‘黄冠梨’果实品质主成分分析与综合评价

殷益明, 丁福全, 史星雲*, 王 莉, 徐珊珊

(1.湖州市农业科学研究院,浙江 湖州 313000;2.双林镇公共事业服务中心,浙江 湖州 313000;3.湖州市农业种质资源创新与应用重点实验室,浙江 湖州 313000)

‘黄冠梨’(PyrusbretschneideriRehd.)是由河北省农林科学院石家庄果树研究所在1977年以雪花梨为母本、新世纪为父本杂交培育而成[1],在甘肃省武威地区广泛种植[2]。果实品质评价是决定一个品种是否具有推广和应用价值的根本性因素。果实品质由多种因子复合构成,受光照、温度、水肥和管理条件等多种因素的影响,且单一指标很难科学、客观和全面的反映其综合品质。因此,怎么科学系统地评价梨果实品质是我国梨科技工作者一直高度关注的研究领域。

目前,主成分分析法越来越多地用于综合评价园艺作物品质,如苹果[3-4]、猕猴桃[5]、石榴[6]、葡萄[7]、柑橘[8]、薄皮甜瓜[9]和西红柿[10-11]等。然而,对于运用主成分分析法综合评价‘黄冠梨’果实品质鲜有报道。据此,本研究以甘肃省武威市凉州区内15个不同果园的‘黄冠梨’为试材,对其外观品质(单果质量、果形指数、L*、a*、b*)和内在品质(水分含量、硬度、可溶性固形物质量分数、可溶性糖质量分数、可滴定酸质量分数、固酸比、糖酸比和维生素C)的13项指标测定,采用主成分分析法进行果实品质分析与评价,以期为‘黄冠梨’果实品质评价体系构建奠定理论基础,同时也为‘黄冠梨’优质高效果园建设、栽培和管理提供科学指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试材选自甘肃省武威市凉州区内15个果园的梨果,果园编号分别为Z1、Z2、…、Z14、Z15,果园气象条件和栽培管理措施基本一致,树龄一致,品种为‘黄冠梨’。在‘黄冠梨’成熟期,随机选取每个果园的5株树,在树体中上部随机采取东西南北4个方向果实40个,单株为1试验小区,重复5次。然后带回实验室进行相关指标测定。

1.2 试验方法

1.2.1 果实外观品质测定

单果质量用电子天平测定,单位为g;果实纵、横径采用游标卡尺测定,单位mm;果形指数为果实的纵径与横径之商。果实色泽参数L*、a*、b*采用CR-400色差计进行测定[12]。

1.2.2 果实内在品质测定

可溶性固形物质量分数(SSC)、可滴定酸质量分数(TA)、果肉硬度、可溶性糖质量分数、维生素C含量均参考曹建康等人方法[13]测定,其中固酸比为SSC与TA之商;糖酸比为可溶性糖质量分数与TA之商。

1.2.3 数据分析

采用WPS Office 2019软件进行数据整理分析,采用SPSS 19.0软件进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 果实品质指标分析

由表1可知,‘黄冠梨’果实平均单果质量为273.15 g,变化范围228.39～302.42 g,变异系数为4.34%;平均果形指数为0.91,变化范围0.87～0.92,变异系数为1.79%;平均L*为66.18,变化范围62.01～70.84,变异系数为2.72%;平均a*为-8.66,变化范围-10.43～-7.37,变异系数为7.98%;平均b*为37.93,变化范围34.66～41.30,变异系数为3.81%;平均水分含量为87.75%,变化范围85.24%～90.28%,变异系数为1.10%,在所有性状中变异系数最小;平均硬度为6.95 kg·cm-2,变化范围5.30～8.85 kg·cm-2,变异系数为9.95%;平均SSC为11.17%,变化范围9.01%～13.57%,变异系数为7.54%;平均可溶性糖质量分数为9.89%,变化范围8.17%～12.05%,变异系数为7.47%;平均可滴定酸质量分数为0.25%,变化范围0.15%～0.47%,变异系数为20.12%,在所有性状中变异系数最大;平均固酸比为46.49,变化范围28.87～75.07,变异系数为12.70%;平均糖酸比为41.19,变化范围25.64～66.39,变异系数为12.66%;平均维生素C含量为7.59 mg·100 g-1,变化范围4.68～10.76 mg·100 g-1,变异系数为14.11%。

2.2 主成分分析

对15个果园‘黄冠梨’果实品质的单果质量等13项品质指标进行KMO和Bartlett检验,结果见表2。由表2可以看出,KMO统计值为0.711,根据文献可知原有变量比较适合做主成分分析,同时Bartlett球度检验统计量为1 624.73,显著性为0.000,说明相关系数矩阵与单位阵之间存在显著性差异。综上分析可知,可以用主成分分析法对‘黄冠梨’果实品质进行评价分析。

表2 KMO和Bartlett检验

如表3所示,对15个果园‘黄冠梨’果实品质的单果质量等13项品质指标进行主成分分析,依据特征值大于1的原则,共提取了4个主成分,累计方差贡献率87.861%,包含了‘黄冠梨’果实品质性状的大部分信息。其中,第1主成分的特征值为4.895,方差贡献率37.653%;第2主成分的特征值为3.452,方差贡献率26.558%,累计方差贡献率为64.211%;第3主成分的特征值为1.778,方差贡献率13.677%,累计方差贡献率为77.888%;第4主成分的特征值为1.296,方差贡献率9.973%,累计方差贡献率为87.861%。

表3 各主成分特征值、方差贡献率和累计方差贡献率

由‘黄冠梨’果实品质指标主成分载荷矩阵(表4)可知,第1主成分中主要包含维生素C含量、可滴定酸质量分数等代表性指标,可称为果实风味和功能因子,反映了原始信息量的37.653%;第2主成分中主要包含果实色泽参数L*、a*和b*等代表性指标,可称为视觉因子,反映了原始信息量的26.558%;第3主成分中主要包含单果质量和果形指数代表性指标,可称为果重和形状因子,反映了原始信息量的13.677%;第4主成分中主要包含硬度等代表性指标,可称为质地因子,反映了原始信息量的9.973%。

因各成分贡献率不同,应综合考虑各因子对果实品质的影响。由表5可以得出,主成分分析结果中综合得分愈高表明果实综合性品质愈好,反之则相反。15个果园‘黄冠梨’果实品质从高到低排序为:Z6、Z11、Z13、Z15、Z2、Z14、Z4、Z3、Z9、Z10、Z12、Z5、Z7、Z8和Z1。说明采用主成分分析方法综合评价‘黄冠梨’果实品质是可行的。

表5 不同果园综合评价

3 讨论与结论

本研究发现,无论是梨果的外观品质,还是内在品质,不同果园间均存在差异,且每个指标变异系数也不相同。梨果实品质受自身遗特性[14-15]、立地条件(土壤、温度、水肥等)[16-18]、栽培管理措施[19-21]等多因素的综合影响。本试验中,共选取同一栽培地区的15个‘黄冠梨’果园,其气候条件和栽培管理措施基本一致,而管理水平和土壤肥力等因素却存在一定差异,这可能也是导致不同果园间果实品质存在差异的主要因素,将为该地区‘黄冠梨’的栽培管理和区域选择提供一定的参考。在接下来的试验中,将对不同果园间的土壤质地、养分和微生物群落等指标进行检测分析,以便揭示‘黄冠梨’果实品质与土壤指标之间的关系,进一步为‘黄冠梨’的田间生产管理和优质高产提供理论基础。

科学、系统和合理的评价方法是果实综合评价的基础和前提。主成分分析法是通过恰当的数学变换,使新变量(主成分)成为原变量的线性组合,并选取少数几个在变差总信息量中比例比较大的主成分来分析的一种方法[22],已广泛应用于果实品质综合评价中。本试验对15个不同果园的‘黄冠梨’的13项品质指标进行主成分分析,共提取了特征值大于1的4个主成分,累计方差贡献率87.861%,能够反映‘黄冠梨’果实品质指标的大多信息,运用主成分分析可以很好地区分不同果园间的果实品质差异。通过15个果园‘黄冠梨’综合分值排序可以得出,果园Z6、Z11、Z13、Z15和Z2的梨果综合品质表现较优,果园Z14、Z4、Z3、Z9和Z10的梨果综合品质表现中等,果园Z12、Z5、Z7、Z8和Z1的梨果综合品质表现较差。