朱曉林　魏小紅　馮悅　趙耀東

摘要：以培育的29份無限生長型番茄為材料，采用相關(guān)性、通徑與主成分為主的評價方法從番茄內(nèi)在品質(zhì)與外在特征等方面綜合分析其12個農(nóng)藝性狀指標(biāo)。結(jié)果表明：（1）12個性狀指標(biāo)的平均變異系數(shù)為33.07%，番茄紅素含量的變異系數(shù)最大，為73.30%，果形指數(shù)的變異系數(shù)最小，為9.20%，各性狀指標(biāo)間既相互獨立又密切相關(guān)，這種變異為以后的育種與品種改良提供了很大發(fā)展空間。（2）相關(guān)及通徑分析表明，單果質(zhì)量與果實橫徑、果形指數(shù)的相關(guān)系數(shù)以及直接通徑系數(shù)均達(dá)到極顯著相關(guān)水平，與可溶性蛋白含量以及類黃酮含量呈顯著負(fù)相關(guān);同時以質(zhì)量為因變量，建立了估測營養(yǎng)成分含量的回歸方程。（3）主成分分析將12個農(nóng)藝性狀簡化為6個主成分，且累計貢獻(xiàn)率為85.081%，能夠反映12個性狀的大部分信息，同時對6個主成分的特征值進(jìn)行加權(quán)計算，篩選出得分最高的優(yōu)質(zhì)番茄材料516與844;多元分析法為今后蔬菜品質(zhì)準(zhǔn)確全面的綜合評價提供了一種可行的新思路。

關(guān)鍵詞：番茄性狀;單果質(zhì)量;相關(guān)分析;通徑分析;主成分分析

中圖分類號： S641.201文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）07-0174-08

番茄（Solanum lycopersicum），作為茄科番茄屬中多汁漿果1年生草本植物，被聯(lián)合國糧農(nóng)組織列為優(yōu)先推廣的四大水果之一[1]。番茄果實表面光亮，色澤鮮艷，口味獨特，富含番茄紅素、維生素和礦物質(zhì)，營養(yǎng)價值高，具有防癌、降血壓、降膽固醇等保健作用[2-6]，深受消費者喜愛。隨著番茄的廣泛栽培，其消費量也在逐年增加，人們對于番茄的風(fēng)味及多樣性要求也逐漸提高。在提高番茄產(chǎn)量的同時也要求其果實綜合表現(xiàn)良好，對影響番茄產(chǎn)量的因素進(jìn)行分析并對其品質(zhì)進(jìn)行綜合評價也必不可少。

目前相關(guān)分析與通徑分析[7]在作物遺傳育種及栽培研究上應(yīng)用廣泛。張京社等對103個玉米雜交種的主要農(nóng)藝性狀作相關(guān)與通徑分析，結(jié)果表明，穗部性狀在影響籽粒產(chǎn)量諸因素中占主導(dǎo)地位[8]。申慧芳等對與綠豆產(chǎn)量有關(guān)的12個農(nóng)藝性狀作相關(guān)與通徑分析，結(jié)果表明，單株莢數(shù)、抗性和生育期對綠豆產(chǎn)量影響較大[9]。蘇澤春等對7個草莓品種的單株產(chǎn)量及主要經(jīng)濟(jì)性狀作相關(guān)與通徑分析，發(fā)現(xiàn)果實橫徑和硬度是影響單株產(chǎn)量的主要因素[10]。張繼寧等研究12個茄子品種的11個農(nóng)藝性狀，并作相關(guān)與通徑分析，結(jié)果表明，結(jié)果數(shù)、單果質(zhì)量與早期產(chǎn)量3個性狀對產(chǎn)量影響較大，可作為茄子高產(chǎn)育種主要選擇性狀[11]。陳賢等研究番茄紅熟果實耐貯性與品質(zhì)，通徑分析結(jié)果表明，果實干物質(zhì)含量是果實變質(zhì)率的主要影響因素[12]。曲瑞芳研究認(rèn)為，番茄果實的番茄紅素含量與可溶性固形物含量、黏度等性狀呈正相關(guān)，與硬度等性狀呈負(fù)相關(guān)[13]。萬賽羅等作番茄果實硬度與相關(guān)性狀間相關(guān)與通徑分析，結(jié)果表明，纖維素含量和原果膠含量對番茄果實硬度影響最大[14]。主成分分析法是將多個變量簡化為少數(shù)幾個主成分的多元統(tǒng)計分析法，番茄農(nóng)藝性狀系統(tǒng)是由多個指標(biāo)構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)，各評價指標(biāo)間存在不同程度的相關(guān)性，采用主成分分析法既可以同時提取多個指標(biāo)的大部分信息，又避免了人為選擇評價因子的主觀性[15-17]，同時可根據(jù)主成分得分篩選出綜合得分較高的材料。

目前很多研究只涉及番茄農(nóng)藝性狀與某一個品質(zhì)指標(biāo)之間的相關(guān)性，主成分分析只涉及篩選出主成分因子。采用相關(guān)分析、通徑分析、回歸分析多種手段進(jìn)行各指標(biāo)之間相關(guān)性充分分析的研究和根據(jù)主成分得分篩選優(yōu)良品種等的研究還鮮見報道。本試驗以29份不同果色的番茄種質(zhì)資源為材料，采用多元統(tǒng)計分析方法，在相關(guān)性及通徑分析的基礎(chǔ)上，建立關(guān)于質(zhì)量的逐步回歸方程，以期為今后在番茄產(chǎn)量預(yù)測方面提供參考依據(jù)。同時通過主成分分析法在簡化分析步驟的基礎(chǔ)上，根據(jù)主成分因子得分篩選優(yōu)質(zhì)的番茄種質(zhì)資源，以期為今后番茄品種選育提供理論指導(dǎo)。

1 材料方法

1.1 試驗地概況

田間試驗于2018年3—8月在甘肅省張掖市益新泉蔬菜育種公司溫室大棚內(nèi)進(jìn)行，該試驗地地處100°6′～100°52′E、38°32′～39°24′N，平均海拔1 474 m，屬于溫帶大陸氣候。年平均降水量113～120 mm，蒸發(fā)量2 047 mm，日照時長3 086 h，無霜期138～179 d，具有日照時間長、溫差大等特點，適合番茄生長。試材隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，每個小區(qū)定植20株，株距25 cm，行距45 cm。

1.2 試驗材料

供試番茄種質(zhì)資源共29份，采用局部控制的原則，隨機(jī)取樣，每份材料至少取樣3份，于2018年8月初采自甘肅省張掖市益新泉蔬菜育種公司溫室大棚內(nèi)。29份材料均為培育的番茄種質(zhì)資源，保存于甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，每種種質(zhì)資源3份，每份包含數(shù)個果實，品質(zhì)測定為單個果實取樣。

1.3 分析方法

1.3.1 營養(yǎng)組分指標(biāo)測定方法 可滴定酸含量的測定采用酸堿滴定法[18]，可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法測定[19]，維生素C含量的測定采用高效液相色譜法[20]，可溶性蛋白質(zhì)含量的測定采用考馬斯亮藍(lán)G-250法[21]，番茄紅素含量的測定采用高效液相色譜法[22]，硝酸鹽含量的測定采用硝酸根電極法[23]。

1.3.2 植物次級代謝物指標(biāo)測定方法 總酚含量的測定采用Folin-Ciocalteu比色法[24];類黃酮含量的測定采用亞硝酸鈉-硝酸鋁比色法[25]。

1.3.3 外觀指標(biāo) 單果質(zhì)量（g，F(xiàn)M）采用精確度為0.1 g的電子天平測定，隨機(jī)測取3個果實質(zhì)量求其平均值，重復(fù)3次。果實縱徑（mm，F(xiàn)W）和橫徑（mm，F(xiàn)L）采用游標(biāo)卡尺測定，分別測果實果基到果頂?shù)拈L度和果實最粗處的直徑，各測定3次，取平均值。果形按果形指數(shù)（縱徑/橫徑：H/D）大小分為圓形（H/D=0.86～1.00）、扁圓形（H/D=0.71～0.85）、扁平形（H/D≤0.70）、長圓形（H/D≥1.01），同時觀察果色、果面特征和果肩。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

每組數(shù)據(jù)設(shè)定3個重復(fù)，采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析，采用SPSS 21.0對不同番茄材料的營養(yǎng)組分與次級代謝物方面的指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性及通徑分析，確立關(guān)于產(chǎn)量的回歸方程，并進(jìn)行主成分分析，按累計貢獻(xiàn)率大于80%確定主成分個數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 番茄品質(zhì)性狀的多樣性分析

29份番茄材料的外觀特征如表1所示，可以看出，果形指數(shù)大于1的材料有L8與867，屬長果形;其余均小于1，屬扁圓或圓形。參試番茄單果質(zhì)量為37.9～232.7 g，果色包括橙紅、深紅、橘黃、橙黃等，果形指數(shù)為0.73～1.04，心室數(shù)介于1.9～12.0個之間，可見29份材料外觀特征差異較大，體現(xiàn)了參試番茄材料的多樣性，有利于番茄種質(zhì)資源的深入鑒定與評價。

由表2可知，番茄材料性狀的變異系數(shù)為9.20%～73.30%，其中變異系數(shù)在35%以上的有單果質(zhì)量、可溶性糖含量、類黃酮含量、番茄紅素含量，說明其離散程度較大;單果質(zhì)量性狀的方差最大，數(shù)值為2 516.26，反映出在29份番茄中其單果質(zhì)量波動最大;而果形指數(shù)與總酸度的方差最小，數(shù)值均為0.01，即這兩者的波動最小。

2.2 不同番茄品種性狀間的相關(guān)分析及通徑分析

2.2.1 不同番茄種質(zhì)資源性狀間的相關(guān)性分析

由表3可知，單果質(zhì)量與果實縱徑、橫徑間呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.870、0.879，而與可溶性蛋白、類黃酮含量呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.379、-0.406;可溶性蛋白含量與硝酸鹽含量、果形指數(shù)間呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)0.586、0.480，與總酚含量間呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.445，而與果實橫徑間呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.452;同時維生素C含量與總酚含量、總酸度與番茄紅素含量間也呈顯著正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為0.433、0.428;類黃酮含量與果實縱徑、橫徑間呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.428、-0.394;而果實橫徑與縱徑間呈極顯著正相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.887。

2.2.2 不同農(nóng)藝性狀指標(biāo)與果實質(zhì)量之間的通徑

相關(guān)性分析只能簡單說明2個變量間的相關(guān)程度和方向。為進(jìn)一步確定與評估番茄12個農(nóng)藝性狀間的相互作用方式，在相關(guān)分析的基礎(chǔ)上，對番茄果實的質(zhì)量與其他農(nóng)藝性狀之間的相關(guān)性進(jìn)行通徑分析（表4）。通過通徑分析剖析相關(guān)系數(shù)，把相關(guān)系數(shù)分解為直接作用和間接作用2個部分。

同時分別對相關(guān)系數(shù)和直接通徑系數(shù)較大的農(nóng)藝指標(biāo)進(jìn)行分析，當(dāng)某個農(nóng)藝性狀與果實營養(yǎng)品質(zhì)之間的直接通徑系數(shù)與相關(guān)系數(shù)效應(yīng)方向相同時，說明該性狀與果實營養(yǎng)品質(zhì)之間直接相關(guān)，進(jìn)一步結(jié)合其直接通徑系數(shù)與相關(guān)系數(shù)的大小，可判斷其是否可作為番茄該營養(yǎng)品質(zhì)的選擇指標(biāo);當(dāng)直接通徑系數(shù)與相關(guān)系數(shù)效應(yīng)方向不相同時，說明該性狀通過作用于其他指標(biāo)對目標(biāo)性狀產(chǎn)生影響，因而不能作為番茄該營養(yǎng)品質(zhì)的選擇指標(biāo)。

由表3、表4可知，可溶性蛋白含量、類黃酮含量、果實橫徑、果實縱徑與單果質(zhì)量的相關(guān)系數(shù)絕對值較大，大小排序為果實橫徑（0.879）>果實縱徑（0.870）>類黃酮含量（0.406）>可溶性蛋白含量（0.379）;果形指數(shù)、果實橫徑、果實縱徑與單果質(zhì)量的直接通徑系數(shù)較大，排序為果實橫徑（2.095）>果實縱徑（1.101）>果型指數(shù)（0.813）。

果實橫徑、果形指數(shù)與單果質(zhì)量的相關(guān)系數(shù)和直接通徑系數(shù)方向相同，均為正值;可溶性蛋白含量、類黃酮含量與單果質(zhì)量的相關(guān)系數(shù)和直接通徑系數(shù)方向相同，均為負(fù)值;果實縱徑與單果質(zhì)量的相關(guān)系數(shù)和直接通徑系數(shù)方向相反，說明可溶性蛋白含量、類黃酮含量、果形指數(shù)、果實橫徑可能成為番茄單果質(zhì)量的篩選指標(biāo)，而果實縱徑則不能成為單果質(zhì)量的篩選指標(biāo)。

進(jìn)一步分析，果實橫徑、果形指數(shù)與單果質(zhì)量的相關(guān)系數(shù)達(dá)到極顯著相關(guān)水平，說明它們與番茄單果質(zhì)量有較大相關(guān)性且直接相關(guān)，因此可以作為番茄單果質(zhì)量篩選的評價指標(biāo)。可溶性蛋白、類黃酮含量與番茄單果質(zhì)量的相關(guān)系數(shù)達(dá)到顯著水平，但其直接通徑系數(shù)分別僅為-0.149、-0.074。這是由于可溶性蛋白含量與果實橫徑呈顯著負(fù)相關(guān)，它通過果實橫徑對單果質(zhì)量產(chǎn)生較大的間接負(fù)效應(yīng)。而類黃酮含量也是通過果實橫徑對單果質(zhì)量產(chǎn)生較大的間接負(fù)效應(yīng)，從而降低了其對單果質(zhì)量的直接通徑系數(shù)。因此可溶性蛋白含量與類黃酮含量不能作為單果質(zhì)量的篩選指標(biāo)。

2.2.3 不同農(nóng)藝性狀指標(biāo)與果實質(zhì)量之間的回歸分析

通過對番茄種質(zhì)資源的12個農(nóng)藝性狀指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性與通徑分析，可較直觀地反映各指標(biāo)與質(zhì)量之間相關(guān)的密切程度。為進(jìn)一步精確反映它們間存在的相關(guān)性，以單果質(zhì)量為因變量，11個農(nóng)藝性狀為自變量進(jìn)行逐步回歸分析，建立回歸方程。同時為反映各自變量對因變量的重要程度，對回歸系數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理得到偏回歸系數(shù)。偏回歸系數(shù)大則說明自變量對因變量的重要程度較大。由表5可知，果實質(zhì)量主要取決于果實橫徑與果形指數(shù)，這與相關(guān)性及通徑分析結(jié)果一致。

2.3 不同農(nóng)藝性狀指標(biāo)主成分分析

對12個番茄品質(zhì)性狀進(jìn)行主成分分析得到12個主成分，其中前6個主成分的方差累計貢獻(xiàn)率達(dá)到85.081%（表6），可以說明，前6個主成分所包含的信息量足以反映出這12個品質(zhì)性狀的絕大部分信息，因而對這6個主成分進(jìn)行分析基本可以達(dá)到預(yù)期的目的，同時也簡化了分析步驟。

表7列出了各因子的得分，果實橫徑、果實縱徑、單果質(zhì)量在第1主成分上有較高的載荷值，分別為-0.236、-0.212、-0.221，這些指標(biāo)均與果形有關(guān)，因此稱為果形因子;總酸度在第2主成分上具有很高的載荷值，為0.401，果實酸度是決定其風(fēng)味的關(guān)鍵因子，因此稱為風(fēng)味因子;在第3主成分中，載荷值較大的有果形指數(shù)、果實縱徑，分別為0.370、0.338，占主要地位的果形指數(shù)反映果實形狀，因此稱為外觀因子;可溶性糖、維生素C含量在第4主成分里有很高的載荷值，分別為0.613、-0.462，這些性狀與果實營養(yǎng)有關(guān)，因此稱為營養(yǎng)因子;在第5主成分里硝酸鹽含量載荷最大，為0.551，代表了以硝酸鹽含量為主的成分因子;番茄紅素、類黃酮含量在第6主成分中的載荷值較大，分別為0.419、0.548，這些成分主要與果實次級物有關(guān)，因此稱為次級代謝因子。

表8是6個主成分的特征值加權(quán)計算12個性狀的主成分因子的綜合得分，即不同番茄材料果實的品質(zhì)綜合評價指標(biāo)，可以看出，材料516、844的綜合得分最高，均為8.321分，可以說明這2個番茄材料在綜合方面表現(xiàn)良好，是很好的番茄種質(zhì)資源。其次是801，得分為8.105分，也是一個不錯的番茄材料。而綜合得分低于5的有材料512、515、L12、L14、867、826、828，這些材料在各方面表現(xiàn)較差，應(yīng)在今后育種中進(jìn)行改良。

3 討論

3.1 番茄品質(zhì)性狀的多樣性分析

番茄性狀描述結(jié)果表明，各指標(biāo)（除果形指數(shù)）的變異系數(shù)均大于15%，其中番茄紅素含量的變異最大，達(dá)到73.30%，這是因為被試番茄材料含有不同的果色，而果色則是影響番茄紅素含量的一個重要因素。其次為類黃酮含量，變異系數(shù)為47.87%?？偡雍?、 總酸度與硝酸鹽含量間的變異系數(shù)差異不大，但均大于30%。說明試驗的29份番茄種質(zhì)材料間存在明顯的遺傳差異，表明在新品種選育過程中質(zhì)量和可溶性糖含量的選育空間比較大。此外，果實縱徑、橫徑的變異系數(shù)分別為17.91%、18.23%，兩者差異很小，推測縱、橫徑可能受同一類型基因調(diào)控。在本試驗中，番茄材料種植過程中的栽培管理、土地條件以及成熟度一致，因此番茄果實品質(zhì)性狀的多樣性來源于品種間差異性[26]。

3.2 不同番茄品種性狀間的相關(guān)分析及通徑分析

3.2.1 不同番茄種質(zhì)資源性狀間的相關(guān)性分析

番茄果實質(zhì)量和果實縱徑、果實橫徑間呈極顯著的正相關(guān)性。可溶性蛋白含量與硝酸鹽含量、果形指數(shù)間也呈極顯著正相關(guān)性。果實橫徑與果實縱徑間呈極顯著正相關(guān)性。根據(jù)性狀的相關(guān)性可以通過對一種性狀的選擇間接達(dá)到選擇另一種性狀的效果，從而可以提高選擇效率，加速育種進(jìn)程[27]。結(jié)果顯示，有些性狀之間表現(xiàn)為顯著正相關(guān)，而有些性狀之間表現(xiàn)為顯著負(fù)相關(guān)，體現(xiàn)出不同品種不同性狀之間緊密又復(fù)雜的聯(lián)系，為之后的育種工作提供了參考價值[28]。

3.2.2 不同農(nóng)藝性狀指標(biāo)與果實質(zhì)量之間的通徑分析

目前，關(guān)于植物性狀之間相關(guān)性的研究多采用相關(guān)與通徑分析的手段進(jìn)行分析說明。本研究在相關(guān)與通徑分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對各相關(guān)性狀進(jìn)行回歸分析，從而對相關(guān)與通徑分析的結(jié)論進(jìn)行驗證，同時也為番茄果實質(zhì)量及組分含量提供一種快速無損化估測方法。

由于相關(guān)系數(shù)是通徑分析中直接與間接通徑系數(shù)共同作用的結(jié)果，這定會使直接通徑系數(shù)與相關(guān)系數(shù)間存在較大差異。而只有通過2種分析方法的相互補(bǔ)充，才能更好地評價性狀之間的相關(guān)程度以及方式，從而篩選出該地區(qū)評價番茄果實主要營養(yǎng)成分含量的影響因子。羅穎等對6份番茄品種果實發(fā)育、成熟后貯藏過程中可溶性固形物含量的動態(tài)變化及其與果實指標(biāo)的相關(guān)性[29]分析，發(fā)現(xiàn)番茄可溶性固形物含量與可滴定酸含量、維生素C含量呈極顯著相關(guān)，與可溶性糖含量呈顯著相關(guān)，其研究為高可溶性固形物品種的選育提供依據(jù)[29]。本研究以29份番茄品種為材料，得到影響番茄果實質(zhì)量的主要農(nóng)藝性狀，從而可在不損壞果實的基礎(chǔ)上，根據(jù)對番茄植株以及果實的簡單觀察與測量，快速地對其營養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行判斷和選擇。

3.2.3 不同農(nóng)藝性狀指標(biāo)與果實質(zhì)量之間的回歸分析

此外，本試驗利用29個番茄品種，分別對番茄的12個農(nóng)藝性狀與果實質(zhì)量間進(jìn)行逐步回歸分析。結(jié)果表明，果實橫徑與果形指數(shù)是影響番茄果實質(zhì)量的主要決定因素，這與相關(guān)以及通徑分析所得的結(jié)果一致。前人曾利用果實顏色的L*、a*、b*值獲得各種果實顏色系數(shù)，并用其評價番茄果實顏色，其中包括果實a*/b*[30-31]。國艷梅等也曾根據(jù)番茄果實的顏色系數(shù)建立番茄紅素含量的回歸方程，并采用柱狀圖的方式對預(yù)測值與實測值進(jìn)行比較，以說明所建方程具較好的擬合性[31]。本試驗所建立回歸方程的擬合性較高，說明可用于番茄果實單果質(zhì)量的定量分析，從而實現(xiàn)番茄果實營養(yǎng)成分含量的快速無損化估測。

3.3 主成分分析

由于多個單一指標(biāo)間存在信息疊加，很難從單一指標(biāo)方面評價或篩選番茄品種，同時為使試驗具有較強(qiáng)的代表性和結(jié)果具有較好的推廣應(yīng)用價值，本研究中選取的參試品種較多，所考察農(nóng)藝性狀之間的關(guān)系復(fù)雜，使得量化多品種多性狀綜合評價比較困難。因此多元統(tǒng)計分析方法在作物品種分類和育種材料篩選中的應(yīng)用顯得尤為重要[32]。本試驗采用主成分分析方法，將12個農(nóng)藝性狀簡化為6個主成分，累計貢獻(xiàn)率達(dá)到85.081%，同時采用綜合評價的方法利用主成分函數(shù)篩選出得分較高的番茄材料516、844、801。目前番茄品種的選育主要采用的是對優(yōu)質(zhì)親本的雜交等方法，存在周期長、結(jié)果不確定性較高等缺點，因此利用控制算法實現(xiàn)新番茄品種優(yōu)化研究，對于番茄加工產(chǎn)業(yè)具有非常重要的意義。

4 結(jié)論

本研究采用相關(guān)及通徑分析、逐步回歸與主成分分析的多元統(tǒng)計方法，對29份番茄種質(zhì)資源的12個農(nóng)藝性狀從不同角度進(jìn)行了較為全面的評價與分析。由相關(guān)及通徑分析結(jié)果可知，性狀間交互關(guān)系復(fù)雜，既相輔相成，又相互制約。逐步回歸確立了以質(zhì)量為因變量的擬合性較高的預(yù)測方程。主成分分析簡化了繁瑣的分析步驟，篩選出綜合得分最高的材料844、516。多元統(tǒng)計分析方法為番茄育種以及品質(zhì)分析提供了一種可行的分析思路。

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