基于主成分分析比較不同加工番茄品種葉綠素的熒光參數(shù)及光合特性

摘"要：【目的】""篩選適宜新疆南疆地區(qū)栽培的加工番茄品種。

【方法】""以9個加工番茄為材料，測定比較葉綠素?zé)晒鈪?shù)、光合參數(shù)、葉綠素相對含量以及產(chǎn)量等指標(biāo)，探究9個加工番茄品種間的差異，利用主成分分析結(jié)合聚類分析綜合評價各品種的各項指標(biāo)。

【結(jié)果】""T1（佳禾紅運(yùn)）葉綠素?zé)晒鈪?shù)、葉綠素相對含量、光合參數(shù)及產(chǎn)量相較其他品種表現(xiàn)較好，其中Fv/Fm為0.81，qP為0.85，Pn為19.63 μmol/（m2·s），Gs為0.54 mmol/（m2·s），Tr為8.25 mmol/（m2·s），均與其他品種存在顯著性差異。

【結(jié)論】""佳禾紅運(yùn)光合能力和環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)，產(chǎn)量高，適合新疆阿拉爾市栽培。

關(guān)鍵詞：""加工番茄；葉綠素?zé)晒?；光合特性；產(chǎn)量；主成分

中圖分類號："S641.2""""文獻(xiàn)標(biāo)志碼："A""""文章編號："1001-4330（2024）11-2667-09

0"引 言

【研究意義】加工番茄營養(yǎng)價值豐富，抗病蟲能力較強(qiáng)，耐儲運(yùn)，且適應(yīng)性強(qiáng)，栽培面積廣，主要用于制作番茄醬、番茄汁等加工產(chǎn)品［1-2］，在優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)等方面發(fā)揮了重要作用［3］，在我國番茄生產(chǎn)和消費(fèi)中占有重要地位。加工番茄也是我國新疆特色優(yōu)勢之一，但受種質(zhì)資源和新品種選育滯后等因素制約了新疆加工番茄產(chǎn)業(yè)發(fā)展［4］。因此，豐富新疆加工番茄種質(zhì)資源的多樣性與篩選優(yōu)良種質(zhì)，對新疆加工番茄新品種選育和產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】植物生長過程中，光合作用能將光能轉(zhuǎn)化為有機(jī)物并放出能量，維持植物生長，參與植物代謝活動，對植物生長發(fā)育具有重要意義［5-6］。王詩嫻等［7］通過比較不同品種觀賞型鐵線蓮葉綠素?zé)晒馓匦裕l(fā)現(xiàn)Fv/Fm值與原初潛在光化學(xué)、光能利用和光合性能成正比；程露等［8］認(rèn)為葉綠素相對含量、Fv/Fm值與植物抗逆性成反比；Demmig 等［9］研究發(fā)現(xiàn)，植物在適宜的生長環(huán)境中，F(xiàn)v/Fm為0.75～0.85；涂淑萍［10］和匡經(jīng)舸等［11］研究發(fā)現(xiàn)，不同品種植物凈光合速率與蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度均呈正相關(guān)，與胞間CO2濃度呈負(fù)相關(guān)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前對新疆加工番茄品種篩選的研究多集中在耐鹽性、抗病性、品質(zhì)性狀、營養(yǎng)品質(zhì)［12-15］等方面，但從選育高光效品種的角度，綜合比較不同品種加工番茄葉綠素相對含量、光合特性和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的研究甚少。需篩選適宜新疆南疆地區(qū)栽培的加工番茄品種?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以9個加工番茄為供試材料，測定葉綠素?zé)晒鈪?shù)、光合參數(shù)、葉綠素和產(chǎn)量，篩選出適宜阿拉爾市栽培的優(yōu)良加工番茄品種。

1"材料與方法

1.1"材 料

試驗在塔里木大學(xué)園藝試驗站新型日光溫室進(jìn)行。試驗地位于新疆阿拉爾市（80°30′～81°58′E，40°22′～40°57′N），年均降水量為40.1～82.5 mm，蒸發(fā)量1 876.6～2 558.9 mm。以佳禾紅運(yùn)、Q020、早得、美國世紀(jì)紅、新引98-1、紅寶石、紅果三號、麒麟鉆石、佳義2009個加工番茄品種為材料。

1.2"方 法

1.2.1"試驗設(shè)計

3月17日浸種催芽后播種于72孔穴盤中，待長至6葉1心（5月22日）時定植，各品種設(shè)置3個重復(fù)，每個重復(fù)1行，每行種植30株，株距0.30 m，行距0.40 m，小區(qū)面積3.48 m2。表1

1.2.2"測定指標(biāo)

1.2.2.1"葉綠素相對含量（SPAD值）

盛果期利用SPAD-502型手持便攜式葉綠素儀進(jìn)行測定。每個品種選取12株長勢一致的植株，每株番茄分別從頂端向下第3或4個功能葉測定。

1.2.2.2"葉綠素?zé)晒鈪?shù)

盛果期利用便攜式脈沖調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x（FluorPen FP 100，Czech Republic），于11：00時測定PSⅡ?qū)嶋H光合效率（ΦPSⅡ），23：00暗適應(yīng)30 min后，測定PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量（Fv/Fm），非光化學(xué)淬滅系數(shù)（NPQ），光化學(xué)熒光淬滅系數(shù)（qP）。

1.2.2.3"光合特性

盛果期利用Li-6400便攜式光合儀，11：00測定葉片凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）等。

1.2.2.4"產(chǎn) 量

盛果期稱量單果重并計算單株結(jié)果數(shù)，根據(jù)小區(qū)面積計算每公頃產(chǎn)量。

1.3"數(shù)據(jù)處理

利用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，利用spss 26.0軟件進(jìn)行鄧肯（Duncan）多重比較及皮爾遜（Pearson）相關(guān)性分析，Graphpad Prism 8.0.2制圖軟件繪圖。

2"結(jié)果與分析

2.1"不同加工番茄品種間葉綠素相對含量比較

研究表明，不同加工番茄品種葉綠素相對含量均存在一定差異。其中T8 SPAD值最高，為40.53，與其他品種差異均達(dá)到顯著水平。其次為T1，為38.83，與其他品種差異均達(dá)到顯著水平，T3 SPAD值最低，為28.60，與其他品種差異均達(dá)到顯著水平。各品種SPAD值由高到低依次為T8gt;T1gt;T6gt;T4gt;T7gt;T9gt;T2gt;T5gt;T3。圖1

2.2"不同加工番茄品種間葉綠素?zé)晒鈪?shù)比較

研究表明，不同品種加工番茄葉綠素?zé)晒鈪?shù)均存在差異。T5品種Fv/Fm最高，為0.84，除T3品種與T6品種以外，與其他品種均差異不顯著，T5品種光能轉(zhuǎn)換效率較高；T3品種Fv/Fm最低，為0.70，該品種受到光照的抑制程度較大，T3品種相比T5品種降低23%。T7品種ΦPSⅡ值最高，為0.66，與T6品種差異不顯著，該品種光能捕獲效率高；T4品種ΦPSⅡ值最低，為0.47，相較T7品種降低30%。T9品種NPQ值最大，為0.44，與T3品種差異不顯著，與其他品種差異均達(dá)到顯著水平，該品種光保護(hù)能力較強(qiáng)；T1品種NPQ值最低，為0.26，與其他品種差異均達(dá)到顯著水平，與T9品種相比降低40%。T1品種qP值最高，為0.85，與其他品種差異均達(dá)到顯著水平，該品種PSⅡ反應(yīng)中心開放程度較高；T3品種qP值最低，為0.56，與其他品種差異均達(dá)到顯著水平，相較T1品種降低35%。圖2

2.3"不同加工番茄品種間光合特性的比較

研究表明，不同品種間光合參數(shù)均差異顯著。T1品種Pn值最高，為19.63 μmol/（m2·s），與其他品種均差異顯著，該品種凈光合速率較快；T3品種Pn值最低，為16.85 μmol/（m2·s），與其他品種差異均達(dá)到顯著水平，且與T1品種相差2.78 μmol/（m2·s）。T1品種Gs值較高，為0.54 mmol/（m2·s），與其他品種差異均達(dá)到顯著水平，該品種氣孔開放程度較大；T3品種Gs值最低，為0.21 mmol/（m2·s），與其他品種差異均達(dá)到顯著水平，且與T1品種相比減少0.33 mmol/（m2·s）。T3品種Ci值較高，為335.76 μmol/mol，與其他品種差異均達(dá)到顯著水平，該品種細(xì)胞間CO2濃度較高；T1品種Ci值最低，為291.59 μmol/mol，與其他品種差異均達(dá)到顯著水平，且與T3品種相比降低44.17 μmol/mol。T1品種Tr值最高，為8.25 mmol/（m2·s），與其他品種差異均達(dá)到顯著水平，該品種蒸騰速率較高；T3品種最低，為5.66 mmol/（m2·s），且與T3品種相比減少2.59 mmol/（m2·s）。圖3

2.4"不同加工番茄品種間產(chǎn)量的比較

研究表明，不同加工番茄品種間產(chǎn)量均存在差異。其中，T1品種產(chǎn)量最高，為167.72 t/hm2，與其他品種差異均達(dá)到顯著水平。其次是T8品種，為158.66 t/hm2，T3品種產(chǎn)量最低，為97.57 t/hm2。產(chǎn)量排名為T1＞T8＞T4＞T6＞T7＞T9＞T5＞T2＞T3。圖4

2.5"不同加工番茄品種間各指標(biāo)的變異比較

研究表明，不同加工番茄品種性狀表現(xiàn)存在較大差異，變異系數(shù)變幅在4.42％～29.33％，平均變異系數(shù)為12.30％，變異系數(shù)最大的為Gs。4個熒光指標(biāo)的變異系數(shù)變幅在6.11％～15.98％，平均為11.76％，變異系數(shù)最大的是NPQ，達(dá)15.98％，大小順序依次為NPQgt;qPgt;ΦPSⅡgt;Fv/Fm，僅Fv/Fm的變異系數(shù)小于10％。4個光合特性指標(biāo)的變異系數(shù)變幅在4.09％～29.33％，平均為12.18％，變異系數(shù)最大的是Gs，達(dá)29.33％，大小順序依次為Gsgt;Trgt;Pngt;Ci，Pn，Ci的變異系數(shù)均小于10％。SPAD值的變異系數(shù)為12.49％。產(chǎn)量的變異系數(shù)為14.76％。各品種間指標(biāo)差異較大，有利于品種篩選。表2

2.6"不同加工番茄品種間各指標(biāo)的相關(guān)性

研究表明，各指標(biāo)間具有一定的相關(guān)性。Fv/Fm與產(chǎn)量、Pn呈極顯著正相關(guān)（R2=0.490，P＜0.01；R2=0.511，P＜0.01），與qP、Tr呈顯著性正相關(guān)（R2=0.427，P＜0.05；R2=0.415，P＜0.05），與ΦPSⅡ、NPQ呈極顯著負(fù)相關(guān)（R2=-0.542，P＜0.01；R2=-0.509，P＜0.01），與Ci呈顯著負(fù)相關(guān)（R2=-0.441，P＜0.05），與SPAD、Gs無顯著相關(guān)；ΦPSⅡ與其他指標(biāo)均無顯著相關(guān)；NPQ與Ci呈極顯著正相關(guān)（R2=0.585，P＜0.01），與SPAD值呈顯著性負(fù)相關(guān)（R2=0.422，P＜0.05），與qP、產(chǎn)量、Gs、Tr、Pn均呈顯著性負(fù)相關(guān)（R2=-0.716，P＜0.01；R2=-0.559，P＜0.01；R2=-579，P＜0.01；R2=-0.500，P＜0.01；R2=-0.525，P＜0.01）；qP與產(chǎn)量、Pn、Gs、Tr、SPAD均呈極顯著正相關(guān)（R2=0.770，P＜0.01；R2=0.729，P＜0.01；R2=0.744，P＜0.01；R2=0.727，P＜0.01；R2=0.553，P＜0.01；），與Ci均呈極顯著負(fù)相關(guān)（R2=-0.803，P＜0.01）；SPAD值與產(chǎn)量、Pn、Gs、Tr均呈極顯著正相關(guān)（R2=0.864，P＜0.01；R2=0.826，P＜0.01；R2=0.897，P＜0.01；R2=0.861，P＜0.01；），與Ci呈極顯著負(fù)相關(guān)（R2=-0.873，P＜0.01）；產(chǎn)量與Pn、Gs、Tr均呈極顯著正相關(guān)（R2=0.991，P＜0.01；R2=0.935，P＜0.01；R2=0.988，P＜0.01），與Ci呈極顯著負(fù)相關(guān)（R2=0.-991，P＜0.01）；Pn與Gs、Tr均呈極顯著正相關(guān)（R2=0.918，P＜0.01；R2=0.989，P＜0.01），與Ci呈極顯著負(fù)相關(guān)（R2=-0.980，P＜0.01）；Gs與Tr呈極顯著正相關(guān)（R2=0.933，P＜0.01），與Ci呈極顯著負(fù)相關(guān)（R2=-0.962，P＜0.01）；Ci與Tr呈極顯著負(fù)相關(guān)（R2=-0.985，P＜0.01）。表3

2.7"不同品種加工番茄間葉綠素?zé)晒馀c光合特性、產(chǎn)量的綜合性評價"

研究表明，提取特征值大于1的2個主要成分，累計貢獻(xiàn)率達(dá)86.32%，綜合了加工番茄指標(biāo)大部分信息。在第一主成分中，特征值為7.15，貢獻(xiàn)率為71.45%，產(chǎn)量、Pn、Gs和Tr是主要指標(biāo)，特征向量分別為0.37、0.36、0.36和0.36，可概括為光合特性因子。第二主成分的特征值為1.49，貢獻(xiàn)率為14.87%，ΦPSⅡ、SPAD值是主要指標(biāo)，可概括為葉綠素因子。前2個主成分的函數(shù)表達(dá)式如下：

F1=0.22X1-0.09X2-0.28X3+0.32X4+0.32X5+0.37X6+0.36X7+0.36X8-0.37X9+0.36X10；

F2=-0.53X1+0.66X2+0.28X3-0.17X4+0.33X5+0.08X6+0.07X7+0.18X8-0.10X9+0.15X10。

把F1、F2的方差貢獻(xiàn)率當(dāng)權(quán)重，建立綜合評價標(biāo)準(zhǔn)：F=0.83F1+0.17F2，9個加工番茄品種的綜合得分，T1（佳禾紅運(yùn)）的得分最高，其次是T8（麒麟鉆石），T3（早得）的綜合得分最低。表4，表5

2.8"不同加工番茄品種間葉綠素?zé)晒馀c光合特性、產(chǎn)量的聚類分析"

研究表明，每個樣品從單獨(dú)一類，逐次合并一直到全部合并成一大類。在歐氏距離10處可將9個品種分為3類，第1類為T1、T8；第2類為T4、T5、T6、T7、T2、T9；第3類為T3。圖5

第1類有2個品種，其特征為NPQ、Ci值最低，qP、SPAD值、產(chǎn)量、Gs值最高，其具有較高的光合潛力，且產(chǎn)量較好，適宜在阿拉爾及周邊種植；第2類有6個品種；第3類有1個品種，其特征為Fv/Fm、Pn、Tr值最低，ΦPSⅡ值最高，其光合能力較弱，產(chǎn)量低，不適宜在新疆阿拉爾市及周邊種植。表6"

3"討 論

3.1

光合作用因不同品種自身遺傳特性或環(huán)境條件導(dǎo)致光合能力有所差異［16］。李時雨等［17］在相同環(huán)境和管理水平下，通過光合特性分析各品種之間的差異，發(fā)現(xiàn)不同品種間光合特性差異均較大。研究結(jié)果表明，不同品種的加工番茄光合參數(shù)與產(chǎn)量密切相關(guān)，其中，產(chǎn)量與凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）極顯著正相關(guān)（R2=0.991；R2=0.935；R2=0.988），與胞間CO2濃度（Ci）成極顯著負(fù)相關(guān)（R2=-0.991），說明光合能力越強(qiáng)，氣孔開放程度越大，耗水量越高的品種產(chǎn)量就越高，與袁祖麗等［18］研究結(jié)果一致。同時，試驗得出不同品種加工番茄凈光合速率（Pn）與氣孔導(dǎo)度（Gs）成極顯著正相關(guān)（R2="0.918），與胞間CO2濃度（Ci）呈極顯著負(fù)相關(guān)（R2=-0.980），說明氣孔開放程度大，有利于吸收CO2及提高光合速率，與王卓敏等［19］研究結(jié)果一致。凈光合速率（Pn）與蒸騰速率（Tr）成極顯著正相關(guān)（R2=0.989），說明凈光合速率高的品種蒸騰速率就越高，反之越小，與須海榮等［20］研究一致。

3.2

葉綠素?zé)晒鈪?shù)與植物光合作用關(guān)系密切，是研究植物光合作用的有效探針［21］，其中Fv /Fm可有效反映PSⅡ反應(yīng)中心葉片光化學(xué)反應(yīng)的能力及光能轉(zhuǎn)換效率，ΦPSⅡ與植物葉片光合電子傳遞快慢相關(guān)，可反映實際原初光能捕獲效率，并為暗反應(yīng)提高所需的能量，促進(jìn)碳同化的高效運(yùn)轉(zhuǎn)和有機(jī)物積累，qP反映PSⅡ捕獲的光量子轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的效率，而NPQ與植物耗散過剩光能為熱量的能力有關(guān)［22］。劉興［23］、丁俊男［24］和王詩嫻等［7］通過對丁香、鐵線蓮和其他野生植物的研究表明，葉綠素?zé)晒鈪?shù)存在差異，與研究結(jié)果相同。研究中T3品種Fv/Fm值最低、ΦPSⅡ值最高，說明該品種受光照抑制程度較高，但可以積累更多暗適應(yīng)所需的能量。其中，T1品種NPQ值最低、qP值最高，該品種光保護(hù)能力較弱，需適當(dāng)遮陰，但光合活性較好，可以更好的將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，適宜設(shè)施栽培。

主成分采用降維的方式，可將多個指標(biāo)轉(zhuǎn)化為綜合評價值，用于比較和評價各品種間優(yōu)劣［25-26］。王丹丹［27］、李偉明等［28］利用主成分分析，將不同品種蔬菜進(jìn)行綜合評價，篩選出適宜當(dāng)?shù)胤N植的品種。試驗通過主成分分析將9個加工番茄品種的10個指標(biāo)進(jìn)行綜合評價發(fā)現(xiàn)，T1品種（佳禾紅運(yùn)）的得分最高，為3.17。說明佳禾紅運(yùn)最適宜新疆阿拉爾市及周邊地區(qū)種植。

4"結(jié) 論

不同品種加工番茄之間葉綠素?zé)晒鈪?shù)，光合參數(shù)與產(chǎn)量均存在一定差異。其中T1（佳禾紅運(yùn)）qP值最高，為0.85；Pn、Gs和Tr較高，分別為19.63 μmol/（m2·s），0.54 mmol/（m2·s）和8.25 mmol/（m2·s），Ci最小，為291.59 μmol/mol；產(chǎn)量相對較高，為167.72 t/hm2。將綜合評價由高到低依次排名為佳禾紅運(yùn)、美國世紀(jì)紅、麒麟鉆石、新引198-1、佳義200、Q020、紅果三號、紅寶石、早得。佳禾紅運(yùn)是阿拉爾市適宜栽培的加工番茄品種。

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Comparison of chlorophyll fluorescence and photosynthetic ""characteristics of different processed tomato varieties based ""on principal component analysis

ZHAO Wenxuan1， CHENG Yunxia1， TAN Zhanming1， LI Chunyu2，""SHU Sheng3， Ayimaimu Shawuti1 ，YANG Liyu1，MAO Xianjun4

（1. National and Local Joint Engineering Laboratory for Efficient and High-Quality Cultivation and Deep Processing Technology of Southern Xinjiang Characteristic Fruit Trees/Southern Xinjiang Characteristic Fruit Tree Production Engineering Laboratory， XPCC， College of Horticulture and Forestry， Tarim University ， Aral Xinjiang 843300， China; 2. College of Information Engineering， Tarim University ， Aral Xinjiang 843300， China; 3. College of Horticulture， Nanjing Agricultural University， Nanjing 210095， China；4.Xinjiang Xijing Agricultural Technology Co.， Ltd.，Tumshuke Xinjiang，84900，China）

Abstract：【Objective】 ""To select processed tomato varieties suitable for cultivation in southern Xinjiang.

【Methods】 ""9 kinds of processed tomatoes were used as test materials， and the differences between 9 processed tomato varieties were explored by comparing the fluorescence parameters， photosynthetic parameters， chlorophyll relative content and yield of 9 processed tomatoes， and the indicators of each variety were comprehensively evaluated and ranked by principal component analysis combined with cluster analysis.

【Results】 ""The results showed that the chlorophyll fluorescence parameters， chlorophyll relative content， photosynthetic parameters and yield of T1 （'Jiahe Hongyun'） performed better than other varieties， among which Fv/Fm was 0.81， qP was 0.85， Pn was 19.63 μmol/（m2·s）， Gs was 0.54 mmol/（m2·s）， and Tr was 8.25 mmol/（m2·s）， all of which were significantly different from other varieties.

【Conclusion】 """It shows that 'Jiahe Hongyun' has strong photosynthetic ability and environmental adaptability， high yield， so it is suitable for cultivation in Xinjiang Aral City and surrounding areas.

Key words：""processed tomatoes; chlorophyll fluorescence; photosynthetic properties; yield; principal component

Fund projects：""Agricultural key core technology research project of Xinjiang Production and Construction Corps（NYHXGG2023AA311）; Xinjiang

vegetable industry technology system （XJARS-07）; Science and Technology Plan Project of Tumshuk City of the Third Division （KY2022GG05）;Construction of germplasm resource bank of characteristic vegetables in southem Xinjiang （TDZKY202101）; 2021 Tarim University College Student Innovation and Entrepreneurship Training Program （2021131）

Correspondence author：""TAN Zhanmin（1991-），male，from Hulunbuir， Inner Mongolia，master，associate professor，master's supervisor，research direction：efficient cultivation and stress resistance physiology of facility vegetables，（E-mail）tlmdxtzm@taru.edu.cn

收稿日期（Received）：

2024-04-21

基金項目：

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)項目（NYHXGG2023AA311）；新疆蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（XJARS-07）；第三師圖木舒克市科技計劃項目（KY2022GG05）；南疆特色蔬菜種質(zhì)資源庫建設(shè)（TDZKY202101）；2021年塔里木大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（2021131）

作者簡介：

趙文軒（2001-），男，河南郾城人，本科，研究方向為設(shè)施農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程，（E-mail）1587178203@qq.com

通訊作者：

譚占明（1991-），男，內(nèi)蒙古呼倫貝爾人，副教授，碩士，研究方向為設(shè)施蔬菜高效栽培及抗逆性生理，（E-mail）tlmdxtzm@taru.edu.cn