鄭濤,蘇柯星,叢桂芝,陳明杰,孫丙寅,劉淑明*

1(西北農(nóng)林科技大學 理學院,陜西 楊凌,712100)2(新疆伊犁哈薩克自治州林業(yè)科學研究院,新疆 伊犁,835000)3(陜西鳳縣林業(yè)局,陜西 鳳縣,721700)4 (楊陵職業(yè)技術學院 生態(tài)環(huán)境工程分院,陜西 楊凌,712100)

樹上干杏(ArmeniacavulgarisShushanggan)屬薔薇科(Rosaceae)李亞科(Prunoideae)杏屬(Prunus),是一種原產(chǎn)于哈薩克斯坦的野生杏,對生長環(huán)境的要求極為苛刻,在晝夜溫差20 ℃的溫帶大陸性氣候地區(qū)生長良好[1]。新疆伊犁地區(qū)在20世紀80年代引進樹上干杏,在伊犁河谷地區(qū)生長表現(xiàn)優(yōu)異,成為當?shù)匾M的優(yōu)良品種[2]。樹上干杏以適宜的糖酸比、豐富的營養(yǎng)物質(zhì)以及濃郁的香氣深受消費者的喜愛,其果肉和杏仁均可食用,具有較高的經(jīng)濟和引種價值[3]。

渭北旱塬位于34°19′～34°45′ N、108°00′～108°24′ E,地勢較為平坦,平均海拔800～1 200 m,年降雨量550 mm左右,主要集中在7～9月；且蒸發(fā)量大,在冬、春、伏旱季節(jié)易發(fā)生干旱。地處渭北旱塬的陜西乾縣、三原縣、渭濱區(qū)土地面積大、土層深厚、日照長、積溫高、晝夜溫差明顯,具有發(fā)展糧食生產(chǎn)和多種經(jīng)濟作物的廣闊前景。目前,乾縣、三原縣和渭濱區(qū)地區(qū)杏產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要以梅杏為主,存在品種單一和結(jié)構(gòu)不合理等問題。為給該地區(qū)提供杏生產(chǎn)優(yōu)良品種,乾縣、三原縣和渭濱區(qū)于2015年從新疆伊犁引進樹上干杏,進行栽培試驗；栽培試驗林每畝定植50棵,株行距3 m×4 m,2年開始掛果,5年進入盛果期。樹上干杏在引種地表現(xiàn)出良好的適應性和優(yōu)異的抗性,具有結(jié)果早、產(chǎn)量高、風味甜、香氣濃、顏色佳的優(yōu)良特性[4]。

樹上干杏和梅杏由于各自的遺傳背景不同,對栽培區(qū)域的生態(tài)條件要求也各有差異；同一地區(qū)的品種也會造成杏產(chǎn)品產(chǎn)量和果實品質(zhì)的變化。因此,對引種的樹上干杏和當?shù)仄贩N梅杏進行果實品質(zhì)的比較研究是評價引種適應性和良種選育標準[5]。主成分分析方法將多個變量通過降維,將原始數(shù)據(jù)的眾多指標變量通過線性變換簡化成幾個綜合因子來代表。目前已經(jīng)成為瓜果蔬菜的品質(zhì)指標篩選和果實綜合評價的主要方法[6-13]。

為了充分了解“樹上干杏”在渭北旱塬地區(qū)的品質(zhì)特性,本試驗以新疆伊犁和引種地乾縣、三原縣、渭濱區(qū)樹上干杏的果實、梅杏果實為試驗材料,測定杏果實的表型性狀、果實營養(yǎng)成分、杏仁營養(yǎng)成分,應用主成分分析、相似性分析和聚類分析方法對不同區(qū)域栽培樹上干杏果實與梅杏表型及品質(zhì)指標進行綜合評價,為樹上干杏引種與推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為渭北旱塬地區(qū)乾縣、三原縣、渭濱區(qū)管理良好的園區(qū)引種的樹上干杏、梅杏、新疆伊犁樹上干杏。每個品種取成熟度為九成熟、色澤均勻、無病蟲害,無機械損傷的杏果實。

試劑：氫氧化鈉、葡萄糖、沒食子酸、偏磷酸(均為分析純),廣東光華科技股份有限公司；硝酸(優(yōu)級純),重慶川東化工集團有限公司；甲醇(色譜純),天津市科密歐化學試劑有限公司；L-(+)抗壞血酸標準品,萊耀生物標準物質(zhì)中心；鈣、鐵、鋅、硒、鉀標準溶液(質(zhì)量濃度均為 1 000 μg/mL),有色金屬及電子材料分析測試中心。

儀器：1260型高效液相色譜儀,美國安捷倫科技有限公司；UV-2700紫外可見分光光度計,生產(chǎn)廠家；AA-7000石墨爐原子吸收光譜儀,日本島津公司；EPS-3001便攜式電子天平,長沙湘平科技發(fā)展有限公司；T5電位滴定儀,生產(chǎn)廠家；RM40全自動折光儀,瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司。

1.2 指標測定

樹上干杏和梅杏果實表型測定：從果實中隨機抽取15個,稱量單果重、種子重、仁重,用游標卡尺測量杏果實、種子的縱徑和橫徑,果形指數(shù)=縱徑/橫徑。果實、杏仁營養(yǎng)成分由西北農(nóng)林科技大學食品工程測試中心測定?？扇苄怨绦挝锖浚簠⒄辙r(nóng)業(yè)標準 NY/T 2637—2014 測定；可滴定酸含量：根據(jù)國標 GB/T 12456—2008 pH 電位法測定[14]；可溶性糖含量：參照農(nóng)業(yè)標準NY/T 2742—2015紫外可見分光光度法測定[15]；蛋白質(zhì)含量測定：參考GB/T 5009.5—2003《食品中蛋白質(zhì)的測定》,采用凱氏定氮法進行測定[16]；維生素C含量(VC)：根據(jù)國標 GB 5009.86—2016高效液色譜法測定；維生素E含量(VE)：根據(jù)國標 GB 5009.82—2016高效液色譜法測定；維生素B2含量(VB2)：根據(jù)國標 GB 5009.85—2016高效液色譜法測定；鈣(Ca)含量：根據(jù)國標 GB 5009.92—2016 第一法測定；鎂(Mg)含量：根據(jù)國標 GB 5009.241—2017 第一法測定；鐵(Fe)含量：根據(jù)國標 GB 5009.90—2016 第一法測定；鋅(Zn)含量：根據(jù)國標GB 5009.14—2017 第一法測定；鉀(K)含量：根據(jù)國標GB 5009.91—2017 第一法測定；硒(Se)含量：根據(jù)國標GB 5009.93—2017測定；糖酸比=可溶性固形物含量/總酸含量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010、SPSS Statistics 22.0、Origin Pro 2020b軟件進行處理分析,所有指標結(jié)果用SPSS單因素方差分析和Duncan檢驗(P<0.05),結(jié)果用平均值(Mean)±標準差(SD)表示；使用Origin Pro 2020b軟件進行指標間的相關性分析、主成分分析及聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 樹上干杏和梅杏表型品質(zhì)指標分析

樹上干杏和梅杏的表型品質(zhì)指標測定結(jié)果見表1。根據(jù)果形指數(shù)可知,樹上干杏果實呈圓形,而梅杏的果實呈長圓形。樹上干杏和梅杏品種外觀品質(zhì)指標存在差異,樹上干杏的表型品質(zhì)指標均低于梅杏；3個引種地的單果表型指標均小于原產(chǎn)地新疆樹上干杏,但3個引種地之間的差異不明顯。

表1 樹上干杏和梅杏表型品質(zhì)指標Table 1 Phenotypic quality index of ‘Shushanggan’ apricots and apricots

3個引種地果實的單果重范圍為7.676～9.195 g,仁重范圍為0.510～0.568 g,單果重、仁重最大的均為咸陽渭濱區(qū),分別為9.195和0.568 g。樹上干杏在引種地的果實橫徑范圍為23.08～24.19 mm,果實縱徑范圍為23.53～24.02 mm,種子重的范圍為1.057～1.082 g。渭濱區(qū)樹上干杏的單果重、果實橫徑、果實縱徑和仁重均優(yōu)于乾縣、三原,說明渭濱區(qū)樹上干杏的表型性狀優(yōu)于乾縣和三原。

2.2 樹上干杏和梅杏果實營養(yǎng)成分品質(zhì)分析

樹上干杏和梅杏果實營養(yǎng)成分見表2。樹上干杏的VE、總酸含量均低于梅杏；但可溶性糖和糖酸比均高于梅杏,這體現(xiàn)出樹上干杏風味甜的特性。可溶性固形物是水果中所有溶解于水的化合物的總稱,包括糖、酸、維生素、礦物質(zhì)等,其含量的高低決定著杏果實的整體口感風味；樹上干杏的可溶性固形物質(zhì)量分數(shù)范圍為(16.005±0.332)%～(28.705±0.007)%,高于梅杏的(11.470±0.057)%,表明樹上干杏的口感風味優(yōu)于梅杏；乾縣樹上干杏果實可溶性固形物質(zhì)量分數(shù)顯著高于渭濱區(qū)和三原,但均低于新疆樹上干杏。3個引種地區(qū)樹上干杏的VC含量明顯高于新疆樹上干杏和當?shù)仄贩N梅杏,其中乾縣樹上干杏VC的質(zhì)量分數(shù)最高為45.616 mg/100 g。3個引種地果實VE含量均高于新疆樹上干杏,質(zhì)量分數(shù)最高的為三原樹上干杏的0.250 mg/100 g。引種地樹上干杏蛋白質(zhì)含量均優(yōu)于梅杏,質(zhì)量分數(shù)最低的為三原的0.845 g/100 g,最高的為乾縣地區(qū)的1.025 g/100 g,但均低于新疆樹上干杏。礦物質(zhì)是人體組織的重要成分,礦物質(zhì)攝入量不夠,會引起各種缺乏癥,身體營養(yǎng)不均衡,通過對樹上干杏和梅杏果實的測定,初步檢測到4種礦質(zhì)元素,分別為Zn、K、Fe、Ca,且樹上干杏礦物質(zhì)元素含量豐富,均顯著高于梅杏；4中礦物質(zhì)元素中K的含量最高,Ca含量次之,Zn含量最低。

表2 樹上干杏和梅杏果實營養(yǎng)成分含量Table 2 Nutritional content of “Shushanggan” apricots and apricots fruits

2.3 樹上干杏和梅杏杏仁品質(zhì)營養(yǎng)成分品質(zhì)分析

樹上干杏和梅杏杏仁營養(yǎng)成分見表3。梅杏杏仁中VE的含量高于樹上干杏,其余營養(yǎng)成分低于樹上干杏。三原、渭濱區(qū)、乾縣樹上干杏杏仁的VC含量較新疆大幅度提升,同果實中VC含量結(jié)果一致,乾縣樹上干杏的VC質(zhì)量分數(shù)最高為(30.237±0.199)mg/100 g；蛋白質(zhì)含量也存在顯著的差異,含量最高的為乾縣的15.190 g/100 g,表明杏仁可作為補充VC的良好來源。樹上干杏杏仁的脂肪含量均高于梅杏,乾縣樹上干杏杏仁脂肪質(zhì)量分數(shù)最高為29.745 g/100 g,顯著高于原產(chǎn)地新疆的22.465 g/100 g,三原和渭濱區(qū)介于新疆樹上干杏和梅杏之間。3個引種地VB2的含量較原產(chǎn)地有小幅度的增加,質(zhì)量分數(shù)最高的為乾縣的0.151 mg/100 g。杏仁中含有多種礦物質(zhì),可以解決國民的“營養(yǎng)潛在饑餓”；在杏果仁中檢測到4種礦物質(zhì)元素,分別為Zn、Se、Fe、Ca,其中Ca元素的含量最高。杏仁Zn元素含量在渭濱、乾縣地區(qū)均高于新疆樹上干杏和梅杏,但三原引種樹上干杏的含量介于梅杏和新疆樹上干杏之間；Se質(zhì)量分數(shù)最高的新疆樹上干杏,為(0.014±0.001)mg/kg,但在乾縣樹上干杏未檢測到；Fe元素最高的為新疆樹上干杏,質(zhì)量分數(shù)為(38.880±0.622)mg/kg,其次是乾縣樹上干杏,質(zhì)量分數(shù)為(36.380±1.895)mg/kg；Ca元素在渭濱區(qū)樹上干杏質(zhì)量分數(shù)最高,為(2 097.5±103.945)mg/kg。

表3 樹上干杏和梅杏杏仁營養(yǎng)成分含量Table 3 Nutritional content of “Shushanggan” apricots and apricots kernels

2.4 樹上干杏和梅杏果實品質(zhì)指標主成分分析

采取主成分分析法對樹上干杏和梅杏19項品質(zhì)指標進行綜合分析,結(jié)果表明,前3個主成分(PC1、PC2、PC3) (特征值>1)的累積方差貢獻率達到90.084%,說明PC1、PC2、PC3解釋了樹上干杏和梅杏絕大部分品質(zhì)指標的原始信息,基本涵蓋了樹上干杏和梅杏的評價指標信息,因此采用PC1、PC2、PC3得分去評價其果實是精確的。PC1的方差貢獻率達到51.450%,主要解釋果實的表型指標信息,包括果實縱徑、果實橫徑、糖酸比,表明表型指標和果實風味在樹上干杏和梅杏的品質(zhì)評價中具有重要的作用；PC2的方差貢獻率達到27.415%,解釋的主要指標信息是蛋白質(zhì)和VC,反應了樹上干杏和梅杏的主要營養(yǎng)成分；PC3的方差貢獻率達到11.128 5%,闡釋了樹上干杏和梅杏果實中存在的礦物質(zhì)元素,主要成分指標是K和Fe。利用主成分初始因子載荷矩陣中各指標數(shù)據(jù)除以主成分相對應的特征值開平方根,便得到 PC1、PC2、PC3各品質(zhì)指標所對應的系數(shù)即特征向量(見表4),進而得到PC1、PC2、PC3的得分表達式為:

Y1=-0.243X1+0.193X2-0.229X3-0.217X4+0.123X5+0.211X6-0.011X7-0.083X8-0.253X11+0.275X12+0.313X13+0.310X14+0.310X15+0.297X16+0.289X17+0.291X18+0.134X19

(1)

Y2=0.059X1+0.191X2-0.074X3+0.273X4-0.383X5-0.323X6+0.412X7+0.329X8-0.086X9+0.314X10+0.231X11+0.202X12+0.054X13+0.083X14+0.059X15+0.128X16+0.163X17+0.169X18-0.046X19

(2)

Y3=0.221X1+0.297X2+0.056X3-0.219X4+0.184X5-0.068X6-0.126X7+0.380X8+0.636X9-0.631X10+0.158X11+0.085X12-0.032X13+0.014X14-0.072X15-0.023X16+0.019X17+0.054X18-0.387X19

(3)

表4 樹上干杏和梅杏品質(zhì)指標主成分方差貢獻率、特征值、特征向量Table 4 Characteristic value,characteristic vectors and variance contribution rate of quality index of “Shushanggan” apricots and apricots fruits

2.5 樹上干杏和梅杏果實品質(zhì)指標相關性分析及聚類分析

采用Pearson相關系數(shù)分析樹上干杏和梅杏果實品質(zhì)指標之間的相關性。圖1顯示,可溶性糖、總酸、糖酸比呈顯著正相關(P<0.05)；VC含量與VE含量呈極顯著正相關(P<0.001),說明兩者之間為正向協(xié)同關系；4種礦物質(zhì)元素之間也呈現(xiàn)顯著正相關；果實的表型形狀指標之間存在顯著的正相關。果實品質(zhì)指標的相關性分析表明,每個指標單獨能反映出果實的品質(zhì),且表型性狀、營養(yǎng)成分指標間存在不同程度的相關性,這就造成指標信息的疊加,在評價果實品質(zhì)時,難以選取,增加了評價的難度。因此,我們采用主成分分析和相似性分析對評價指標進行簡化,提升果實綜合評價的效率。

對19個評價指標進行標準化處理,采用HCA聚

圖1 樹上干杏和梅杏品質(zhì)指標間的相關性分析Fig.1 Correlation analysis between quality indexes of “Shushanggan” apricots and apricots fruits

類方法,以平方Euclidean距離為衡量標準,構(gòu)建評價指標和品種的聚類熱圖,見圖2。聚類熱圖表明,樹上干杏聚為一類,梅杏為一類；品質(zhì)指標聚為3類,第1類代表果實的營養(yǎng)成分,第2類代表果實中含有的礦物質(zhì)元素,第3類代表果實的表型性狀指標。結(jié)合指標的主成分分析、相關性分析,選取果實縱徑代表果實的表型形狀,糖酸比、蛋白質(zhì)、VC代表果實的營養(yǎng)成分,K、Fe代表果實中的礦物質(zhì)元素。最終確定果實縱徑、糖酸比、蛋白質(zhì)、VC、K、Fe 六個指標作為樹上干杏和梅杏的主要評價指標,能夠簡單有效地衡量樹上干杏和梅杏品質(zhì)的優(yōu)劣。

根據(jù)主成分分析、相關性分析、聚類分析選取的評價指標以及PC1、PC2、PC3的得分表達式和方差貢獻率,構(gòu)建樹上干杏和梅杏的綜合評級模型；其綜合得分Y=51.450%Y1+27.415%Y2+11.128%Y3,計算出杏果實品質(zhì)指標的綜合評分值,綜合評分值越高表明該品種在種植地表現(xiàn)優(yōu)異。樹上干杏和梅杏綜合評價結(jié)果見表5,樹上干杏的在引種地的綜合評價均優(yōu)于當?shù)仄贩N梅杏,試驗結(jié)果表明樹上干杏可以在3個地區(qū)引種栽培。樹上干杏在不同栽培地區(qū)的綜合評價結(jié)果為新疆>乾縣>渭濱區(qū)>三原,3個引種地表現(xiàn)最優(yōu)的是乾縣,渭濱區(qū)次之。

圖2 樹上干杏和梅杏品質(zhì)指標間的聚類熱圖Fig.2 Heat map cluster between quality index of “Shushanggan” apricots and apricots fruits

3 結(jié)果與分析

果實的表型性狀、風味、色澤及營養(yǎng)成分是評價水果品質(zhì)的重要指標,也是引種選育的主要考察因素[17]。樹上干杏果形呈圓形、顏色金黃、小而飽滿、肉實勁道、純美甘甜、杏仁大、格外清香,表型性狀優(yōu)異,表型觀測提升果實的綜合評分。糖酸比主要影響果實的風味,樹上干杏的糖酸比優(yōu)于梅杏,以其純美甘甜的風味深受消費者的喜愛；此外,樹上干杏營養(yǎng)豐富,蛋白質(zhì)、可溶性固形物、礦物質(zhì)元素的含量較高,營養(yǎng)較為豐富[18]。

表5 樹上干杏和梅杏果實品質(zhì)綜合得分及預測評價結(jié)果Table 5 Scores of the principal component and predictive evaluation of “Shushanggan” apricots and apricots fruits

樹上干杏在渭北旱塬引種地表現(xiàn)優(yōu)于當?shù)仄贩N梅杏,三原樹上干杏可溶性糖最高,總酸含量最低,糖酸比最高,果實風味偏甜,較高的VC含量可以加工富含VC的杏產(chǎn)品；渭濱區(qū)樹上干杏礦物質(zhì)元素含量最高,尤其是K、Ca含量最為突出,可以深加工富含K、Ca的保健品；乾縣樹上干杏的可溶性固形物、蛋白質(zhì)含量最高,糖酸比適中,果實風味酸甜適宜,鮮果食用即可。樹上干杏杏仁含有豐富蛋白質(zhì)、脂肪和鐵、鋅、鈣等營養(yǎng)成分,且杏核極薄,輕嗑即食,香甜無比,具有較大的保健和經(jīng)濟效益。三原樹上干杏杏仁的VC含量最高,可食用補充人體所需的VC；渭濱區(qū)樹上干杏杏仁Ca物質(zhì)的含量最高,可加工作為補鈣產(chǎn)品；乾縣樹上干杏杏仁的蛋白質(zhì)、Fe、Zn的含量最高,可以制作補鐵、補鋅保健品,也可以加工優(yōu)良的植物蛋白。

本試驗通過對樹上干杏和梅杏表型品質(zhì)和營養(yǎng)成分19個指標的測定,綜合分析渭北旱塬引種樹上干杏與新疆樹上干杏和梅杏的差異。通過指標間的主成分分析、相似性分析,簡化評級指標,科學地選取樹上干杏和梅杏的評價指標。主成分分析將19個品質(zhì)指標簡化為3個主成分,PC1主要解釋樹上干杏和梅杏的表型和口感風味,PC2反映樹上干杏和梅杏的主要營養(yǎng)成分；PC3闡釋了樹上干杏和梅杏果實中存在的礦物質(zhì)元素,主要成分指標是K和Fe；3個主成分的累計方差貢獻率達到90.084%,解釋了樹上干杏和梅杏的大部分指標信息。結(jié)合主成分分析、相似性分析的結(jié)果,最終選取果實縱徑、糖酸比、蛋白質(zhì)、VC、K、Fe作為樹上干杏和梅杏的果實品質(zhì)評級指標。根據(jù)構(gòu)建的主成分模型,樹上干杏和梅杏的綜合評價結(jié)果為新疆樹上干杏>乾縣樹上干杏>渭濱區(qū)樹上干杏>三原樹上干杏>梅杏。通過對樹上干杏不同栽植地和梅杏的品質(zhì)比較,研究結(jié)果認為樹上干杏可以在渭北旱塬引種栽植。