基于主成分和隸屬函數(shù)分析的不同果色番茄品種引種初步評價

李洪磊，王曉敏,2,3,4**，鄭福順，李國花，劉珮君，胡新華，付金軍，高艷明,2,3,4，李建設,2,3,4

(1. 寧夏大學 農學院，寧夏 銀川 750021；2. 寧夏現(xiàn)代設施園藝工程技術研究中心，寧夏 銀川 750021；3. 寧夏優(yōu)勢特色作物現(xiàn)代分子育種重點實驗室，寧夏 銀川 750021；4. 寧夏設施園藝（寧夏大學）技術創(chuàng)新中心，寧夏 銀川 750021；5. 寧夏巨豐種苗有限責任公司，寧夏 銀川 750021)

番茄（Solanum lycopersicum）又名西紅柿、洋柿子，原產(chǎn)于南美洲，屬茄科一年生或多年生草本植物[1]. 目前，番茄種植面積擴展迅猛，已經(jīng)遍及全球，食用量居蔬菜之首[2]. 中國是全球最大的番茄生產(chǎn)國和消費國之一[3]. 國內番茄播種面積約占蔬菜播種總面積的4.7%，番茄生產(chǎn)已成為農民增收的主導產(chǎn)業(yè)和出口創(chuàng)匯的重要途徑[4]. 隨著經(jīng)濟迅速發(fā)展，人民生活水平提高，普通型番茄已經(jīng)不能滿足消費者需求，不同果色番茄因為絢爛的色彩、多汁的口感，受到越來越多消費者的歡迎. 不同果色番茄還可以應用于休閑觀光農業(yè)，讓消費者享受田園采摘的樂趣. 從營養(yǎng)價值來看，不同果色番茄中含有豐富的抗氧化劑，可以保養(yǎng)肌膚，起到美容抗皺的效果[5]，番茄紅素可以降低人類患癌癥和心臟病的風險[6]. 從經(jīng)濟效益來看，品種優(yōu)良的不同果色番茄給生產(chǎn)者帶來的經(jīng)濟效益遠比普通番茄高. 因此，從多方面考慮，不同果色番茄有很好的發(fā)展前景，應從外地引入其新品種.

引種是提高農作物產(chǎn)量和品質，增加農民收入的必要途徑之一. 關于引種試驗，前人對紫花苜蓿[7]、番茄[8]等多種作物進行研究，得出不同品種對不同環(huán)境的適應性差別較大，即使在相同的地理環(huán)境、氣候條件及管理水平下，品種間的適應性仍存在較大的差異. 通過引種可以迅速利用外來優(yōu)良品種，改善本地品種的組成，解決一個地區(qū)番茄產(chǎn)業(yè)發(fā)展的問題. 寧夏地處溫帶大陸性氣候，四季分明，年平均氣溫約8.5 ℃，與番茄喜溫的氣候條件相適應. 再加之，國內外番茄栽培品種繁多，區(qū)內自育品種較少，所以積極推廣適宜寧夏栽培的不同果色番茄品種，將會帶來更大的經(jīng)濟效益.

主成分分析法可以在不損失原有信息的前提下，將原來多個彼此相關的指標轉換成新的、個數(shù)較少且彼此獨立的綜合指標，避免了重復信息的干擾[9]. 隸屬函數(shù)評估法是基于模糊數(shù)學原理，通過計算每一個指標相應的隸屬函數(shù)值，并進行加權得到其綜合評價值，可較為全面地對考察指標進行綜合評價，結果可靠且具有可比性[10]. 目前，主成分分析法和隸屬函數(shù)分析法在番茄[11]、辣椒[12]、大白菜[13]等蔬菜研究上均有應用.

本研究根據(jù)寧夏地區(qū)生產(chǎn)需求，結合當?shù)胤言耘嗉夹g，于2019年3月22日在銀川市永寧縣寧夏大學實驗農場種植引進的7個不同果色番茄品種，調查株高、莖粗、生長勢、葉色、果形、果實硬度、可溶性固形物含量、肉質、口感、商品果率、產(chǎn)量等28個指標. 先基于主成分分析法分別對不同果色番茄品種的主要指標數(shù)據(jù)標準化后，再計算隸屬函數(shù)值進行累加，評價其綜合性狀，以期篩選出適合寧夏地區(qū)栽培的優(yōu)良番茄品種，為寧夏番茄引種栽培提供理論參考.

1 材料與方法

1.1 試驗材料由哈爾濱農信種子有限公司提供7個不同果色番茄品種，在寧夏大學實驗農場進行種植，供試品種編號、名稱及來源見表1.

表1 供試番茄品種名稱及來源Tab. 1 Name and source of tested tomato varieties

1.2 試驗地概況試驗地設在寧夏大學實驗農場（寧夏中部黃河沖積平原的永寧縣）番茄育種基地的露地上，該地位于北緯38°26′～38°38′，東經(jīng)105°49′～106°22′. 試驗地地處中溫帶干旱氣候區(qū)，光照充足，晝夜溫差大，年平均氣溫8.7 ℃，降水量201.4 mm，無霜期平均167 d，平均日照時數(shù)達2 866.7 h，全年太陽總輻射量141.7 kJ·cm-2[14].

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 本試驗按照完全隨機區(qū)組設計，設有7個處理，每個處理種植20株，重復3次，各處理互為對照. 每個小區(qū)面積為5.85 m2，試驗區(qū)兩邊各設置1壟保護行，各處理田間管理措施一致. 整個試驗區(qū)長10 m，寬14.65 m，面積為146.5 m2.試驗采用膜下滴灌，半高壟雙行栽培，壟高 20 cm，東西方向定植，行間距為40 cm×65 cm. 小區(qū)施肥標準為（kg/hm2）：有機肥15 000，復合肥600，磷酸二銨300，重過磷酸鈣300，純硫酸鉀300，尿素150.

1.3.2 田間管理 試驗于2019年3月22日播種育苗，5月9日定植，隨后各處理常規(guī)水肥管理. 植株主莖留5穂果后進行打頂. 總共采收5次，整個生育期為156～160 d.

1.4 農藝性狀測定方法

1.4.1 植株性狀測定方法 每個品種隨機選擇5株進行調查，首花序節(jié)位觀測在第1花序開花期，主莖第1片真葉到第1花序的葉片數(shù)；花序間隔觀測每2個花序之間的葉片數(shù)；株高用3 m長卷尺測量主莖留5穗果打頂之后的高度；莖粗在打頂之后用電子游標卡尺測量2～3穂果之間主莖的最大直徑；生長類型、生長勢、葉色參考李錫香等[15]的調查方法.

1.4.2 果實品質測定方法 請5位觀察員觀察果實顏色，并按照每個觀察員的評判結果進行匯總；果肩觀測在第2穂果實成熟期，番茄第2穂果實上花萼周圍是否形成肩狀；果實縱徑、果實橫徑、果形指數(shù)、果形參考李錫香等[15]的調查方法. 果實硬度測量方法為選取第2穂果上有代表性的果實并且達到商品成熟度，用GY-4數(shù)字式果實硬度計插入果實縱徑中部進行讀數(shù)，具體參考張澤等[16]的方法；可溶性固形物含量的主要成分是糖分，用TD-45手持式數(shù)顯糖度計，在每次讀數(shù)前打開遮光板，滴入2～3滴蒸餾水進行校準，具體參考聶繼云等[17]的方法；心室數(shù)將番茄橫向切開調查；果肉厚剝去果皮，橫向切開果實，用電子游標卡尺測量；請5位評嘗員對每個品種果實的肉質和口感的評判結果進行匯總，具體參考李錫香等[15]的方法.

1.4.3 抗病性和商品性測定方法 每個品種標記5株，測定裂果率（裂果數(shù)/整株果實數(shù)×100%）；畸形果率（畸形果數(shù)/整株果實數(shù)×100%）；商品果率（1-裂果率-畸形果率）；每株番茄隨機選取25片葉調查葉霉病發(fā)病率（發(fā)病葉片數(shù)/調查葉片數(shù)×100%）；病毒病發(fā)病率（發(fā)病植株/小區(qū)植株數(shù)×100%），具體參考陳宇飛[18]的方法.

1.4.4 產(chǎn)量測定方法 在標記的5株番茄中選取5個具有代表性的第2穗果，用電子秤測量單果重（g）；單株產(chǎn)量（kg）每一穂果成熟后測1次，直到第5穂果成熟后的總產(chǎn)量；小區(qū)產(chǎn)量（kg），每個小區(qū)按照5.85 m2計算，20株番茄的總產(chǎn)量；折合產(chǎn)量（t/hm2）.

1.4.5 農藝性狀指標賦值 將所測生長類型、生長勢、葉色、果實顏色、果肩、果型、肉質、口感進行賦值以便于數(shù)據(jù)處理，見表2.

表2 農藝性狀指標賦值Tab. 2 Assignment of agronomic characters

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用Execl2010進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、計算及隸屬函數(shù)分析，DPS7.01統(tǒng)計軟件中新復極差法進行數(shù)據(jù)差異顯著性分析，SPSS2.0進行主成分分析.

利用公式計算各不同果色番茄品種標準化后數(shù)據(jù)的綜合指標的隸屬函數(shù)值[19-20]：

式中，Xj表示第j個綜合指標；Xmax和Xmin分別表示第j個綜合指標的最大值和最小值.

權重計算公式：

式中，Pj表示不同果色番茄品種第j個綜合指標的貢獻率.

綜合評價D值計算公式：

用SPSS軟件進行主成分分析、相關性分析和數(shù)據(jù)標準化處理，得出因子得分系數(shù)矩陣與權重（Wn）計算綜合評價F值，計算公式：

其中Wi表示因子為i時的權重，F(xiàn)i表示因子為i時得分.

2 結果與分析

2.1 不同果色番茄品種的植株性狀比較從表3可以看出，紫珍珠的首花序節(jié)位最高（8.6），顯著高于其余參試品種；花序間隔最大的是紫珍珠（3.4），最小的是黃櫻桃和綠香蕉（2.6）；7個品種生長類型均為無限生長；小紫彩、紫珍珠、黃櫻桃和黃香蕉生長勢均為強；綠皮球和綠香蕉的葉色為淺綠色，其余5個品種均為綠色；黃櫻桃植株最高（171.2 cm），極顯著高于其余參試品種；黃香蕉莖桿最粗（16.94 mm），黃櫻桃莖桿最細（12.60 mm）.

2.2 不同果色番茄品種的果實品質比較由表4可知，小紫彩和紫珍珠果實顏色都是紫色，綠皮球果實顏色是綠色，黃虎皮和黃櫻桃是黃色，黃香蕉的果實顏色是金黃色，綠香蕉的果實顏色是淺綠色；小紫彩、綠皮球和紫珍珠都有果肩，其余4個品種均無果肩；綠香蕉果形指數(shù)最大（1.81），屬于長圓形果，極顯著高于其余參試品種；黃虎皮的果實硬度最?。?.28 kg/cm2），顯著低于其余參試品種，綠皮球的果實硬度最大（2.56 kg/cm2）；黃櫻桃的可溶性固形物含量最高（9.94%），極顯著高于其余參試品種，黃香蕉最低（6.74%）；綠皮球的心室數(shù)最多（4個），極顯著高于其余參試品種；黃櫻桃的果肉最?。?.90 mm），極顯著低于其余參試品種，黃香蕉果肉最厚（5.77 mm）. 其中，小紫彩、黃虎皮和綠香蕉的肉質屬于沙類型，其余4個品種肉質屬于軟類型；紫珍珠和黃櫻桃口感酸甜，其余5個品種口感甜酸.

表4 不同果色番茄品種的果實品質比較Tab. 4 Fruit quality comparison of tomato varieties with different fruit colors

2.3 不同果色番茄品種的抗病性和商品性比較如表5所示，綠皮球的裂果率最高（5.93%），極顯著高于其余參試品種；黃虎皮的畸形果率最高（4.89%），極顯著高于其余參試品種；紫珍珠的商品果率最低（92.66%），小紫彩、黃櫻桃和綠香蕉的商品果率最高（100%），極顯著高于其余參試品種；小紫彩的葉霉病發(fā)病率最高（10.4%），黃香蕉的葉霉病發(fā)病率最低（0.8%），小紫彩與黃櫻桃和黃香蕉葉霉病發(fā)病率之間存在極顯著性差異. 綠皮球的病毒病發(fā)病率最高（5%），紫珍珠和黃櫻桃病毒病發(fā)病率均為0.

表5 不同果色番茄品種的抗病性和商品性比較Tab. 5 Disease resistance and commodity comparisons of tomato varieties with different fruit colors

2.4 不同果色番茄品種的產(chǎn)量比較由產(chǎn)量結果比較（表6）得出，綠皮球的單果重最大（74.58 g），顯著高于其余參試品種. 黃櫻桃的單果重最?。?9.18 g），極顯著低于其余參試品種，其中黃虎皮與紫珍珠、黃櫻桃、黃香蕉和綠香蕉之間存在極顯著性差異. 綠皮球的折合產(chǎn)量最高（87.73 t/hm2），顯著高于其余參試品種，黃櫻桃的折合產(chǎn)量最低（39.87 t/hm2），極顯著低于其余參試品種，其中，小紫彩和綠香蕉的折合產(chǎn)量也存在極顯著性差異.

表6 不同果色番茄品種的產(chǎn)量比較Tab. 6 The yield comparison of tomato varieties with different fruit colors

2.5 不同果色番茄品種農藝性狀的主成分分析主成分的特征值和貢獻率是選擇主成分的依據(jù)，因此對不同果色番茄品種的27個農藝性狀進行了主成分分析. 結果（表7）顯示，提取的6個主成分的特征值都在1.0以上，能夠更加充分地反映出各品種之間全部指標的信息.

第1主成分特征值最大，為10.625，貢獻率為39.353%. 單株產(chǎn)量、小區(qū)產(chǎn)量和折合產(chǎn)量的載荷正向值最大，都為0.30，這些性狀主要與產(chǎn)量有關.株高和可溶性固形物含量的載荷負向值較高，分別為-0.26和-0.23，說明在第1主成分中株高和可溶性固形物含量會制約不同果色番茄品種的產(chǎn)量.

第2主成分特征值為7.138，貢獻率為26.437%.果形指數(shù)的載荷正向值最大（0.33），這一性狀主要與果實品質有關. 首花序節(jié)位的載荷負向值較高（-0.29），主要與植株性狀有關，說明在第2主成分中首花序節(jié)位會制約番茄品質.

第3主成分特征值為3.245，貢獻率為12.019%.葉霉病發(fā)病率的載荷正向值最大（0.42），主要與抗病性有關. 莖粗的載荷負向值較高（-0.44），主要與植株性狀，說明在第3主成分中莖粗會制約番茄發(fā)生病害.

第4主成分特征值為2.772，貢獻率為10.266%.花序間隔的載荷正向值最大（0.39），主要與植株性狀有關. 葉色賦值結果的載荷負向值較高（-0.46），也與植株性狀.

第5主成分特征值為2.218，貢獻率為8.216%.果肉厚的載荷正向值最大（0.39），主要與果實品質有關. 生長勢賦值結果的載荷負向值較高（-0.38），主要與植株性狀有關，說明在第5主成分中長勢賦值結果會制約番茄的果實品質.

第6主成分特征值為1.001，貢獻率為3.709%.首花序節(jié)位的載荷正向值最大（0.41），主要與植株性狀有關. 口感賦值結果的載荷負向值較高（-0.24），與果實品質有關，說明在第6主成分中口感賦值結果會制約番茄的植株性狀.

2.6 不同果色番茄品種農藝性狀的隸屬函數(shù)分析

采用隸屬函數(shù)法，對標準化后的綜合指標利用公式（1）計算隸屬函數(shù)值u(Xj)，然后運用公式（2）計算6個主成分的權重，分別為0.393、0.264、0.120、0.102、0.082和0.370 （表8）. 最后按照公式（3）計算綜合指標D值，并依據(jù)D值的大小進行綜合排序：綠皮球＞黃虎皮＞綠香蕉＞小紫彩＞黃香蕉＞紫珍珠＞黃櫻桃. 從中可見綠皮球D值最大（0.698），說明其綜合性狀在這7個品種中最優(yōu)；黃櫻桃D值最小（0.306），說明其綜合性狀在這7個品種中最差.

表7 主成分特征向量及累計貢獻率Tab. 7 Principal component eigenvectors and cumulative contribution rates

3 討論

國內很多農業(yè)研究者進行了番茄品種引種栽培試驗，對引種后番茄的植物學特性、果實品質、產(chǎn)量及抗病性進行了綜合研究，并相應的提出了一些高產(chǎn)栽培技術措施，促進了番茄品種交流及產(chǎn)業(yè)發(fā)展[21-23]. 目前，國內外番茄栽培品種繁多，區(qū)內自育品種較少，符合觀光農業(yè)發(fā)展需求的新品種更少，因此選擇優(yōu)質、高產(chǎn)、高抗的不同果色番茄新品種是改善寧夏當?shù)胤哑焚|、增加經(jīng)濟效益的必要途徑.

表8 不同果色番茄品種綜合指標值、隸屬函數(shù)值、權重、D值及綜合評價值Tab. 8 Comprehensive index value, subordinate function value, weight, D value and comprehensive evaluation value of different fruit color tomato varieties

番茄的品質除了果實大小、形狀、色澤等，可溶性固形物含量、風味及耐裂性等均是重要指標[24]. 番茄風味品質在很大程度上不僅取決于糖和酸的含量，而且與糖酸比也有很大關系[25]. 在番茄果實糖和酸含量均高的情況下，則番茄風味濃郁；低酸高糖會導致番茄淡而無味；高酸低糖就會顯得酸味比較重；低酸低糖的番茄風味一定不會好[26].趙云霞等[27]通過試驗篩選出適合寧夏設施冬春茬栽培番茄品種有粉果品種001、004、580、590和巴特，紅果品種929、凱立娜. 鐘勇等[8]和張松等[28]對紅果番茄和粉果番茄進行引種試驗，篩選出產(chǎn)量、抗病性、品質和商品性等方面優(yōu)良的品種. 本研究選取了哈爾濱的7個不同果色番茄品種在銀川進行試種，對其植株性狀、果實品質、抗病性和商品性、產(chǎn)量等進行比較分析，并且發(fā)現(xiàn)在果實品質方面，酸多略甜、口感較脆或較軟的品種比甜多略酸、口感較面或較沙的品種更加適合評嘗員的口味. 與普通型粉果番茄和紅果番茄相比，不同果色番茄色澤更加鮮艷、果型更美觀、口味更受消費者歡迎. 可見，不同果色的番茄品種不僅符合寧夏當?shù)赜^光農業(yè)的發(fā)展要求，而且符合目前寧夏市場消費趨勢.

在番茄引種試驗中很少有人運用主成分和隸屬函數(shù)分析法. 本研究運用主成分分析法提取出了6個主成分，更加充分地反映出不同果色番茄品種之間全部指標的信息，并且得出了產(chǎn)量、品質和商品性在實際生產(chǎn)中占有的重要地位. 模糊隸屬函數(shù)分析方法則是全面、客觀地反映番茄品種綜合性狀的優(yōu)異，并依據(jù)D值得出從大到小排名為綠皮球＞黃虎皮＞綠香蕉＞小紫彩＞黃香蕉＞紫珍珠＞黃櫻桃. 由試驗結果可知，黃櫻桃番茄雖然產(chǎn)量最低，但是肉質、口感和商品性都很好，可以作為高品質栽培品種，是寧夏休閑農業(yè)和旅游觀光農業(yè)的最佳選擇；若農民以及小型企業(yè)兼顧產(chǎn)量、品質和抗病性，綠香蕉為最佳選擇；小紫彩、綠皮球和紫珍珠的硬度較高，可作為貯運品種. 綠皮球是以上品種中產(chǎn)量最高的，但是該品種裂果率、病毒病發(fā)病率都比較高，原因有以下幾點：①氣候和栽培條件，不適應當?shù)貧夂蛟斐缮唐饭氏陆?；②定植后的防治措施不到位，沒有及時煉苗，培育壯苗，導致抗病性下降. 因此，為了創(chuàng)造更好的經(jīng)濟效益，滿足當?shù)叵M者需求，農戶可以根據(jù)本研究的理論依據(jù)，以不同的栽培目的，選擇不同的品種進行栽植，從而達到理想化的收益.