馮會麗,吳正保,史彥江,*,張亞鴿,謝亞麗,馬合木提·阿不來提
(1.新疆農業(yè)大學林學與園藝學院,新疆 烏魯木齊 830052;2.新疆林業(yè)科學院經濟林研究所,新疆 烏魯木齊 830000)
基于因子分析的灰棗優(yōu)良無性系果實品質評價
馮會麗1,2,吳正保2,史彥江2,*,張亞鴿1,謝亞麗1,馬合木提·阿不來提2
(1.新疆農業(yè)大學林學與園藝學院,新疆 烏魯木齊 830052;2.新疆林業(yè)科學院經濟林研究所,新疆 烏魯木齊 830000)
測定灰棗及3 個優(yōu)良無性系果實的6 項外觀和14 項內在營養(yǎng)物質指標,對20 項品質指標進行基于因子分析的綜合評價。結果顯示:不同無性系的果實品質指標變異程度不一,其中可食率、果實橫徑和果形指數差異較小,糖酸比、還原性VC、可溶性蛋白、黃酮、鋅和銅含量差異相對較大;因子分析提取出 3 個特征根>1的公因子,累積方差貢獻率達100%,能夠全面反映果實品質信息;評價得出灰實2果實品質綜合得分最高,灰實7次之,兩個無性系均屬于果個較大、果形偏長,含糖量高、口感較甜的無性系;灰實8綜合得分低于灰實7,屬于果個較小、含糖量低、口感偏酸的無性系;3 個無性系不同單項指標表現(xiàn)出不同的優(yōu)越性。
灰棗;優(yōu)良無性系;果實品質;因子分析;綜合評價
灰棗(Zizyphus jujuba cv. Huizao),質地致密、水分含量低、糖含量高、風味好,含有多種微量元素和較多的藥用成分,具有很高的食療價值和多種保健功效[1-3],是優(yōu)質的鮮食兼制干棗品種。新疆灰棗20世紀70年代初自河南新鄭引種以來,得天獨厚的光熱資源,使其各項經濟性狀均優(yōu)于原產區(qū),尤其在南疆各地得到大面積栽培[4]。目前,灰棗已成為阿克蘇地區(qū)主栽品種之一[5]。然而,隨著灰棗產業(yè)化種植的發(fā)展,生產中出現(xiàn)了單株性狀變異嚴重、果實品質良莠不齊、棗果風味千差萬別等現(xiàn)象,說明灰棗具有很大的選育空間[6]。果樹良種的選育,常采用的方法之一就是對單株變異的選擇和利用。本課題組在對灰棗資源進行調查的基礎上,以果形整齊、品質優(yōu)良、早實豐產等為育種目標,于2006—2010年從全疆各地及內地各省份,初選收集了一批優(yōu)良單株,暫以灰實系列命名,如灰實1、灰實2……灰實14等。在收集的14 個灰實系列中,灰實2和灰實7表現(xiàn)出果個較大、果形整齊、豐產穩(wěn)產的特點,灰實8雖果個較小、但果形均勻、早實豐產且風味獨特,因此選用這3 個系列進行實驗。果實品質的綜合評價是果樹育種工作的重要環(huán)節(jié),對于篩選出灰棗優(yōu)良無性系新品系有很大的指導意義。目前,有關灰棗良種選育的研究主要集中在植物學特性、生長結果習性、果實經濟性狀等方面,如:“新鄭早紅”[6]、“新鄭紅1號”[7]和“新鄭紅2”[8]。關于灰棗優(yōu)良無性系果實品質的對比及綜合評價等研究鮮有報道。本研究在建立紅棗優(yōu)樹匯集圃的基礎上,測定果實外觀和營養(yǎng)兩個層面20 項指標。通過因子分析,將具有錯綜復雜關系的變量縮減為少數幾個綜合因子,找出影響果實品質的主要評價指標,評價各無性系綜合性狀的優(yōu)劣,為灰棗優(yōu)良新品系選育提供依據,同時也為豐富新疆紅棗種質資源提供理論參考。
1.1 材料與試劑
供試材料為新疆林業(yè)科學院初選的3 個灰棗優(yōu)良無性系(暫命名為灰實2、灰實7和灰實8)及普通灰棗為對照,前3種分別選自新疆阿克蘇地區(qū)實驗林場二隊、七隊和農業(yè)大隊紅棗生產示范園。2005年于阿克蘇實驗林場二隊紅棗優(yōu)樹匯集圃定植砧木,2007年分別自上述紅棗示范園截取接穗,進行嫁接,每個無性系嫁接3~5 株。實驗按完全隨機區(qū)組設計,不同無性系分別選取3 個固定調查株。植株樹齡相同(8 a),樹勢一致,管理模式一致,東西行向種植,株行距2 m×3 m,未間作,漫灌。
蒽酮、葡萄糖、氫氧化鈉、鄰苯二甲酸氫鉀、酚酞指示劑 上海譜振生物科技有限公司;VC、鉬酸銨、草酸、乙二胺四乙酸(ethylene diamine tetraacetie acid,EDTA)、偏磷酸-醋酸、蘆丁 國藥集團化學試劑有限公司;亞硝酸鈉、硝酸鋁、蛋白質、考馬斯亮藍G-250、纖維素 南京生興生物技術有限公司;所用試劑均為分析純。
1.2 儀器與設備
AL204型電子分析天平 梅特勒-托利多(上海)有限公司;尺喜精工游標卡尺(量程0~150 mm,精度0.02 mm) 上海尺喜工量具有限公司;FW80-1型粉碎機天津市泰斯特儀器有限公司;Explore-EX223型分析天平(精度0.001 g) 奧豪斯儀器(上海)有限公司;TP432自動電位滴定儀 北京時代新維測控設備有限公司;722S型可見分光光度計 上海江儀儀器有限公司;新銳T6型紫外-可見分光光度計 上海滬粵明科學儀器有限公司;AA7000原子吸收分光光度計 日本島津公司;移液槍、離心機 德國Eppendorf公司。
1.3 方法
1.3.1 果實樣品采集與處理
樣品采集于2014年10月6日,此時正值灰棗完熟期,果實含水量在42%左右,于每棵固定調查株上隨機摘取50 個健康果實,把同一無性系采集的果實混合放在一起,即時測定果實外觀品質指標。將采集的果實帶回實驗室,在3~15 ℃常溫條件下自然晾干至鮮質量的46%,歷時50 d,再將紅棗置于60 ℃恒溫烘箱內48 h烘干至恒質量,將果實粉碎,封閉存放,進行營養(yǎng)成分測定。
1.3.2 果實外觀品質測定
單果質量及可食率:同一無性系一次隨機抽取30 個果實作為一組待測樣,用電子天平稱量每個果實的質量,計算單果質量,每一無性系重復抽取3 次,計算其平均值,相應地將被測果實的果核取出,稱其質量,計算其平均值,進而得出各無性系的單果質量和單核質量??墒陈拾垂剑?)計算。
果徑及果形指數:同一無性系隨機抽取30 個果實作為一組待測樣,用電顯游標卡尺測定每個果實的縱(橫)徑,計算其平均值,每一無性系重復抽取3 次,計算其平均值。果形指數按公式(2)計算。
1.3.3 果實營養(yǎng)成分指標的測定
將待測樣品粉末取出,按要求稱取不同量,對不同無性系果實品質進行可溶性糖、可滴定酸、還原性VC、黃酮、可溶性蛋白、纖維素、鉀、鈣、鎂、鐵、鋅、銅、錳含量以及糖酸比14 種營養(yǎng)成分指標檢測,以上指標均重復測定3 次,計算平均值。
可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法;可滴定酸含量測定采用氫氧化鈉中和滴定法;糖酸比=可溶性糖/可滴定酸;還原性VC含量測定采用鉬藍比色法;總黃酮含量測定采用蘆丁比色法;可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍G-250染色法;纖維素含量測定采用蒽酮比色法;礦物質元素含量測定采用原子吸收分光光度法。
1.4 數據處理與分析
使用Microsoft Excel 2007建立數據庫,用SPSS 17.0軟件進行方差分析和因子分析。
隸屬函數法:因子分析前,對原始數據進行標準化,正相關指標(單果質量、可食率、果實縱徑、果實橫徑、糖酸比、可溶性糖、可滴定酸、還原性VC、黃酮、可溶性蛋白、鉀、鈣、鎂、鐵、鋅、銅、錳含量)依據公式(3)分析,負相關指標(單核質量、果形指數、纖維素含量)依據公式(4)分析。
因子分析:標準化的數據通過因子分析,提取出影響果實品質的公因子,同時得到各樣品的公因子分值Fjn,綜合分值Dn的計算以相應公因子的貢獻率Ej為權重,依據公式(5)得到。
式中:Uin和U'in分別指第n個樣品第i個指標的原始數據經轉化后的隸屬函數值;Xin指第n個樣品第i個指標的原始測定結果;Ximax和Ximin分別指樣品組中第i個指標的最大和最小值;Dn為因子分析法得到的各樣品果實品質的綜合分值;Fjn為第n個樣品第j個特征根>1的公因子的分值;m為特征根>1的公因子的個數;Ej為第j個公因子的方差貢獻率。
2.1 灰棗優(yōu)良無性系果實品質的測定結果
由表1可知,以某單一指標進行優(yōu)劣評價,不同指標中無性系的優(yōu)劣不盡相同,多數指標中,3 個無性系均優(yōu)于對照組,3 個無性系在20 項品質指標中表現(xiàn)出不同程度的優(yōu)良特性。因此,對上述無性系進行優(yōu)中選優(yōu),必須依據樣品在20 項指標中的綜合表現(xiàn)。從變異系數來看,不同無性系間變異程度均不大??墒陈?、果實橫徑和果形指數差異較小,糖酸比、還原性VC、黃酮、可溶性蛋白、鋅和銅含量差異相對較大。
2.2 灰棗優(yōu)良無性系果實品質的因子分析
2.2.1 數據標準化
根據灰棗的品種特性和選優(yōu)目標,在選優(yōu)時對各品質指標的衡量標準不同:單果質量、可食率和果徑越大越好;果實營養(yǎng)成分越高越好(包括可溶性糖、可滴定酸、糖酸比、還原性VC、黃酮、可溶性蛋白和礦物質元素);單核質量和纖維素越小越好;果形指數越接近1越好。由于不同指標的計量單位不同,數據量綱也不一致,不便進行數據分析。在用因子分析進行綜合評價前,應使用隸屬函數法對原始數據進行標準化處理。標準化結果見表2。
2.2.2 因子分析
數據經隸屬函數標準化后進行因子分析,20 項指標提取出3 個公因子,其方差貢獻率、累計方差貢獻率和經四次方最大旋轉獲得的因子載荷矩陣如表3。特征根表示對應因子能夠描述原有信息的多少,由表3可知,3 個公因子的特征根均大于1,第1公因子的方差貢獻率為44.05%,第2公因子的方差貢獻率為35.75%,第3因子的方差貢獻率為20.20%,累計方差貢獻率為100%,說明這3個公因子反映了原始變量的幾乎全部信息。因此提取這3 個公因子代替原有20 項指標評價灰棗優(yōu)良無性系及對照的果實品質。
因子分析得到3 個公因子的載荷矩陣,因結果代表的生物學意義不夠明確,不能突出主要因子的作用。因此,對公因子進行方差最大正交旋轉,得到旋轉后的因子載荷矩陣,如表4所示。第1公因子主要由單果質量、可食率、果實縱徑、果實橫徑、果形指數、可溶性糖、纖維素和錳含量8 個因子決定,它們的因子載荷分別為:0.982、0.794、0.997、0.898、-0.939、0.849、-0.100和0.779,反映了果實外觀品質、甜度和錳含量;黃酮和銅含量對第1公因子產生負向影響,因子載荷分別為:-0.864和-0.943。
第2公因子主要由單核質量、可滴定酸、還原性VC、可溶性蛋白、鐵和鋅含量6 個因子決定,它們的因子載荷分別為:-0.584、0.778、0.921、0.978、0.896和0.924,反映了果核大小、含酸量、還原性VC、可溶性蛋白、鐵和鋅含量;鈣對第2公因子產生負向影響,因子載荷為:-0.921。
第3公因子主要由鉀和鎂含量兩個因子決定,它們的因子載荷分別為:0.855和0.944。反映了果實中礦物質元素鉀和鎂含量的多少;糖酸比對第3公因子產生負向影響,因子載荷為:-0.758。
2.2.3 灰棗優(yōu)良無性系果實品質的公因子得分和綜合評價通過因子分析,可以獲得各個無性系的公因子得分fi,根據3 個公因子旋轉后的方差貢獻率及對應的因子得分,可以建立果實品質綜合評價的數學模型。
該模型計算獲取各無性系果實品質的綜合得分,并根據果實品質性狀的綜合得分進行優(yōu)良度排序,結果見表5。綜合得分排在第1、2、3、4位的依次是灰實2、灰實7、灰實8和對照組。
由f1公因子排名可知,灰實7排名第一,即其主要優(yōu)勢體現(xiàn)在單果質量、可食率、果徑、可溶性糖和錳含量均較高,部分指標含量達到最大值,說明果個較大、口感較甜;果形指數較高,說明果形偏長;纖維素含量達到了最高值;黃酮和銅含量均最低?;覍?、對照組和灰實8排名依次靠后。
由f2公因子排名可知,灰實2排名第一,即其主要優(yōu)勢體現(xiàn)在可滴定酸、可溶性固形物、鐵和鋅含量均達到了最高;果核也達到了最大;果實的鈣含量最低。灰實8、對照組和灰實7排名依次靠后。
由f3公因子排名可知,灰實8排名第一,即其鉀和鎂含量均最高;果實的糖酸比最低,說明果實口感偏酸?;覍?、灰實2和對照組排名依次靠后。
本研究采用隸屬函數法對灰棗優(yōu)良無性系的20 項果實品質指標進行了數據標準化,通過因子分析將上述多個指標進行簡化,提取出能代表幾乎全部信息的3 個公因子,這些公因子之間相互獨立,避免了重復信息的干擾。影響灰棗優(yōu)良無性系果實品質綜合評價的關鍵因子依次是:單果質量、果形、甜度因子、果核、含酸量、還原性VC、可溶性蛋白以及礦物質元素含量。結果顯示:灰實2果實個大核大,可食率較高,果形偏長,酸甜度相對適中,果實中還原性VC、可溶性蛋白、鐵和鋅含量較高。灰實7果實個大核小,可食率最高,果形偏長,口感較甜,果實中鈣和錳含量均達到最高值。灰實8果實個小核較大,可食率相對較低,口感偏酸,果實中黃酮、鉀、鎂和銅含量最高。
新疆灰棗作為優(yōu)質的鮮食兼制干棗品種,自引種以來,原生資源種群內個體發(fā)生了變異,對不同變異類型作出適當評價是良種選育和有效利用種質資源的基礎和前提[9]。常用選育棗的方法有感官評定[10]、方差分析[11-13]等,而這些方法的主觀性、多因素性等常導致選育工作繁雜,結果具有不確定性。本研究運用因子分析進行灰棗果實品質的比較和優(yōu)中選優(yōu),將多維指標降維為少數指標,不僅減少了工作量,避免了原始數據的缺失和人為的主觀隨意性[14],而且能較全面的把握品種的綜合性狀,使結果更具科學性。目前此法已在諸多品種如設施桃[15]、龍眼[16]、冬棗[17]、獼猴桃[18]、枸杞[19]等資源的選優(yōu)上得到廣泛應用。
由于原始測定結果表示的是不同的品質指標,其計量單位不同,數據的量綱也不一致。王益民等[19]使用零均值和歸一化標準差法對枸杞子營養(yǎng)成分數據進行了轉化;張海英等[20]在進行桃果實品質評價時,使用0~1極差標準化法對數據進行了轉化。在果實品質分析中,一些品質指標對綜合品質評價有負影響,在數據標準化時應充分考慮指標對評價體系的影響。使用隸屬函數法[21]進行數據轉化,能兼顧對綜合評價有正、負影響的指標,使結果更為客觀。本研究對所測指標正、負相關性的定義主要根據品種特性和選優(yōu)目標而定。對各品質指標的衡量標準不盡相同:果實質量、果徑、可食率越大越好,果核質量應越小越好。果實大小是評價果實品質優(yōu)劣的一項重要經濟性指標,果樹育種工作者始終將選育大果型新品種作為育種目標,如:“七月鮮”[22]、“晉贊大棗”[23]、“燕平”[24]等。果實營養(yǎng)成分越高越好,包括可溶性糖、可滴定酸、VC、可溶性蛋白、黃酮和礦物質元素?;覘楋L味以甜味為主,可滴定酸含量比較小,而可滴定酸含量的提高有利于改善灰棗的風味品質,因此將其定為正相關指標。果形以果實近圓形為標準,果形指數越接近1越好。纖維素含量應越少越好,其含量越少,果實口感越細膩[4]。
本研究用因子分析法,從20 項果實品質指標中提取出3 個特征根>1的公因子,這3 個公因子提供了原性狀100%的信息,且既是綜合的,又是相互獨立的指標,避免了重復信息的干擾。經評定,3 個無性系及對照的綜合得分為:灰實2>灰實7>灰實8>對照組。尤為關鍵的是,因子分析法不僅可以客觀地篩選出綜合性狀優(yōu)良的無性系,還可根據各公因子得分對每一無性系做出適當評價,這克服了其他選育方法易將個別性狀優(yōu)良類型淘汰[25]的缺點。在良種選育過程中,可以根據各個無性系的不同優(yōu)勢,生產和推廣種植能夠滿足不同市場需求的灰棗新品系。
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Fruit Quality Evaluation of Superior Clones of Zizyphus jujuba cv. Huizao Based on Factor Analysis
FENG Huili1,2, WU Zhengbao2, SHI Yanjiang2,*, ZHANG Yage1, XIE Yali1, Mahemuti·ABULAITI2
(1. College of Forestry and Horticulture, Xinjiang Agricultural University, ürümqi 830052, China;2. Economic Forest Research Institute, Xinjiang Academy of Forestry, ürümqi 830000, China)
The comprehensive evaluation of 20 fruit quality attributes including 6 appearance indices and 14 inherent nutritional qualities was carried out on 3 superior clones of Zizyphus jujuba cv. Huizao based on factor analysis. The results showed that different clones of Zizyphus jujuba cv. Huizao had different degrees of variation in fruit quality indices, with only small variations observed in the percentage of edible portion, horizontal diameter and fruit shape index and relatively large variations in sugar/acid ratio and the contents of reducing VC, soluble proteins, flavonoids, zinc and copper. Factor analysis extracted 3 common factors with characteristic roots > 1 and a cumulative variance contribution rate of 100%, which could fully reflect the information on the fruit quality. ‘Huizao' clone 1 was evaluated to score highest for overall sensory quality, followed by clone 7. Both clones belonged to a larger and longer fruit with high sugar content and sweet taste. The overall sensory score of clone 8, which belonged to a smaller fruit with low sugar content and acidic taste, was lower than that of clone 7. The three clones showed advantages in terms of different individual indicators.
Zizyphus jujuba cv. Huizao; superior clones; fruit quality; factor analysis; comprehensive evaluation
10.7506/spkx1002-6630-201609015
S665.1;S722.5
A
1002-6630(2016)09-0077-05
馮會麗, 吳正保, 史彥江, 等. 基于因子分析的灰棗優(yōu)良無性系果實品質評價[J]. 食品科學, 2016, 37(9): 77-81. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201609015. http://www.spkx.net.cn
FENG Huili, WU Zhengbao, SHI Yanjiang, et al. Fruit quality evaluation of superior clones of Zizyphus jujuba cv. Huizao based on factor analysis[J]. Food Science, 2016, 37(9): 77-81. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201609015. http://www.spkx.net.cn
2015-06-20
公益性行業(yè)(林業(yè))科研專項(201304701-1);自治區(qū)公益性科研院所基本科研業(yè)務經費資助項目
馮會麗(1988—),女,碩士研究生,研究方向為生態(tài)科學。E-mail:550112219@qq.com
*通信作者:史彥江(1961—),男,研究員,學士,研究方向為果樹栽培。E-mail:syj504@126.com