加工番茄農(nóng)藝性狀的主成分分析與綜合評(píng)價(jià)

楊 進(jìn)， 嚴(yán)海歐, 張 東， 高世華， 馬慧敏

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 內(nèi)蒙古 包頭 014109；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院， 呼和浩特 010011)

番茄屬于茄科(Solanaceae)茄屬(Solanum)草本植物，原產(chǎn)于中美洲和南美洲。加工番茄(Processing Tomato)是番茄按用途分類中的一類[1-2]，是一種用于作番茄汁、粉、醬和番茄紅素等制品的果蔬類果實(shí)，植株矮化自封頂，分枝多，果實(shí)大多為橢圓形且小，果皮厚，耐貯藏運(yùn)輸[3]。近幾十年對(duì)加工番茄的發(fā)展和研究，我國(guó)已成為世界第一番茄制品出口國(guó)，與美國(guó)加州、地中海并列為世界三大番茄醬產(chǎn)區(qū)[4]。目前，內(nèi)蒙古自治區(qū)的栽植品種主要以引進(jìn)新疆(屯河系列、新番4號(hào)等)及國(guó)外的品種(里格爾87-5、98-1)為主，但適用于內(nèi)蒙古地區(qū)栽培品種單一。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有加工番茄品種的分析，篩選出針對(duì)本地區(qū)加工番茄的優(yōu)質(zhì)品種，為加工番茄生產(chǎn)提高經(jīng)濟(jì)效益具有深遠(yuǎn)意義。為此，本試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)了不同加工番茄品種的11項(xiàng)農(nóng)藝性狀，采用主成分分析和隸屬函數(shù)法相結(jié)合的分析方法，研究了加工番茄的主要農(nóng)藝性狀及綜合表現(xiàn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017年在包頭市土右旗內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林實(shí)訓(xùn)基地進(jìn)行，試驗(yàn)地肥力中等、均勻。

1.2 試驗(yàn)材料

供試的11份加工番茄材料均由內(nèi)蒙古包頭農(nóng)科院(尚春明研究員)提供。11份品種名稱(田間代號(hào))分別為：Y-8號(hào)(JT 1)、S-28(JT 2)、S-33(JT 3)、I-1305(JT 4)、I-3116(JT 5)、I-3155(JT 6)、I-3302(JT 7)、I-5248(JT 8)、I-5525(JT 9)、97-1(JT 10)、97-4(JT 11)。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2018年在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林實(shí)訓(xùn)基地進(jìn)行。2018年4月30日露地穴盤育苗(72穴，蔬菜育苗基質(zhì))，5月6日出苗， 5月31日定植，7月24日始收，8月21日末收。

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次，試驗(yàn)區(qū)周圍設(shè)保護(hù)行，小區(qū)形狀采用長(zhǎng)方形，小區(qū)長(zhǎng)4.4 m、寬1.0 m，每小區(qū)種植3行，株距44.5 cm，每行10株，共30株。每15天測(cè)量1次數(shù)據(jù)。

1.4 項(xiàng)目測(cè)定

從苗期開始進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)定，所測(cè)指標(biāo)有：成熟期(8月10日)株高、莖粗；單株結(jié)果數(shù)；單株果穗數(shù)；平均單果重；心室個(gè)數(shù)；縱橫比；果實(shí)硬度；果實(shí)糖度；果實(shí)耐壓力以及果肉厚度。

應(yīng)用隸屬函數(shù)法[5]評(píng)價(jià)11個(gè)不同加工番茄品種的綜合性狀，以平均隸屬函數(shù)值對(duì)不同加工番茄農(nóng)藝性狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),計(jì)算公式如下:

式中,Xij為i品種j指標(biāo)的測(cè)定值；Xjmax為各品種j指標(biāo)的最大測(cè)定值；Xjmin為各品種j指標(biāo)的最小測(cè)定值。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel軟件進(jìn)行作圖，差異顯著性測(cè)定利用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行，主成分分析法采用SPSS 17.0軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同加工番茄品種植株性狀

不同加工番茄成熟期株高和莖粗差異顯著，成熟期JT 3的株高比其他品種高；J 4的莖粗明顯大于其他品種(圖1)。不同加工番茄成熟期結(jié)果數(shù)差異顯著，JT 5的平均結(jié)果數(shù)顯著高于其他品種，平均結(jié)果數(shù)達(dá)18.8個(gè)；JT 8的平均結(jié)果數(shù)次之(圖2)。JT 8的平均單株果穗數(shù)顯著高于其他品種，單株果穗數(shù)為17(圖3)。

圖2 不同加工番茄品種平均結(jié)果數(shù) 圖3不同加工番茄品種平均單株果穗數(shù)

注:不同小寫字母表示處理間在0.05水平差異顯著。下同。

2.2 不同加工番茄品種的果實(shí)性狀

不同加工番茄品種平均單果重之間存在顯著差異，JT 3和JT 5的平均單果重明顯大于其他品種，JT 3的單果重最大，為108.68 g(圖4)。不同品種的果實(shí)縱橫比在1.2～1.5之間，JT 4的平均縱橫比最高(圖5)。JT 9、JT 10平均心室個(gè)數(shù)最多且相同，都為3個(gè)；JT 4、JT 6、JT 11 的平均心室個(gè)數(shù)相同，均為2.8。其余品種之間差異不顯著(圖6)。JT 6、JT 8、JT 10果實(shí)硬度差異不明顯，其中JT 4平均果實(shí)硬度大于其他品種(圖7)。JT 4、JT 7、JT 8及JT 11果實(shí)糖度差距不大，其中JT 4和JT 8果實(shí)糖度相等，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，JT 11的平均果實(shí)糖度含量最高(圖8)。JT 5的平均耐壓力明顯高于其他品種(圖9)。JT 5、JT 6、JT 9之間果肉厚度差距不明顯，其中JT 5和JT 6平均果肉厚度相等，而JT 1的果肉厚度最厚(圖10)。

圖4 不同加工番茄品種平均單果重 圖5不同加工番茄品種平均縱橫比

圖6 不同加工番茄品種平均心室個(gè)數(shù) 圖7不同加工番茄品種平均果實(shí)硬度

圖8 不同加工番茄品種平均果實(shí)糖度 圖9不同加工番茄品種平均耐壓力

圖10 不同加工番茄品種平均果肉厚度

2.3 不同加工番茄品種農(nóng)藝性狀主成分分析

主成分的特征和貢獻(xiàn)率是選擇主成分的依據(jù)，將加工番茄材料的11個(gè)農(nóng)藝性狀指標(biāo)轉(zhuǎn)化為11個(gè)主成分，由表 1 可以看出，前5個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率為90.329% ，表明前5個(gè)主成分已經(jīng)把11份加工番茄農(nóng)藝性狀90.329%的信息反映了出來(lái)。因此，可以選取前 5 個(gè)主成分作為11份加工番茄農(nóng)藝性狀評(píng)價(jià)的綜合指標(biāo)， 即結(jié)果數(shù)、果肉厚度、果實(shí)硬度、莖粗、果實(shí)糖度。第一主成分的貢獻(xiàn)率最大，為26.784%，其中以結(jié)果數(shù)和單株果穗數(shù)的向量值較大，稱之為結(jié)果量選擇因子；第二主成分的貢獻(xiàn)率為22.933%，以果肉厚度和單果重的向量值較大，稱之為果實(shí)形狀選擇因子；第三主成分的貢獻(xiàn)率為17.199%，以果實(shí)硬度的向量值較大，稱之為果實(shí)硬度選擇因子；第四主成分的貢獻(xiàn)率為14.047%，以植株莖粗的向量值較大，稱之為植株健壯選擇因子；第五主成分的貢獻(xiàn)率為9.365%，以果實(shí)糖度的向量值較大，稱之為品質(zhì)選擇因子。

表1 主要性狀的主成分分析

2.4 不同加工番茄品種農(nóng)藝性狀隸屬函數(shù)值

隸屬函數(shù)是運(yùn)用模糊理論解決實(shí)際問(wèn)題的基礎(chǔ)。實(shí)際上，隸屬函數(shù)分析提供了一條在多指標(biāo)測(cè)定基礎(chǔ)上，對(duì)各植物特性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的途徑。將加工番茄11個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行主成分分析，選取結(jié)果數(shù)、果肉厚度、果實(shí)硬度、莖粗和果實(shí)糖度等5 個(gè)主成分作為11份加工番茄農(nóng)藝性狀評(píng)價(jià)的綜合指標(biāo)，然后對(duì)其5個(gè)主要農(nóng)藝性狀的隸屬函數(shù)值進(jìn)行計(jì)算并求平均值。根據(jù)隸屬函數(shù)平均值的大小對(duì)加工番茄農(nóng)藝性狀進(jìn)行排序(表2)，其農(nóng)藝性狀由強(qiáng)到弱的順序?yàn)椋篔T 4，JT 7，JT 1，JT 8，JT 5，JT 9，JT 10，JT 6，JT 11，JT 3，JT 2。

表2 不同加工番茄主要農(nóng)藝性狀隸屬函數(shù)值

3 討論與結(jié)論

目前，內(nèi)蒙古的加工番茄品種主要以引進(jìn)新疆(屯河系列、新番4號(hào)等)及國(guó)外的品種(里格爾87-5、98-1)為主，試驗(yàn)選取的11個(gè)加工番茄品種均為當(dāng)前的試驗(yàn)研究品種。田間生產(chǎn)中加工番茄農(nóng)藝性狀能否全面、準(zhǔn)確反映品種品質(zhì)特性至關(guān)重要。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，不同加工番茄成熟期各農(nóng)藝性狀差異顯著，其中JT 3的株高比其他品種高；J 4的莖粗明顯大于其他品種；JT 5的平均結(jié)果數(shù)高達(dá)18.8個(gè)；JT 8的平均單株果穗數(shù)顯著高于其他品種；JT 3的單果重最大，為108.68 g；JT 4的平均縱橫比最高；JT 9、JT 10平均心室個(gè)數(shù)最多且相同；JT 4平均果實(shí)硬度大于其他品種；JT 11的平均果實(shí)糖度含量最高；JT 5的平均耐壓力明顯高于其他品種；JT 1的果肉厚度最厚；顯然不同加工番茄品種農(nóng)藝性狀各有優(yōu)劣。

品種及評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇是否合理，在某種程度上決定著加工番茄品種多性狀綜合評(píng)價(jià)工作的成敗。通過(guò)主成分分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，前5個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率為90.329% ，表明前5個(gè)主成分已經(jīng)把11份加工番茄農(nóng)藝性狀90.329%的信息反映了出來(lái)。因此，可以選取前5個(gè)主成分作為11份加工番茄農(nóng)藝性狀評(píng)價(jià)的綜合指標(biāo)， 即結(jié)果數(shù)、果肉厚度、果實(shí)硬度、莖粗、果實(shí)糖度。其中第一主成分因子中以結(jié)果數(shù)和單株果穗數(shù)的特征向量的分值較高，因此在今后的加工番茄育種中，也要更加重視結(jié)果量的選擇，特別是對(duì)單株結(jié)果數(shù)和單株果穗數(shù)的選擇。王雷等研究表明，單株結(jié)果數(shù)是對(duì)加工番茄產(chǎn)量影響最大的因素，同產(chǎn)量呈極顯著正[6]；王亮等研究發(fā)現(xiàn)，單株結(jié)果數(shù)是影響單株產(chǎn)量高低的最重要因素[7]，本研究結(jié)果與之一致。也有研究表明，王永飛等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，每花序花數(shù)和每果序果數(shù)是影響加工番茄產(chǎn)量的最重要要因子[8]。果實(shí)硬度是影響加工番茄加工品質(zhì)和生產(chǎn)效益的重要指標(biāo)[9]，其影響到果實(shí)供應(yīng)期的長(zhǎng)短、運(yùn)輸距離的遠(yuǎn)近以及經(jīng)濟(jì)效益的提高[10]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，果實(shí)硬度在農(nóng)藝性狀主成分分析中為第三主成分的重要分量來(lái)源，也是實(shí)際生產(chǎn)中選擇優(yōu)良品種的重要因子。

隸屬函數(shù)評(píng)判法在作物品種選育的綜合評(píng)價(jià)中，可以克服單個(gè)指標(biāo)的片面性，使評(píng)定結(jié)果更全面地反映品種的實(shí)際性狀。從單一分析結(jié)果看出，僅根據(jù)各項(xiàng)單一指標(biāo)對(duì)各加工番茄農(nóng)藝性狀的表現(xiàn)不一致，難以作出判斷。結(jié)合主成分分析，選取結(jié)果數(shù)、果肉厚度、果實(shí)硬度、莖粗和果實(shí)糖度 5 個(gè)主成分作為11份加工番茄農(nóng)藝性狀評(píng)價(jià)的綜合指標(biāo)，然后對(duì)不同品種加工番茄5個(gè)主要農(nóng)藝性狀的隸屬函數(shù)值進(jìn)行計(jì)算并求平均值，根據(jù)隸屬函數(shù)平均值的大小，對(duì)不同加工番茄進(jìn)行排序，其農(nóng)藝性狀由強(qiáng)到弱的順序?yàn)?JT 4，JT 7，JT 1，JT 8，JT 5，JT 9，JT 10，JT 6，JT 11，JT 3，JT 2。表明JT 4農(nóng)藝性狀表現(xiàn)最佳，在內(nèi)蒙古生產(chǎn)中可選擇其為優(yōu)良品種。隨著我國(guó)加工番茄出口量的不斷增加，對(duì)番茄產(chǎn)品的要求越來(lái)越高，對(duì)于特殊性狀(營(yíng)養(yǎng)佳、風(fēng)味好、耐貯運(yùn)等)番茄品種選育研究有待進(jìn)一步深入。