基于主成分分析和聚類分析對不同品種櫻桃番茄生長及品質(zhì)的綜合評價

李偉明，胡衛(wèi)叢，李肖明，黃忠陽，吳旭東，劉慶葉，陳莉莉，王蓓，張宗俊，王東升

（1.南京市蔬菜科學(xué)研究所，210042；2.江蘇格冠農(nóng)林科技集團(tuán)有限公司）

櫻桃番茄原產(chǎn)地是南美洲，其具有口感好、營養(yǎng)豐富、產(chǎn)量高等特點(diǎn)[1，2]。近年來，由于市場認(rèn)可度較高，櫻桃番茄種植面積也逐年增加，特別是冬春茬種植[3]。櫻桃番茄按果色可以分為紅色、綠色、黃色等，被消費(fèi)者熟知的品種包括千禧等。目前，櫻桃番茄市場品種繁多，形狀差異較大，適種區(qū)域也較廣。

南京位于江蘇中部，長江中下游地區(qū)，屬亞熱帶氣候，設(shè)施蔬菜面積逐年增加，其中櫻桃番茄的種植面積也隨之增加。但不同品種櫻桃番茄的產(chǎn)量、品質(zhì)、抗病性等存在明顯差異[4]。

因此，根據(jù)南京地區(qū)消費(fèi)需求，結(jié)合地區(qū)、氣候、栽培方式等因素，引進(jìn)目前市場上形狀優(yōu)良的4個櫻桃番茄品種，在南京地區(qū)設(shè)施栽培條件下比較不同品種的生長、品質(zhì)等指標(biāo)，以期篩選出適合南京地區(qū)設(shè)施栽培的優(yōu)良櫻桃番茄品種，為南京地區(qū)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、鄉(xiāng)村振興提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選擇適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)量較高、果實(shí)適口性好的櫻桃番茄品種紫花生（ZHS）、夏日金星（XRJX）、朱丹紅（ZDH）和綠如蜜（LRM），種子均購自南京裕盛種子有限公司；泥炭、珍珠巖和蛭石購自上海大漢園景生物科技有限公司；番茄專用營養(yǎng)液配方肥購自上海美妮生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司。

1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)在南京市蔬菜科學(xué)研究所橫溪科技園玻璃溫室內(nèi)進(jìn)行（N 31°43′19″，E 118°46′12″）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

①基質(zhì)配比 采用自配基質(zhì)進(jìn)行無土栽培，基質(zhì)按泥炭∶珍珠巖∶蛭石（V∶V∶V）=3∶1∶1配制，充分混勻后，填充到栽培槽內(nèi)，栽培槽呈梯形，填充的基質(zhì)上表面寬20 cm，下表面寬10 cm，高度為10 cm，基質(zhì)上表面離栽培槽上沿10 cm。

②試驗(yàn)布置 本試驗(yàn)于2021年1～6月進(jìn)行，1月2日開始育苗，4～6片真葉時移栽定植，3月15日定植，“之”字形定植，栽培槽長20 m，間距1.5 m，定植株距40 cm，每條栽培槽定植50株作為1個小區(qū)，每個品種設(shè)3個重復(fù)，并采用隨機(jī)排列的形式進(jìn)行分布；采用水肥一體化施肥機(jī)進(jìn)行水肥澆灌，每天早晨和傍晚各澆灌1次，每次澆灌按照“2 min清水—10 min營養(yǎng)液—3 min清水”的順序進(jìn)行，其中，苗期營養(yǎng)液的EC值設(shè)定為1.5 mS/cm，開花期EC值設(shè)定為1.8 mS/cm，果實(shí)膨大期和結(jié)果期EC值設(shè)定為2.3～2.5 mS/cm。

1.4 測定項(xiàng)目和方法

①生長指標(biāo) 定植后1個月左右，番茄營養(yǎng)生長旺盛期，開始測定4個品種番茄植株的生長指標(biāo)，每2周測定1次，連續(xù)測定4次，每次每小區(qū)隨機(jī)選取具有代表性的3株進(jìn)行測定。

株高：使用卷尺測定植物根部到頂端的距離；莖粗：使用威斯數(shù)顯游標(biāo)卡尺測定距離根部最近的側(cè)枝位置的直徑；SPAD值：在晴天時，選擇生長點(diǎn)葉片，使用TYS-A型葉綠素測定儀進(jìn)行測定。

②品質(zhì)指標(biāo) 盛果期，番茄品質(zhì)較穩(wěn)定，每小區(qū)隨機(jī)選取具有代表性的3株采收后進(jìn)行品質(zhì)測定。

可溶性糖含量：采用蒽酮比色法測定[5]；可溶性蛋白含量：采用考馬斯亮藍(lán)法測定[6]；硝酸鹽含量：采用水楊酸比色法測定[7]；根系活力：采用TTC還原法測定[8]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)采用IBM SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計分析，多重比較采用Duncan's新復(fù)極差法，顯著性水平置信區(qū)間為≥95%；作圖采用Microsoft Excel 2007進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種櫻桃番茄株高的比較

由圖1可知，在不同時期測定中，綠如蜜的株高均為最高，且在4月13日和4月27日測定中，綠如蜜的株高顯著高于其他處理；坐果期（5月12日），綠如蜜株高最高，達(dá)到192.33 cm，其次是朱丹紅，株高達(dá)到178.67 cm，兩者之間不存在顯著性差異，但均顯著高于紫花生和夏日金星；盛果期（5月26日），各品種株高依次為：綠如蜜＞朱丹紅＞夏日金星＞紫花生。

2.2 不同品種櫻桃番茄莖粗的比較

由圖2可知，各時期綠如蜜的莖粗最大，在4月13日和4月27日測定中，綠如蜜莖粗分別為9.69、10.81 mm，均顯著高于其他處理；坐果期（5月12日）和轉(zhuǎn)色期（5月27日），各品種的莖粗趨勢為：綠如蜜最高，紫花生次之，夏日金星和朱丹紅最小。

2.3 不同品種櫻桃番茄SPAD值的比較

由圖3可知，除坐果期（5月12日），其余各時期，葉片SPAD值的變化不明顯，且隨著生育期的延長，葉片SPAD值呈不斷增加的趨勢；在坐果期，紫花生的SPAD值最大，達(dá)到43.33，其次是綠如蜜（37.60），夏日金星次之（36.00），最后是朱丹紅（31.10）。

2.4 不同品種櫻桃番茄品質(zhì)指標(biāo)比較

圖1 不同品種櫻桃番茄株高的比較

圖2 不同品種櫻桃番茄莖粗的比較

圖3 不同品種櫻桃番茄SPAD值的比較

由圖4可知，紫花生的可溶性糖含量最高，達(dá)到42.82 mg/g，其次是朱丹紅，達(dá)到40.32 mg/g，但二者之間差異不顯著，綠如蜜的可溶性糖含量最低；從各品種的可溶性蛋白結(jié)果可以得知，4個櫻桃番茄的可溶性蛋白含量變化不大，其含量為1.52～1.93 mg/g，且各品種之間差異不顯著；從VC含量結(jié)果可以得知，紫花生和夏日金星的VC含量較高，分別為18.16、17.97 mg/100 g，顯著高于朱丹紅；從硝酸鹽含量結(jié)果可以得知，各品種的硝酸鹽含量相差明顯，其中朱丹紅的含量最高，達(dá)到333.33μg/g，其次是紫花生，含量達(dá)到219.9μg/g，含量最低的是夏日金星和綠如蜜。

圖4 不同品種櫻桃番茄品質(zhì)指標(biāo)的比較

2.5 不同品種櫻桃番茄根系活力的比較

由圖5可知，朱丹紅的根系活力最旺盛，達(dá)到0.67μg·g-1·h-1，其次是夏日金星，為0.57μg·g-1·h-1，再次是紫花生，為0.49μg·g-1·h-1，活力最低的是綠如蜜，為0.35μg·g-1·h-1。

2.6 主成分分析

植株前期營養(yǎng)生長和根系的生長情況和活力水平直接影響地上部的生長和營養(yǎng)狀況及產(chǎn)量，果實(shí)品質(zhì)直接影響產(chǎn)品市場接受度和市場效益。為了比較分析盛果期各品種之間的差異，選擇盛果期（5月26日）4個品種的生長指標(biāo)、品質(zhì)指標(biāo)和根系活力進(jìn)行主成分分析。由表1可知，試驗(yàn)提取到3個主成分，累計方差貢獻(xiàn)率達(dá)79.99%，說明提取到的3個主成分可以解釋原有指標(biāo)。由表2可知，主成分1綜合了可溶性蛋白含量和根系活力，貢獻(xiàn)率分別為79.50%和62.50%；主成分2綜合了硝酸鹽含量和根系活力，貢獻(xiàn)率分別為86.50%和68.10%；主成分3綜合了可溶性糖含量、莖粗和VC含量，貢獻(xiàn)率分別為59.90%、52.90%和51.40%。根據(jù)矩陣系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)可得到3個主成分的得分函數(shù)表達(dá)式：Z1=0.06X1+0.463X2+0.298X3-0.366X4+0.245X5+0.127X6+0.053X7-0.121X8；Z2=-0.11X1+0.02X2+0.114X3-0.061X4+0.412X5-0.051X6+0.400X7-0.336X8；Z3=-0.366X1+0.273X2-0.099X3-0.006X4+0.369X5+0.553X6-0.105X7-0.116X8。

以各主成分對應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重，可得到綜合評價函數(shù)：F=0.489Z1+0.340Z2+0.171Z3。

根據(jù)主成分綜合得分，計算出4種櫻桃番茄品種的綜合得分，由表3可知，不同櫻桃番茄品種的綜合評價順序依次為：紫花生、朱丹紅、綠如蜜和夏日金星。

2.7 聚類分析

將生長指標(biāo)、品質(zhì)指標(biāo)和根系活力標(biāo)準(zhǔn)化，采用SPSS軟件進(jìn)行聚類分析。由圖6可知，當(dāng)歐氏距離為5的時候，4個品種櫻桃番茄可以分為3類，第1類為朱丹紅，表現(xiàn)為硝酸鹽含量較高，根系活力較高；第2類為紫花生，其可溶性糖和VC含量較高，硝酸鹽含量相對較低；第3類為夏日金星和綠如蜜，表現(xiàn)為植株較高、莖粗較大，硝酸鹽含量較低，根系活力也相對較弱。

圖5 不同品種櫻桃番茄根系活力的比較

表1 總解釋方差

表2 成分矩陣和成分系數(shù)矩陣

表3 不同品種櫻桃番茄綜合評價

3 討論與結(jié)論

近年來，櫻桃番茄市場需求量總體呈現(xiàn)不斷上升趨勢，對不同品種櫻桃番茄的研究也相對較多，主要集中在對櫻桃番茄的生長和品質(zhì)2個方面。作物對生長環(huán)境的響應(yīng)和適應(yīng)可以通過作物的生長指標(biāo)反映，大量研究表明，植物的株高、莖粗和葉綠素含量可以作為評價作物生長的3大指標(biāo)[9，10]。從本研究結(jié)果可以看出，整個生長期內(nèi)，綠如蜜品種的株高和莖粗始終處于領(lǐng)先狀態(tài)，表明在設(shè)施無土栽培條件下，綠如蜜對生長條件響應(yīng)更為敏感，促生效果更強(qiáng)，而紫花生、夏日金星和朱丹紅3個品種對生長環(huán)境的響應(yīng)相對較慢；葉綠素是作物光合作用的基礎(chǔ)，體現(xiàn)作物對光能的吸收利用能力[11]。另外，程艷等[12]對作物SPAD值和葉綠素含量的相關(guān)性結(jié)果表明，SPAD值可以用來快速反映作物體內(nèi)葉綠素a含量、葉綠素b含量和葉綠素總含量，因此，本研究中，在作物生長前期，綠如蜜的SPAD值呈現(xiàn)顯著性增加趨勢，而到了坐果期和轉(zhuǎn)色期，紫花生的SPAD值有較大程度的增加，表明綠如蜜和紫花生2個品種的光合作用要強(qiáng)于朱丹紅和夏日金星。

作物品質(zhì)指標(biāo)是反映作物口感、營養(yǎng)價值的指標(biāo)，對作物的評價發(fā)揮重要作用[13]。本研究中，選擇可溶性糖、可溶性蛋白、VC和硝酸鹽作為不同品種櫻桃番茄品質(zhì)比較的依據(jù)。其中，紫花生的可溶性糖含量最高，達(dá)到42.85 mg/g，表明紫花生品種甜味豐度最高，口感上要好于其他3個品種；紫花生和夏日金星的VC含量相對較高，表明這2個櫻桃番茄具有更強(qiáng)的抑制果肉褐變的能力，具有更強(qiáng)的抗癌、抗衰老作用。

針對不同品種櫻桃番茄生長指標(biāo)、品質(zhì)指標(biāo)和根系活力數(shù)據(jù)，利用主成分分析和聚類分析對4個櫻桃番茄品種進(jìn)行綜合評價，主成分分析結(jié)果表明，紫花生和朱丹紅的綜合得分相對較高；聚類分析結(jié)果也表明，紫花生和朱丹紅的性狀優(yōu)良，表現(xiàn)為可溶性糖含量高，口感好。

通過對4個櫻桃番茄品種的生長、品質(zhì)指標(biāo)和根系活力的測定分析，利用主成分分析和聚類分析進(jìn)行綜合評價得出，朱丹紅和紫花生綜合得分較高，適合在南京地區(qū)設(shè)施無土栽培示范推廣。

圖6 不同品種櫻桃番茄聚類分析