用，決定著果實(shí)可溶性固形物、維生素c、可滴定酸含量以及果個(gè)大小、果肉硬度、果形指數(shù)、著色程度、果實(shí)耐貯性等品質(zhì)[6-8]。蘋果果實(shí)中礦質(zhì)元素的品種特性研究對(duì)蘋果的生產(chǎn)、消費(fèi)、蘋果品種選育、質(zhì)量評(píng)價(jià)均有一定的理論意義和實(shí)用價(jià)值?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】近年來，眾多研究者對(duì)多樣品多指標(biāo)的品質(zhì)分析越來越多地應(yīng)用因子分析和聚類分析。其中，針對(duì)蘋果品質(zhì)指標(biāo)的研究主要集中于可溶性固形物、維生素C、可滴定酸含量等理化指標(biāo)[9-11]。鄭麗靜等[12]采用因子分析和聚類分析方法對(duì)132個(gè)品種蘋果的可溶性固形物含量、可溶性糖及其各單糖組分含量進(jìn)行了研究。聶繼云等[13]以190個(gè)品種的蘋果果實(shí)為試材，對(duì)果實(shí)硬度、可滴定酸含量、可溶性固形物含量等7項(xiàng)理化指標(biāo)進(jìn)行了因子分析和聚類分析。白莎莎等[14]對(duì)44個(gè)品種蘋果的單果質(zhì)量、果肉質(zhì)量、可食率等12個(gè)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了主成分分析研究。Derek等[15]采用因子分析和聚類分析方法對(duì)14個(gè)品種蘋果的加工適用性進(jìn)行了研究。Cristina等[16]采用因子分析和聚類分析方法對(duì)來自超市和市場(chǎng)的水果礦質(zhì)元素含量差異性進(jìn)行了比較。但對(duì)于蘋果礦質(zhì)元素含量方面，現(xiàn)有文獻(xiàn)多集中于對(duì)樹體礦質(zhì)營養(yǎng)以及不分品種或單一品種的果實(shí)進(jìn)行的研究，且測(cè)定指標(biāo)相對(duì)有限[17-18]。【本研究切入點(diǎn)】蘋果品種眾多，國家果樹種質(zhì)興城蘋果圃共保存蘋果品種超過700個(gè)，本研究選擇其中的125個(gè)蘋果品種作為試材，覆蓋不同成熟期（早、中、晚熟）、不同色澤類型（綠色、黃色、紅色）和不同遺傳親本[19-22]。雖然對(duì)于蘋果礦質(zhì)元素含量方面的研究已有報(bào)道，但還不夠系統(tǒng)，覆蓋品種和指標(biāo)普遍較少。本研究以125個(gè)品種蘋果為試材，以人們關(guān)注度較高的K、P、Mg、Ca、Zn、Cu和Mn 7種礦質(zhì)元素為檢測(cè)指標(biāo)，采用水平分析、因子分析和聚類分析方法對(duì)蘋果品種和礦質(zhì)元素含量之間的關(guān)系進(jìn)行分析和科學(xué)分類?！緮M解決的關(guān)鍵問題】揭示蘋果中礦質(zhì)元素的品種特性，探明不同品種不同礦質(zhì)元素含量的異同點(diǎn)，明確蘋果的特征礦質(zhì)元素，確定125個(gè)品種的分類界限。為蘋果營養(yǎng)功能評(píng)價(jià)、蘋果消費(fèi)等提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2015年在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所果品質(zhì)量安全研究中心、農(nóng)業(yè)部果品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室(興城)進(jìn)行。

1.1 樣品采集

參試蘋果品種125個(gè)。樣品果于商品成熟期(具備該品種應(yīng)有的色澤、香氣和風(fēng)味并適合食用)采自國家果樹種質(zhì)興城蘋果圃（遼寧省興城市）。該圃土壤為砂壤土，地勢(shì)平坦，管理水平中等，砧木為山荊子[（L.）Borkh]，樹齡10年，果實(shí)不套袋。每個(gè)品種3株樹，從樹冠外圍中部隨機(jī)采摘30個(gè)蘋果，選取果形、大小、顏色基本一致的果實(shí)10個(gè)，迅速切碎、液氮冷凍，然后置于-20℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 主要儀器與試劑

ICP-9000電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，日本島津公司；微波消解系統(tǒng)，美國培安公司；EH20A電熱板，北京萊伯泰科公司；Milli-Q超純水制造系統(tǒng)，美國密理博公司；6870型全自動(dòng)冷凍研磨機(jī)，美國SPEX Sample Prep公司。K、Ca、Mg等標(biāo)準(zhǔn)溶液購自國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心，規(guī)格20 mL，質(zhì)量濃度100 mg·mL-1，根據(jù)試驗(yàn)需要配制成適當(dāng)濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液；茶葉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07605，購自國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心；HNO3，優(yōu)級(jí)純；30% H2O2，優(yōu)級(jí)純；試驗(yàn)用水為去離子水。

1.3 儀器工作參數(shù)

觀測(cè)模式：軸向觀測(cè)，功率1.2 kW，氬氣純度99.99%，等離子氣流量14.0 L·min-1，輔助氣流量1.2 L·min-1，載氣流量0.7 L·min-1，曝光時(shí)間30 s。K、P、Mg、Ca、Zn、Cu、Mn 7種元素選用的波長分別為797.395、177.499、285.213、315.887、201.548、324.754和257.610 nm。

1.4 試驗(yàn)方法

將每個(gè)液氮冷凍的樣品放入冷凍研磨機(jī)中研磨。準(zhǔn)確稱取5.0 g（精確到0.0001 g）冷凍研磨樣品放入微波消解管中，加入8 mL HNO3、2 mL H2O2，加蓋浸泡過夜。第2天按照表1設(shè)定的程序進(jìn)行消解，消解完成后轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，用去離子水定容，同時(shí)做空白試驗(yàn)，用ICP-9000測(cè)定每個(gè)樣品中7種礦質(zhì)元素的含量。用茶葉國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) GBWO7605作為質(zhì)量控制。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測(cè)定值在其定值范圍內(nèi)的同批消解樣品檢測(cè)值為有效結(jié)果。

表1 微波消解程序

1.5 數(shù)據(jù)處理方法

用SPSS17.0數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)不同蘋果品種礦質(zhì)元素含量進(jìn)行水平分析、因子分析和聚類分析。

2 結(jié)果

2.1 礦質(zhì)元素含量的水平分析

125個(gè)蘋果品種中7種礦質(zhì)元素含量范圍、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)列于表2。由表2可知，大量元素K、P、Mg、Ca的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他3種微量元素。方差分析表明，K、P、Mg、Ca之間存在顯著差異，74.4%的樣品4種元素含量排序?yàn)椋篕＞P＞Mg＞Ca，其余樣品排序?yàn)镵＞P＞Ca＞Mg；Zn、Cu、Mn之間差異不顯著，20.8%的樣品3種元素含量相當(dāng)（標(biāo)準(zhǔn)差＜10%）。Cu的變異系數(shù)（43.9%）大于其他元素，表明不同蘋果品種間Cu含量差異較大，其中含量大于1.5 mg·kg-1的樣品有1個(gè)（‘國慶’），含量小于0.2 mg·kg-1的樣品有3個(gè)（‘新紅皇’、‘華美’和‘岳紅’）。利用SPSS17.0 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的正態(tài)性檢驗(yàn)功能對(duì)125個(gè)蘋果品種礦質(zhì)元素含量進(jìn)行Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)。結(jié)果表明，K、P、Mg、Ca、Zn、Cu和Mn含量均服從正態(tài)分布，雙側(cè)檢驗(yàn)的概率值P分別為0.858、0.940、0.644、0.646、0.328、0.535和0.381。

2.2 礦質(zhì)元素的相關(guān)性分析

相關(guān)分析表明，果實(shí)中元素間存在著復(fù)雜的相互作用關(guān)系。由表3可知，蘋果中7種礦質(zhì)元素間具有極顯著正相關(guān)關(guān)系的有10對(duì)，K、Mg、Cu、P兩兩之間分別呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均在0.5以上，其中Mg與K、Mg與P相關(guān)性較高，相關(guān)系數(shù)分別為0.775和0.711，表明Mg含量高的蘋果品種中K和P含量也高，反之亦然。Cu與K、Cu與Mg、K與P相關(guān)系數(shù)分別為0.565、0.507和0.599。Mn與Mg、P之間，Ca與Mg、Zn之間也呈極顯著正相關(guān)，但相關(guān)系數(shù)較低。

表2 礦質(zhì)元素含量水平

不同小寫字母表示差異顯著（＜0.05）

Different little letters show significant difference (＜0.05)

表3 蘋果果中礦質(zhì)元素相關(guān)性分析

**表示極顯著（＜0.01）

**Correlation is highly significant at＜0.01

2.3 礦質(zhì)元素含量的因子分析

因子分析是將多指標(biāo)簡化為少量綜合指標(biāo)的一種統(tǒng)計(jì)分析方法，用少數(shù)變量盡可能多地反映原來變量的信息，保證原信息損失小且變量數(shù)目盡可能少[23-24]。125個(gè)蘋果品種中7種礦質(zhì)元素經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化后進(jìn)行因子分析，結(jié)果見表4。公因子提取方法采用主成分分析法，公因子（主成分）數(shù)目選定既要滿足數(shù)據(jù)降維目的又希望綜合盡可能多的信息，常用累積方差貢獻(xiàn)率不低于85%來確定公因子數(shù)目，故本研究選擇4個(gè)公因子，累積方差貢獻(xiàn)率為86.30%，包含了7種礦質(zhì)元素大部分信息。

主成分的載荷矩陣旋轉(zhuǎn)之后載荷系數(shù)更接近1或者更接近0，這樣得到的主成分能夠更好的解釋變量。由表5結(jié)果可知，因子1（F1）主要綜合了Cu（因子負(fù)荷為0.74）、K（因子負(fù)荷為0.91）、Mg（因子負(fù)荷為0.88）、P（因子負(fù)荷為0.78）4種礦質(zhì)元素的信息，F(xiàn)2、F3和F4分別與Mn（因子負(fù)荷為0.96）、Zn（因子負(fù)荷為0.96）和Ca（因子負(fù)荷為0.98）有關(guān)，因?yàn)橐蜃迂?fù)荷均為正值，位于正向分布，所以因子得分越高，所對(duì)應(yīng)的礦質(zhì)元素含量越高。因?yàn)榭偡讲?0%以上的貢獻(xiàn)來自第1和第2個(gè)主因子[25]，因此認(rèn)為Cu、K、Mg、P、Mn是蘋果的特征無機(jī)元素。

表4 特征值和方差貢獻(xiàn)率

表5 旋轉(zhuǎn)后的成分載荷矩陣

應(yīng)用各個(gè)因子的載荷量和特征值計(jì)算出每個(gè)樣品對(duì)應(yīng)的得分值及排名以及綜合主成分值，F(xiàn)1得分值越大，排名越靠前，表明蘋果的Cu、K、Mg、P含量越高，排名前10位的此類品種依次為‘秋錦’‘五月’‘國慶’‘北斗’‘甘紅玉’‘平枝國光’‘長紅’‘新國光’‘國光’和‘新紅星’；F2值越大，排名越高，表明蘋果的Mn含量越高，排名前10位的此類品種依次為‘斯塔克矮生’‘春香’‘黃魁’‘五月’‘北海道9號(hào)’‘紅魁’‘Szamlion’‘陸奧’‘脆紅’和‘新嘎啦’；F3值越大，排名越高，表明蘋果的Zn含量越高，排名前10位的此類品種依次為‘燕山紅’‘Szamlion’‘4-23’‘寒富’‘新花’‘倫巴瑞’‘新國光’‘梅露斯’‘信濃金’和‘斗南’；F4值越大，排名越高，表明蘋果的Ca含量越高，排名前10位的此類品種依次為‘新倭錦’‘伏錦’‘太平洋玫瑰’‘大陸52’‘柳玉’‘澳洲青蘋’‘拉寶’‘柳玉芽變’‘Starkjambo’和‘胡思維提’。綜合得分排名前10名的蘋果品種由高到低依次為‘秋錦’‘五月’‘新國光’‘北斗’‘長紅’‘國光’‘燕山紅’‘Generos’‘柳玉’和‘Starkjambo’，表明這些品種的蘋果各礦質(zhì)元素含量普遍偏高，并且由于主因子1的貢獻(xiàn)率最大，元素Cu、K、Mg、P含量較高。

2.4 礦質(zhì)元素含量的聚類分析

在解決實(shí)際問題過程中，將多樣本對(duì)象分類時(shí)，依據(jù)單因素分類不足以全面綜合的描述其類別，往往要考慮多方面因素進(jìn)行分類。聚類分析是對(duì)研究對(duì)象或者指標(biāo)的諸多特性進(jìn)行分類。聚類分析是將樣品按照品質(zhì)特性相似程度逐漸聚合在一起，相似度最大的優(yōu)先聚合在一起，最終按照類別的綜合性質(zhì)多個(gè)品種聚合，從而完成聚類分析的過程[26]。

本試驗(yàn)對(duì)125個(gè)品種的蘋果樣品進(jìn)行K均值聚類分析（表6）。將125個(gè)品種蘋果樣品分為5類，第1類包括‘新倭錦’‘伏錦’‘太平洋玫瑰’等9個(gè)樣品，此類樣品Ca含量很高，平均值為89.76 mg·kg-1。第2類包括‘國慶’‘矮紅’‘甘紅玉’等28個(gè)蘋果品種，這些蘋果品種Cu含量很高，平均值為0.93 mg·kg-1。第3類包括‘燕山紅’‘4-23’‘寒富’等23個(gè)蘋果品種，這些蘋果品種Zn含量很高，平均值為0.94 mg·kg-1。第4類包含‘黃魁’‘克魯斯’‘春香’等44個(gè)樣品，其Ca、Cu、K、Mg、P、Zn含量均很低，平均值分別為50.10 mg·kg-1、0.43 mg·kg-1、847.64 mg·kg-1、53.80 mg·kg-1、100.43 mg·kg-1、0.62 mg·kg-1；Mn含量相對(duì)偏低，平均值0.60 mg·kg-1。第5類包含‘秋錦’‘五月’‘北斗’等21個(gè)樣品，此類樣品K、Mg、P、Mn含量均較高，平均值分別為1481.44 mg·kg-1、83.62 mg·kg-1、156.43 mg·kg-1、0.79 mg·kg-1。

表6 蘋果品種及聚類分析結(jié)果

3 討論

不同礦質(zhì)元素在水果中的含量存在差異。所有樣品中，K含量最多，約占75%，P次之；Mg、Ca之間，Zn、Cu、Mn之間無統(tǒng)一排列規(guī)律。根據(jù)本研究結(jié)果，蘋果中7種礦質(zhì)元素指標(biāo)的平均含量及排序?yàn)椋篕（1112.72 mg·kg-1）＞P（119.59 mg·kg-1）＞Mg（65.69 mg·kg-1）＞Ca（56.96 mg·kg-1）＞Zn（0.69 mg·kg-1）＞Cu（0.66 mg·kg-1）＞Mn（0.63 mg·kg-1）。農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全·果品卷[27]中記錄蘋果中7種礦質(zhì)元素指標(biāo)按平均含量排序?yàn)椋篕（1190 mg·kg-1）＞P（120 mg·kg-1）＞Mg（40 mg·kg-1）=Ca（40 mg·kg-1）＞Zn（1.9 mg·kg-1）＞Cu（0.6 mg·kg-1）＞Mn（0.3 mg·kg-1）。常丹[28]對(duì)不同產(chǎn)地的蘋果7種礦質(zhì)元素含量檢測(cè)結(jié)果排序?yàn)椋篕（878.5 mg·kg-1）＞P（76.8 mg·kg-1）＞Mg（63.0 mg·kg-1）＞Ca（27.1 mg·kg-1）＞Zn（0.28 mg·kg-1）=Cu（0.28 mg·kg-1）＞Mn（0.25 mg·kg-1）。對(duì)比3組數(shù)據(jù)可以看出，7種礦質(zhì)元素的排序結(jié)果一致，本研究結(jié)果中K、P和Cu含量與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全·果品卷中K、P和Cu含量的相對(duì)偏差均小于10%，Ca含量與常丹[28]檢測(cè)結(jié)果基本一致，Zn含量位于兩者之間，Mn含量偏高。這可能與所選樣本的砧木類型、土壤質(zhì)地、土肥水條件和栽培管理技術(shù)等因素有關(guān)。為了確保蘋果果實(shí)礦質(zhì)元素含量的差異來源于品種間差異性，本試驗(yàn)所采蘋果樣品均來自國家果樹種質(zhì)興城蘋果圃，其立地條件，管理?xiàng)l件、砧木類型和樹齡等均一致。

因子分析是根據(jù)相關(guān)性的大小把變量分組，使得同組內(nèi)的變量相關(guān)性較高。因此，變量之間是否存在相關(guān)性是因子分析的前提。本研究中，K、Mg、Cu、P兩兩之間分別呈極顯著正相關(guān)，Mn與Mg、P之間，Ca與Mg、Zn之間分別呈極顯著正相關(guān)。眾多學(xué)者研究結(jié)果均表明水果中不同礦質(zhì)元素間存在著復(fù)雜的協(xié)調(diào)或拮抗作用。徐慧等[29]對(duì)富士蘋果果實(shí)礦質(zhì)元素分析結(jié)果表明，P與K、Mg、Fe、Cu之間，K與Mg、Fe、Cu之間，Mg與Fe之間均呈極顯著正相關(guān)。匡立學(xué)等[30]對(duì)遼寧省蘋果礦質(zhì)元素含量的研究表明，P與K、Mg、Mn之間，K與Mg、Mn之間均呈極顯著正相關(guān)，P與Fe呈顯著正相關(guān)。林美娟[31]、湯婷婷[32]、涂美艷等[33]在梨、桃等其他水果上的研究也表明P、K、Mg 3種元素間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，對(duì)于這一點(diǎn)，眾多學(xué)者的研究結(jié)果均一致，但對(duì)于其他元素間的相關(guān)關(guān)系，結(jié)果不盡相同，這可能與不同品種果樹對(duì)同一礦質(zhì)元素的吸收率不同有關(guān)。不同礦質(zhì)營養(yǎng)元素對(duì)品質(zhì)的影響不同，且同一元素在不同指標(biāo)中所起的作用也不同。研究表明，果實(shí)糖、酸、可溶性固形物、維生素、果實(shí)硬度、果形指數(shù)、著色情況以及貯運(yùn)期間生理病害等方面均與礦質(zhì)營養(yǎng)密切相關(guān)，應(yīng)進(jìn)行更深入、系統(tǒng)地研究。

聚類分析是應(yīng)用多元統(tǒng)計(jì)分析原理研究分類問題的一種數(shù)學(xué)方法，主觀因素少，分類結(jié)果客觀、科學(xué)，并可同時(shí)對(duì)大量性狀進(jìn)行綜合考察。近年來，眾多研究者對(duì)多樣品、多指標(biāo)的品質(zhì)分析越來越多地應(yīng)用聚類分析[34-37]?，F(xiàn)已廣泛用于李、桃、杏、梅、柿、葡萄、蘋果仁、柑桔仁、枇杷和甜瓜等果實(shí)品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)[26]。K均值聚類因其快速、簡單、對(duì)大數(shù)據(jù)集有較高的效率和可伸縮性的優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用。本試驗(yàn)對(duì)125個(gè)品種蘋果樣品采用K均值聚類方法進(jìn)行分類，結(jié)果顯示，不同類別間存在顯著差異，表明此分類結(jié)果科學(xué)有效。

4 結(jié)論

蘋果中7種礦質(zhì)元素的平均含量由高到低依次為K＞P＞Mg＞Ca＞Zn＞Cu＞Mn。K、Mg、Cu、P兩兩之間分別呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均在0.5以上。Cu、K、Mg、P和Mn是蘋果的特征礦質(zhì)元素。不同品種蘋果間7種礦質(zhì)元素的組成存在差異，可分為5類，即（1）高鈣品種，包括‘新倭錦’‘伏錦’‘太平洋玫瑰’等9個(gè)品種。（2）高銅品種，包括‘國慶’‘矮紅’‘甘紅玉’等28個(gè)品種。（3）高鋅品種，包括‘燕山紅’‘4-23’‘寒富’等23個(gè)品種。（4）高鉀鎂錳磷品種，包含‘秋錦’‘五月’‘北斗’等21個(gè)品種。（5）低元素品種，包括‘黃魁’‘克魯斯’‘春香’等44個(gè)品種。研究結(jié)果對(duì)蘋果生產(chǎn)、育種和消費(fèi)中的品種選擇有一定的參考價(jià)值。

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（責(zé)任編輯 趙伶俐）

Factor Analysis and Cluster Analysis of Mineral Elements Contents in Different Apple Varieties

KUANG LiXue, NIE JiYun, LI ZhiXia, GUAN DiKai, WU YongLong, YAN Zhen, CHENG Yang

(Institute of Pomology, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Laboratory of Quality & Safety Risk Assessment for Fruit(Xingcheng), Ministry of Agriculture, Xingcheng 125100, Liaoning)

【Objective】 Studies on mineral elements characteristics in different apple varieties were conducted to provide a scientific basis for apple nutrition evaluation, apple consumption and parent selection. 【Method】 Seven indexes including K, P, Mg, Ca, Zn, Cu and Mn in 125 apple cultivars were determined and the contents were analyzed by factor analysis and cluster analysis.【Result】 The average contents of 7 mineral elements were followed by the order of K (1112.72 mg·kg-1)＞P (119.59 mg·kg-1)＞Mg (65.69 mg·kg-1)＞Ca (56.96 mg·kg-1)＞Zn (0.69 mg·kg-1)＞Cu (0.66 mg·kg-1)＞Mn (0.63 mg·kg-1). The coefficient of variation was varied from 19.4% (Mg) to 43.9% (Cu). There were significant differences among K, P, Mg and Ca (＜0.05), and no significant differences among Zn, Cu and Mn. All of the 7 mineral element contents obeyed the normal distribution by K-S test. The result of factor analysis showed that Cu, K, Mg, P and Mn were the characteristic elements of apples and the cumulative variance contribution rate of the first four components was 86.30%. The F1 (factor 1) represented Cu, K, Mg, P and the top three apple cultivars for F1 score were ‘Qiujin’, ‘May’ and ‘Guoqing’. The F2 represented Mn and the top three apple cultivars for F2 score were ‘Stark Spur Delicious’, ‘Chunxiang’ and ‘Yellow Transparent’. The F3 represented Zn and the top three apple cultivars for F3 score were ‘Yan shan hong’, ‘Szampion’ and ‘4-23’. The F4 represented Ca and the top three apple cultivars for F4 score were ‘Black Ben Davis’, ‘Fujin’ and ‘Pacific Rose’. The top five apple cultivars for synthesis scores were followed by the order of ‘Qiujin’, ‘May’, ‘New Ralls’, ‘Beidou’ and ‘Changhong’. The 125 apple samples were divided into 5 groups by cluster analysis. The first group included 9 samples in which the Ca content was very high, the second group included 28 samples in which the Cu content was very high, the third group included 23 samples in which the Zn content was very high, the fourth group included 44 samples in which the contents of Ca, Cu, K, Mg, P, Zn were relatively low and the fifth group included 21 samples in which the contents of K, Mg, Mn and P were high and the Zn content was low. 【Conclusion】There were very significant positive correlations among K, Mg, Cu and P, and all the correlation coefficients were greater than 0.5. Cu, K, Mg, P and Mn were the characteristic elements of apples. The compositions of 7 mineral elements were different among different varieties. The 125 apple samples were divided into 5 types including high Ca variety, high Cu variety, high Zn variety, the variety with high Cu, K, Mg, P and Mn contents and the variety with low mineral element contents.

apple; variety; mineral element; factor analysis; cluster analysis

2017-01-20；接受日期：2017-03-22

國家農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估計(jì)劃（GJFP2016003，GJFP2017003）、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程

匡立學(xué)，E-mail：Lixuekuang99@163.com。通信作者聶繼云，Tel：0429-3598178；E-mail：jiyunnie@163.com