基于主成分及聚類分析的10個楊梅品種生產(chǎn)性狀綜合評價

樊樹雷 李和孟 邱寶財 徐國鈞 戚行江 梁森苗 鄭金土

摘要：為優(yōu)化品種結(jié)構(gòu)，篩選適合寧波市發(fā)展種植的楊梅栽培品種，對從全國主要產(chǎn)區(qū)引種的10個楊梅主栽品種，進(jìn)行連續(xù)3年的生物學(xué)特性、果實性狀觀察記載和果實主要品質(zhì)指標(biāo)分析，并采用主成分分析法對樹冠空間體積、單株產(chǎn)量、單果質(zhì)量、可食率、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、固酸比、可溶性還原糖含量、葡萄糖含量、花青苷含量等10個性狀指標(biāo)進(jìn)行綜合評價。結(jié)果表明，慈薺樹勢較強(qiáng)、產(chǎn)量高、果實品質(zhì)優(yōu)，綜合性狀最優(yōu)，得分23.348，系統(tǒng)聚類分析時單獨聚為1類;烏紫楊梅、晚稻楊梅、炭梅、東魁綜合性狀較優(yōu)，得分分別為21.590、20.120、18.966、18.387，系統(tǒng)聚類分析時與荸薺種聚為1類;其余品種聚為1類。綜合考慮，慈薺可作為寧波市荸薺種楊梅的更新品種;烏紫楊梅、晚稻楊梅、東魁和炭梅在市場認(rèn)可條件下，可作為主栽品種或適量栽培;粉紅種和水晶楊梅果實特色鮮明，可作為搭配品種;其他品種，在當(dāng)?shù)禺?dāng)前栽培條件下，不建議引種。

關(guān)鍵詞：楊梅;寧波;引種;主成分分析;聚類分析;生產(chǎn)性狀;綜合評價

中圖分類號： S667.603.7? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）14-0170-04

楊梅是我國的特色果樹，主要分布于長江流域以南，栽培面積超過30萬hm2，年總產(chǎn)量達(dá)80萬t以上，經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益顯著[1]。浙江省寧波市是我國楊梅的重要產(chǎn)區(qū)，2017年全市楊梅栽培面積為178萬hm2，占果園總面積的37.1%[2]，全市楊梅栽培品種比較單一，以荸薺種為主，它的栽培面積占總栽培面積的3/4左右。為優(yōu)化楊梅栽培品種結(jié)構(gòu)，寧波市林特科技推廣中心自2010年年初從全國楊梅主產(chǎn)區(qū)引進(jìn)了10個主要楊梅品種，以當(dāng)?shù)刂髟云贩N荸薺種為對照，進(jìn)行適宜栽培品種初步篩選。

主成分分析是由Hotelling于1933年首次提出，通過多個變量間的相關(guān)性分析，運(yùn)用線性變化將多個有相關(guān)性的變量簡化成少數(shù)無相關(guān)性的綜合變量的一種統(tǒng)計分析方法[3]。近年來，將主成分分析法用于果實綜合品質(zhì)[4-5]、品種（株系）綜合性狀[6-8]評定的研究越來越多，具有較高的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和可參考性[6]。已有相關(guān)研究將主成分分析法用于楊梅果實品質(zhì)、營養(yǎng)性狀的綜合評價[4，9]，具有較高的參考性。本研究采用主成分分析法對良種園內(nèi)10個楊梅品種的樹體生長、產(chǎn)量、果實品質(zhì)等生產(chǎn)性狀進(jìn)行綜合評價，以期在栽培條件相對一致的條件下，篩選適合寧波市發(fā)展種植的優(yōu)良品種，并為各地楊梅引種生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗園概況

試驗基地位于寧波市江北區(qū)慈城鎮(zhèn)南聯(lián)村寧波市楊梅良種園內(nèi)，該基地為山地，位于東北坡，坡度為15°左右，毗鄰英雄水庫，環(huán)境條件優(yōu)厚。土壤為紅壤，pH值為5.0，有機(jī)質(zhì)含量為2.42%，速效鉀含量為 40 mg/kg，堿解氮含量為98 mg/kg，速效磷含量為 3.47 mg/kg。2010年年初，從全國有代表性楊梅產(chǎn)區(qū)引進(jìn)樹苗，每個品種20株，4～5年生，挖寬100 cm、深80 cm大穴成列定植，株行距為4 m×5 m。楊梅樹形在原基礎(chǔ)上按多主枝矮化圓頭形培養(yǎng)，其他進(jìn)行常規(guī)管理。楊梅品種來源情況見表1。

1.2 試驗方法

用卷尺測定楊梅冠幅和株高，每個品種測3株，按照以下公式計算樹冠空間體積。

樹冠空間體積=π×（平均冠幅/2）2×平均株高。

2016—2018年，在果實成熟期，每個品種選代表性樹3株，測定單株產(chǎn)量。每個品種取代表性果實10顆進(jìn)行品質(zhì)測定，單果質(zhì)量及單核質(zhì)量采用萬分之一天平稱量，可食率=[（果實單果質(zhì)量-單核質(zhì)量）/果實單果質(zhì)量]×100%。

楊梅果實可溶性固形物含量采用PAL-1手持糖度計測定;可滴定酸含量采用酸堿滴定法測定，以檸檬酸計;可溶性還原糖含量采用二硝基水楊酸（DNS）法測定[10];葡萄糖含量采用葡萄糖測定試劑盒（上海榮盛生物藥業(yè)有限公司）測定;花青苷含量測定采用pH示差法，參照Wrolstad等的方法[11]，具體操作參照張澤煌等[12]的步驟。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS v19.0進(jìn)行主成分分析及聚類分析。將10個引進(jìn)楊梅品種及荸薺種楊梅的樹冠空間體積、單株產(chǎn)量、單果質(zhì)量、可食率、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、固酸比、可溶性還原糖含量、葡萄糖含量、花青苷含量等10個指標(biāo)分別用x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8、x9、x10表示。參照樊保國等的方法[13]進(jìn)行主成分分析：（1）對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，消除量綱和量級差異影響;（2）求各原始指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩陣;（3）計算相關(guān)矩陣的特征值、貢獻(xiàn)率、累計貢獻(xiàn)率及相應(yīng)的特征向量;（4）提取特征值大于1.000的主成分，得出其數(shù)學(xué)表達(dá)式;（5）將各待評楊梅品種的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)分別代入各主成分表達(dá)式中，計算各楊梅品種測定指標(biāo)的主成分得分，然后以方差貢獻(xiàn)率為權(quán)數(shù)求和得到綜合得分，計算公式為S=∑Ci×yi，其中Ci為主成分方差貢獻(xiàn)率，yi為主成分因子得分。采用平均連接（組間）法進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 10個引進(jìn)楊梅品種及荸薺種生產(chǎn)性狀

由表2可知，各品種間的各性狀指標(biāo)均存在一定差異。水晶楊梅、晚稻楊梅、慈薺生長旺盛，枝葉空間分布體積均大于45 m3，丁岙梅樹體營養(yǎng)生長不良;慈薺、荸薺種、晚稻楊梅豐產(chǎn)性表現(xiàn)較好，硬絲豐產(chǎn)性較差;東魁、烏紫楊梅和硬絲果實較大;除烏紫楊梅外，其余各品種可食率均在95%以上;可溶性固形物含量以烏紫楊梅、慈薺和炭梅較高，均超過12%;可滴定酸含量以荸薺種最低，為0.97%，以東魁最高，為1.42%;固酸比以炭梅最高，為1208，其次為慈薺和荸薺種楊梅;可溶性還原糖含量以烏紫楊梅最高，其次為慈薺、東魁和晚稻楊梅;葡萄糖含量以慈薺最高，為2.19%，其次為炭梅和東魁楊梅;花青苷含量以慈薺最高，為846.91 mg/kg，以水晶楊梅含量最低，為20.60 mg/kg。

2.2 10個引進(jìn)楊梅品種及荸薺種各性狀指標(biāo)的相關(guān)性分析

由表3可知，單株產(chǎn)量與樹冠空間體積呈顯著正相關(guān);可溶性固形物含量與固酸比呈顯著正相關(guān)，與可溶性還原糖、花青苷含量呈極顯著正相關(guān)，可滴定酸含量與固酸比呈極顯著負(fù)相關(guān)。由于不同性狀之間存在顯著或極顯著相關(guān)性，用它們直接進(jìn)行綜合評價會產(chǎn)生信息重疊，因此需用主成分分析法將這些指標(biāo)重新組合成1組新的無顯著相關(guān)性的指標(biāo)，再用其對楊梅品種進(jìn)行綜合評價，才能提高評價的可靠性。

2.3 10個引進(jìn)楊梅品種及荸薺種生產(chǎn)性狀的主成分分析

經(jīng)SPSS數(shù)據(jù)處理，提取出3個特征值大于1的主成分，由表4可知，3個主成分累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)81.088%，可選取這3個主成分作為評價10個楊梅良種在寧波市表現(xiàn)的綜合指標(biāo)。根據(jù)各性狀相關(guān)矩陣的特征向量，列出3個主成分的函數(shù)表達(dá)式：

y1=0.125x1+0.188x2+0.003x3+0.108x4+0.219x5-0.062x6+0.168x7+0.196x8+0.164x9+0.166x10;

y2=0.115x1+0.083x2+0.330x3-0.252x4+0.089x5+0.334x6-0.218x7+0.190x8-0.013x9-0.005x10;

y3=0.469x1+0.190x2-0.291x3+0.199x4-0.178x5+0.173x6-0.207x7-0.045x8+0.292x9-0.418x10。

由表4及各函數(shù)表達(dá)式可以看出，第1主成分可溶性固形物含量、固酸比、可溶性還原糖含量、花青苷含量4個指標(biāo)的系數(shù)較大，可用于代表果實的內(nèi)在品質(zhì);第2主成分果實單果質(zhì)量、可滴定酸系數(shù)較大，可用于代表果實外觀品質(zhì)及口感風(fēng)味;第3主成分樹體空間體積系數(shù)最大且單株產(chǎn)量系數(shù)在3個主成分中最大，可用于反映樹體長勢，并在一定程度上反映結(jié)果性能。

2.4 10個引進(jìn)楊梅品種及荸薺種生產(chǎn)性狀的主成分得分和綜合評價

“2.3”節(jié)中所列y1、y2、y3函數(shù)表達(dá)式，計算得出10個引進(jìn)楊梅良種和荸薺種所測定的10個指標(biāo)的3個主成分得分，然后以其方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重，計算各品種指標(biāo)的綜合得分。綜合得分越大，楊梅良種在寧波市的綜合表現(xiàn)就越好。

由表5可知，寧波市楊梅良種園引種的10個楊梅良種，綜合得分最高的是慈薺，為23.348，其次為烏紫楊梅、晚稻楊梅、炭梅和東魁，與荸薺種相當(dāng)，總分在20分左右;其他品種得分稍低。

2.5 荸薺種及10個引進(jìn)楊梅品種綜合得分的聚類分析

將表5中各品種對應(yīng)綜合得分采用平均連接（組間）法進(jìn)行聚類分析，結(jié)果如圖1所示。10個引進(jìn)楊梅品種聚類為4個大類，其中慈薺為單獨1類;烏紫楊梅、晚稻楊梅、炭梅、東魁同荸薺種聚為1類;粉紅種和水晶楊梅聚為1類;其余品種聚為1類。

3 結(jié)論與討論

主成分分析法通過降維思維，在最大程度保留原有數(shù)據(jù)信息的前提下，將原有個數(shù)較多指標(biāo)轉(zhuǎn)化為個數(shù)較少的綜合指標(biāo)，具有避免重復(fù)信息干擾、可排除主觀因素影響等特點[6]，近年來，在品種評價方面有較多應(yīng)用。本研究采用主成分分析法對引種的10個楊梅品種在寧波市的主要生產(chǎn)性狀進(jìn)行綜合評價，并以此為依據(jù)對各個品種進(jìn)行聚類分析，總體反映這些品種在當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件和栽培水平下的生產(chǎn)能力，結(jié)果可作為進(jìn)一步試驗研究和生產(chǎn)推廣的重要參考依據(jù)。

根據(jù)本研究各品種生產(chǎn)性狀、綜合得分及系統(tǒng)聚類結(jié)果可知，慈薺樹勢較強(qiáng)、產(chǎn)量高、果實綜合品質(zhì)突出，綜合得分23.348，高于荸薺種，且系統(tǒng)聚類分析時單獨聚為1類，認(rèn)為其綜合品質(zhì)優(yōu)于荸薺種，可作為荸薺種的更新品種;烏紫楊梅、晚稻楊梅、炭梅、東魁等4個品種綜合性狀較優(yōu)，得分分別為21.590、20.120、18.966、18.387，系統(tǒng)聚類分析時與荸薺種聚為1類，認(rèn)為其綜合性狀與荸薺種相當(dāng)，在考慮市場認(rèn)可度情況下，可作為主要栽培品種引種;粉紅種、水晶楊梅綜合得分較荸薺種低且聚為1類，認(rèn)為其綜合性狀雖劣于荸薺種，但其果實具有顯著特色，分別呈粉紅色和乳白色，外觀誘人、風(fēng)味獨特，可在生產(chǎn)中作為搭配品種，適量栽培;其他品種綜合得分低且不具有顯著特色，在當(dāng)?shù)禺?dāng)前栽培水平下，不建議引種。

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收稿日期：2019-07-15

基金項目：國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（編號：201203089）。

作者簡介：樊樹雷（1986—），男，河北邢臺人，碩士，農(nóng)藝師，從事果樹技術(shù)研究與推廣工作。E-mail：huisetianlang@126.com。

通信作者：鄭金土，研究員，主要從事果樹科學(xué)研究與技術(shù)推廣工作。E-mail：nbltkj@126.com。