陳榮宇，鐘玉娟，謝大森，張 艷，陳漢才，薛舒丹

（1.海豐縣農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，廣東 海豐 516400；2. 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所/廣東省蔬菜新技術(shù)研究重點實驗室，廣東 廣州 510640）

【研究意義】菜心（Brassica campestrisL.ssp.chinensisvar.utilisTsen et Lee）又名菜薹、廣東菜薹等，是我國華南特產(chǎn)蔬菜，可周年栽培、且規(guī)模較大。因其菜質(zhì)鮮嫩、香脆甜爽、風(fēng)味獨特、營養(yǎng)豐富等特點，已在全國及港澳、日本、美國、歐洲及東南亞地區(qū)廣泛銷售［1-4］。隨著人民生活水平的提高，品質(zhì)已經(jīng)成為蔬菜產(chǎn)業(yè)競爭力的核心內(nèi)容，營養(yǎng)豐富和風(fēng)味優(yōu)良成為衡量高檔蔬菜的標尺。菜心作為風(fēng)味獨特的地方特色蔬菜，研究其內(nèi)在營養(yǎng)與品質(zhì)至關(guān)重要，但是市售菜心品種繁多，菜心品種在感官及風(fēng)味營養(yǎng)品質(zhì)等方面差異明顯，因此，品質(zhì)鑒定分析在種質(zhì)資源鑒評中起著重要作用。【前人研究進展】宋世威等［5］采用廣東及周邊地區(qū)的商品品種，對不同品種菜心的植株形態(tài)、產(chǎn)量和品質(zhì)等商品性狀進行聚類分析和種質(zhì)資源評價，篩選出油綠501、翠綠80天、東莞80天油青和廣東四九菜心等適合生產(chǎn)的優(yōu)良品種?？扇苄蕴亲鳛橛绊戯L(fēng)味的主要成分，張曉艷等［6］研究不同菜心的糖分代謝規(guī)律，為改善菜薹的品質(zhì)與風(fēng)味提供了理論依據(jù)。原遠等［7］基于主成分分析法（PCA）對23個菜心品種的營養(yǎng)品質(zhì)差異開展研究，為菜心的加工利用及新品種選育提供了理論依據(jù)；利用頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜（HS-SPME-GC-MS）技術(shù)分析5個菜心材料主薹揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組分，檢測出酯、醇、腈和酚等11類114種揮發(fā)物，其中酯類和醇類的相對含量之和最高，為主要揮發(fā)性風(fēng)味類別［8］。史衛(wèi)東等［9］評價27份菜心種質(zhì)資源的表型多樣性，主要從主薹粗度、主薹重量、葉重和單株重等外在表型上進行主成分和聚類分析。因菜心還具有稀釋清除腸道毒素、治療便秘、預(yù)防腸癌、增強身體免疫力等功效，耿安靜等［10］綜述了菜心營養(yǎng)保健價值及深加工開發(fā)研究，為菜心相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)提供參考。鐘玉娟等［11］通過PCA和相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，硝酸鹽的積累與維生素C、還原糖、可溶性固形物和蛋白質(zhì)的積累存在顯著相關(guān)關(guān)系，降低硝酸鹽含量將可以改善蔬菜的營養(yǎng)品質(zhì)?！颈狙芯壳腥朦c】目前，集合主成分分析法和聚類分析法對不同菜心品種營養(yǎng)品質(zhì)及外在感官品質(zhì)的鑒別分析研究鮮見報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究擬通過主成分分析和聚類分析評價菜心營養(yǎng)品質(zhì)及外在感官品質(zhì)的多樣性，以期為種質(zhì)資源鑒定和后期加工利用和新品種選育提供基本材料和信息，具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料共17 個品種，性狀見表1。2018年10 月10 日穴盤育苗，基質(zhì)為農(nóng)業(yè)廢棄物無害化精制基質(zhì)，10 月27 日定植于50 cm×80 cm種植袋內(nèi)，依據(jù)株型大小及成熟期長短，分別設(shè)置10 cm×10 cm、20 cm×10 cm株行距，采用水肥一體化澆水施肥。菜心根據(jù)不同品種性狀判定采收時期，多數(shù)品種生長至齊口花期時采收，采收部位均為第4片葉以上部分。每個品種隨機采收9株，分為3個生物學(xué)重復(fù)，每個重復(fù)3株。

葡萄糖、果糖、蔗糖、維生素C（抗壞血酸）標準樣品均購于 Sigma-Aldrich公司。

1.2 試驗方法

菜心（菜薹）的采收部位為第4片葉以上部分，包括薹莖和薹葉。

1.2.1 硬度測定 參照《水果硬度的測定（NY/T 2009-2011）》方法，用KM-5硬度計于菜薹莖基部表面按壓，測定硬度（kg），測定時硬度計的探頭應(yīng)垂直指向菜薹基部施加壓力直至探頭頂端壓入為止，記錄硬度計上顯示的數(shù)值，可間接反映菜薹質(zhì)地，這一方法可以快速區(qū)分不同菜心品種之間在食用口感上的差異。

表1 供試菜心品種基本性狀Table 1 Basic characters of tested Chinese flowering cabbage varieties

1.2.2 可溶性固形物含量測定 菜心用攪拌機研磨成勻漿狀，取少量勻漿液經(jīng)過濾后利用手持式折光儀測定記錄 °Brix值，參照《水果和蔬菜可溶性固形物含量的測定 折射儀法（NY/T 2637-2014）》方法測定。

1.2.3 干物質(zhì)含量測定 先稱空塑料培養(yǎng)皿質(zhì)量（W1），然后將菜心勻漿液倒入塑料培養(yǎng)皿中再次稱量質(zhì)量（W2），之后用封口膜封存，放入-80℃冰箱進行24 h以上的冷凍處理，最后將經(jīng)冷凍處理的樣品放入冷凍干燥機進行冷凍干燥，干燥后再次測其質(zhì)量（W3），計算干物質(zhì)含量：

1.2.4 糖類及維生素C含量測定 菜心勻漿冷凍干燥后，用研磨機磨成粉末狀并過0.3 mm孔徑篩網(wǎng)，將其裝入樣品儲藏瓶中用封口膜封好，置于-80℃冰箱儲藏，以保持蔬菜品質(zhì)活性。使用高效液相色譜（HPLC）技術(shù)測定糖類和維生素C，儀器設(shè)備為Alliance e2695 HPLC system（Waters，Milford，MA，USA）。其中，糖類含量參照《食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖的測定（GB 5009.8-2016）》方法測定，維生素C含量參照楊文等［12］方法測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 22.0軟件進行統(tǒng)計分析。采用系統(tǒng)聚類法對不同品種菜心的內(nèi)在營養(yǎng)與外在品質(zhì)指標進行聚類分析，以歐氏距離平方作為品種間距離，以組間連接為聚類方法，建立品種聚類分析樹狀圖；采用主成分PCA分析菜心外在與內(nèi)在營養(yǎng)品質(zhì)，通過離差標準化處理提取主成分，計算主成分貢獻率［13-15］。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同菜心品種內(nèi)在營養(yǎng)品質(zhì)和外在品質(zhì)分析

17個菜心品種在合理土肥栽培管理后于商品期采收菜心，利用高效液相色譜等技術(shù)分析各菜心品種在商品采摘期的風(fēng)味營養(yǎng)物質(zhì)含量及硬度，包括維生素C、糖分（果糖、葡萄糖、可溶性糖）、可溶性固形物等，結(jié)果見表2。由表2可知，各品種菜心的維生素C含量從5.88 mg/g波動到12.96 mg/g（以干重計），其中尖葉5011、70天尖葉油青甜菜心、尖葉508含量較高；各品種菜心的含糖量（包括果糖、葡萄糖）差異較大，從34.22 mg/g至227.23 mg/g（以干重計），其中白菜苔、連州尖葉遲菜心、遲尖葉菜心-1含量較高；可溶性固形物含量在2.3～4.7 °Brix之間；干物質(zhì)含量從5.09%波動到9.74%。各品種菜心的硬度差異也較大，介于1.7～3.0 kg，在2.3 kg以下相對較脆嫩。

2.2 菜心品質(zhì)主成分分析

采用主成分分析法對17個菜心品種的維生素C、果糖、葡萄糖、可溶性固形物、干物質(zhì)含量以及硬度等內(nèi)在營養(yǎng)品質(zhì)和外在品質(zhì)進行分析，結(jié)果（表3）表明，前2個主成分的特征值較大，累計方差貢獻率達81.59%，已能綜合菜心品質(zhì)的大部分信息，連續(xù)斜率較大。因此，選取前2個主成分作為供試菜心的主成分進行下一步分析。

由圖1可知，第一主成分（PC1）主要綜合了可溶性糖和可溶性固形物含量信息，即在PC1坐標正向數(shù)值越大，可溶性糖和可溶性固形物含量越高，反映的是甜度信息，命名為甜度因子；第二主成分（PC2）主要綜合了硬度程度信息，命名為質(zhì)地因子，在PC2的正向坐標上數(shù)值越大，側(cè)面反映可能纖維過多，口感不好。

表2 不同菜心品種的內(nèi)在營養(yǎng)品質(zhì)和外在品質(zhì)比較Table 2 Nutritional qualities and external traits of different Chinese flowering cabbage varieties

表3 不同菜心品種品質(zhì)主成分的總方差貢獻率Table 3 Total variance contribution rate of quality principal component among different Chinese flowering cabbage varieties

圖1 菜心品質(zhì)主成分的載荷矩陣Fig. 1 Loading matrix of quality principal components of Chinese flowering cabbages

從對PC1和PC2的主成分分析得分結(jié)果（圖2）可以看出，編號9、編號17的品種（連州尖葉遲菜心、白菜苔）落在PC1和PC2的正向區(qū)間，說明這兩個菜心品種的甜度和硬度較高，其中編號品種17的甜度格外高，比其他品種風(fēng)味更濃，但粗纖維含量也偏高，會對口感產(chǎn)生一定影響；編號11、13、14、15、16的品種（黑葉葵扇白菜、遲尖葉菜心-1、遲尖葉菜心-4、翠綠80天、尖葉701）依次落在PC1與PC2的第四區(qū)間，說明其糖含量較高、質(zhì)地較軟；編號為1、2、3、4和5的品種（尖葉70天、尖葉5011、70天尖葉油青甜菜心、80天尖葉油青甜菜心和尖葉508）分布在PC1與PC2的第二區(qū)間，說明其甜度較小、硬度高；編號為6、7、8、10和12的品種（45天菜心、C8、70天尖葉、開平水口白菜和廣府好味）分布在PC1與PC2的第三區(qū)間，說明其甜度較小、質(zhì)地較軟。

圖2 不同菜心品種主成分分析的PC1與PC2得分Fig. 2 Scores of PC1 and PC2 for principal component analysis on different Chinese flowering cabbage varieties

圖3 菜心品種的聚類分析圖Fig. 3 HCA（hierarchical cluster analysis）dendrogram of Chinese flowering cabbages varieties

2.3 菜心的聚類分析

從聚類分析結(jié)果可知，在類間距離=1時，17個品種可分為3個類群（圖3）。第一大類包括10個品種，均為甜度偏低品種，其中又分出兩個亞類：第一亞類群有5個品種，編號分別為1、2、3、4和5（尖葉70天、尖葉5011、70天尖葉油青甜菜心、80天尖葉油青甜菜心和尖葉508），此亞類硬度高；第二亞類群有5個品種，編號分別為6、7、8、10和12（45天菜心、C8、70天尖葉、開平水口白菜和廣府好味），此亞類硬度低，這與主成分分析圖中的區(qū)間位置結(jié)果一致。第二大類包括6個品種，編號為9、11、13、14、15和16（連州尖葉遲菜心、黑葉葵扇白菜、遲尖葉菜心-1、遲尖葉菜心-4、翠綠80天、尖葉701），這些品種的甜度都較好，其中編號9（連州尖葉遲菜心）的硬度要高于其他5個品種。第三大類只有編號17（白菜苔）一個品種，該品種甜度最高，且質(zhì)地稍硬，纖維含量可能較高。

2.4 菜心品質(zhì)指標間的相關(guān)性分析

菜心內(nèi)在營養(yǎng)品質(zhì)和外在品質(zhì)的相關(guān)性分析結(jié)果（表4）表明，可溶性糖含量和可溶性固形物含量之間存在極顯著正相關(guān)性（0.729**），且可溶性糖含量分別與兩種糖組分（果糖、葡萄糖）存在極顯著正相關(guān)性（0.992**、0.982**），與干物質(zhì)含量存在顯著正相關(guān)性（0.542*）。但是，可溶性糖含量和葡萄糖含量兩者與維生素C含量之間均存在極顯著負相關(guān)性（-0.611**、-0.660**），而外在感官品質(zhì)硬度與內(nèi)在營養(yǎng)品質(zhì)之間相關(guān)性沒有達到顯著水平。

表4 菜心內(nèi)在營養(yǎng)品質(zhì)和外在品質(zhì)的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of inner nutritional quality and external trait of Chinese flowering cabbage

3 討論

蔬菜品質(zhì)分為感觀品質(zhì)、風(fēng)味品質(zhì)和功能營養(yǎng)品質(zhì)，在農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革新形勢的新需求下，在外在品質(zhì)優(yōu)異的前提下，加強對內(nèi)在營養(yǎng)品質(zhì)的研究至關(guān)重要。菜心作為我國重要的特產(chǎn)蔬菜，質(zhì)地爽脆，清甜可口，深受消費者的歡迎，因此，研究其內(nèi)在和外在品質(zhì)性狀，發(fā)掘關(guān)乎品質(zhì)的主成分因子至關(guān)重要。

甜度主要由可溶性糖組分的種類及其含量共同決定，蔬菜中影響口感和甜度的糖主要是單糖和二糖（如果糖、葡萄糖、蔗糖等）。蔬菜中不同可溶性糖組分的甜度是不一致的，果糖甜度最大，葡萄糖甜度最小，但是葡萄糖的口感最佳，因此，蔬菜中果糖和葡萄糖影響蔬菜甜度及口感［16］。菜心主要的可溶性糖組分是果糖和葡萄糖，且糖組分及可溶性固形物之間顯著相關(guān)。前人關(guān)于其他作物中可溶性糖組分含量遺傳學(xué)分析表明，控制可溶性糖組分（如果糖、葡萄糖、蔗糖及山梨醇含量）的數(shù)量性狀位點（QTL）通常是共定位的，這可能是由于基因的多效性及可溶性糖組分之間的顯著相關(guān)性導(dǎo)致［17-18］，這為下一步菜心糖代謝機制的研究提供了重要參考。

風(fēng)味營養(yǎng)是人民挑選蔬菜的標尺，本研究對不同菜心品種的糖成分及含量進行對比分析發(fā)現(xiàn)，白菜苔、連州尖葉遲菜心、遲尖葉菜心-1和遲尖葉菜心-4等4個品種不僅含糖量高，干物質(zhì)含量也較高，含糖量分別為22.13、12.06、11.15、11.36 mg/g（以鮮重計），顯著高于其他品種，是鮮食口感清甜優(yōu)質(zhì)品種。

維生素C作為植物體內(nèi)的抗氧化劑之一，在清除體內(nèi)自由基和活性氧方面起著重要作用，具有較高的氧化活性，對人體健康具有較高的功能療效，可以預(yù)防多種慢性疾病［19-21］。本試驗對不同菜心品種品質(zhì)進行評估，在清甜的基礎(chǔ)上，結(jié)合維生素C含量、干物質(zhì)含量可知，白菜苔、連州尖葉遲菜心、遲尖葉菜心-1和遲尖葉菜心-4等4個品種的維生素C含量分別為0.73、0.92、0.80、0.73 mg/g（以鮮重計），其中連州尖葉遲菜心的維生素C含量最高。

菜心的硬度主要用來衡量菜薹表皮層纖維素含量，由于菜心的粗纖維主要來源于薹的表皮層，且其基部纖維最多，該部位的粗纖維含量直接影響菜心的口感，因此，利用硬度測定方法可以快速反映其粗纖維含量，本研究發(fā)現(xiàn)菜心薹基部的表面硬度存在差異，從1.7到3.0 kg，這或許可以解釋不同品種菜心的口感差異，有的品種粗纖維多、口感不佳，其硬度可能大，有的口感嫩、硬度相對較小。由PC1和PC2的主成分分析得分結(jié)果可知，連州尖葉遲菜心和白菜苔的甜度和硬度較高，尤其是連州尖葉遲菜心的硬度最高，可是基于真實的食用口感，此菜心硬度并不高，質(zhì)地細嫩柔軟，這可能與試驗的取材部位有關(guān)，因為連州尖葉遲菜心的株型完全不同于其他品種，一般株體高50～70 cm、直徑2～3 cm，可食用部分主要是花薹、高25～30 cm。本試驗取材部位均為靠近基部的位置，對連州尖葉遲菜心來說，取材位置偏低，粗纖維較多，硬度稍大，因此其與真實口感有所差異，但不影響質(zhì)地這一主成分作為標尺的作用。

本試驗還發(fā)現(xiàn)，外在感官品質(zhì)硬度與內(nèi)在營養(yǎng)品質(zhì)之間相關(guān)性沒有達到顯著水平，基于此在選育優(yōu)異品種時，要綜合考慮甜度因子（可溶性糖和可溶性固形物含量）和質(zhì)地因子這兩個主成分因子，選取適宜品種加工或鮮食的新品種。

4 結(jié)論

本研究著重比較不同品種菜心的品質(zhì)，利用主成分分析法及聚類分析法對17個品種進行歸類，主成分分析結(jié)果表明，17個菜心品種的絕大部分品質(zhì)信息可由甜度因子和質(zhì)地因子兩個主成分表示。白菜苔、連州尖葉遲菜心、遲尖葉菜心-1和遲尖葉菜心-4的甜度較高，且遲尖葉菜心-1和遲尖葉菜心-4的質(zhì)地細嫩，白菜苔和連州尖葉遲菜心的維生素C含量較高。本研究主成分分析法及聚類分析法分類結(jié)果基本一致，為下一步品種加工利用和新品種選育提供基本材料和信息，意義重大。