不同李種質(zhì)果實(shí)性狀分析及綜合評(píng)價(jià)*

孫海龍，魯曉峰，邵 靜，徐樹(shù)廣

（1 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹(shù)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部園藝作物種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧興城125100）（2 吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹(shù)研究所）

李為薔薇科（Rosaceae）李屬（Prunus）植物，是中國(guó)最古老的栽培樹(shù)種之一，分布廣泛，種質(zhì)資源極其豐富[1]。2018 年我國(guó)李總栽培面積193 萬(wàn)hm2，總產(chǎn)量680 萬(wàn)t，在北方落葉果樹(shù)中，面積僅低于蘋(píng)果（207 萬(wàn)hm2）[2]。李果實(shí)色澤鮮艷，口感酸甜，含有豐富的糖、酸等營(yíng)養(yǎng)成分，其果實(shí)品質(zhì)主要包括內(nèi)在品質(zhì)和外觀品質(zhì)，內(nèi)在品質(zhì)包括可溶性固形物、可滴定酸、維生素C等，外觀品質(zhì)包括果實(shí)形狀、大小和色澤等[3]。果實(shí)品質(zhì)評(píng)價(jià)是植物種質(zhì)創(chuàng)新利用的前提，也是品種選育的重要環(huán)節(jié)，通過(guò)對(duì)不同李種質(zhì)果實(shí)性狀進(jìn)行分析，采用多指標(biāo)、多重分析方法綜合評(píng)價(jià)不同李種質(zhì)果實(shí)性狀差異，對(duì)于李種質(zhì)篩選、優(yōu)異種質(zhì)發(fā)掘、種質(zhì)創(chuàng)新和綜合利用具有重要意義。近年來(lái)，研究者從李種質(zhì)資源糖酸組成及含量[4]、礦質(zhì)元素含量[5]、維生素C和酚類(lèi)物質(zhì)[6-11]等不同方面對(duì)李果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行了大量的研究；魏亞平等[12]對(duì)引進(jìn)的25 個(gè)國(guó)外良種李果實(shí)外觀、質(zhì)量、成熟期、抗逆能力、耐貯能力、單位投影面積產(chǎn)量和單果重等性狀進(jìn)行了灰色關(guān)聯(lián)分析，篩選出3 個(gè)果實(shí)品質(zhì)在南陽(yáng)表現(xiàn)較好的優(yōu)良品種；丁健等[13]利用相對(duì)值綜合比較法從70 份沿河縣沙子空心李種質(zhì)中篩選出4 個(gè)適宜推廣的優(yōu)異種質(zhì)，這些分析均為李種質(zhì)資源品質(zhì)性狀的科學(xué)評(píng)價(jià)提供理論基礎(chǔ)。

主成分分析法廣泛地用于蘋(píng)果[14]、獼猴桃[15-16]、杏[17]等果實(shí)品質(zhì)評(píng)價(jià)中，其原理是通過(guò)降維的方式將多種指標(biāo)轉(zhuǎn)化成幾個(gè)綜合指標(biāo)，并根據(jù)特點(diǎn)對(duì)其分類(lèi)命名，以簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)和揭示變量間的關(guān)系[18-19]，同時(shí)保留了絕大部分信息，且主成分間相互獨(dú)立，避免信息重復(fù)[20]，聚類(lèi)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(lèi)別的綜合性質(zhì)多個(gè)品種聚合，從而完成聚類(lèi)分析的過(guò)程[21]。前人研究主要集中于李育成品種的營(yíng)養(yǎng)、功能成分組分分析和表型性狀等評(píng)價(jià)，且評(píng)價(jià)涵蓋的指標(biāo)和品種數(shù)量有限，評(píng)價(jià)的系統(tǒng)性和全面性不足，關(guān)于李果實(shí)品質(zhì)多指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)方面研究鮮有報(bào)道。本研究以35 份不同李種質(zhì)果實(shí)為試材，測(cè)定果實(shí)單果重、縱徑、橫徑、硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、固酸比、維生素C 含量、果皮和果肉CIELab 參數(shù)（L*、a*、b*、C、h°）等主要果實(shí)性狀，進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析、綜合評(píng)價(jià)和聚類(lèi)分析，旨在為李種質(zhì)果實(shí)品質(zhì)評(píng)價(jià)、優(yōu)異種質(zhì)篩選、種質(zhì)創(chuàng)新和綜合利用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

35 份供試?yán)罘N質(zhì)于2018 年7—10 月分批采自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹(shù)研究所李杏試驗(yàn)區(qū)，李種質(zhì)名稱(chēng)及編號(hào)見(jiàn)表1，選取大小均一、無(wú)機(jī)械損傷和病蟲(chóng)害的果實(shí)，在樹(shù)體各個(gè)部位進(jìn)行采樣，采摘后立即運(yùn)往實(shí)驗(yàn)室待測(cè)。

表1 供試材料

1.2 主要儀器

JA2603B 電子天平（上海精科儀器有限公司），W0579B 數(shù)顯游標(biāo)卡尺（廣州威力獅工具有限公司），GS-15 型水果質(zhì)地分析儀（南非），PR-101 α糖度計(jì)（日本ATAGO 公司），Metrohm 808 Titrando全自動(dòng)電位滴定儀（瑞士萬(wàn)通公司），CR-400 色差儀（日本Konica minolta 公司），A11 研磨機(jī)（德國(guó)IKA 公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

（1）單果重的測(cè)定。隨機(jī)選取10 個(gè)果實(shí)，用電子天平稱(chēng)量單果重，單位：g。

（2）果實(shí)縱、橫徑的測(cè)定。隨機(jī)選取10 個(gè)果實(shí)，用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量果頂至果肩的高度、果實(shí)最大橫徑處的寬度，即為果實(shí)的縱、橫徑，單位：mm。

（3）果實(shí)硬度（去皮）采用GS-15 型水果質(zhì)地分析儀測(cè)定。隨機(jī)選取10 個(gè)果實(shí)，在果實(shí)胴部中央陰陽(yáng)兩面去皮，測(cè)定對(duì)稱(chēng)兩點(diǎn)的硬度，單位：kg/cm2。

（4）可溶性固形物含量采用PR-101α糖度計(jì)測(cè)定。隨機(jī)選取10 個(gè)大小均勻的果實(shí)，去果皮、去核后于研磨機(jī)內(nèi)搗碎成勻漿，過(guò)濾，蒸餾水調(diào)零后將濾液滴于糖度計(jì)上讀數(shù)即可，單位：%。

（5）可滴定酸含量采用瑞士 Metrohm 808 Titrando 電位滴定儀測(cè)定。稱(chēng)取上述過(guò)濾后的果汁3 g，用蒸餾水定容至30 mL，以標(biāo)定過(guò)的NaOH 溶液滴定，單位：%。

（6）維生素C 含量采用瑞士Metrohm 808 Titrando 電位滴定儀測(cè)定。稱(chēng)取100 g 果肉置于組織搗碎機(jī)內(nèi)，加2%草酸溶液100 mL，攪碎后過(guò)濾，稱(chēng)取30 g 濾汁進(jìn)行測(cè)定，單位：mg/kg。

（7）果皮、果肉色差值（L*、a*、b*、C、h°）采用CR-400 手持色差儀通過(guò)反射法測(cè)定。隨機(jī)選取10 個(gè)大小均勻的果實(shí)，以果皮上2 個(gè)互相對(duì)稱(chēng)的點(diǎn)為測(cè)定點(diǎn)，測(cè)定果皮色差值；將果皮上2 個(gè)互相對(duì)稱(chēng)的點(diǎn)去皮，測(cè)定果肉色差值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2010 和SPSS 20.0 進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析、聚類(lèi)分析等統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 李果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)分析

單果重、縱徑、橫徑、硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、固酸比、維生素C 含量、果皮和果肉CIELab 參數(shù)（L*、a*、b*、C、h°）等18個(gè)李果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的變幅、平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差及變異系數(shù)見(jiàn)表2。由表2 可知，各指標(biāo)存在不同的變異情況，變異系數(shù)為15.69%～87.47%。其中，果肉a*值變化范圍最大，為-4.96～42.47，變異系數(shù)高達(dá)87.47%；其次是果皮b*值、果皮a*值、單果重、果皮h°值、可滴定酸含量、固酸比和硬度，變異系數(shù)分別為61.92%、59.95%、51.75%、46.73%、45.35%、44.05%和43.70%；可溶性固形物含量、果肉C 值和縱徑變幅較小，變異系數(shù)分別為15.69%、17.28%和18.77%；其他指標(biāo)的變異系數(shù)為20.60%～36.45%?？梢?jiàn)，李果實(shí)果肉a*值、果皮b*值、果皮a*值、單果重、果皮h°值、可滴定酸含量、固酸比和硬度變異性較大，而可溶性固形物含量、果肉C 值和縱徑變異性較小。

表2 不同種質(zhì)李果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)

2.2 Pearson 相關(guān)性分析

18 個(gè)指標(biāo)相關(guān)性分析結(jié)果見(jiàn)表3，果實(shí)單果重與縱徑、橫徑均呈極顯著正相關(guān)，表明單果重越大果實(shí)縱徑、橫徑相對(duì)越大，與果實(shí)硬度呈顯著正相關(guān)，表明單果重越大果實(shí)硬度相對(duì)越大；果實(shí)縱徑與橫徑呈極顯著正相關(guān)，與果實(shí)硬度呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.864 和0.341；果實(shí)橫徑與果實(shí)硬度呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.469；果實(shí)硬度與維生素C 含量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.407；可溶性固形物含量與果皮L*值、果皮b*值、果皮C 值和果皮h°值均呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.580、-0.567、-0.575 和-0.462，與果皮a*值呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.425；可滴定酸含量與果皮a*值和果肉a*值均呈顯著正相關(guān)，與果肉h°值呈顯著負(fù)相關(guān)，而與果肉L*值呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.353、0.346、-0.341 和-0.437；果皮色澤和果肉色澤相關(guān)指標(biāo)中除果肉L*值與果皮a*值，果肉b*值與果皮L*值、果皮a*值和果皮h°值，果肉C 值與果皮L*值、果皮a*值、果皮b*值、果皮C 值、果皮h°值、果肉L*值和果肉a*值，果肉h°值與果肉C 值不存在顯著相關(guān)性外，其余各色澤指標(biāo)間均存在極顯著正（負(fù)）相關(guān)或顯著正（負(fù)）相關(guān)。綜上，李果實(shí)各指標(biāo)間普遍存在顯著或極顯著的相關(guān)關(guān)系，表明李果實(shí)18 個(gè)指標(biāo)間存在信息重疊，需建立科學(xué)的綜合評(píng)價(jià)方法。

表3 不同種質(zhì)李果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析

2.3 主成分分析

以35 份李種質(zhì)果實(shí)的單果重、縱徑、橫徑、硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、固酸比、維生素C 含量、果皮和果肉CIELab 參數(shù)（L*、a*、b*、C、h°）等18 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，所得相關(guān)特征值及方差貢獻(xiàn)率如表4 所示，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后的因子負(fù)荷矩陣如表5 所示。以特征值大于1 的原則提取5 個(gè)主成分，前5 個(gè)主成分的累積方差貢獻(xiàn)率為85.237%，因此利用前5 個(gè)主成分即可代表原始數(shù)據(jù)的大部分信息。

表4 主成分的特征值及方差貢獻(xiàn)率

表5 因子負(fù)荷矩陣

由表4 和表5 可知，第1 主成分包含了原始信息量的34.550%，其大小主要由果皮L*值和果皮b*值決定，可以反映李果實(shí)果皮色澤，可命名為果皮色澤因子；第 2 主成分包含了原始信息量的18.123%，其大小主要由縱徑、橫徑和單果重決定，可以反映出李果實(shí)的大小，可命名為果實(shí)大小因子；第3 主成分包含了原始信息量的14.925%，主要由固酸比決定，體現(xiàn)了李果實(shí)的酸甜度，可以命名為風(fēng)味因子；第4 主成分包含了原始信息量的10.884%，其大小主要由維生素C 含量決定，可命名為抗氧化因子；第5 主成分包含了原始信息量的6.755%，其大小主要由果肉C 值決定，能夠體現(xiàn)出李果實(shí)果肉色澤，可命名為果肉色澤因子。

2.4 綜合評(píng)價(jià)

通過(guò)主成分得分、權(quán)重的確定，利用公式計(jì)算綜合得分（Dn）。綜合得分計(jì)算公式為：Dn＝0.345 50F1＋0.181 23F2＋0.149 25F3＋0.108 84F4＋0.067 55F5。并以Dn值的大小反映供試材料果實(shí)品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)高低。得分靠前的10 份種質(zhì)分別為‘秋姬’、223、‘青柰’、17-07-1、‘興義空心李’‘晚黃’、2-3、‘大紅袍’‘玉皇李’和‘吉紅’（表6）。

表6 李種質(zhì)的主成分得分及綜合得分

2.5 聚類(lèi)分析

基于35 份李種質(zhì)資源的18 個(gè)果實(shí)性狀指標(biāo)，利用SPSS 20.0 將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，采用系統(tǒng)聚類(lèi)分析法并繪制樹(shù)狀圖（圖1）。當(dāng)類(lèi)間距離取15 時(shí)，可將35 份李種質(zhì)聚為6 大類(lèi)。

圖1 不同李種質(zhì)果實(shí)性狀聚類(lèi)圖

第1 類(lèi)有10 個(gè)李品種（系），分別為‘玉皇李’‘晚黃’、223、17-07-1、‘吉紅’‘青柰’‘秋姬’、2-3、‘興義空心李’‘廣東紅李’。第2 類(lèi)有1 個(gè)李品種，為‘郯城杏梅’。第1 類(lèi)和第2 類(lèi)聚集了果皮a*值較小、果皮b*值較大、果皮h°值較高、以黃色和綠色型果實(shí)為主的品種（系），聚類(lèi)結(jié)果與主成分分析綜合評(píng)價(jià)排名靠前的品種（系）基本一致，果實(shí)綜合品質(zhì)相對(duì)較好。第3 類(lèi)有14 個(gè)李品種（系），分別為‘龍園秋李’、17-17、‘大紅袍’、98-1-6、‘奎麗’‘密山大紫李’‘上海大紫李’‘新疆1 號(hào)’‘吉?jiǎng)佟竺倒濉L(zhǎng)李15’、17-8、‘奧扎克首相’‘新世紀(jì)’，這一類(lèi)聚集了可溶性固形物含量和固酸比較高的品種（系）。第4 類(lèi)有2 個(gè)李品種，分別為‘奎豐’和‘奉化李’，這一類(lèi)聚集了可溶性固形物含量和固酸比較高、可滴定酸含量較低的2 個(gè)品種。第5 類(lèi)有7 個(gè)李品種（系），分別為‘一品丹楓’、0973、03297、‘普羅達(dá)克特’‘布爾班克’‘恐龍蛋’和11-12，這一類(lèi)聚集了維生素C 含量較高、果肉a*值較大、果肉b*值較小、果肉h°值較低的品種（系），均為紅色果肉型。第6 類(lèi)有1 個(gè)李品種，為果實(shí)單果重最小、硬度最小的‘吾爾江’。第5類(lèi)和第6 類(lèi)聚類(lèi)結(jié)果與主成分分析綜合評(píng)價(jià)排名靠后的品種（系）基本一致，果實(shí)綜合品質(zhì)相對(duì)較差（圖1）。

3 討 論

李果實(shí)色澤鮮艷、富含糖酸等營(yíng)養(yǎng)成分，其獨(dú)特的風(fēng)味深受人們的喜愛(ài)，但李種質(zhì)資源受遺傳和生長(zhǎng)環(huán)境等多因素的影響不同種質(zhì)間果實(shí)性狀差異較大。郁香荷等[22]對(duì)405 份中國(guó)李和雜種李種質(zhì)資源分析表明，中國(guó)李在果實(shí)外觀和內(nèi)在品質(zhì)方面均表現(xiàn)出豐富的形態(tài)多樣性和遺傳多樣；Liu 等[23]從分子生物學(xué)方面研究也發(fā)現(xiàn)中國(guó)李具有豐富的遺傳多樣性；張靜茹等[11]對(duì)野生櫻桃李的研究表明，野生櫻桃李果實(shí)酚類(lèi)物質(zhì)組成和含量方面具有豐富的遺傳多樣性。因此對(duì)不同李種質(zhì)資源果實(shí)性狀進(jìn)行全面有效的綜合評(píng)價(jià)，就成為李優(yōu)異種質(zhì)發(fā)掘、種質(zhì)創(chuàng)新、品種改良和品種推廣的關(guān)鍵。安佰義等[24]利用主成分分析對(duì)20 個(gè)抗寒李品種果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并通過(guò)綜合評(píng)價(jià)得分進(jìn)行排序。本研究選擇的試驗(yàn)材料既有生產(chǎn)中大面積栽培的主栽品種，又有全國(guó)各地收集的地方品種，還有人工雜交選育的優(yōu)異種質(zhì)，評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇了果實(shí)外觀品質(zhì)（單果重、縱徑、橫徑和色澤指標(biāo)）和內(nèi)在品質(zhì)（硬度、可溶性固形物、可滴定酸和維生素C）指標(biāo)。分析結(jié)果表明，不同李種質(zhì)資源在果實(shí)大小、果皮色澤、果實(shí)風(fēng)味和果肉色澤方面均存在一定的差異，其中不乏大果型、高糖、高酸、紅肉等優(yōu)異種質(zhì)資源，為進(jìn)一步有針對(duì)性地選擇、利用及推廣提供了豐富的基礎(chǔ)材料。

近年來(lái)，隨著統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，研究者逐步采用多指標(biāo)定量綜合評(píng)價(jià)法對(duì)植物品種進(jìn)行評(píng)價(jià)，這樣可以更客觀、全面、科學(xué)地反映品種性狀。而主成分分析是在損失較少信息的前提下，把多個(gè)具有相關(guān)性的指標(biāo)轉(zhuǎn)化為幾個(gè)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)的多元統(tǒng)計(jì)方法[25-27]；聚類(lèi)分析法則是一種用于生物資源分類(lèi)和親緣關(guān)系研究的多元統(tǒng)計(jì)方法[28-29]，目前廣泛應(yīng)用于果品品質(zhì)評(píng)價(jià)中，已有研究者對(duì)獼猴桃[30-31]、西洋梨[32]、櫻桃[33-34]、藍(lán)莓[35]、夏橙[36]等果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)。本研究對(duì)35 份李種質(zhì)的18 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，將18 個(gè)指標(biāo)簡(jiǎn)化為5 個(gè)主成分（累積方差貢獻(xiàn)率為85.237%，可代表原始數(shù)據(jù)的大部分信息），從而達(dá)到簡(jiǎn)化和綜合的目的。在主成分分析的基礎(chǔ)上對(duì)35 份李種質(zhì)進(jìn)行初步評(píng)價(jià)，從評(píng)價(jià)結(jié)果上看得分靠前的均為中國(guó)李，初步認(rèn)為中國(guó)李綜合品質(zhì)較歐洲李和李杏雜種好；在排名前10 的種質(zhì)中黃色系種質(zhì)占60%（‘秋姬’、223、17-07-1、‘晚黃’‘玉皇李’和‘吉紅’），綠色（‘青柰’和‘興義空心李’）和紅色（2-3 和‘大紅袍’）種質(zhì)各占20%；而紫色、藍(lán)色等深色種質(zhì)排名靠后，與目前市場(chǎng)需求結(jié)果較一致。聚類(lèi)分析將35 份李種質(zhì)分為6 類(lèi)，第1 類(lèi)和第2 類(lèi)李品種（系）果實(shí)外觀品質(zhì)較好，總綜合得分為5.028 和0.173；第3 類(lèi)和第4 類(lèi)李品種（系）果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)較好，總綜合得分為-0.567和-0.389；第5 類(lèi)總綜合得分為-3.490；第6 類(lèi)總綜合得分為-0.755。聚類(lèi)分析結(jié)果一定程度上反映了李果實(shí)外觀品質(zhì)和內(nèi)在品質(zhì)在不同種質(zhì)間存在較大差異，可為不同用途李種質(zhì)的選擇利用提供參考依據(jù)。聚類(lèi)分析與主成分分析綜合得分結(jié)果基本一致，表明聚類(lèi)分析與主成分分析方法可以用于李果實(shí)品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)。

4 結(jié) 論

35 份李種質(zhì)的單果重、縱徑、橫徑、硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、固酸比、維生素C 含量、果皮和果肉CIELab 參數(shù)（L*、a*、b*、C、h°）均存在豐富的變異類(lèi)型，綜合評(píng)價(jià)排名靠前的有‘秋姬’、223、‘青柰’、17-07-1、‘興義空心李’‘晚黃’、2-3、‘大紅袍’‘玉皇李’和‘吉紅’，發(fā)現(xiàn)了大果型（98-1-6、‘大紅袍’）、高可溶性固形物含量（‘奎豐’）、色澤鮮艷（黃色、綠色、紅色）類(lèi)型種質(zhì)，可作為生產(chǎn)品種和觀賞采摘品種適當(dāng)推廣。紅肉類(lèi)型種質(zhì)可直接利用、生產(chǎn)加工品或作為潛在親本材料培育高抗氧化活性的功能性新品種，以滿(mǎn)足消費(fèi)者對(duì)保健功能的要求。本文評(píng)價(jià)認(rèn)為通過(guò)綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)不同李種質(zhì)果實(shí)性狀差異能夠更直觀、更高效地篩選出優(yōu)異種質(zhì)資源。