庫爾勒香梨及其芽變和雜交品種（系）果實品質(zhì)評價因子的選擇

位 杰，蔣 媛，林彩霞*

（新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第二師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆 鐵門關(guān) 841005）

庫爾勒香梨（以下簡稱香梨）（Pyrus sinkiangensis Yü）屬于薔薇科（Rosasceae）梨亞科（Pomoideae）梨屬（Pyrus）植物，是新疆著名的名、優(yōu)、特產(chǎn)果品，具有香味濃郁、皮薄肉細(xì)、酥脆多汁等特點，品質(zhì)優(yōu)良，深受國內(nèi)外消費者喜愛，在新疆園藝作物中占有重要地位。香梨的栽培地域性極強，栽培區(qū)域有限，是新疆林果業(yè)產(chǎn)品中的特色果品之一，在促進農(nóng)業(yè)增效、果農(nóng)增收和出口創(chuàng)匯方面起著不可替代的作用，市場潛力很大，發(fā)展前景很好[1-3]。在梨產(chǎn)業(yè)育種上，香梨也作為一種優(yōu)良的親本材料被廣泛應(yīng)用，國內(nèi)已有多家單位以香梨為親本選育出了許多新品種及優(yōu)良品系，如新梨6號[4]、新梨7號[5]、新梨9號[6]等，生產(chǎn)上還發(fā)現(xiàn)了許多香梨芽變新品種，如新梨2號[7]、沙01號[8]等。果實品質(zhì)是決定市場競爭力的重要因素，也是其適應(yīng)性評價及能否推廣栽培的基礎(chǔ)和前提。對香梨及其芽變和雜交品種（系）果實品質(zhì)進行科學(xué)、客觀、準(zhǔn)確的分析及評價，是香梨育種親本選擇及果品選優(yōu)過程中的重要環(huán)節(jié)。但是繁雜而大量的測定工作以及品質(zhì)因子之間的獨立性和相關(guān)性給果實的綜合評價帶來了不便，因此，建立和尋求一種快速評價香梨及其芽變和雜交品種（系）果實品質(zhì)的方法成為首要任務(wù)。

目前對梨果實品質(zhì)分析方法的研究報道較多，如多因子模糊評審法[9-10]、賦值多維價值理論[11-12]、合理-滿意度[13-14]、主成分分析法[15]等。前3 種方法需要對不同的指標(biāo)人為賦予權(quán)重，不可避免地帶有一定的主觀性；主成分分析法是將多變量數(shù)據(jù)在盡可能保留原有信息的基礎(chǔ)上通過降維處理，根據(jù)需要從多變量中選取幾個較少的變量指標(biāo)來綜合的描述原來多種指標(biāo)或因素之間的關(guān)系，從而簡化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確了解各性狀的綜合表現(xiàn)[16-17]。主成分分析法側(cè)重于客觀數(shù)據(jù)，以各主成分的方差貢獻率和特征值為權(quán)重，重在解釋原始變量之間的關(guān)系，最大地保留原始信息量，是一種客觀賦權(quán)法，避免了人為主觀因素的影響[18]，其優(yōu)越性越來越得到人們的重視。近年來，該方法在桃[19]、歐李[20]、蘋果[21]、柑橘[22]、核桃[23]、藥桑[24-25]、葡萄[26]、枸杞[27]、獼猴桃[28-29]及棗[30-31]等果實品質(zhì)的綜合分析評價上取得了較好的結(jié)果。目前，主成分分析在新疆梨種質(zhì)資源尤其是庫爾勒香梨及其芽變和雜交品種（系）果實品質(zhì)性狀上的應(yīng)用報道較少，多數(shù)研究主要集中在單一指標(biāo)的分析或比較上[8,32-33]。本研究以13 個香梨及其芽變和雜交品種（系）為研究對象，采用主成分分析和聚類分析對影響果實品質(zhì)的11 個主要品質(zhì)性狀進行測定、評價，旨在簡化香梨及其芽變和雜交品種（系）果實品質(zhì)的評價指標(biāo)，為香梨種質(zhì)資源評價提供一定的參考依據(jù)，同時也為香梨產(chǎn)業(yè)發(fā)展中品種結(jié)構(gòu)的調(diào)整、新品種（系）選育及其采后加工利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試材料取自新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第二師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所梨種質(zhì)資源保存圃中，果園地勢平坦、園相整齊，土肥水管理一致。砧木為杜梨，樹齡18～20 年，株行距3 m×5 m。供試品種包括香梨、新梨1號、新梨2號、新梨6號、新梨7號、新梨8號、新梨9號、新梨10號、84-4-163、84-4-114、84-1-1、84-1-15、84-4-72。除香梨外，新梨2號為香梨芽變品種，其余品種（系）均為雜交選育而成，母本均是香梨，新梨1號父本是碭山梨，新梨6號、新梨9號、新梨10號、84-1-1的父本為蘋果梨，新梨7號的父本為早酥梨，新梨8號、84-4-163、84-4-114、84-1-15、84-4-72的父本為鴨梨。每個品種（系）選取3 株具有代表性的樹作為重復(fù)，在每株樹冠外圍中部沿東、南、西、北4 個方位隨機選取成熟度相對一致、大小適中、無機械傷和病蟲害的果實樣品各3 個，每個品種（系）共采集36 個果實樣品，混合裝袋，帶回實驗室內(nèi)低溫（-1～0 ℃）保存，分別采用隨機抽樣的方法抽取其中30 個果實并隨機分成3 組，每組10 個，進行相關(guān)品質(zhì)指標(biāo)的測定。

蒽酮、濃硫酸、乙醇、蔗糖、氫氧化鈉、磷酸、酚酞、鉬酸銨、乙二胺四乙酸二鈉、偏磷酸、草酸、VC、冰醋酸均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

GY-1型指針式水果硬度計 浙江托普儀器有限公司；0%～80%WYT糖度計 成都豪創(chuàng)光電儀器有限公司；0～150 mm電子數(shù)顯卡尺 寧波世紀(jì)波斯工具有限公司；HH-8數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州國華電器有限公司；JJ-2組織搗碎勻漿機 江蘇金壇市三和儀器有限公司；JA2003C電子天平 上海越平科學(xué)儀器有限公司；UV1600比例雙光束紫外-可見分光光度計 浙江福立分析儀器有限公司；MultifugeX1R高速冷凍離心機 德國Heraeus公司；DHG-9202-2SA電熱恒溫紅外干燥箱上海鴻都電子科技有限公司。

1.3 方法

單果質(zhì)量采用電子天平測定；用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測定果實縱徑/cm、橫徑/cm，計算果形指數(shù)（果形指數(shù)＝縱徑/橫徑）；果肉硬度用GY-1型指針式水果硬度計測定；用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測量果心橫徑/cm，計算心果比（心果比＝果心橫徑/果實橫徑）[34]。

可溶性固形物含量采用手持折射儀測定，可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法[35]，蛋白質(zhì)含量測定采用考馬斯亮藍G-250法，可滴定酸含量的測定采用酸堿中和滴定法，VC含量的測定采用鉬藍比色法[36]，石細(xì)胞含量采用冷凍法測定[37]，汁液含量采用烘干法測定，糖酸比以可溶性糖含量和可滴定酸含量的比值表示。重復(fù)3 次，取平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

應(yīng)用SPSS 18.0軟件對這些品質(zhì)性狀指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)采用Duncan新復(fù)極差法進行差異顯著性分析和相關(guān)性分析。進行主成分分析和聚類分析時，因11 個果實品質(zhì)性狀有不同的量綱和數(shù)量級，為了避免量綱和數(shù)量級的影響，需要對原始數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理。標(biāo)準(zhǔn)化方法為每一變量與其平均值之差除以該變量的標(biāo)準(zhǔn)差，將各指標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為均值為0、標(biāo)準(zhǔn)差為1的無量綱數(shù)據(jù)[27]。然后進行主成分分析和聚類分析，計算出各性狀的特征值和方差貢獻率，以累計方差貢獻率不小于85%為依據(jù)，確定主成分的個數(shù)[31,38]。根據(jù)各品質(zhì)性狀指標(biāo)的特征向量，列出主成分的函數(shù)表達式，最后計算香梨及其芽變和雜交品種（系）的各主成分得分，確定排名次序，選擇出表現(xiàn)優(yōu)異的品種（系）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種（系）果實的主要品質(zhì)性狀

由表1可知，香梨及其芽變和雜交品種（系）之間果實品質(zhì)性狀的變異幅度在1.39%～46.89%之間，除汁液含量、可溶性固形物含量、果形指數(shù)和可溶性糖含量的變異系數(shù)較小外，其余7 個果實品質(zhì)性狀的變異系數(shù)均超過10%。果實表型性狀中以單果質(zhì)量的變異程度最大（變異系數(shù)為28.26%），其次為果肉硬度（變異系數(shù)為19.15%）和心果比（變異系數(shù)為14.68%）；果實內(nèi)在品質(zhì)性狀中石細(xì)胞含量的變異程度最大（變異系數(shù)為46.89%），其次為可滴定酸含量（變異系數(shù)為23.08%）、糖酸比（變異系數(shù)為20.79%）、VC含量（變異系數(shù)為12.73%）。以上結(jié)果表明香梨及其芽變和雜交品種（系）果實品質(zhì)性狀之間差異較大。

表1 庫爾勒香梨及其芽變和雜交品種（系）果實的主要品質(zhì)性狀Table 1 Major fruit quality traits of Korla fragrant pear and its bud mutations as well as hybrid varieties (strains)

2.2 不同品種（系）果實品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析

表2 庫爾勒香梨及其芽變和雜交品種（系）果實品質(zhì)性狀之間的相關(guān)性Table 2 Correlation coefficients among fruit quality traits of Korla fragrant pear and its bud mutations as well as hybrid varieties (strains)

由表2可知，香梨及其芽變和雜交品種（系）的部分果實品質(zhì)性狀彼此之間存在著密切的關(guān)系，其中單果質(zhì)量與糖酸比呈顯著正相關(guān)，可溶性固形物含量與可滴定酸含量呈顯著正相關(guān)，果形指數(shù)與心果比呈極顯著正相關(guān)，果肉硬度與石細(xì)胞含量呈極顯著正相關(guān)；果形指數(shù)與可溶性糖含量存在顯著的負(fù)相關(guān)，可溶性固形物含量與汁液含量存在顯著的負(fù)相關(guān)，可滴定酸含量與糖酸比存在極顯著的負(fù)相關(guān)。由于這些果實品質(zhì)性狀之間相關(guān)性的存在，若直接利用這些指標(biāo)進行香梨及其芽變和雜交品種（系）果實品質(zhì)狀況的評價會因指標(biāo)信息的重疊而使評價結(jié)果出現(xiàn)一定的偏差，導(dǎo)致評價結(jié)果不理想。

2.3 不同品種（系）果實品質(zhì)性狀的主成分分析

表3 庫爾勒香梨及其芽變和雜交品種（系）果實品質(zhì)的主成分方差貢獻率Table 3 Variance contribution rates of principal components to the fruit quality characteristics of Korla fragrant pear and its bud mutations as well as hybrid varieties (strains)

將表1中的11 個果實品質(zhì)性狀指標(biāo)進行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后進行主成分分析。由表3知，第1主成分的特征值為3.460 5，方差貢獻率為31.459 3%，是最重要的主成分；第2、3、4、5主成分的重要性依次降低，前5 個主成分的累計方差貢獻率已達到88.964 5%，即這5 個主成分已經(jīng)把香梨及其芽變和雜交品種（系）的11 個品質(zhì)性狀指標(biāo)的絕大部分信息反映出來，因此可以選取這5 個主成分作為香梨及其芽變和雜交品種（系）果實品質(zhì)性狀的綜合評價指標(biāo)。

表4 庫爾勒香梨及其芽變和雜交品種（系）果實品質(zhì)相關(guān)矩陣的特征向量Table 4 Eigenvectors of matrix for fruit characteristics of Korla fragrant pear and its bud mutations as well as hybrid varieties (strains)

由初始因子載荷矩陣及表3中各主成分的特征值可計算得到香梨及其芽變和雜交品種（系）果實品質(zhì)性狀相關(guān)矩陣的特征向量（表4），以特征向量為權(quán)重，與標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)相乘，即可得到5 個主成分的函數(shù)表達式（式（1）～（5））。

式中：ZX表示標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)；Z表示Z-score法數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。

由表4可知，在第1主成分中，可溶性固形物含量、可溶性糖含量和可滴定酸含量具有較大的正系數(shù)值，它們對第1主成分產(chǎn)生正向影響，說明第1主成分大時，可溶性固形物含量、可溶性糖含量和可滴定酸含量會增大。第一主成分主要反映了果實的風(fēng)味，因此可將第1主成分稱為果實風(fēng)味指標(biāo)。

第2主成分中糖酸比具有較大的正系數(shù)值，它對第2主成分產(chǎn)生正向影響，果形指數(shù)和心果比具有較大的負(fù)系數(shù)值，它們對第2主成分產(chǎn)生負(fù)向影響；說明第2主成分大時，果實糖酸比增大，果形指數(shù)和心果比減小。第2主成分主要反映了果實的形狀，因此可將第2主成分稱為果實形狀指標(biāo)。

第3主成分中果肉硬度和石細(xì)胞含量具有較大的正系數(shù)值，它們對第3主成分產(chǎn)生正向影響，VC含量具有較大的負(fù)系數(shù)值，它對第3主成分產(chǎn)生負(fù)向影響；說明第3主成分大時，果實VC含量降低，果肉硬度和石細(xì)胞含量升高。第3主成分主要反映了果肉質(zhì)地酥脆和粗糙程度，因此可將第3主成分稱為果實肉質(zhì)指標(biāo)。

第4主成分中單果質(zhì)量具有較大的正系數(shù)值，它對第4主成分產(chǎn)生正向影響，汁液含量具有較大的負(fù)系數(shù)值，它對第4主成分產(chǎn)生負(fù)向影響；說明第4主成分大時，果實單果質(zhì)量增大，汁液含量減小。第4主成分主要反映了果實的質(zhì)量和汁液量，因此可將第4主成分稱為果實質(zhì)量及汁液指標(biāo)。

第5主成分中VC含量具有較大的正系數(shù)值，它對第5主成分產(chǎn)生正向影響，說明第5主成分大時，果實中VC含量增大，因此可將第5主成分稱為果實VC指標(biāo)。

2.4 不同品種（系）果實品質(zhì)性狀的主成分得分

根據(jù)各主成分的函數(shù)表達式計算出香梨及其芽變和雜交品種（系）各主成分的得分值及排序結(jié)果（表5）。由各主成分得分結(jié)果看出，13 個品種（系）中，84-1-1在第1主成分中得分最高，其次為84-1-15；新梨9號在第2主成分中得分最高；84-1-1在第3主成分中得分也最高，其次為84-4-72；新梨8號在第4主成分中得分最高；84-4-72在第5主成分中得分最高，表明利用這些品種（系）作為香梨品質(zhì)育種的親本材料優(yōu)勢較大。

表5 庫爾勒香梨及其芽變和雜交品種（系）果實品質(zhì)的主成分因子得分Table 5 Scores of principal components of fruit quality of Korla fragrant pear and its bud mutations as well as hybrid varieties (strains)

2.5 不同品種（系）果實品質(zhì)性狀的聚類分析

表1中的數(shù)據(jù)經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理后，采用歐氏距離和類平均法（unweighted pair-group method with arithmetic means，UPGMA）對香梨及其芽變和雜交品種（系）各品質(zhì)性狀指標(biāo)進行聚類，聚類結(jié)果如圖1所示。在距離約為3.95時11 項品質(zhì)指標(biāo)被聚成5 類。由聚類距離和聚類的先后順序可以看出果形指數(shù)與心果比首先聚為一類；果肉硬度和石細(xì)胞含量先聚為一類，再與可溶性糖含量聚為一類；單果質(zhì)量與糖酸比聚為一類；可溶性固形物含量與可滴定酸含量先聚為一類，再與VC聚為一類；汁液含量單獨聚為一類，說明該指標(biāo)具有相對獨立性。由此，11 個果實品質(zhì)指標(biāo)可以選出5 個指標(biāo)予以簡化，簡化后的評價因子是：果形指數(shù)或心果比、果肉硬度或石細(xì)胞或可溶性糖含量、單果質(zhì)量或糖酸比、可溶性固形物含量或可滴定酸含量或VC含量、汁液含量。

同一相似類別的果實品質(zhì)指標(biāo)之間具有較強的相關(guān)性，可選用1 個指標(biāo)代表其他指標(biāo)，將11 個品質(zhì)指標(biāo)予以簡化，其中無相似項的果實品質(zhì)指標(biāo)具有相對獨立性。果形指數(shù)和心果比反映了果實外觀和可食率，二者極顯著正相關(guān)，選擇測定方便的果形指數(shù)作為代表指標(biāo)；果肉硬度受貯藏因素影響較大，數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，選擇石細(xì)胞含量作為代表指標(biāo)更為客觀；可溶性固形物主要由可溶性糖、可滴定酸組成，可以作為代表指標(biāo)；單果質(zhì)量與糖酸比顯著正相關(guān)，選擇單果質(zhì)量作為代表指標(biāo)，避免與可溶性固形物含量的信息重疊，汁液含量作為一個獨立代表指標(biāo)。綜合主成分分析結(jié)果和聚類分析結(jié)果，將11 個果實品質(zhì)指標(biāo)簡化為單果質(zhì)量、果形指數(shù)、石細(xì)胞含量、可溶性固形物含量、汁液含量5 個指標(biāo)，這5 個指標(biāo)即可在很大程度上反映庫爾勒香梨及其芽變和雜交品種（系）果實品質(zhì)狀況。

圖1 庫爾勒香梨及其芽變和雜交品種（系）11 個果實品質(zhì)指標(biāo)的聚類分析Fig. 1 Cluster analysis for the selection of 11 fruit quality indicators of Korla fragrant pear and its bud mutations as well as hybrid varieties (strains)

3 討 論

庫爾勒香梨作為一種寶貴的資源，是發(fā)掘優(yōu)異基因和選種、育種的源基礎(chǔ)。對果實品質(zhì)性狀的多樣性進行評價不僅有助于完善香梨種質(zhì)資源分類技術(shù)體系，而且可拓寬梨育種資源的遺傳選擇范圍，為以品質(zhì)改良作為目標(biāo)的育種工作提供優(yōu)異的材料。在對果實品質(zhì)性狀進行評價時，確定合理的評價因子和方法是進行品質(zhì)評價的基礎(chǔ)，評價因子的選擇直接影響著最終的評價效果。本研究選用了香梨及其芽變和雜交品種（系）常見的11 個果實品質(zhì)性狀指標(biāo)，既有一定的相對獨立性，又存在著相關(guān)性，若簡單采用單一指標(biāo)或多個指標(biāo)都很難對不同品種（系）的果實品質(zhì)做出正確評判。而利用主成分分析可以將多個單一指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個涵蓋主要信息的綜合指標(biāo)，將主成分分析的結(jié)果進一步用于聚類分析，還可以分析各指標(biāo)的相似性和差異性。趙瓊玲等[38]用主成分分析法和聚類分析法對余甘子的品質(zhì)評價指標(biāo)進行簡化，最終將品質(zhì)指標(biāo)簡化為4 個具有代表性的指標(biāo)；雷瑩等[39]也采用主成分分析和聚類分析對18 項夏橙果實品質(zhì)指標(biāo)進行簡化，確定了果形指數(shù)、囊瓣數(shù)、果肉色調(diào)角、可溶性固形物含量、抗壞血酸含量及總可溶性糖含量6 個代表性評價指標(biāo)；馮娟等[40]利用主成分分析法和聚類分析法對10 個不同產(chǎn)地富士蘋果的12 個主要果實品質(zhì)指標(biāo)進行了分析，將蘋果品質(zhì)評價指標(biāo)簡化為單果質(zhì)量、果形指數(shù)、可溶性固形物含量、可溶性酸含量和出汁率，客觀、科學(xué)地對不同產(chǎn)地富士蘋果品質(zhì)進行了比較和分類。

香梨及其芽變和雜交品種（系）果實品質(zhì)主要分為感官品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)，由果品外觀和眾多內(nèi)在因子構(gòu)成，除本研究所測指標(biāo)外還需要結(jié)合口感、果肉質(zhì)地、香氣等指標(biāo)，所以很難直接利用這些指標(biāo)對各個梨品種（系）進行綜合得分評價排序。但經(jīng)主成分分析提取出主成分，與各品種（系）在各個主成分中的得分相結(jié)合，可以基本判定哪些品種（系）在所提取的主成分中具有明顯的優(yōu)勢，從而針對具體的指標(biāo)和品種（系）進行分析評價。本研究利用主成分分析方法，依據(jù)累計方差貢獻率大小，將11 個果實品質(zhì)指標(biāo)提煉歸納為5 個主成分，保留了原始變量88.964 5%的信息量。結(jié)合聚類分析，最終確定香梨及其芽變和雜交品種（系）果實品質(zhì)評價因子為5 個，即單果質(zhì)量、果形指數(shù)、石細(xì)胞含量、可溶性固形物含量和汁液含量。這5 個指標(biāo)即具有較好的代表性，可作為庫爾勒香梨及其芽變和雜交品種（系）果實品質(zhì)性狀評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)。通過對13 個香梨及其芽變和雜交品種（系）果實品質(zhì)性狀指標(biāo)的主成分分析，選出了5 個主成分得分較高的品種（系）分別為84-1-1、

84-1-15、新梨9號、新梨8號、84-4-72，說明這些品種（系）用作品質(zhì)育種的親本材料潛力較大。本研究結(jié)果簡化了香梨及其芽變和雜交品種（系）品質(zhì)評價指標(biāo)，進而增加了香梨選育種指標(biāo)的針對性，減少了其品質(zhì)選優(yōu)的工作量，為科學(xué)評價香梨及其芽變和雜交品種（系）果實品質(zhì)及加快品種改良的進程提供了理論參考。

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