魏波 王序英 楊玉玲 趙大偉
(1紅河學(xué)院生物科學(xué)與農(nóng)學(xué)學(xué)院 云南蒙自 661100;2文山州農(nóng)業(yè)科學(xué)院 云南省文山市 663099)
蒜頭果(Malania oleiferaChun et Lee)又名馬蘭木、山桐果等,為常綠喬木,是我國特有單屬單種古老植物、國家二級珍稀瀕危保護(hù)樹種和國家二類珍貴用材樹種、云南省極小種群重點(diǎn)拯救保護(hù)對象[1-2],主要分布在云南東南部和廣西西部狹長區(qū)域[3-5]。蒜頭果樹高15 m以上,有樟樹氣味,樹皮淡黃色,葉片揉碎有桃仁氣味[4,6]。果形為圓型,其形狀像獨(dú)頭蒜的蒜頭狀,內(nèi)果皮是一種堅(jiān)硬的殼,外果皮呈肉質(zhì),種子是黃白色,為中國特有的種類[4,6]。蒜頭果果實(shí)見圖1[5]。
圖1 蒜頭果果實(shí)[5]
由于國外無蒜頭果資源分布,缺乏相關(guān)研究報道,而國內(nèi)的相關(guān)研究工作主要集中在蒜頭果油脂的提取和分離、油脂的開發(fā)利用[4,6-8],生物生態(tài)學(xué)、種苗繁育、栽培等方面的研究較薄弱[9-13],果實(shí)外觀分級標(biāo)準(zhǔn)研究則屬于空白。果實(shí)外觀分級是商品化處理的一項(xiàng)重要內(nèi)容,而商品化處理又是提高果實(shí)品質(zhì)的重要措施之一。因此,根據(jù)果實(shí)的某些特性進(jìn)行果實(shí)外觀質(zhì)量分級對提高果實(shí)品質(zhì)具有重要的意義。本研究對云南廣南縣蒜頭果果實(shí)進(jìn)行外觀質(zhì)量分級研究,得到蒜頭果果實(shí)的外觀質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn),以對指導(dǎo)蒜頭果果實(shí)生產(chǎn)、促進(jìn)蒜頭果產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
2019年9月20日于廣南縣舊莫鄉(xiāng)和董堡鄉(xiāng)采集成熟的新鮮蒜頭果,將采集到的蒜頭果帶回實(shí)驗(yàn)室,挑選無機(jī)械損傷、無病蟲害的蒜頭果備用測定。
1.2.1 指標(biāo)測定
將兩地采集的蒜頭果混合,隨機(jī)選取82個新鮮蒜頭果對其鮮重(g)、橫徑(mm)、縱徑(mm)等3項(xiàng)指標(biāo)測定。鮮重采用電子天平稱量,橫徑和縱徑采用電子游標(biāo)卡尺進(jìn)行讀數(shù)測定。
1.2.2 分級標(biāo)準(zhǔn)制定
使用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)分析軟件,采用系統(tǒng)聚類的K-均值聚類算法[14]對新鮮蒜頭果果實(shí)鮮重、縱徑及橫徑等數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后,所得到的綜合指標(biāo)即可形成一些自然類。
K-均值原理如下:對于給定的樣本集,按照樣本之間的距離大小,將樣本集劃分為K個簇。讓簇內(nèi)的點(diǎn)盡量緊密地連在一起,而讓簇間的距離盡量大。
用數(shù)據(jù)表達(dá)式表示,假設(shè)簇劃分為(C1,C2,...Ck),本研究的目標(biāo)是最小化平方誤差E:
其中μi是簇Ci的均值向量,有時也稱為質(zhì)心,表達(dá)式為:
按距K個類中心點(diǎn)距離最短原則,把所有對象數(shù)據(jù)分派到各質(zhì)心(中心點(diǎn))所在類中,完成1次迭代過程;再計(jì)算各個類中各單元變量的平均值,以均值作為新的質(zhì)心,重新確定為K個類的中心點(diǎn)進(jìn)行聚類,形成一個新的K類。經(jīng)過逐步調(diào)整聚類,使其達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)要求的分類結(jié)果為最終分類結(jié)果。一般來說,靠近大數(shù)的類一般應(yīng)屬一級種子,靠近最小數(shù)的類應(yīng)屬于等外級。
隨機(jī)選取82粒蒜頭果果實(shí),對其鮮重、橫徑、縱徑等指標(biāo)進(jìn)行測定,并計(jì)算最大值、最小值、均值、標(biāo)準(zhǔn)差及變異系數(shù),結(jié)果見表1。各外觀指標(biāo)變異幅度分別為鮮重21.7~74.6 g、縱徑為30.92~45.60 mm、橫徑為34.28~54.63 mm。
通過調(diào)整不同K值進(jìn)行聚類分析,達(dá)到指標(biāo)最低一類(等外)果實(shí)標(biāo)準(zhǔn)比例在15%以下為止。對果實(shí)鮮重、縱徑、橫徑等3項(xiàng)主要外觀指標(biāo)的測定結(jié)果進(jìn)行聚類分析,經(jīng)過逐步計(jì)算K值,表明當(dāng)K=5時,指標(biāo)值最低類種子為12.20%,故以K=5時的聚類結(jié)果為依據(jù),進(jìn)行蒜頭果果實(shí)分級,最終聚類中心點(diǎn)的距離見表2。
表2 蒜頭果果實(shí)外觀質(zhì)量K類中心聚類的最終聚類中心值
蒜頭果果實(shí)分級指標(biāo)的方差分析結(jié)果(表3)表明,果實(shí)鮮重、縱徑和橫徑在5個類間的差異性均達(dá)到極顯著性水平(p<0.01)。F值從大到小為果實(shí)鮮重>橫徑>縱徑。因此,可將此3項(xiàng)指標(biāo)作為蒜頭果果實(shí)外觀分級指標(biāo)。
表3 蒜頭果果實(shí)外觀分級指標(biāo)的方差分析
類間距離大小分析結(jié)果(表4)表明,第1類和第3類中心距離最小,第3類和第5類、第4類和第5類中心距離次之,而第1類和第2類間中心距離最大,說明云南廣南縣蒜頭果果實(shí)外觀可劃分為5個質(zhì)量等級,結(jié)合蒜頭果果實(shí)外觀指標(biāo)綜合分析,第2類和第4類果實(shí)屬于一級外觀質(zhì)量果實(shí),第5類果實(shí)屬于二級質(zhì)量果實(shí),第3類果實(shí)屬于三級質(zhì)量果實(shí),第1類則屬于等外果實(shí)。
表4 蒜頭果果實(shí)外觀指標(biāo)最終聚類各類間中心距離
根據(jù)最終聚類中心值和方差分析結(jié)果,并結(jié)合所選82個蒜頭果實(shí)際參數(shù),最終劃分出蒜頭果果實(shí)外觀等級標(biāo)準(zhǔn),如表5所示。各指標(biāo)值最高的一類果實(shí)(第2類)占8.54%,因此,將指標(biāo)值相近的第2類、第4類合并為一類,具體劃分范圍見表5。最終結(jié)果表明,蒜頭果果實(shí)外觀劃分為4個等級標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)實(shí)際參數(shù)得出三等果實(shí)的數(shù)目最多,占31.71%;一、二等級果實(shí)分別占26.83%和29.27%。總之,合格外觀果實(shí)約占總數(shù)的87.80%,而等外果實(shí)(屬不合格果實(shí))約為12.20%。
表5 蒜頭果果實(shí)外觀質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)
指標(biāo)間相關(guān)性Pearson分析結(jié)果(表6)表明,橫徑、縱徑與果實(shí)鮮重均成極顯著正相關(guān)(r=0.987**;r=0.941**),但橫徑與鮮果重關(guān)系更密切;橫徑與縱徑也成極顯著的正相關(guān)關(guān)系(r=0.935**)。
表6 蒜頭果果實(shí)各指標(biāo)相關(guān)性分析(n=82)
分級時,首先看蒜頭果果鮮重指標(biāo),以果鮮重所達(dá)到的級別確定果實(shí)級別,如果鮮重達(dá)Ⅰ級果要求,果實(shí)可為Ⅰ級;然后依此類推;在果鮮重達(dá)到要求后按縱徑和橫徑指標(biāo)分級;在橫徑、縱徑不屬同一等級時,以橫徑所屬級別為準(zhǔn)(橫徑與鮮果重關(guān)系更密切,即R橫=0.987**>R縱=0.941**。
質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是指用來衡量某項(xiàng)工藝或某一產(chǎn)品所需要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)要求和必須遵守的某些硬性規(guī)定[15]。而標(biāo)準(zhǔn)化是保證物品質(zhì)量的前提條件,標(biāo)準(zhǔn)的確立對于質(zhì)量的衡量起到非常關(guān)鍵的作用[15]。近幾年來,關(guān)于質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分級研究逐漸增多,但是大多集中于中藥材種子種苗方面的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分級研究,這些中藥材種子或者種苗通常是采用一種或者幾種統(tǒng)計(jì)學(xué)法進(jìn)行質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分級的制定,但結(jié)果無一例外,均表明K-均值聚類統(tǒng)計(jì)法不僅簡單易用,且適合其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分級的制定[16-24]。國外對果品標(biāo)準(zhǔn)的制定相當(dāng)嚴(yán)密且實(shí)施也相當(dāng)嚴(yán)格,我國在這些方面存在較大差距。黃日升等[25]通過協(xié)方差統(tǒng)計(jì)分析法對琯溪蜜柚果實(shí)分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了初步制定;歐陽坤[15]對廣東鷹嘴蜜桃鮮果的果實(shí)大小分級(果實(shí)橫徑)、外觀要求(果形、色澤、缺陷等)、內(nèi)在品質(zhì)(TSS、酸、固酸比、可食率)、病蟲、農(nóng)藥殘留、容許度等商品性指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行了綜合的研究,最終制定了廣東鷹嘴蜜桃果實(shí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
本研究對云南廣南縣所選取的82個蒜頭果果實(shí)主要外觀質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行測定和K-均值聚類分析,結(jié)合蒜頭果種子生產(chǎn)實(shí)際,將種子單粒鮮重、橫徑、縱徑等3項(xiàng)指標(biāo)作為蒜頭果果實(shí)外觀質(zhì)量分級指標(biāo),制定分級標(biāo)準(zhǔn)。同樣表明K-均值聚類分析法簡單易用,適合蒜頭果果實(shí)外觀分級標(biāo)準(zhǔn)研究;同時也得出云南廣南縣蒜頭果果實(shí)外觀質(zhì)量分為3個等級:一級果實(shí)單果鮮重≥46.6 g,縱徑>40.9 mm,橫徑>45.85 mm;二級果實(shí)單果鮮重39~46.6 g,縱徑37.84~40.9 mm,橫 徑42.23~45.85 mm;三級果實(shí)單果鮮重29.9~39 g,縱徑35.73~37.84 mm,橫徑38.76~42.23 mm。
果實(shí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一般主要包括理化質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等3個方面[15]。本研究僅從蒜頭果外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)方面進(jìn)行了果實(shí)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)研究,因此,接下來需要從理化質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)方面進(jìn)行綜合研究,才能完整制定出其果實(shí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。果實(shí)分級一般首先應(yīng)從外觀品質(zhì)和理化品質(zhì)兩個大方向考慮,果實(shí)外觀品質(zhì)和理化品質(zhì)的分級能把果實(shí)的好與劣分別開來。果實(shí)外觀品質(zhì)由果實(shí)橫徑、果實(shí)單果重、果形、果面缺陷、果皮著色、果實(shí)整齊度、果實(shí)色澤、果實(shí)光潔度、果實(shí)新鮮度等外觀指標(biāo)組成,其中果實(shí)單果重和實(shí)橫徑常常作為外觀分級的主要指標(biāo),再結(jié)合所需分級的果實(shí)的自身特點(diǎn)選擇較好分級的指標(biāo)來決定分級的主要指標(biāo)[15]。本研究同樣證實(shí)了果實(shí)單果重和果實(shí)橫徑成極顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.987**),可作為蒜頭果外觀質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)的重要指標(biāo)。