孫海龍，魯曉峰，邵 靜，徐樹廣

（1 中國農(nóng)業(yè)科學院果樹研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部園藝作物種質(zhì)資源利用重點實驗室，遼寧興城125100）（2 吉林省農(nóng)業(yè)科學院果樹研究所）

李為薔薇科（Rosaceae）李屬（Prunus）植物，是中國最古老的栽培樹種之一，分布廣泛，種質(zhì)資源極其豐富[1]。2018 年我國李總栽培面積193 萬hm2，總產(chǎn)量680 萬t，在北方落葉果樹中，面積僅低于蘋果（207 萬hm2）[2]。李果實色澤鮮艷，口感酸甜，含有豐富的糖、酸等營養(yǎng)成分，其果實品質(zhì)主要包括內(nèi)在品質(zhì)和外觀品質(zhì)，內(nèi)在品質(zhì)包括可溶性固形物、可滴定酸、維生素C等，外觀品質(zhì)包括果實形狀、大小和色澤等[3]。果實品質(zhì)評價是植物種質(zhì)創(chuàng)新利用的前提，也是品種選育的重要環(huán)節(jié)，通過對不同李種質(zhì)果實性狀進行分析，采用多指標、多重分析方法綜合評價不同李種質(zhì)果實性狀差異，對于李種質(zhì)篩選、優(yōu)異種質(zhì)發(fā)掘、種質(zhì)創(chuàng)新和綜合利用具有重要意義。近年來，研究者從李種質(zhì)資源糖酸組成及含量[4]、礦質(zhì)元素含量[5]、維生素C和酚類物質(zhì)[6-11]等不同方面對李果實品質(zhì)進行了大量的研究；魏亞平等[12]對引進的25 個國外良種李果實外觀、質(zhì)量、成熟期、抗逆能力、耐貯能力、單位投影面積產(chǎn)量和單果重等性狀進行了灰色關(guān)聯(lián)分析，篩選出3 個果實品質(zhì)在南陽表現(xiàn)較好的優(yōu)良品種；丁健等[13]利用相對值綜合比較法從70 份沿河縣沙子空心李種質(zhì)中篩選出4 個適宜推廣的優(yōu)異種質(zhì)，這些分析均為李種質(zhì)資源品質(zhì)性狀的科學評價提供理論基礎(chǔ)。

主成分分析法廣泛地用于蘋果[14]、獼猴桃[15-16]、杏[17]等果實品質(zhì)評價中，其原理是通過降維的方式將多種指標轉(zhuǎn)化成幾個綜合指標，并根據(jù)特點對其分類命名，以簡化數(shù)據(jù)和揭示變量間的關(guān)系[18-19]，同時保留了絕大部分信息，且主成分間相互獨立，避免信息重復[20]，聚類分析是將樣品按照品質(zhì)特性相似程度逐漸聚合在一起，相似度最大的優(yōu)先聚合在一起，最終按照類別的綜合性質(zhì)多個品種聚合，從而完成聚類分析的過程[21]。前人研究主要集中于李育成品種的營養(yǎng)、功能成分組分分析和表型性狀等評價，且評價涵蓋的指標和品種數(shù)量有限，評價的系統(tǒng)性和全面性不足，關(guān)于李果實品質(zhì)多指標的綜合評價方面研究鮮有報道。本研究以35 份不同李種質(zhì)果實為試材，測定果實單果重、縱徑、橫徑、硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、固酸比、維生素C 含量、果皮和果肉CIELab 參數(shù)（L*、a*、b*、C、h°）等主要果實性狀，進行相關(guān)性分析、主成分分析、綜合評價和聚類分析，旨在為李種質(zhì)果實品質(zhì)評價、優(yōu)異種質(zhì)篩選、種質(zhì)創(chuàng)新和綜合利用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

35 份供試李種質(zhì)于2018 年7—10 月分批采自中國農(nóng)業(yè)科學院果樹研究所李杏試驗區(qū)，李種質(zhì)名稱及編號見表1，選取大小均一、無機械損傷和病蟲害的果實，在樹體各個部位進行采樣，采摘后立即運往實驗室待測。

表1 供試材料

1.2 主要儀器

JA2603B 電子天平（上海精科儀器有限公司），W0579B 數(shù)顯游標卡尺（廣州威力獅工具有限公司），GS-15 型水果質(zhì)地分析儀（南非），PR-101 α糖度計（日本ATAGO 公司），Metrohm 808 Titrando全自動電位滴定儀（瑞士萬通公司），CR-400 色差儀（日本Konica minolta 公司），A11 研磨機（德國IKA 公司）。

1.3 試驗方法

（1）單果重的測定。隨機選取10 個果實，用電子天平稱量單果重，單位：g。

（2）果實縱、橫徑的測定。隨機選取10 個果實，用數(shù)顯游標卡尺測量果頂至果肩的高度、果實最大橫徑處的寬度，即為果實的縱、橫徑，單位：mm。

（3）果實硬度（去皮）采用GS-15 型水果質(zhì)地分析儀測定。隨機選取10 個果實，在果實胴部中央陰陽兩面去皮，測定對稱兩點的硬度，單位：kg/cm2。

（4）可溶性固形物含量采用PR-101α糖度計測定。隨機選取10 個大小均勻的果實，去果皮、去核后于研磨機內(nèi)搗碎成勻漿，過濾，蒸餾水調(diào)零后將濾液滴于糖度計上讀數(shù)即可，單位：%。

（5）可滴定酸含量采用瑞士 Metrohm 808 Titrando 電位滴定儀測定。稱取上述過濾后的果汁3 g，用蒸餾水定容至30 mL，以標定過的NaOH 溶液滴定，單位：%。

（6）維生素C 含量采用瑞士Metrohm 808 Titrando 電位滴定儀測定。稱取100 g 果肉置于組織搗碎機內(nèi)，加2%草酸溶液100 mL，攪碎后過濾，稱取30 g 濾汁進行測定，單位：mg/kg。

（7）果皮、果肉色差值（L*、a*、b*、C、h°）采用CR-400 手持色差儀通過反射法測定。隨機選取10 個大小均勻的果實，以果皮上2 個互相對稱的點為測定點，測定果皮色差值；將果皮上2 個互相對稱的點去皮，測定果肉色差值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2010 和SPSS 20.0 進行相關(guān)性分析、主成分分析、聚類分析等統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 李果實品質(zhì)指標分析

單果重、縱徑、橫徑、硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、固酸比、維生素C 含量、果皮和果肉CIELab 參數(shù)（L*、a*、b*、C、h°）等18個李果實品質(zhì)指標的變幅、平均數(shù)、標準差及變異系數(shù)見表2。由表2 可知，各指標存在不同的變異情況，變異系數(shù)為15.69%～87.47%。其中，果肉a*值變化范圍最大，為-4.96～42.47，變異系數(shù)高達87.47%；其次是果皮b*值、果皮a*值、單果重、果皮h°值、可滴定酸含量、固酸比和硬度，變異系數(shù)分別為61.92%、59.95%、51.75%、46.73%、45.35%、44.05%和43.70%；可溶性固形物含量、果肉C 值和縱徑變幅較小，變異系數(shù)分別為15.69%、17.28%和18.77%；其他指標的變異系數(shù)為20.60%～36.45%?？梢?，李果實果肉a*值、果皮b*值、果皮a*值、單果重、果皮h°值、可滴定酸含量、固酸比和硬度變異性較大，而可溶性固形物含量、果肉C 值和縱徑變異性較小。

表2 不同種質(zhì)李果實品質(zhì)指標

2.2 Pearson 相關(guān)性分析

18 個指標相關(guān)性分析結(jié)果見表3，果實單果重與縱徑、橫徑均呈極顯著正相關(guān)，表明單果重越大果實縱徑、橫徑相對越大，與果實硬度呈顯著正相關(guān)，表明單果重越大果實硬度相對越大；果實縱徑與橫徑呈極顯著正相關(guān)，與果實硬度呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.864 和0.341；果實橫徑與果實硬度呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.469；果實硬度與維生素C 含量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.407；可溶性固形物含量與果皮L*值、果皮b*值、果皮C 值和果皮h°值均呈極顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.580、-0.567、-0.575 和-0.462，與果皮a*值呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.425；可滴定酸含量與果皮a*值和果肉a*值均呈顯著正相關(guān)，與果肉h°值呈顯著負相關(guān)，而與果肉L*值呈極顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.353、0.346、-0.341 和-0.437；果皮色澤和果肉色澤相關(guān)指標中除果肉L*值與果皮a*值，果肉b*值與果皮L*值、果皮a*值和果皮h°值，果肉C 值與果皮L*值、果皮a*值、果皮b*值、果皮C 值、果皮h°值、果肉L*值和果肉a*值，果肉h°值與果肉C 值不存在顯著相關(guān)性外，其余各色澤指標間均存在極顯著正（負）相關(guān)或顯著正（負）相關(guān)。綜上，李果實各指標間普遍存在顯著或極顯著的相關(guān)關(guān)系，表明李果實18 個指標間存在信息重疊，需建立科學的綜合評價方法。

表3 不同種質(zhì)李果實品質(zhì)指標的相關(guān)性分析

2.3 主成分分析

以35 份李種質(zhì)果實的單果重、縱徑、橫徑、硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、固酸比、維生素C 含量、果皮和果肉CIELab 參數(shù)（L*、a*、b*、C、h°）等18 個指標進行主成分分析，所得相關(guān)特征值及方差貢獻率如表4 所示，經(jīng)標準化后的因子負荷矩陣如表5 所示。以特征值大于1 的原則提取5 個主成分，前5 個主成分的累積方差貢獻率為85.237%，因此利用前5 個主成分即可代表原始數(shù)據(jù)的大部分信息。

表4 主成分的特征值及方差貢獻率

表5 因子負荷矩陣

由表4 和表5 可知，第1 主成分包含了原始信息量的34.550%，其大小主要由果皮L*值和果皮b*值決定，可以反映李果實果皮色澤，可命名為果皮色澤因子；第 2 主成分包含了原始信息量的18.123%，其大小主要由縱徑、橫徑和單果重決定，可以反映出李果實的大小，可命名為果實大小因子；第3 主成分包含了原始信息量的14.925%，主要由固酸比決定，體現(xiàn)了李果實的酸甜度，可以命名為風味因子；第4 主成分包含了原始信息量的10.884%，其大小主要由維生素C 含量決定，可命名為抗氧化因子；第5 主成分包含了原始信息量的6.755%，其大小主要由果肉C 值決定，能夠體現(xiàn)出李果實果肉色澤，可命名為果肉色澤因子。

2.4 綜合評價

通過主成分得分、權(quán)重的確定，利用公式計算綜合得分（Dn）。綜合得分計算公式為：Dn＝0.345 50F1＋0.181 23F2＋0.149 25F3＋0.108 84F4＋0.067 55F5。并以Dn值的大小反映供試材料果實品質(zhì)綜合評價高低。得分靠前的10 份種質(zhì)分別為‘秋姬’、223、‘青柰’、17-07-1、‘興義空心李’‘晚黃’、2-3、‘大紅袍’‘玉皇李’和‘吉紅’（表6）。

表6 李種質(zhì)的主成分得分及綜合得分

2.5 聚類分析

基于35 份李種質(zhì)資源的18 個果實性狀指標，利用SPSS 20.0 將原始數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)標準化，采用系統(tǒng)聚類分析法并繪制樹狀圖（圖1）。當類間距離取15 時，可將35 份李種質(zhì)聚為6 大類。

圖1 不同李種質(zhì)果實性狀聚類圖

第1 類有10 個李品種（系），分別為‘玉皇李’‘晚黃’、223、17-07-1、‘吉紅’‘青柰’‘秋姬’、2-3、‘興義空心李’‘廣東紅李’。第2 類有1 個李品種，為‘郯城杏梅’。第1 類和第2 類聚集了果皮a*值較小、果皮b*值較大、果皮h°值較高、以黃色和綠色型果實為主的品種（系），聚類結(jié)果與主成分分析綜合評價排名靠前的品種（系）基本一致，果實綜合品質(zhì)相對較好。第3 類有14 個李品種（系），分別為‘龍園秋李’、17-17、‘大紅袍’、98-1-6、‘奎麗’‘密山大紫李’‘上海大紫李’‘新疆1 號’‘吉勝’‘大玫瑰’‘長李15’、17-8、‘奧扎克首相’‘新世紀’，這一類聚集了可溶性固形物含量和固酸比較高的品種（系）。第4 類有2 個李品種，分別為‘奎豐’和‘奉化李’，這一類聚集了可溶性固形物含量和固酸比較高、可滴定酸含量較低的2 個品種。第5 類有7 個李品種（系），分別為‘一品丹楓’、0973、03297、‘普羅達克特’‘布爾班克’‘恐龍蛋’和11-12，這一類聚集了維生素C 含量較高、果肉a*值較大、果肉b*值較小、果肉h°值較低的品種（系），均為紅色果肉型。第6 類有1 個李品種，為果實單果重最小、硬度最小的‘吾爾江’。第5類和第6 類聚類結(jié)果與主成分分析綜合評價排名靠后的品種（系）基本一致，果實綜合品質(zhì)相對較差（圖1）。

3 討 論

李果實色澤鮮艷、富含糖酸等營養(yǎng)成分，其獨特的風味深受人們的喜愛，但李種質(zhì)資源受遺傳和生長環(huán)境等多因素的影響不同種質(zhì)間果實性狀差異較大。郁香荷等[22]對405 份中國李和雜種李種質(zhì)資源分析表明，中國李在果實外觀和內(nèi)在品質(zhì)方面均表現(xiàn)出豐富的形態(tài)多樣性和遺傳多樣；Liu 等[23]從分子生物學方面研究也發(fā)現(xiàn)中國李具有豐富的遺傳多樣性；張靜茹等[11]對野生櫻桃李的研究表明，野生櫻桃李果實酚類物質(zhì)組成和含量方面具有豐富的遺傳多樣性。因此對不同李種質(zhì)資源果實性狀進行全面有效的綜合評價，就成為李優(yōu)異種質(zhì)發(fā)掘、種質(zhì)創(chuàng)新、品種改良和品種推廣的關(guān)鍵。安佰義等[24]利用主成分分析對20 個抗寒李品種果實品質(zhì)進行綜合評價，并通過綜合評價得分進行排序。本研究選擇的試驗材料既有生產(chǎn)中大面積栽培的主栽品種，又有全國各地收集的地方品種，還有人工雜交選育的優(yōu)異種質(zhì)，評價指標選擇了果實外觀品質(zhì)（單果重、縱徑、橫徑和色澤指標）和內(nèi)在品質(zhì)（硬度、可溶性固形物、可滴定酸和維生素C）指標。分析結(jié)果表明，不同李種質(zhì)資源在果實大小、果皮色澤、果實風味和果肉色澤方面均存在一定的差異，其中不乏大果型、高糖、高酸、紅肉等優(yōu)異種質(zhì)資源，為進一步有針對性地選擇、利用及推廣提供了豐富的基礎(chǔ)材料。

近年來，隨著統(tǒng)計數(shù)學、系統(tǒng)科學等學科的發(fā)展，研究者逐步采用多指標定量綜合評價法對植物品種進行評價，這樣可以更客觀、全面、科學地反映品種性狀。而主成分分析是在損失較少信息的前提下，把多個具有相關(guān)性的指標轉(zhuǎn)化為幾個相互獨立的綜合指標的多元統(tǒng)計方法[25-27]；聚類分析法則是一種用于生物資源分類和親緣關(guān)系研究的多元統(tǒng)計方法[28-29]，目前廣泛應(yīng)用于果品品質(zhì)評價中，已有研究者對獼猴桃[30-31]、西洋梨[32]、櫻桃[33-34]、藍莓[35]、夏橙[36]等果實品質(zhì)進行了分析和評價。本研究對35 份李種質(zhì)的18 個指標進行主成分分析，將18 個指標簡化為5 個主成分（累積方差貢獻率為85.237%，可代表原始數(shù)據(jù)的大部分信息），從而達到簡化和綜合的目的。在主成分分析的基礎(chǔ)上對35 份李種質(zhì)進行初步評價，從評價結(jié)果上看得分靠前的均為中國李，初步認為中國李綜合品質(zhì)較歐洲李和李杏雜種好；在排名前10 的種質(zhì)中黃色系種質(zhì)占60%（‘秋姬’、223、17-07-1、‘晚黃’‘玉皇李’和‘吉紅’），綠色（‘青柰’和‘興義空心李’）和紅色（2-3 和‘大紅袍’）種質(zhì)各占20%；而紫色、藍色等深色種質(zhì)排名靠后，與目前市場需求結(jié)果較一致。聚類分析將35 份李種質(zhì)分為6 類，第1 類和第2 類李品種（系）果實外觀品質(zhì)較好，總綜合得分為5.028 和0.173；第3 類和第4 類李品種（系）果實內(nèi)在品質(zhì)較好，總綜合得分為-0.567和-0.389；第5 類總綜合得分為-3.490；第6 類總綜合得分為-0.755。聚類分析結(jié)果一定程度上反映了李果實外觀品質(zhì)和內(nèi)在品質(zhì)在不同種質(zhì)間存在較大差異，可為不同用途李種質(zhì)的選擇利用提供參考依據(jù)。聚類分析與主成分分析綜合得分結(jié)果基本一致，表明聚類分析與主成分分析方法可以用于李果實品質(zhì)綜合評價。

4 結(jié) 論

35 份李種質(zhì)的單果重、縱徑、橫徑、硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、固酸比、維生素C 含量、果皮和果肉CIELab 參數(shù)（L*、a*、b*、C、h°）均存在豐富的變異類型，綜合評價排名靠前的有‘秋姬’、223、‘青柰’、17-07-1、‘興義空心李’‘晚黃’、2-3、‘大紅袍’‘玉皇李’和‘吉紅’，發(fā)現(xiàn)了大果型（98-1-6、‘大紅袍’）、高可溶性固形物含量（‘奎豐’）、色澤鮮艷（黃色、綠色、紅色）類型種質(zhì)，可作為生產(chǎn)品種和觀賞采摘品種適當推廣。紅肉類型種質(zhì)可直接利用、生產(chǎn)加工品或作為潛在親本材料培育高抗氧化活性的功能性新品種，以滿足消費者對保健功能的要求。本文評價認為通過綜合指標評價不同李種質(zhì)果實性狀差異能夠更直觀、更高效地篩選出優(yōu)異種質(zhì)資源。