基于主成分分析與聚類分析的不同品種口感番茄綜合評價

沈彥輝 胡璋健 高璐陽 曹德強

摘? ? 要：為綜合評估不同品種口感番茄在臨沂地區設施栽培的適應性，引導種植戶科學選擇優良品種，采用無土栽培方法，以‘豫藝優五‘羅拉‘漢姆077‘酸甜果10號‘青春之歌‘冬韻番茄為供試試材，測定不同品種口感番茄的生長、果實農藝性狀和品質。結果表明：‘青春之歌的生長指標在整個生育期內表現相對較好；‘青春之歌和‘冬韻果形指數顯著高于其他品種，‘青春之歌商品果率最高，達90.2%；‘青春之歌維生素C含量最高，達到161.8 mg·kg-1，顯著高于其他品種，‘酸甜果10號可溶性糖含量、糖酸比、番茄紅素含量最高，分別為5.43%、15.45、13.89 μg·g-1，高于其他品種；‘漢姆077可滴定酸含量最低；‘青春之歌產量最高，達92 246.7 kg·hm-2，顯著高于其他品種；主成分分析得到2個因子，累計方差貢獻率達到84.682%；聚類分析將6個品種分為3類，第1類是‘青春之歌和‘冬韻；第2類是‘漢姆077和‘酸甜果10號；第3類是‘豫藝優五和‘羅拉；主成分分析表明，6種口感番茄的綜合得分順序為‘青春之歌＞ ‘冬韻＞‘酸甜果10號＞‘漢姆077＞‘羅拉＞‘豫藝優五。綜上所述，‘青春之歌可以作為費縣設施無土栽培的優良品種。

關鍵詞：口感番茄；品種；生長指標；品質指標；主成分分析；聚類分析

中圖分類號：S626.5；S641.2? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006－6500.2023.06.007

Abstract：In order to comprehensively evaluate the adaptability of different taste tomato varieties under protected cultivation in Linyi area， guide growers to scientifically select excellent varieties， taking taste tomato'Yuyiyouwu' 'Luola' 'Hanmu 077' 'Suantianguo 10' 'Qingchunzhige' and 'Dongyun'as experimental? materials， the growth fruit agronomic characters and quality indexes of different taste tomato varieties were analyzed and determined by soilless cultivation method. The results showed that the growth indexes of 'Qingchunzhige'performed relatively well in the whole growth period; The fruit type index of 'Qingchunzhige' and 'Dongyun' was significantly higher than that of other varieties， the commercial fruit rate of 'Qingchunzhige' was the highest， reaching 90.2%; The content of vitamin C in 'Qingchunzhige' was the highest， reached 161.8 mg·kg-1， which was significantly higher than that of the other five varieties; The soluble sugar， sugar-acid ratio and lycopene contents of 'Suantianguo 10' were the highest， 5.43%， 15.45 and 13.89 μg·g-1 respectively， higher than those of other varieties; The content of acidity in 'Hanmu 077' was significantly lower than those of other varieties， 'Qingchunzhige' was the highest yield， reaching 92 246.7 kg·hm-2， significantly higher than other varieties. Two factors were obtained from principal component analysis， and the cumulative variance contribution rate reached 84.682%; The six varieties were divided into three categories by cluster analysis. The first category was 'Qingchunzhige' and 'Dongyun'， the second category was 'Hanmu 077' and 'Suantianguo 10'， and the third category was 'Yuyiyouwu' and 'Luola'; Principal component analysis showed that the comprehensive score order of the six kinds of taste tomato was 'Qingchunzhige' ＞ 'Dongyun' ＞ 'Suantianguo 10' ＞ 'Hanmu 077' ＞ 'Luola' ＞ 'Yuyiyouwu'. In conclusion， 'Qingchunzhige' could be used as an excellent variety for soilless cultivation in Linyi.

Key words： taste tomato; variety; growth index; quality index; principal component analysis; cluster analysis

番茄是我國設施栽培的主要茄果類蔬菜之一，其具有廣譜適應性、營養豐富且價值高、果菜兼用、效益高等特點，已發展成為我國農村經濟發展、農民脫貧致富的支柱產業[1]。費縣番茄栽培歷史悠久，據統計，截至2022年，費縣胡陽鎮已連續10年種植面積超過1 000 hm2，是魯南地區最大的溫室番茄生產基地，被確定為首批上海市外延蔬菜生產基地和長三角中心城市優質番茄供應基地[2]。隨著人們生活水平的提高和消費觀念的轉變，人們對于番茄的食味品質（口感、味道）和外觀品質的（色澤、果形）的要求也越來越高，口感番茄因其具有皮薄、肉厚、多汁、酸甜適中等特點，已成為番茄市場的發展方向。隨著口感番茄的種植面積逐年擴大、品種不斷增加，構建不同區域不同品種口感番茄的綜合評價體系已成為亟需解決的問題，因此建立可量化的口感番茄生長和果實農藝性狀、品質評價指標，探討行之有效的綜合評價方法，對促進費縣番茄產業發展和優化產業結構調整具有重要意義。

前人關于不同番茄品種綜合性評價的研究主要以櫻桃番茄和普通番茄為主，且評價指標主要集中在果實風味品質、營養品質上。龐勝群等[3]采用灰色關聯分析法對8個醬用番茄栽培品種進行了綜合評價；石奡坤等[4]采用層次分析法，杜婭丹等[5]采用層次分析法、熵權法與TOPSIS法相結合的方法，陳賢等[6]采用層次分析法和排序法分別對不同番茄品種營養品質、果實商品性、風味品質進行了綜合評價；王佼等[7]、張傳偉等[8]采用隸屬函數法對不同品種旱地番茄品質和不同品種無限生長型番茄營養品質進行了綜合評價；劉思恬等[9]采用主成分分析和隸屬函數法對普通番茄、口感番茄和櫻桃番茄果實營養品質進行了綜合評價，但前人采用不同評價方法的研究結果表明，灰色關聯分析法、層次分析法具有主觀性強的弊端，無法明確各方法對不同品種綜合評價結果的影響，不同方法間的優劣性和適用性的評判無法準確。主成分分析法是通過降維思想將具有相關性的多個指標轉化為少數幾個綜合指標的統計分析方法[10]，主成分分析法可以有效避免人為主觀性選擇評價因子的可能性[11]。聚類分析是一種探索性分析方法，其可以在對分類標準不確定的情況下，將分類對象按照樣本數據的特征，自動進行分類，劃分在同一類群中的對象相似性較高，結果穩定，可以真實反映品種的綜合性狀[11]。關于采用主成分分析與聚類分析相結合的方法對櫻桃番茄[12-13]和普通番茄[14]果實性狀、果實品質、生長單一性狀指標綜合評價的研究已有應用，其在口感番茄及綜合番茄生長、果實性狀、品質等多性狀指標的綜合性評價研究未見有報道。

本研究在無土栽培模式下，通過采用主成分分析法和聚類分析法對6個不同品種口感番茄品種的生長指標（株高和莖粗）、果實性狀（果形指數和商品果率）、果實品質（維生素C、可滴定酸、可溶性糖、番茄紅素）、產量4個方面9項性狀指標進行全面、客觀的綜合性評價分析，旨在構建區域不同品種口感番茄適宜性的綜合評價體系，為指導區域種植戶科學選擇適栽品種和提升區域設施蔬菜綠色優質安全生產提供指導依據。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗在臨沂市費縣胡陽鎮金豐公社生態農業示范園溫室大棚進行，地處北緯35°10′～35°27′，東經117°30′～118°09′，屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，年平均氣溫14.1 ℃，年平均降水量851 mm。

1.2 試驗材料

供試口感番茄品種分別為‘豫藝優五（簡稱Y5）‘羅拉（簡稱LL）‘漢姆077（簡稱077）‘酸甜果10號（簡稱10號）‘青春之歌（簡稱QCZG）‘冬韻（簡稱DY）。其中，‘豫藝優五‘酸甜果10號‘青春之歌種子購買于河南豫藝種業科技發展有限公司，‘羅拉種子購買于海澤拉啟明種業（北京）有限公司壽光分公司，‘漢姆077種子購買于豐民同和（北京）農業有限公司，‘冬韻種子購買于山東省蔬菜花卉研究所；基質為壽光市信泰農業設施有限公司生產的以草炭為主的基質（V草炭∶V蛭石∶V珍珠巖=6∶3∶1）；無土栽培專用營養A、B肥、合力素購自山東豐本生物科技股份有限公司。

1.3 試驗設計

試驗于2022年3—7月進行，育苗時間為2022年1月9日，采用營養缽直播育苗，定植時間為3月14日，采用雙行三角形栽植，番茄株間距20 cm，每條基質帶（長度為13 m，寬度為17 cm，高度為12 cm）單獨種植1個品種，每個處理設置3次重復，共計18條基質帶，不同品種間的排列采用完全隨機分布進行。

采用浙江大學喻景權院士團隊研發的“輕簡自控無土栽培系統”（CN202011039116.8）[15]：基質槽內每行番茄鋪設1條滴灌帶，滴灌帶與液位器、配套施肥器相連，實現水肥一體化管理。

灌溉施肥策略：苗期（四葉一心）施肥器施肥比例為0.6%，番茄植株每增加1片真葉，施肥器施肥比例增加0.1%；至第一穗花前施肥器施肥比例調整為1.0%，維持此施肥比例至第五穗花前，第五穗花后，施肥器施肥比例每隔5～7 d下降0.1%，直至施肥器施肥比例下降到0.6%，維持此施肥比例至拉秧。

1.4 項目測定

1.4.1 番茄產量測定 統計番茄首次采收至拉秧時各小區累計產量，即為總產量。

1.4.2 農藝學指標測定 分別于番茄定植后30、50、70 d進行株高和莖粗測量，采用卷尺測定番茄植株株高（根莖基部到最高生長點）；采用游標卡尺測量莖粗（平行于子葉方向距根莖約1 cm處）。

不同處理間隨機選擇5個大小和成熟度一致的番茄果實進行果實性狀（單果質量、果形指數、商品果率）的測定：單果質量JY系列電子天平測定（精確度0.1 g）；果形指數為橫徑/縱徑的比值，果實橫徑和縱徑采用游標卡尺測量法；商品果率為每次采收的商品果數/總果數的比值的平均值。

1.4.3 品質指標測定 在番茄果實成熟期，從不同品種正常、健康植株第2或第3穗果實上，選取5個具有代表性、大小均勻、無病蟲、正常發育達到商品成熟的果實進行測定，每個處理3次重復，取平均值。維生素C含量測定參考李合生的測定方法[16]、可滴定酸含量測定參考韓雅珊的測定方法[17]、可溶性糖含量的測定參考王晶英的測定方法[18]、番茄紅素含量測定采用李建宏等的測定方法[19]。

1.5 數據分析

使用Microsoft Excel 2010軟件對試驗數據進行統計整理與進行做圖，采用IBM SPSS 22.0軟件進行統計分析、聚類分析和差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同品種口感番茄株高的比較

由圖1可知，在番茄不同生長時期，不同品種口感番茄株高表現不一致。苗期（定植后30 d），‘漢姆077株高最高，其次是‘青春之歌，兩者之間無顯著性差異，但均顯著高于‘豫藝優五‘羅拉和‘冬韻（P＜0.05）；坐果期（定植后50 d），‘酸甜果10號株高最高，‘酸甜果10號與‘漢姆077‘青春之歌和‘冬韻間無顯著性差異，但顯著高于‘豫藝優五和‘羅拉（P＜0.05）；盛果期（定植后70 d），‘青春之歌株高最高，除顯著高于‘豫藝優五外（P＜0.05），與其他品種間無顯著性差異。

2.2 不同品種口感番茄莖粗的比較

由圖2可知，不同時期均以‘酸甜果10號的莖粗最大，且在各時期‘酸甜果10號的莖粗顯著高于其他品種口感番茄（P＜0.05）；在苗期和坐果期，不同品種間口感番茄莖粗的表現趨勢為：‘酸甜果10號＞‘漢姆077＞‘青春之歌＞‘冬韻＞‘羅拉＞‘豫藝優五；在盛果期，‘青春之歌和‘冬韻間無差異顯著性，其他品種間差異性顯著，且與‘青春之歌和‘冬韻也存在顯著性差異（P＜0.05），不同品種間口感番茄莖粗莖粗表現趨勢為，‘酸甜果10號最高，達15.31 mm，其次是‘漢姆077，再次是‘青春之歌和‘冬韻，‘羅拉和‘豫藝優五最小。

2.3 不同品種口感番茄果實農藝性狀的比較

由圖3可知，商品果橫徑、縱徑最大的是‘羅拉，分別為120、98.16 mm，在商品果橫徑方面，除‘豫藝優五外，其他品種口感番茄與其差異顯著（P＜0.05）；在商品果縱徑方面，其與各個品種口感番茄均差異顯著（P＜0.05）；商品果果形指數方面，‘青春之歌和‘冬韻的果形指數最優，與其他品種口感番茄差異性顯著（P＜0.05）；商品果率方面，‘青春之歌果實商品率最高，達90.2%，顯著高于‘豫藝優五和‘羅拉（P＜0.05），其次是‘酸甜果10號和‘冬韻，其與‘豫藝優五差異性顯著（P＜0.05），商品果率最低的是‘豫藝優五，僅為82.7%；單果質量方面，‘羅拉單果質量最高，達257 g，除‘漢姆077外，其他品種口感番茄與其差異性顯著（P＜0.05），不同品種口感番茄單果質量表現趨勢為：‘羅拉＞‘漢姆077＞‘豫藝優五＞‘酸甜果10號＞‘冬韻＞‘青春之歌。

2.4 不同品種口感番茄品質指標的比較

由圖4可知，維生素C含量最高的是‘青春之歌，達161.8 mg·kg-1，顯著高于其他品種口感番茄維生素C含量（P＜0.05），維生素C含量最低的是‘豫藝優五和‘羅拉，兩者之間差異不顯著；可滴定酸含量最高的是‘冬韻，為0.64%，除‘青春之歌外，其他品種口感番茄與其差異性顯著（P＜0.05），可滴定酸含量最低的是‘漢姆077，僅為0.42%，不同品種口感番茄可滴定酸表現趨勢為：‘漢姆077＜‘羅拉＜‘豫藝優五＜‘酸甜果10號＜‘青春之歌＜‘冬韻；可溶性糖含量最高的是‘酸甜果10號，達5.43%，除‘青春之歌外，其他品種口感番茄可溶性糖含量均顯著低于‘酸甜果10號，其次是‘青春之歌，再次是‘冬韻，含量較低的是‘豫藝優五‘羅拉和‘漢姆077，三者之間差異不顯著；不同品種間糖酸比的表現趨勢與可溶性糖含量相似，表現為‘酸甜果10號＞‘青春之歌＞‘冬韻＞‘漢姆077＞‘羅拉＞‘豫藝優五；番茄紅素含量測定結果表明，不同品種間番茄紅素含量具有明顯的差異，其中‘酸甜果10號含量最高，達13.89 μg·g-1，顯著高于其他品種（P＜0.05），其次是‘漢姆077和‘羅拉，含量分別為8.28、8.31 μg·g-1，含量最低的為‘青春之歌和‘冬韻，為1.29、1.06 μg·g-1。

2.5 不同品種口感番茄產量的比較

由圖5可知，不同品種口感番茄產量差異明顯，具體表現為，‘青春之歌的產量顯著高于其他品種（P＜0.05），達到92 246.7 kg·hm-2，其次是‘冬韻，產量最低的口感番茄品種是‘酸甜果10號，為66 953.3 kg·hm-2，不同品種口感番茄產量表現趨勢為‘青春之歌＞‘冬韻＞‘漢姆077＞‘羅拉＞‘豫藝優五＞‘酸甜果10號。

2.6 主成分分析

株高和莖粗是表征植物生長狀況的重要指標，在一定程度上能夠影響作物產量，果形指數、商品果率、果實品質是影響產品市場接受度和經濟效益的關鍵因素。試驗采用主成分分析法對6個品種供試口感番茄盛果期主要性狀進行比較分析。由表1可知，試驗提取前2個主成分的累計方差貢獻率達到84.68%，說明提取的2個主成分基本上可以解釋原有生長、果實性狀和品質指標。由表2可知，主成分1主要綜合了番茄的維生素C、商品果率、果形指數、可溶性糖，貢獻率分別為95.5%、86.0%、84.2%和82.3%；主成分2綜合了番茄的番茄紅素和莖粗，貢獻率分別為86.7%和66.8%。

2個主成分的得分函數表達式由矩陣系數和標準化后的數據構成：

Z1=0.34X1+0.27X2+0.36X3+0.37X4+0.41X5+0.30X6

+0.36X7-0.20X8+0.34X9，

Z2=0.27X1+0.45X2-0.34X3+0.27X4+0.03X5-0.22X6

+0.25X7+0.58X8-0.31X9。

以2個主成分及每個主成分所對應的特征值占所提取主成分總特征值之和的比例作為權重，計算主成分綜合模型[20-22]：

F綜=0.60Z1+0.25Z2

6種不同品種口感番茄的綜合得分平均值和排序結果由主成分綜合模型計算得出。由表3可知，綜合不同品種口感番茄生長、果實農藝性狀、品質評價順序為：‘青春之歌‘冬韻‘酸甜果10號‘漢姆077‘羅拉‘豫藝優五。

2.7 聚類分析

采用SPSS22.0軟件對標準化后的生長指標、果實農藝形狀和果實品質進行聚類分析。由圖6可知，當歐式距離為10的時候，6個品種口感番茄分為3類，第1類為‘青春之歌和‘冬韻，表現為果形指數、維生素C含量、產量高于其他品種，番茄紅素含量低于其他品種；第2類為‘漢姆077和‘酸甜果10號，表現為其植株莖粗、番茄紅素含量高于其他品種；第3類為‘豫藝優五和‘羅拉，表現為除番茄紅素含量和產量外，其他生長指標、果實農藝性狀和品質指標指數相近。

3 討論與結論

近年來，隨著人們生活水平的提高，消費者對生鮮果菜品質的要求也逐步提升，口感番茄因其皮薄、肉厚、多汁、酸甜適中等優點，市場需求量呈現不斷上升趨勢。當前，對口感番茄的研究主要集中在高效栽培技術方面[23-26]，不同品種口感番茄在不同地區生長、果實品質等指標適應性綜合評價的研究相對較少[11-14]。作物對特定環境適應程度的表征一定程度上可由作物的生長指標反映。研究表明，植株的株高、莖粗、葉片SPAD含量等農藝性狀可作為評價作物適應性生長的指標[13，27-28]。本研究結果表明，整個生育期內，除‘豫藝優五和‘羅拉外，其他4個品種口感番茄株高無差異。這說明在無土栽培條件下，4個品種有較強的環境適應性，但其莖粗存在顯著性差異，原因可能是該試驗條件下，不同番茄果實對相同水肥灌溉策略的響應不同。

研究表明，外觀品質是評估果蔬市場價值、被消費者選擇的主要依據之一，而且在一定程度上也會影響其內部品質[29]。研究表明，番茄果實性狀與番茄紅素[3-32]、可溶性糖[31-32]、維生素C含量[32]等品質指標具有一定的相關性。本研究表明，‘青春之歌果形指數顯著高于其他品種口感番茄，但單果質量、果實橫、縱徑顯著低于其他品種口感番茄，這與羅穎等[22]研究果形指數與果實可溶性糖含量正相關，單果質量、果實橫、縱徑與果實可溶性糖含量和維生素C含量負相關的結論一致。

果蔬品質指標是表征果蔬口感和營養價值的指標[33]。本研究中，選擇可溶性糖、可滴定酸、糖酸比、維生素C、番茄紅素作為評價不同口感番茄品質比較的依據。其中‘青春之歌和‘酸甜果10號可溶性糖和糖酸比高于其他品種，表明這2個品種甜味風度高，口感上優于其他品種；維生素C[34]和番茄紅素[35]具有較強的抗氧化性，對人體健康起到促進作用。本研究表明，‘青春之歌維生素C含量最高，但番茄紅素含量低于其他品種，這與前人研究的番茄紅素含量與果實顏色有關，黃果番茄基本不含番茄紅素的結論一致[36-37]。

近年來，多元統計分析法在不同品種番茄生長、果實商品性、果實品質和營養品質單一性狀指標的綜合性評價中已廣泛應用[4-9，11-14]。本研究采用主成分分析法和聚類分析法，對不同品種口感番茄生長指標、果實農藝性狀、品質和產量等綜合性狀指標進行全面、客觀的綜合評價。主成分分析結果表明，‘青春之歌和‘冬韻的綜合得分相對較高；聚類分析結果也表明，‘青春之歌和‘冬韻的性狀優良，表現為糖酸比高，口感好，維生素C含量高，抗衰老、抗癌作用強，產量高，經濟效益高。

通過對6個口感番茄品種的生長、果實性狀、品質指標和產量的比較分析，結合主成分分析和聚類分析，6個口感番茄品種的綜合得分排序為：‘青春之歌＞‘冬韻＞‘酸甜果10號＞‘漢姆077＞‘羅拉＞‘豫藝優五。綜上，‘青春之歌和‘冬韻是適合在臨沂費縣設施無土栽培的優良品種，值得示范推廣。

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基金項目：浙江大學山東（臨沂）現代農業研究院服務地方經濟發展項目（ZDNY-2021-FWLY01002）

作者簡介：沈彥輝（1989—），男， 山東臨沂人，農藝師，碩士，主要從事蔬菜生長發育與環境調控研究。

通訊作者簡介：曹德強（1971—），男，山東臨沂人，高級農藝師，主要從事主要從事蔬菜高效栽培技術研究。