基于主成分分析的高叢藍(lán)莓品種果實(shí)品質(zhì)綜合評價(jià)

烏鳳章，張潤梅，尹澤宇，王賀新

基于主成分分析的高叢藍(lán)莓品種果實(shí)品質(zhì)綜合評價(jià)

烏鳳章，張潤梅，尹澤宇，王賀新

（大連大學(xué)生命健康學(xué)院，大連 116622）

比較分析不同品種藍(lán)莓果實(shí)品質(zhì)特性，確定代表性品質(zhì)指標(biāo)，建立藍(lán)莓品質(zhì)綜合評價(jià)體系，為藍(lán)莓品質(zhì)合理評價(jià)和優(yōu)良藍(lán)莓品種篩選提供理論參考。以26個(gè)高叢藍(lán)莓品種果實(shí)為材料，測定其11項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)（單果質(zhì)量、果實(shí)橫徑、果實(shí)縱徑、果形指數(shù)、果實(shí)硬度、可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)、可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)、糖酸比、維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)、花色苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)），并采用主成分分析方法進(jìn)行果實(shí)品質(zhì)綜合評價(jià)。結(jié)果表明：26個(gè)藍(lán)莓品種的11項(xiàng)果實(shí)品質(zhì)性狀中糖酸比、可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)、單果質(zhì)量和花色苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變異系數(shù)較大，其變異系數(shù)分別為33.67%、32.25%、30.84%和28.48%。通過主成分分析確定單果質(zhì)量、果形指數(shù)、可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)、可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)、花色苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)和果實(shí)硬度可作為評價(jià)藍(lán)莓果實(shí)品質(zhì)的代表性指標(biāo)；建立綜合品質(zhì)評價(jià)模型，并依據(jù)各品種的綜合品質(zhì)得分進(jìn)行優(yōu)良度排序，得分排名前10位的藍(lán)莓品種依次為‘大果藍(lán)金’‘萊格西’‘公爵’‘日出’‘維口’‘藍(lán)片‘早藍(lán)’‘藍(lán)豐’‘愛國者’‘紅利’，研究結(jié)果為大連地區(qū)藍(lán)莓品種合理開發(fā)和應(yīng)用提供了依據(jù)。

農(nóng)業(yè)；果實(shí)品質(zhì)；高叢藍(lán)莓；主成分分析；品種篩選；綜合評價(jià)

0 引 言

藍(lán)莓（spp.）為杜鵑花科越橘屬植物，是一種小漿果類果樹。因其對人體健康的各種益處、獨(dú)特的口感和營養(yǎng)價(jià)值而備受推崇，尤其是藍(lán)莓含有大量的酚類化合物，包括花青素、黃酮醇、綠原酸和原花青素，已被證明具有多種生物活性，能夠抗某些人類癌癥、調(diào)節(jié)血糖水平、降低器官氧化應(yīng)激和調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)[1-4]。此外，有改善兒童認(rèn)知能力[5]，并調(diào)節(jié)腸道菌群組成的跡象[6]。由于這些潛在的健康益處，人們對藍(lán)莓的需求越來越大，對其品質(zhì)的要求越來越高。截至2020年底，中國藍(lán)莓種植面積為6.64萬hm2，總產(chǎn)量為34.72萬t，其中遼寧省種植面積為7 800 hm2，居全國第二位，產(chǎn)量為3.5萬t，居全國第四位[7]。大連市藍(lán)莓種植面積為4 000 hm2[8]。

隨著藍(lán)莓產(chǎn)量的增加和消費(fèi)者對藍(lán)莓品質(zhì)要求的提高，藍(lán)莓果實(shí)品質(zhì)不僅包括果實(shí)大小、可溶性固形物含量、可滴定酸含量和果實(shí)硬度，還包括花色苷和維生素C等抗氧化物質(zhì)含量[9-10]。果實(shí)品質(zhì)是決定市場競爭力的重要因素，而果實(shí)品質(zhì)評價(jià)是篩選優(yōu)良品種的重要依據(jù)。研究表明，藍(lán)莓果實(shí)品質(zhì)性狀變異主要來源于基因型，此外，還會(huì)受到氣候、生長季節(jié)、土壤質(zhì)量、成熟度的影響[11]，是基因型及其生長環(huán)境綜合作用的結(jié)果[12]。因此評價(jià)特定環(huán)境條件下藍(lán)莓品種果實(shí)品質(zhì)對于當(dāng)?shù)厮{(lán)莓栽培品種選擇與栽培管理具有重要意義。

主成分分析是一種通過考察多個(gè)變量之間的相關(guān)性，利用線性變化將多個(gè)變量簡化為少數(shù)綜合變量的統(tǒng)計(jì)分析方法[13]。前人使用主成分分析法對櫻桃[14]、楊梅[15]、桃[16]等水果的品質(zhì)進(jìn)行了綜合評價(jià)。目前有關(guān)不同地區(qū)藍(lán)莓品種果實(shí)品質(zhì)研究較多[17-19]，其中一些研究采用主成分分析方法對藍(lán)莓果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行了綜合評價(jià)。研究表明，栽植在東京都府中市的兔眼藍(lán)莓品種與北方高叢藍(lán)莓和南方高叢藍(lán)莓品種在生長和果實(shí)質(zhì)量方面存在較大差異[20]。劉丙花等對山東地區(qū)栽種的22個(gè)藍(lán)莓品種果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行了綜合評價(jià)[21]。陳昌琳等研究認(rèn)為，在四川地區(qū)南方高叢藍(lán)莓“春高”及“法新”綜合品質(zhì)優(yōu)于其他4個(gè)品種[22]。目前藍(lán)莓品質(zhì)綜合評價(jià)研究所涉及的品種和地區(qū)較少，選擇指標(biāo)側(cè)重點(diǎn)有所不同。關(guān)于大連地區(qū)引種藍(lán)莓品種果實(shí)品質(zhì)的綜合評價(jià)研究極少，僅見張佳等對大連地區(qū)栽植的‘藍(lán)金’‘伯克利’和‘北陸’果實(shí)品質(zhì)綜合評價(jià)的報(bào)道[23]。因此本研究以大連地區(qū)引種的26個(gè)高叢藍(lán)莓品種為試材，對單果質(zhì)量、果實(shí)橫徑、縱徑、果形指數(shù)、果實(shí)硬度、可溶性固形物含量、可溶性糖含量、可滴定酸含量、糖酸比、維生素 C 含量、花色苷含量共11項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)研究；通過主成分分析方法，建立藍(lán)莓品質(zhì)綜合評價(jià)體系，確定代表性品質(zhì)評價(jià)指標(biāo)，以期為藍(lán)莓果實(shí)品質(zhì)評價(jià)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試的26個(gè)高叢藍(lán)莓品種由日本引進(jìn)，其中‘奧尼爾’和‘海岸’為南方高叢藍(lán)莓，‘圣云’和‘北空’為半高叢藍(lán)莓，其余品種為北方高叢藍(lán)莓。栽植株行距為1.5 m×2.0 m，栽植于大連市金普新區(qū)大連大學(xué)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)基地。試驗(yàn)地位于遼東半島南端，中緯度的大陸東岸，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。海洋影響明顯，夏季無酷暑，冬季無嚴(yán)寒；年平均氣溫為8.4～10.5 ℃，大于10 ℃積溫為3 300～3 700 ℃，無霜期為183.5 d；年日照時(shí)數(shù)為2 500～2 800 h，年太陽總輻射量為543.92～596.64 kJ/cm2；年降水量為600～790 mm。種植基地地勢平坦，土壤為棕壤，pH 值為7.0。栽植前進(jìn)行了土壤改良，以園土∶草炭土=1∶1 混合后，再按1.2 kg/m3的施用量添加硫磺粉，使pH值維持在4.0～5.5。整個(gè)試驗(yàn)地管理?xiàng)l件和氣候都相同，保證果實(shí)品質(zhì)性狀差異主要來源于品種間差異。對于不同藍(lán)莓品種，為保證收獲時(shí)果實(shí)成熟階段的一致性，在植株30%～40%的果實(shí)成熟時(shí)，選擇生長健壯、長勢均勻、具有代表性的5個(gè)植株，從東南西北4個(gè)方向選取果實(shí)大小一致、果實(shí)面完全著均勻藍(lán)色、無病蟲傷害的果實(shí)分別進(jìn)行采收后分裝。每個(gè)藍(lán)莓品種每株隨機(jī)取樣100個(gè)果實(shí)。每個(gè)樣本設(shè)3次重復(fù)。所有果實(shí)均于收獲當(dāng)日運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行形態(tài)指標(biāo)測定，清洗后用液氮快速冷凍，保存于?80 °C超低溫冰箱中備用。

1.2 主要儀器

主要儀器包括：1/1000 的 CL 小量程精密天平（GL323-1SCN，上海亞津電子科技有限公司）；數(shù)顯卡尺（量程：0～200 mm，精度：±0.02 mm，上海美耐特有限公司）；CNT65 手持?jǐn)?shù)顯糖度計(jì)（杭州陸恒生物科技有限公司）；UV-8000 型紫外可見分光光度計(jì)（上海元析儀器有限公司）；808 Titrando 全自動(dòng)電位滴定儀（瑞士Metrohm公司）；FT-7 型軟水果硬度無損傷檢測儀（北京陽光億事達(dá)科技有限公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

1）平均單果質(zhì)量：采用直接稱量法，每次稱量10個(gè)果實(shí)，計(jì)算平均單果質(zhì)量，重復(fù)5次，取平均值。

2）縱徑、橫徑和果形指數(shù)測定：使用游標(biāo)卡尺測定果實(shí)縱徑與橫徑，果形指數(shù)計(jì)算公式：果形指數(shù)=果實(shí)縱徑/果實(shí)橫徑。

3）果實(shí)硬度測定：使用FT-7 型軟水果硬度無損傷檢測儀測定。

4）可溶性固形物含量：使用手持?jǐn)?shù)顯糖度計(jì)進(jìn)行測定。

5）可溶性糖（以葡萄糖計(jì)）含量：采用蔥酮比色法[24]測定。

6）可滴定酸含量及糖酸比：采用指示劑滴定法測定[25]測定。糖酸比用可溶性糖與可滴定酸含量之比表示。

7）維生素C測定：采用2, 6-二氯靛酚滴定法測定[26]。

8）花色苷含量測定：稱量5 g破碎的藍(lán)莓漿，與pH值為3.0的60%乙醇溶液按1 g∶20 mL的比例混合均勻，在40 ℃下濃縮，得到藍(lán)色粘稠粗提液。采用pH示差法測定花色苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)[27]，每個(gè)樣品重復(fù)3次，取平均值?；ㄉ蘸坑?jì)算見式（1）和（2）

=(520-700)pH1.0-(520-700)pH4.5（1）

花色苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)(mg/100g)=(·MW··· 100)/(··)（2）

式中為吸光度；MW為花色苷摩爾質(zhì)量，449.2 g/mol；為矢車菊-3葡萄糖苷摩爾消光系數(shù)，26 900 L/(mol·cm)；為稀釋倍數(shù)；為提取液總體積，mL；為比色杯寬度，1 cm；為試樣質(zhì)量，g。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS 22.0 軟件進(jìn)行方差分析和主成分分析，結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種藍(lán)莓的品質(zhì)指標(biāo)比較

不同品種藍(lán)莓單果質(zhì)量范圍約為0.82～3.14 g，平均值為2.14 g，變異系數(shù)為 30.84%；果實(shí)橫徑范圍約為11.34～20.74 mm，平均值為15.88 mm，變異系數(shù)為15.25%；果實(shí)縱徑范圍約為9.77～16.12 mm，平均值為12.28 mm，變異系數(shù)為12.70%（見表1）。方差分析表明各品種間單果質(zhì)量、果實(shí)橫徑和果實(shí)縱徑均有差異，其中‘萊格西’單果質(zhì)量最高，為3.14 g，其次為‘藍(lán)片’；‘塞拉’果實(shí)橫徑最大，為20.74 mm，其次為‘藍(lán)片’；‘藍(lán)片’果實(shí)縱徑最大，為16.12 mm，其次為‘萊格西’?！椎隆瘑喂|(zhì)量、果實(shí)橫徑和果實(shí)縱徑均最低，分別為0.82 g、11.34 mm和9.77 mm。

不同品種藍(lán)莓果形指數(shù)范圍約為0.91～0.64（見表 1），平均值為0.78，變異系數(shù)為8.97%，說明藍(lán)莓品種間果形指數(shù)差異較小。方差分析表明，各品種間果形指數(shù)存在差異，其中‘早藍(lán)’最大，為0.91；其次為‘海岸’；‘塞拉’最小為0.64。

不同品種藍(lán)莓硬度范圍約為109.9～155.4 g/mm（見表1），平均值為136.75 g/mm，變異系數(shù)為11.75% 。方差分析表明，各品種間硬度存在差異，‘圣云’藍(lán)莓硬度最高，為155.4 g/mm；其次為‘艾克塔’；‘維口’硬度最低，為109.9 g/mm。

不同品種可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍約為6.93%～12.73%（見表1），平均值為9.78%，變異系數(shù)16.87%。方差分析表明，各品種間可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在差異，‘早藍(lán)’可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為12.73%，除與‘公爵’和‘大果藍(lán)金’無明顯差異外，與其他藍(lán)莓品種有顯著差異（<0.05）；‘海岸’可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，為6.93%。

不同品種藍(lán)莓可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍約為5.36%～9.22%（見表1），平均值為7.30%，變異系數(shù)為19.86%。方差分析表明，各品種間可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在差異，‘早藍(lán)’可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為9.22%；其次為‘公爵’；‘賽拉’可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，為5.36%。

不同品種藍(lán)莓可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍約為0.37%～1.21%（見表1），平均值為0.62%，變異系數(shù)為32.25%。根據(jù)方差分析，各品種間可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在差異，‘錢德勒’可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于其他藍(lán)莓品種（<0.05）；其次為‘愛國者’；‘賽拉’可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，為0.37%。

表1 26個(gè)藍(lán)莓品種果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)

注：同列數(shù)據(jù)后不同英文小寫字母表示試驗(yàn)材料在<0.05水平上的差異顯著性。

Note: After the same data, different english lowercase letters indicate significant difference in<0.05 level between test materials.

不同品種藍(lán)莓糖酸比約在4.51～24.26（見表1），平均值為12.77，變異系數(shù)為33.67%。方差分析表明，各品種間糖酸比存在差異，‘早藍(lán)’糖酸比最高，為24.26，與其他藍(lán)莓品種有顯著差異（<0.05）；其次是‘維口’；‘錢德勒’藍(lán)莓糖酸比最低，為4.51。

不同品種藍(lán)莓維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍約為7.69～16.91 mg/100g（見表1），平均值為12.84 mg/100g，變異系數(shù)為16.51%。方差分析表明，各品種間維生素質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在差異，‘維口’和‘早藍(lán)’維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為16.91 mg/100g和16.61 mg/100g，兩者差異不顯著，但明顯高于其他藍(lán)莓品種（<0.05）；‘海岸’維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，為7.69 mg/100g。

不同品種藍(lán)莓花色苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍約為123.21～337.78 mg/100g（見表1），平均值為202.65 mg/（100g），變異系數(shù)28.48%。方差分析表明，各品種間花色苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在差異，‘大果藍(lán)金’花色苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，約為337.78 mg/100g，與其他品種差異顯著（<0.05）；其次為‘早藍(lán)’；‘錢德勒’花色苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，為123.21 mg/100g。

2.2 主成分分析

主成分分析是利用降維思想，將多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)綜合指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)方法，這些綜合指標(biāo)保留了原指標(biāo)的大部分信息，而且相互之間不相關(guān)[13]。對藍(lán)莓果實(shí)橫徑、縱徑、果形指數(shù)、硬度、可溶性固形物含量、可溶性糖含量、可滴定酸含量、糖酸比、維生素 C 含量、花色苷含量11個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，得到相關(guān)矩陣的特征值、方差貢獻(xiàn)率、主成分載荷矩陣，結(jié)果如表2所示。前4個(gè)主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)78.19%，且其特征根值均大于1，包含了藍(lán)莓果實(shí)品質(zhì)性狀的大部分信息。第1主成分貢獻(xiàn)率為28.05%，主要由果實(shí)橫徑、單果質(zhì)量、果實(shí)縱徑3個(gè)因子決定，主要反映果實(shí)大小。第2主成分的貢獻(xiàn)率為25.89%。由可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)、糖酸比、花色苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)和維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)5個(gè)因子決定，主要反映甜味和營養(yǎng)品質(zhì)。第3主成分的貢獻(xiàn)率為14.73%，由可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)和果實(shí)硬度2個(gè)因素決定，主要反映果實(shí)酸度和硬度。第4主成分的貢獻(xiàn)率為9.52%，主要由果形指數(shù)決定，主要反映果實(shí)形狀。

在果實(shí)大小3個(gè)主要因子中，單果質(zhì)量能更客觀地反映果實(shí)大小，作為代替指標(biāo)使用；在甜味和營養(yǎng)品質(zhì)5個(gè)主要因子中，可以使用可溶性含糖量質(zhì)量分?jǐn)?shù)和花色苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別代替甜味指標(biāo)和營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)。因此，可用單果質(zhì)量、果形指數(shù)、可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)、可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)、花色苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量和果實(shí)硬度分別代表果實(shí)大小、形態(tài)、甜味、酸味、營養(yǎng)指標(biāo)和質(zhì)地指標(biāo)。

2.3 26個(gè)藍(lán)莓品種的果實(shí)品質(zhì)性狀的綜合評價(jià)

為了消除不同單位和數(shù)據(jù)維度的影響，需要對各品質(zhì)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，轉(zhuǎn)化成均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差為1的無量綱數(shù)據(jù)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的各指標(biāo)與因子載荷矩陣計(jì)算各主成分得分，公式如下：

1=0.301+0.312+0.263-0.204-0.125+0.026+0.057

+0.048-0.039+0.0710+0.1111（3）

2=-0.041-0.012-0.013+0.054-0.025+0.296+0.297

-0.158+0.299+0.1710+0.1911（4）

3=0.071-0.042-0.163-0.144+0.315+0.316+0.257

+0.498-0.279+0.0110-0.0111（5）

4=0.071-0.152+0.433+0.644-0.345+0.076+0.157

+0.288-0.189+0.2010-0.2211（6）

式中1、2、3、4、5、6、7、8、9、10和11分別為單果質(zhì)量、果實(shí)橫徑、果實(shí)縱徑、果形指數(shù)、果實(shí)硬度、可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)、可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)、糖酸比、維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)和花色苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的標(biāo)準(zhǔn)化值；1、2、3和4分別為各藍(lán)莓品種主成分1、主成分2、主成分3和主成分4的得分值。

表2 藍(lán)莓果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的主成分分析

通過主成分分析，計(jì)算前4個(gè)主成分的得分，以每個(gè)主成分所對應(yīng)的特征值占所提取主成分的特征值之和的比例為權(quán)重，主成分的得分與相應(yīng)權(quán)重乘積的累加建立果實(shí)品質(zhì)綜合得分(z)的數(shù)學(xué)模型：

z=0.361+0.332+0.193+ 0.124（7）

利用該模型計(jì)算不同品種藍(lán)莓果實(shí)品質(zhì)綜合得分，并根據(jù)果實(shí)品質(zhì)性狀的綜合得分進(jìn)行優(yōu)良度排序，結(jié)果如表4所示，果實(shí)品質(zhì)綜合得分越高，說明該藍(lán)莓品種的綜合品質(zhì)越好。從表4可以看出，綜合得分列前十位的依次是‘大果藍(lán)金’‘萊格西’‘公爵’‘日出’‘維口’‘藍(lán)片’‘早藍(lán)’‘藍(lán)豐’‘愛國者’和‘紅利’。在第1主成分中，‘大果藍(lán)金’‘藍(lán)片’‘萊格西’‘塞拉’和‘維口’得分排在前五；在第2主成分中，‘早藍(lán)’‘維口’‘奧尼爾’‘萊格西’和‘大果藍(lán)金’排在前五位；在第3主成分中，‘公爵’‘錢德勒’‘日出’‘大果藍(lán)金’和‘愛國者’得分位列前五；在第4主成分中，‘藍(lán)片’‘海岸’‘藍(lán)鳥’‘公爵’和‘愛國者’得分排在前五位。綜合得分位于前面的5個(gè)品種中，‘大果藍(lán)金’‘萊格西’和‘日出’的第1主成分和第2主成分得分值均排在前列，果實(shí)較大，風(fēng)味佳，營養(yǎng)品質(zhì)好；‘大果藍(lán)金’第3主成分得分值排在較前位置，硬度較高，酸度較高；‘萊格西’第3主成分得分值排在第九位，‘日出’第3主成分得分值排在第三位，二者硬度和果實(shí)酸度均較高；‘公爵’第1主成分和第2主成分得分分別排在第九和第十位，果實(shí)中等大小，風(fēng)味較好，營養(yǎng)品質(zhì)較好；‘公爵’第3主成分和第4主成分得分排在靠前位置，硬度高，果實(shí)酸度較高，果實(shí)形態(tài)好?！S口’第1主成分和第2主成分得分處于靠前位置，果實(shí)大，風(fēng)味及營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)良好，但第3主成分和第4主成分得分排在靠后位置，硬度差，果實(shí)酸度低，果實(shí)形態(tài)差。

表3 26個(gè)藍(lán)莓品種果實(shí)品質(zhì)的各主成分得分和綜合評價(jià)

3 討 論

變異系數(shù)的差異反映了生物主要性狀在進(jìn)化保守性或遺傳可塑性方面的不同，在進(jìn)行品種資源評價(jià)及篩選時(shí)應(yīng)作作為重要因素予以考慮。如果群體內(nèi)主要性狀變異程度越大，則對品種變異和創(chuàng)新貢獻(xiàn)率越高[28]。本研究結(jié)果表明，大連地區(qū)種植的藍(lán)莓不同果實(shí)性狀的變異系數(shù)有較大差異，最高者為33.67%，最低為8.97%。變異系數(shù)居前4位的依次是糖酸比、可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)、單果質(zhì)量和花色苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)。張佳等對來自不同地區(qū)的92份越橘品種資源的果實(shí)品質(zhì)研究表明，固酸比、可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)和單果質(zhì)量的變異系數(shù)在所測的7個(gè)指標(biāo)中排在前列[23]，與本研究結(jié)果接近，但其中可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)變異系數(shù)遠(yuǎn)高于本研究結(jié)果，單果質(zhì)量略高于本研究結(jié)果，這可能與取材范圍較大有關(guān)，這也表明可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)比單果質(zhì)量受栽培環(huán)境及栽培管理水平的影響更大。較高的糖（固）酸比和可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)變異系數(shù)表明品種間果實(shí)風(fēng)味特色存在明顯的差異；較高的單果質(zhì)量和花色苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變異系數(shù)表明品種間果實(shí)大小和特色營養(yǎng)成分存在明顯差異，因此這4個(gè)指標(biāo)能夠反映藍(lán)莓果實(shí)品質(zhì)的品種主要差異性，推測可以作為區(qū)分不同品種果實(shí)品質(zhì)的主要性狀。

本研究通過主成分分析提取了4個(gè)特征根大于1的主成分。前4個(gè)主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)78.19%，提供了原性狀中的大部分信息。其中，第1主成分主要反映果實(shí)大小，‘大果藍(lán)金’‘藍(lán)片’‘萊格西’‘塞拉’和‘維口’的得分位列前五，它們在以豐產(chǎn)性為目的的藍(lán)莓品種選育中可用作優(yōu)勢親本；第2主成分反映果實(shí)甜味和營養(yǎng)特性。藍(lán)莓果實(shí)花色苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)與其抗氧化能力顯著正相關(guān)關(guān)系[29]，可能是藍(lán)莓各種植物化學(xué)物質(zhì)中在健康功能中的作用最大的成分。在本研究中‘大果藍(lán)金’‘早藍(lán)’‘萊格西’等品種果實(shí)花色苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，可作為定向培育高抗氧化能力藍(lán)莓的候選品種。第3主成分主要反映了果實(shí)酸度和果實(shí)硬度。硬度高的果實(shí)適合機(jī)械采收，降低收獲成本，也有利于采后運(yùn)輸和貯藏，延長果實(shí)貨架期[30]。本研究中選出的硬度較高且風(fēng)味及營養(yǎng)品質(zhì)較好的品種‘公爵’‘早藍(lán)’和‘日出’，可作為培育高耐貯性品種及改良果實(shí)硬度品質(zhì)的雜交親本。

基因型是大部分藍(lán)莓果實(shí)品質(zhì)性狀變異的重要來源，此外，生長環(huán)境條件、收獲時(shí)期等也是其變異的最重要來源[12,31]。在本研究和劉丙花等[21]研究中，幾個(gè)相同藍(lán)莓品種品質(zhì)綜合評價(jià)的結(jié)果大多存在一定的差異性，這可能與2項(xiàng)研究中大部分試驗(yàn)品種不同有一定關(guān)系，但更可能是由于栽培環(huán)境條件差異所致。因此對于特定地區(qū)栽植的藍(lán)莓品種果實(shí)品質(zhì)的綜合評價(jià)尤為重要。本研究結(jié)果對于大連地區(qū)藍(lán)莓栽培品種選擇和品質(zhì)遺傳改良具有重要參考價(jià)值。

本研究根據(jù)每個(gè)主成分中各品質(zhì)指標(biāo)的因子荷載及指標(biāo)間的關(guān)系確定單果質(zhì)量、果形指數(shù)、可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)、可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)、花色苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量和果實(shí)硬度分別作為果實(shí)大小、形態(tài)、甜味、酸味、營養(yǎng)指標(biāo)和質(zhì)地的指標(biāo)；而張佳等研究認(rèn)為可溶性固形物含量、可滴定酸含量、維生素 C 含量和果實(shí)硬度是藍(lán)莓代表性品質(zhì)指標(biāo)[23]，與本研究的結(jié)果有所不同，這可能與取材范圍及測試的品質(zhì)指標(biāo)不同有關(guān)。本研究試驗(yàn)材料取自同一環(huán)境條件，選用指標(biāo)較為全面，尤其是選擇了最能代表藍(lán)莓品質(zhì)特性的花色苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為評價(jià)指標(biāo)，因此本研究確定的代表性指標(biāo)更能體現(xiàn)藍(lán)莓果實(shí)品質(zhì)的綜合特征和典型特征。

許多研究表明不同藍(lán)莓品種之間糖酸組分及含量差異明顯[18]。高叢藍(lán)莓所含的酯類和醇類物質(zhì)分別可使果實(shí)具有濃郁的花香和果實(shí)香味，是藍(lán)莓果實(shí)的主要特征香氣成分[32]。不同藍(lán)莓品種之間香氣成分組成及含量差異明顯[22]。已有幾項(xiàng)研究將可溶性糖、有機(jī)酸及香氣成分的組成及含量作為果實(shí)品質(zhì)綜合評價(jià)指標(biāo)[23,33-34]，而本研究尚未涉及這方面的內(nèi)容。今后應(yīng)從不同藍(lán)莓品種中這些指標(biāo)的組成和含量差異入手，進(jìn)一步開展藍(lán)莓風(fēng)味和品質(zhì)綜合評價(jià)研究。

4 結(jié) 論

為了科學(xué)評價(jià)藍(lán)莓品種資源的果實(shí)品質(zhì)，本研究采用主成分分析法對栽植在大連地區(qū)的26個(gè)高叢藍(lán)莓品種的11個(gè)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了綜合和簡化分析，所得結(jié)論如下：

1）11個(gè)品質(zhì)指標(biāo)中，除果形指數(shù)變異系數(shù)最小，為8.98%外，其余指標(biāo)均大于10%，其中糖酸比、可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)、單果質(zhì)量和花色苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)變異系數(shù)較大，分別為33.67%、32.25%、30.84%和28.48%，果實(shí)硬度和縱徑變異系數(shù)較小，其余指標(biāo)居中。

2） 經(jīng)主成分分析提取出4個(gè)特征根大于1的主成分，其中第1主成分貢獻(xiàn)率為28.05%，主要由果實(shí)橫徑、單果質(zhì)量、果實(shí)縱徑3個(gè)因子決定，主要反映果實(shí)大??；第2主成分的貢獻(xiàn)率為25.89%，由可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)、糖酸比、花色苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)和維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)5個(gè)因子決定，主要反映甜味和營養(yǎng)品質(zhì)；第3主成分的貢獻(xiàn)率為14.73%，由可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)和果實(shí)硬度2個(gè)因素決定，主要反映果實(shí)酸度和硬度；第4主成分的貢獻(xiàn)率為9.52%，主要由果形指數(shù)決定，主要反映果實(shí)形狀。前4個(gè)主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)78.19%，提供了原性狀大部分的信息。

3）經(jīng)綜合品質(zhì)評價(jià)模型得出，26個(gè)藍(lán)莓品種果實(shí)綜合品質(zhì)得分的優(yōu)良度大小順序?yàn)椤蠊{(lán)金’‘萊格西’‘公爵’‘日出’‘維口’‘藍(lán)片’‘早藍(lán)’‘藍(lán)豐’‘愛國者’和‘紅利’。

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Comprehensive quality evaluation of highbush blueberry cultivars based on principal component analysis

Wu Fengzhang, Zhang Runmei, Yin Zeyu, Wang Hexin

(,,116622,)

Blueberry is one of the most economically important nutritional fruits, particularly in popularity with the remarkable blue color and high health benefits of antioxidant potential. The purpose of this study was to establish a comprehensive quality evaluation of highbush blueberry using principal component analysis. A total of 11 quality indicators were selected (including single fruit weight, diameter of fruit, longitudinal diameter of fruit, fruit shape index, fruit hardness, soluble solids mass fraction, soluble sugar mass fraction, titration acidity mass fraction, sugar acid ratio, vitamin C mass fraction, and anthocyanin mass fraction) for 26 highbush blueberry cultivars. There was a significant difference in the variation coefficient of the 11 fruit quality index of blueberry cultivars. In terms of fruit quality indexes, the coefficients of variation were 33.67%, 32.25%, 30.84%, and 28.48% for the sugar-acid ratio, titratable acidity, single fruit weight, and anthocyanin mass fraction, respectively. There was only 10.00% or less in the coefficient of variation of the fruit shape index. The medium variation coefficient (10.00% to 20.00%) was recorded in the six remaining fruit quality indices. Besides, principal component analysis was used to extract four principal components with eigenvalues greater than 1, where the cumulative variance contribution rate was 78.19%. Specifically, the contribution rate of the first principal component (28.05%) was determined as the reflected fruit size, i.e., fruit diameter, single fruit weight, and fruit longitudinal diameter. The contribution rate of the second principal component (25.89%) was determined as the parameters related to the sweet taste and nutritional quality of fruit, such as the soluble solid mass fraction, soluble sugar mass fraction, sugar-acid ratio, anthocyanin mass fraction, and vitamin C mass fraction. The third principal component accounted for 14.73% of the fruit acidity and fruit firmness, in terms of the titratable acidity and fruit firmness. The contribution rate of the fourth principal component was 9.52%, which was determined by the fruit shape index. Furthermore, six of 11 evaluated indexes (single fruit weight, fruit shape index, soluble sugar mass fraction, titratable acidity mass fraction, anthocyanin mass fraction, and fruit firmness) were screened as the evaluation indexes of blueberry quality, which were characterized by the fruit size, fruit shape, sweet, sour, nutritional, and texture index. An excellent level order of 26 blueberry cultivars was achieved in the quality evaluation model: Big bluegold, Legacy, Duke, Sunrise, Weymouth, Bluechip, Earliblue, Bluecrop, Patriot, and Bonus. The findings can provide a theoretical reference to evaluate the blueberry quality, and then screen the blueberry varieties with excellent quality, particularly for the rational development and application of blueberry cultivars.

agriculture; fruit quality; highbush blueberry; principal analysis; varieties selection; comprehensive evaluation

10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.028

S663.9

A

1002-6819(2022)-22-0262-08

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Wu Fengzhang, Zhang Runmei,Yin Zeyu, et al. Comprehensive quality evaluation of highbush blueberry cultivars based on principal component analysis[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(22): 262-269. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.028 http://www.tcsae.org

2022-07-30

2022-10-11

遼寧省教育廳面上項(xiàng)目（LJKZ1194）

烏鳳章，博士，副教授，正高級(jí)工程師，研究方向?yàn)楣麡湓耘嗯c育種。Email：wfz1965@126.com