魏樹偉,熊馳,李同茂,劉萬亮,趙鍇,胡連昌

(1.山東省果樹研究所,山東泰安 271000;2.淮陰工學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院,江蘇淮安 223001;3.梁山縣林業(yè)保護(hù)和發(fā)展服務(wù)中心,山東梁山 272600;4.萊陽市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,山東萊陽 265200;5.臨朐縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,山東臨朐 262600;6.濟(jì)寧市林業(yè)保護(hù)和發(fā)展服務(wù)中心,山東濟(jì)寧 272000)

秋月梨(Akizuki)是1998年由日本農(nóng)林水產(chǎn)省果樹試驗(yàn)場雜交選育的砂梨品種,親本為162-29(新高×豐水)×幸水,2001年進(jìn)行了品種登記[1]。因其果形美觀、汁多味甜、品質(zhì)上乘等優(yōu)點(diǎn)[2,3],深受消費(fèi)者喜愛。

前人采用聚類分析法對(duì)獼猴桃[4]、核桃[5]、蘋果[6]等果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行了分析。主成分分析法[7]、層次分析法[8]、賦值多維價(jià)值理論[9]、多因子模糊評(píng)審法[10]等多種研究方法也在果實(shí)品質(zhì)評(píng)價(jià)中應(yīng)用。筆者在應(yīng)用主成分分析法的基礎(chǔ)上,結(jié)合系統(tǒng)聚類分析法,對(duì)秋月梨果實(shí)品質(zhì)因子進(jìn)行分析測定,篩選出可代表秋月梨果實(shí)品質(zhì)的主要因子,為秋月梨果實(shí)品質(zhì)評(píng)價(jià)提供參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及樣品采集

在秋月梨成熟期(九月中旬),在山東省萊陽市和梁山縣的12個(gè)生產(chǎn)園分別采集樣品。每個(gè)園隨機(jī)選取5棵樹,每棵樹在樹冠外圍東、南、西、北4個(gè)方位分別隨機(jī)采摘成熟度一致、無病蟲害、無機(jī)械損傷的果實(shí)10個(gè),帶回實(shí)驗(yàn)室待測品質(zhì)。

1.2 測定方法

秋月梨單果重使用精度為1%的電子天平稱量;果實(shí)縱徑、橫徑用游標(biāo)卡尺測定,計(jì)算果形指數(shù);采用硬度計(jì)(GY-4數(shù)顯硬度計(jì),測量直徑8 mm)測定去皮后果實(shí)硬度;果實(shí)可溶性固形物含量和總酸含量采用ATAGO(愛拓)PAL-BX/ACID 14糖酸度計(jì)測定;可溶性糖含量采用蒽酮比色法[11]測定。取平均值。

將完好無損的6個(gè)果實(shí)切塊混合取樣保存,測量可溶性固形物、總酸、可溶性糖時(shí),將樣品使用研磨機(jī)磨碎,稱取樣品測量,每個(gè)樣品重復(fù)測定3次。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2021軟件進(jìn)行處理,后通過SPSS(IBM SPSS Statistics 25)軟件依次進(jìn)行果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的差異顯著性分析、果實(shí)品質(zhì)因子的相關(guān)性分析、主成分分析和系統(tǒng)聚類分析。后兩項(xiàng)分析中,對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,每一變量中的各元素值與平均值之差除以該變量的標(biāo)準(zhǔn)差,將各指標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為均值為0,標(biāo)準(zhǔn)差為1的無量綱數(shù)據(jù)[12],消除量綱以及數(shù)量級(jí)的影響。

設(shè)有m個(gè)對(duì)象,每個(gè)對(duì)象測n個(gè)指標(biāo),相關(guān)系數(shù)矩陣(n*n)指各個(gè)指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)組成的一個(gè)矩陣,λ特征值是矩陣的一種特殊值,可以衡量矩陣中變量之間的相關(guān)性。將相關(guān)系數(shù)矩陣轉(zhuǎn)換為特征方程,再代入公式Ax=λx(x為特征向量,A為相關(guān)矩陣),即可求解λ與x。方差百分比即主成分i保留的原始數(shù)據(jù)信息占總原始數(shù)據(jù)的比例。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同園地秋月梨果實(shí)品質(zhì)分析

秋月梨12個(gè)園的果實(shí)品質(zhì)因子差異較大,單果重289.4～683.5 g,果形指數(shù)0.81～0.88,果實(shí)去皮硬度2.99～4.12 kg/cm2,可溶性固形物含量11.70%～15.68%,可溶性糖含量7.65%～9.75%,總酸含量0.38%～0.64%,糖酸比15.35～25.54,固酸比23.01～34.20。

2.2 秋月梨品質(zhì)因子的相關(guān)性分析

如表1,秋月梨10個(gè)品質(zhì)因子之間,存在顯著相關(guān)性或獨(dú)立性。單果重與橫徑、縱徑呈極顯著正相關(guān),與果形指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān);硬度與可溶性糖含量呈顯著負(fù)相關(guān);可溶性固形物含量與總酸含量呈顯著正相關(guān);總酸含量與糖酸比和固酸比均呈極顯著負(fù)相關(guān);糖酸比與固酸比呈極顯著正相關(guān)。秋月梨果實(shí)的一些品質(zhì)因子在一定程度上互相反映。

表1 秋月梨品質(zhì)因子相關(guān)系數(shù)

2.3 果實(shí)品質(zhì)性狀的主成分分析

利用SPSS軟件對(duì)表1中除縱、橫徑之外的8個(gè)品質(zhì)因子進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理并進(jìn)行主成分分析。主成分提取結(jié)果如表2所示,特征值λ>1的成分?jǐn)?shù)目有3個(gè)為主成分,其貢獻(xiàn)率之和達(dá)89.827%,因此選取這3個(gè)主成分描述秋月梨果實(shí)品質(zhì)。其中,第1個(gè)主成分貢獻(xiàn)率達(dá)42.882%,是最主要的成分。

表2 秋月梨果實(shí)品質(zhì)主成分的方差百分比

表3為秋月梨8個(gè)品質(zhì)因子與3個(gè)主成分之間的相關(guān)性分析結(jié)果。可知第1主成分與總酸含量、可溶性固形物含量、糖酸比、固酸比關(guān)聯(lián)極大;第2主成分與可溶性糖含量、果實(shí)硬度關(guān)聯(lián)較大;第3主成分與單果重、果形指數(shù)密切相關(guān)?？偹岷颗c可溶性固形物含量對(duì)第1主成分產(chǎn)生正向影響,糖酸比與固酸比則產(chǎn)生負(fù)向影響,主要反映了果實(shí)的風(fēng)味,可將第1主成分稱為果實(shí)風(fēng)味指標(biāo),第2主成分中可溶性糖含量有正向影響作用,稱為可溶性糖含量指標(biāo),第3主成分中影響較大的有果形指數(shù)和單果重,稱為果實(shí)質(zhì)量指標(biāo)。

表3 秋月梨果實(shí)品質(zhì)主成分相關(guān)矩陣

2.4 果實(shí)品質(zhì)性狀的聚類分析

根據(jù)主成分分析結(jié)果,結(jié)合表3主成分相關(guān)矩陣,對(duì)前3個(gè)主成分的各個(gè)特征向量數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化特征向量轉(zhuǎn)換(表4)。以此結(jié)果為基礎(chǔ),采用平方歐氏距離法作系統(tǒng)聚類分析(圖1)。結(jié)果表明,在最長距離10時(shí),8個(gè)品質(zhì)因子可劃分為三大類別。其中,固酸比、總酸、可溶性固形物先聚為一類,然后與糖酸比聚為一類;可溶性糖和硬度聚為二類;果形指數(shù)與單果重聚為三類。由此,8個(gè)果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)可以簡化為3個(gè)指標(biāo):①總酸、固酸比、可溶性固形物含量和糖酸比中選擇1個(gè)指標(biāo);②可溶性糖含量和果實(shí)硬度之間選擇1個(gè)指標(biāo);③單果重和果形指數(shù)之間選擇1個(gè)指標(biāo)。

圖1 秋月梨果實(shí)品質(zhì)評(píng)價(jià)因子聚類圖譜

表4 相關(guān)矩陣的特征向量

對(duì)選出的3個(gè)品質(zhì)因子進(jìn)行簡化。在第一大類總酸、可溶性固形物、固酸比、糖酸比中,可溶性固形物和總酸的相關(guān)系數(shù)為0.701(表1查看),且均出現(xiàn)在第1主成分中,特征向量分別為0.434、0.561,根據(jù)主成分特征向量大小,選擇總酸作為該類的評(píng)價(jià)因子。

第二大類中可溶性糖和果實(shí)硬度之間具有顯著相關(guān)性,且都對(duì)第2主成分有較大影響,兩者特征向量分別為0.660、-0.553,其中果實(shí)硬度對(duì)第2主成分產(chǎn)生負(fù)向影響,因此選擇可溶性糖作為該類評(píng)價(jià)因子。

第三大類單果重和果形指數(shù)之間具有顯著相關(guān)性,且均出現(xiàn)在第3主成分中,由于果形指數(shù)為-0.662對(duì)第3主成分產(chǎn)生負(fù)向影響,選擇單果重作為該類的評(píng)價(jià)因子。在相關(guān)性分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合主成分分析和系統(tǒng)聚類分析的結(jié)果,將秋月梨果實(shí)品質(zhì)評(píng)價(jià)因子簡化為總酸含量、可溶性糖含量、單果重。

3 小結(jié)與討論

主成分分析是通過分析因子間的相互關(guān)系,在多個(gè)數(shù)據(jù)變量中依靠少數(shù)幾個(gè)互不相關(guān)的綜合變量便能完整反映樣品信息的方法。趙瓊玲[13]等對(duì)不同地區(qū)的12份余甘子的各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析和聚類分析,最終將18個(gè)品質(zhì)指標(biāo)簡化為4個(gè)品質(zhì)指標(biāo),大幅簡化了余甘子品質(zhì)評(píng)價(jià)工作。孫亞強(qiáng)[14]等對(duì)野生酸棗果實(shí)16個(gè)品質(zhì)因子進(jìn)行因子分析和聚類分析,簡化為單果質(zhì)量、果核指數(shù)、可溶性糖含量等7個(gè)品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)。位杰[15]等將庫爾勒香梨及其芽變和雜交品種的11項(xiàng)果實(shí)品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)簡化為5個(gè)品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

本研究利用主成分分析法從秋月梨品質(zhì)因子中提取出的3個(gè)主成分綜合貢獻(xiàn)率達(dá)到89.827%,基本可以反映秋月梨果實(shí)品質(zhì)的綜合信息。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用系統(tǒng)聚類法分析,最終確定秋月梨果實(shí)品質(zhì)評(píng)價(jià)因子為單果重、總酸含量、可溶性糖含量3個(gè)具有較好代表性的指標(biāo),減少了秋月梨品質(zhì)優(yōu)選的工作量,提高了工作效率,可為科學(xué)評(píng)價(jià)秋月梨果實(shí)品質(zhì)提供一定理論參考。