野生酸棗資源果實(shí)品質(zhì)因子分析及評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇

孫亞強(qiáng)，吳翠云，2，*，王 德，王志強(qiáng)

（1.新疆塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；2.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木盆地生物資源保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 阿拉爾 843300）

野生酸棗資源果實(shí)品質(zhì)因子分析及評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇

孫亞強(qiáng)1，吳翠云1，2，*，王 德1，王志強(qiáng)1

（1.新疆塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；2.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木盆地生物資源保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 阿拉爾 843300）

本研究利用初步篩選的50 份酸棗資源，采用SPSS分析軟件進(jìn)行因子分析和聚類分析，完成對(duì)單果質(zhì)量、果皮色澤、可溶性糖、可滴定酸、VC含量、果形指數(shù)、單核質(zhì)量等16 個(gè)果實(shí)品質(zhì)性狀的評(píng)價(jià)和分類。結(jié)果表明：因子分析提取了果實(shí)質(zhì)量、果核質(zhì)量、外觀、營(yíng)養(yǎng)成分等6 項(xiàng)主因子，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)83.173%。將前6 個(gè)主因子載荷值進(jìn)行主成分聚類分析，簡(jiǎn)化后的果實(shí)品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)為：果皮色澤、單果質(zhì)量、可滴定酸（或者VC）含量、單核質(zhì)量、果核指數(shù)、果形指數(shù)（或者淀粉含量）、可溶性糖含量。選取簡(jiǎn)化后果實(shí)品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)酸棗資源進(jìn)行聚類分析，在平方Euclidean距離為14.0時(shí)，可將供試50 份資源分為4 類，其中第一類可以作為酸度較大，果實(shí)色澤較好資源，第二類可作為果實(shí)大，可食率較大資源，第三類可作為選育糖度高的資源。

野生酸棗；果實(shí)品質(zhì)；因子分析；聚類分析

酸棗（Ziziphus jujuba var. spinosa）是原產(chǎn)于我國(guó)的鼠李科（Rhamnaceae）棗屬（Ziziphus Mill.）植物，為栽培棗的原生種［1］。在我國(guó)北方諸省中酸棗是一種較普遍的野生資源，根據(jù)文獻(xiàn)記載，酸棗具有悠久的傳承歷史［2］。漫長(zhǎng)的發(fā)展和適應(yīng)過(guò)程中，使得酸棗的種質(zhì)資源和遺傳多樣性極其豐富。

酸棗果實(shí)中具有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分。果實(shí)品質(zhì)的好壞，直接影響著人們選擇，果實(shí)風(fēng)味和口感一般以糖、酸、汁液的多少來(lái)判定。隨著野生資源的開發(fā)利用，具有優(yōu)良品質(zhì)的果實(shí)脫穎而出，但是繁雜而大量的測(cè)定工作給果實(shí)的綜合評(píng)價(jià)工作帶來(lái)了不便。因此，建立和尋求一種快速評(píng)價(jià)果實(shí)品質(zhì)的方法成為一項(xiàng)首要任務(wù)。因子分析常被應(yīng)用于對(duì)多指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的分析方法，它可以最大地保留原始信息量，近年來(lái)，一些學(xué)者采用因子分析對(duì)制干、鮮食棗品種品質(zhì)性狀進(jìn)行評(píng)價(jià)［3-4］，對(duì)冬棗優(yōu)良單株果實(shí)品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)［5］，對(duì)芒果［6］、蘋果［7］、核桃［8］、桃［9］、葡萄［10］、板栗［11］、蜜橘［12］的品質(zhì)評(píng)價(jià)選擇進(jìn)行了研究。而主成分分析和聚類分析是簡(jiǎn)化評(píng)價(jià)因子的重要手段［13］，在運(yùn)用過(guò)程中結(jié)合合理-滿意度［14］、灰色關(guān)聯(lián)度［15］、層析分析法［16］和多維價(jià)值理論等分析法進(jìn)一步評(píng)價(jià)，李龍飛等［17］利用主成分分析和聚類分析方法將10 個(gè)香梨雜交品種10 個(gè)品質(zhì)指標(biāo)簡(jiǎn)化為6 個(gè)，品質(zhì)指標(biāo)聚為6 類。目前，有關(guān)酸棗品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究少有報(bào)道。因此，本研究以引種自不同種源地的酸棗為試材，采用多元統(tǒng)計(jì)分析中的因子分析和聚類分析對(duì)各品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行研究，旨在揭示各品質(zhì)性狀之間關(guān)系，確定主要的評(píng)價(jià)因子，簡(jiǎn)化酸棗果實(shí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，以期為酸棗果實(shí)品質(zhì)的科學(xué)評(píng)價(jià)與優(yōu)異資源的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

實(shí)驗(yàn)地位于塔里木大學(xué)園藝實(shí)驗(yàn)站酸棗資源圃，選擇生長(zhǎng)發(fā)育良好、樹齡、水肥管理基本一致的實(shí)驗(yàn)樹（酸棗種子來(lái)自山東、山西、陜西及本地，于2010年統(tǒng)一播種，各種質(zhì)編號(hào)分別為X-1、X-2、X-3、…、X-48、X-49、X-50），通過(guò)初步篩選的50 份酸棗資源于2014年9月中下旬從樹冠的中部東、西、南、北方向隨機(jī)選取果實(shí)成熟度一致的全紅果實(shí)，每個(gè)酸棗資源取20 粒正常果實(shí)，放入冰盒，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定果實(shí)外觀及內(nèi)在品質(zhì)。單株為一個(gè)實(shí)驗(yàn)小區(qū)，重復(fù)3 次。

1.2 儀器與設(shè)備

T6新世紀(jì)紫外-可見分光光度計(jì) 北京普析通用儀器公司；HunterLab UltraScan PRO色差儀 上海韻鼎國(guó)際貿(mào)易有限公司；BP211D電子天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；HH-W420三用恒溫水箱 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；電子數(shù)顯卡尺 桂林量具刃具有限責(zé)任公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

果實(shí)采回來(lái)后立即使用色彩色差儀測(cè)定果皮色澤指標(biāo)亮度（L*）值、紅度（a*）值、黃度（b*）值，測(cè)定時(shí)每個(gè)果樣測(cè)定向陽(yáng)面和背陰面兩面，測(cè)定20 次，取平均值。L*值越大表示果面亮度越高；a*值代表紅綠軸色品指數(shù)，正值愈大表示顏色愈偏向紅色；b*值代表黃藍(lán)軸色品指數(shù)，正值愈大表示顏色愈偏向黃色［18］。

酸棗果實(shí)樣品帶回實(shí)驗(yàn)室采用電子天平測(cè)定單果質(zhì)量、單核質(zhì)量，游標(biāo)卡尺測(cè)定果實(shí)的縱、橫徑，果核的縱、橫徑，并計(jì)算果形指數(shù)、果核指數(shù)。可溶性糖含量用蒽酮比色法［19］測(cè)定，可滴定酸含量用酸堿滴定法［20］，VC含量用2，6-二氯酚靛酚滴定法［21］測(cè)定，淀粉含量用蒽酮比色法［19］測(cè)定，每次測(cè)定重復(fù)3 次，取平均值。可食率、果形（核）指數(shù)［22］計(jì)算公式如下。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)計(jì)算采用Excel軟件，數(shù)據(jù)分析采用DPS7.55統(tǒng)計(jì)分析軟件。

因子分析前，采用隸屬函數(shù)法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化：正相關(guān)指標(biāo)（單果質(zhì)量、單核質(zhì)量、可溶性糖含量、可滴定酸含量、VC含量、可食率、淀粉含量）依據(jù)公式（3），負(fù)相關(guān)指標(biāo)（果形指數(shù)、果核指數(shù)、果皮亮度、果皮a*值和果皮b*值）依據(jù)公式（4）。使用SPSS 20.0軟件進(jìn)行因子分析，得到各樣品的公因子分值Fjn。

式中：Uin和U'in分別為第n個(gè)樣品第i個(gè)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)化后的隸屬函數(shù)值；Xin為第n個(gè)樣品第i個(gè)指標(biāo)的原始測(cè)定結(jié)果；Ximax和Ximin分別為樣品組中第i個(gè)指標(biāo)的最大值和最小值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同酸棗類型果實(shí)品質(zhì)性狀分析

由表1可知，各酸棗類型間的品質(zhì)性狀變異差異較大，其中尤以單果質(zhì)量的變化幅度最大，最大為8.04 g，最小為0.77 g，變異系數(shù)為70.67%。其次變異幅度較大的是可滴定酸含量和淀粉含量，分別為40.94%和42.19%；變異系數(shù)最小的是果核橫徑，為9.7%，說(shuō)明果核橫徑具有較穩(wěn)定的遺傳性。其他指標(biāo)變異系數(shù)大致在10.40%～29.00%之間。上述分析結(jié)果說(shuō)明不同酸棗類型具有豐富的遺傳多樣性，蘊(yùn)含著選擇潛力。然而，不同種源地酸棗果實(shí)綜合品質(zhì)難以表現(xiàn)，因此，需要對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2.2 酸棗種質(zhì)資源果實(shí)品質(zhì)的因子分析

根據(jù)隸屬函數(shù)法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)換后的16 項(xiàng)指標(biāo)前6 個(gè)公因子依據(jù)最大四次方值法旋轉(zhuǎn)得到因子載荷矩陣如表2所示。前6 個(gè)公因子的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)83.173%，說(shuō)明前6 個(gè)公因子可以代表16 項(xiàng)性狀指標(biāo)的基本信息。數(shù)據(jù)經(jīng)旋轉(zhuǎn)后各因子載荷值趨于兩極化，說(shuō)明各因子具有較明顯的生物學(xué)意義。由各載荷值可知，第1公因子中起作用指標(biāo)是可食率、單果質(zhì)量、果實(shí)縱徑和橫徑，稱為果實(shí)質(zhì)量因子，累計(jì)貢獻(xiàn)率為22.387%；第2公因子中單核質(zhì)量和果核橫徑載荷值較大，因子載荷分別為0.947、0.946，故稱為果核質(zhì)量因子；第3公因子中起作用指標(biāo)是果皮L*、b*值，稱為果實(shí)外觀因子；第4公因子中起作用指標(biāo)是果核縱徑和果核指數(shù)，稱為果核外觀因子；第5公因子中可溶性糖、可滴定酸和VC含量載荷值較大，稱為果實(shí)營(yíng)養(yǎng)因子；第6公因子中果形指數(shù)和淀粉含量的載荷值較大，累計(jì)貢獻(xiàn)率最小為8.486%，稱為其他因子。

2.3 不同類型酸棗果實(shí)品質(zhì)評(píng)價(jià)因子聚類分析

表1中的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)極差標(biāo)準(zhǔn)化變換后，采用組間聯(lián)接和平方Euclidean距離，并根據(jù)因子分析的結(jié)果將各果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行聚類，16 項(xiàng)指標(biāo)的聚類結(jié)果如圖1所示。依據(jù)聚類距離和聚類的先后步驟可以看出，果皮a*和果皮b*值首先聚為一類，說(shuō)明兩個(gè)變量的相關(guān)性較強(qiáng)；以此類推，單果質(zhì)量、果實(shí)橫徑和果實(shí)縱徑首先聚在一起，再和可食率聚為第二類，說(shuō)明單果質(zhì)量與果實(shí)縱橫徑成正相關(guān)關(guān)系，同時(shí)單果質(zhì)量的大小也關(guān)系到可食率的大小；可滴定酸和VC含量聚為一類，再與果皮a*值聚為第三類；單核質(zhì)量和果核橫徑聚為第四類；果核縱徑和果核指數(shù)成正相關(guān)關(guān)系，聚為第五類；果形指數(shù)與淀粉含量聚為第六類；可溶性糖含量可單獨(dú)聚為第七類，說(shuō)明該指標(biāo)具有相對(duì)獨(dú)立性。

結(jié)合因子分析結(jié)果和聚類分析結(jié)果以及《中國(guó)棗種質(zhì)資源》［23］描述規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)指標(biāo)的要求，將上述各品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)化為：果皮色澤、單果質(zhì)量、可滴定酸含量或者VC含量、單核質(zhì)量、果核指數(shù)、果形指數(shù)或者淀粉、可溶性糖含量。因此，上述50 份酸棗資源果實(shí)品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)可以用這7 個(gè)品質(zhì)指標(biāo)基本反映。

2.4 不同種源地酸棗資源品質(zhì)聚類分析

依據(jù)圖1確定的評(píng)價(jià)體系，選取果皮色澤、單果質(zhì)量、可滴定酸含量、單核質(zhì)量、果核指數(shù)、果形指數(shù)、可溶性糖含量7 個(gè)品質(zhì)指標(biāo)，綜合評(píng)價(jià)50 份不同種源地酸棗果實(shí)品質(zhì)，結(jié)果如圖2所示。在遺傳距離14.0時(shí)，可將50 份酸棗資源劃分為四大類群，第一類X-19、X-36、X-49、X-20、X-21、X-16和X-24，第一類的特征是酸度較大，果實(shí)色澤較好（表3）；第二類為X-39、X-47、X-31、X-45、X-11、X-50、X-33等，第二類的特征是果實(shí)、果核較大，可食率較大；相對(duì)于其他三類，此類酸棗資源有較低的可溶性糖、酸含量；第三類X-3、X-40、X-13、X-32、X-12、X-26、X-22、X-6和X-1，其特征是可溶性糖含量最高；X-1單獨(dú)聚為第四類，其特征是果個(gè)最小，酸度較小。

3 結(jié)論與討論

酸棗種質(zhì)資源作為一種寶貴的基因庫(kù)，是發(fā)掘優(yōu)異基因和選種、育種的源基礎(chǔ)。在北方諸省具有廣泛的分布區(qū)域，由于近年來(lái)野生資源的開發(fā)利用，酸棗豐富的營(yíng)養(yǎng)成分和藥用成分得到了廣泛的關(guān)注。對(duì)于新疆來(lái)講，酸棗是廣泛作為砧木來(lái)嫁接紅棗，但由于市面上的種子良莠不齊，導(dǎo)致紅棗的直播建園效率低、棗品質(zhì)下降、抗逆性降低等后果。為了更好地探究問題根源，發(fā)揮酸棗最大利用價(jià)值，本研究用山西、陜西、山東及本地混雜種源地酸棗種子進(jìn)行播種繁殖，以不同種源地酸棗為試材，研究發(fā)現(xiàn)植株個(gè)體間存在較大的變異性，經(jīng)過(guò)初步篩選后確定50 份酸棗資源。

果實(shí)色澤、可溶性糖含量、可滴定酸含量等16 項(xiàng)指標(biāo)是評(píng)價(jià)酸棗果實(shí)外觀、內(nèi)質(zhì)的主要指標(biāo)。評(píng)價(jià)因子的確定是正確進(jìn)行品質(zhì)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，直接決定著評(píng)價(jià)的效果［24］。研究表明，在特異性強(qiáng)、變異度大的資源中，觀測(cè)指標(biāo)變量間存在密切的相關(guān)性，易造成提供的整體信息發(fā)生重疊，使得相關(guān)的品質(zhì)評(píng)價(jià)不易得出簡(jiǎn)易的規(guī)律性［25］，野生酸棗由于經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的進(jìn)化，其個(gè)體間在枝、葉、花、果等植物學(xué)性狀上有較廣的變異度，在對(duì)其果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定建立統(tǒng)一評(píng)價(jià)體系中存在較大難度。而因子分析利用降維的思想，將原始信息進(jìn)行壓縮，使得各主成分間互不相關(guān)又能反應(yīng)各因子的信息。通過(guò)利用因子評(píng)價(jià)，可以達(dá)到簡(jiǎn)化指標(biāo)因子，合理有效評(píng)價(jià)果實(shí)品質(zhì)的目的。聚類分析是對(duì)質(zhì)量性狀和數(shù)量性狀的綜合考察和分類，主觀因素少，結(jié)果更加客觀和科學(xué)［26］。因此，本實(shí)驗(yàn)為了科學(xué)評(píng)價(jià)酸棗果實(shí)品質(zhì)，擬將兩者結(jié)合。本研究因子結(jié)果表明，影響酸棗果實(shí)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵因子是：果實(shí)質(zhì)量因子、果核質(zhì)量因子、果實(shí)外觀因子、果實(shí)營(yíng)養(yǎng)因子及其他因子，也就是說(shuō)酸棗的果質(zhì)量是主要的因子，其次是果色、糖、酸等其他指標(biāo)。相對(duì)于野生資源來(lái)講，其他品種資源評(píng)價(jià)注重果實(shí)風(fēng)味［27］、鮮食品種注重果實(shí)甜度和酥脆［4］等。因此，在針對(duì)不同資源或品種進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，可以根據(jù)具體的評(píng)價(jià)要求和傾向，有針對(duì)性的選擇和利用。聚類結(jié)果表明，在結(jié)合因子分析后，可將酸棗果實(shí)品質(zhì)評(píng)價(jià)因子簡(jiǎn)化為單果質(zhì)量、可溶性糖含量、單核質(zhì)量、果核指數(shù)、果形指數(shù)、果皮色澤、可滴定酸含量等7 個(gè)指標(biāo)。樊保國(guó)等［3］在測(cè)定制干棗品質(zhì)時(shí)，確定了包括單果質(zhì)量在內(nèi)的5 個(gè)決定性指標(biāo)。雷瑩等［28］采用主成分分析和聚類分析對(duì)18 項(xiàng)夏橙果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)化，確定了果形指數(shù)、可溶性固形物、囊瓣數(shù)、抗壞血酸、果肉色調(diào)角及總可溶性糖含量6 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。陸育生等［29］對(duì)13 個(gè)黃皮果實(shí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定了果形指數(shù)、化渣度、可滴定酸含量、VC含量、可溶性固形物含量5 個(gè)簡(jiǎn)化指標(biāo)。

通過(guò)進(jìn)一步的評(píng)價(jià)，可以初步確定供試酸棗種質(zhì)資源果實(shí)品質(zhì)類間差異，采用平方Euclidean距離和類平均法，根據(jù)因子分析的簡(jiǎn)化指標(biāo)將供試酸棗資源進(jìn)行聚類。結(jié)果表明，可將不同種源地酸棗分為四大類群中，其中第一類可以作為酸度較大，果實(shí)色澤較好資源，第二類可果實(shí)大，可食率較大資源，第三類可作為選育糖度高的資源。本研究雖對(duì)酸棗的外觀品質(zhì)和內(nèi)在品質(zhì)進(jìn)行簡(jiǎn)化評(píng)價(jià)，但對(duì)于野生資源風(fēng)味、適應(yīng)性、豐產(chǎn)性、抗逆性等有待進(jìn)一步研究。

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Selection of Quality Indicators and Factor Analysis for Fruit Quality Evaluation of Ziziphus jujuba var. spinosa Germplasms

SUN Yaqiang1， WU Cuiyun1，2，*， WANG De1， WANG Zhiqiang1
（1. College of Plant Science， Tarim University， Alar 843300， China； 2. Xinjiang Production and Construction Corps Key Laboratory of Protection and Utilization of Biological Resources in Tarim Basin， Alar 843300， China）

In order to establish suitable methods to evaluate jujube quality and consequently guide the development and utilization of wild jujube germplasms and the selection of excellent germplasms， evaluation and classification of 16 fruit quality attributes such as single fruit weight， pericarp color， soluble sugar， titratable acid， vitamin C， fruit shape index， and single stone weight were carried out on 50 germplasms of Ziziphus jujuba var. spinosa by factor analysis and cluster analysis using SPSS software. The results showed that factor analysis extracted 6 main factors including single fruit weight， single stone weight， appearance and nutrients， with a cumulative variance contribution rate of 83.173%. Principal component analysis and cluster analysis were carried out using the loadings of the first 6 principal components. Pericarp color， single fruit weight， titratable acid （or vitamin C）， single stone weight， fruit shape index （or starch content）， and soluble sugar content were selected for cluster analysis of Ziziphus jujuba var. spinosa germplasms. When the squared Euclidean distance was 14.0， the 50 germplasms could be classified into 4 categories. The first category had better fruit color with higher acidity， the second one had larger fruits with higher proportion of edible part， and the third one contained higher sugar contents.

Ziziphus jujuba var. spinosa； fruit quality； factor analysis； cluster analysis

10.7506/spkx1002-6630-201609006

S665.1

A

1002-6630（2016）09-0029-06

孫亞強(qiáng)， 吳翠云， 王德， 等. 野生酸棗資源果實(shí)品質(zhì)因子分析及評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇［J］. 食品科學(xué)， 2016， 37（9）： 29-34. DOI：10.7506/spkx1002-6630-201609006. http：//www.spkx.net.cn

SUN Yaqiang， WU Cuiyun， WANG De， et al. Selection of quality indicators and factor analysis for fruit quality evaluation of Ziziphus jujuba var. spinosa germplasms［J］. Food Science， 2016， 37（9）： 29-34. （in Chinese with English abstract）DOI：10.7506/spkx1002-6630-201609006. http：//www.spkx.net.cn

2015-06-23

國(guó)家自然科學(xué)基金地區(qū)科學(xué)基金項(xiàng)目（31360465）；新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目（2014CC006）

孫亞強(qiáng)（1991—），男，碩士研究生，主要從事酸棗種質(zhì)資源與遺傳育種研究。E-mail：sun123.ya-2@163.com

*通信作者：吳翠云（1968—），女，教授，碩士，主要從事園藝植物種質(zhì)資源與遺傳育種研究。E-mail：wcyby@163.com