趙玉紅,孫 濤,朱柯鈺,張 琪,高子星,胡曉輝,3
(1 西北農(nóng)林科技大學(xué) 園藝學(xué)院,陜西 楊凌712100;2 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北設(shè)施園藝工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 楊凌712100;3 陜西省設(shè)施農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心,陜西 楊凌712100)
陜北設(shè)施農(nóng)業(yè)地區(qū)的水資源承載能力低,水質(zhì)硬度高[1]。近年來(lái),隨著陜北地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,土壤連作障礙、土傳病害、土壤鹽漬化等問(wèn)題日益嚴(yán)重,設(shè)施蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)不斷下降[2],大大限制了該地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展,因此改變蔬菜的種植模式刻不容緩[3]。基質(zhì)栽培能夠使植物擺脫對(duì)土壤的依賴(lài),較土壤栽培具有增產(chǎn)提質(zhì)的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)可以克服土壤連作障礙,減少土傳病害,節(jié)水節(jié)肥[4-8],是適合陜北地區(qū)推廣的種植模式。
櫻桃番茄(LycopersiconesculentumMill.)是一種高檔的蔬菜水果,其香味獨(dú)特,色彩鮮艷,酸甜可口,含豐富的番茄紅素、維生素C和礦物質(zhì),具有防癌、抗衰老的保健作用,受到廣大消費(fèi)者的喜愛(ài)[9-12]。目前適合陜北地區(qū)栽培的優(yōu)良櫻桃番茄品種較少,且適合基質(zhì)栽培的品種更為缺乏,限制了基質(zhì)栽培模式優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。引進(jìn)優(yōu)良的櫻桃番茄品種不但可以提高產(chǎn)量,而且還可以滿(mǎn)足消費(fèi)者對(duì)高品質(zhì)櫻桃番茄的需求[13],對(duì)促進(jìn)設(shè)施櫻桃番茄增產(chǎn)、提質(zhì)具有重要意義。
本研究以15個(gè)櫻桃番茄品種為試材,在延安進(jìn)行基質(zhì)栽培試驗(yàn),利用主成分分析法和模糊隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)法對(duì)其產(chǎn)量和品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),以期篩選出適合陜北地區(qū)基質(zhì)栽培的高品質(zhì)櫻桃番茄品種。
15個(gè)供試櫻桃番茄品種分別為夏日陽(yáng)光(山東壽佳種業(yè))、黃金貝(北京瑞盛元國(guó)際種業(yè))、甜禧(北京瑞盛元國(guó)際種業(yè))、浙櫻粉1號(hào)(浙江勿忘農(nóng)種業(yè))、黃珍珠(山東宏偉種業(yè))、粉貝貝(山東北蔬農(nóng)業(yè))、紫貝貝(山東宏偉種業(yè))、千禧(山東壽佳種業(yè))、粉佳人(山東金鵬種業(yè))、粉水晶(山東金鵬種業(yè))、串紅(山東金鵬種業(yè))、金珠(山東問(wèn)天種業(yè))、黑珍珠(山東問(wèn)天種業(yè))、紅珍珠(山東金鵬種業(yè))、紅玉(山東問(wèn)天種業(yè)),其中粉貝貝為延安當(dāng)?shù)刂髟云贩N。
本試驗(yàn)于2020年2-7月在西北農(nóng)林科技大學(xué)延安蔬菜試驗(yàn)示范站(北緯36°87′,東經(jīng)109°32′,海拔1 009.23 m)下沉式日光溫室(長(zhǎng)110 m,寬12 m,下沉深度1 m)內(nèi)進(jìn)行。供試櫻桃番茄采用基質(zhì)袋栽培,基質(zhì)袋大小為80 cm×20 cm×16 cm,每袋定植2株。于2020-02-22選取生長(zhǎng)勢(shì)一致的各品種櫻桃番茄幼苗定植于基質(zhì)袋中,株行距35 cm×40 cm,采用水肥一體化智能灌溉系統(tǒng)供應(yīng)肥水,各品種管理方式相同,九穗果采收后拉秧。
1.3.1 產(chǎn) 量 果實(shí)進(jìn)入成熟期后,每個(gè)品種選取6株,將每次采摘的果實(shí)用電子天平(YP,上海衡際科技儀器有限公司,精度0.001 g)稱(chēng)質(zhì)量,最后統(tǒng)計(jì)單株產(chǎn)量。
1.3.2 果實(shí)品質(zhì) 果實(shí)成熟期在植株相同的部位取30個(gè)果實(shí),用于各品種果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定。果實(shí)縱徑(果實(shí)最粗處的直徑)用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量,橫徑(果基到果頂?shù)拈L(zhǎng)度)用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量,果形指數(shù)為果實(shí)縱徑與橫徑之比,硬度用數(shù)顯果實(shí)硬度計(jì)(FHM-5日本)測(cè)定??扇苄怨绦挝锖亢吞撬岜炔捎锰撬嵋惑w機(jī)(PLA-BX/ACID日本)測(cè)定,可溶性總糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定[14],還原糖含量采用3,5-二硝基水楊酸(DNS)法測(cè)定[14],維生素C含量采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定[14],番茄紅素含量采用分光光度法測(cè)定[14],可滴定酸含量采用氫氧化鈉滴定法測(cè)定[14]。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”表示,采用單因素(one-way ANOVA)和Duncan’s 法(P<0.05)進(jìn)行方差分析和多重比較,各指標(biāo)間的相關(guān)性采用 Pearson 相關(guān)系數(shù)進(jìn)行分析,采用SPSS 20軟件進(jìn)行主成分分析,用Microsoft Excel 2007繪圖。
變異系數(shù)的計(jì)算公式如下:
CV=SD/AVG×100%。
(1)
式中:CV代表變異系數(shù),SD代表標(biāo)準(zhǔn)差,AVG代表平均值。
模糊隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)法的計(jì)算,參照李美娟等[15]改進(jìn)的歸一化方法,對(duì)15個(gè)櫻桃番茄品種的13個(gè)指標(biāo)構(gòu)成的決策矩陣X=(x)m×n進(jìn)行歸一化處理。先將負(fù)向指標(biāo)(可滴定酸)轉(zhuǎn)化為正向指標(biāo),公式如下:
Xij′=maxXij-Xij+minXij(1≤i≤n)。
(2)
各項(xiàng)指標(biāo)按式(3)進(jìn)行歸一化處理,得到新的決策矩陣Y=(y)m×n。
(3)
正向指標(biāo)隸屬函數(shù)值計(jì)算公式如下:
Xij(u)=(Xij′-minXij′)/(maxXij′-minXij′)。
(4)
平均隸屬度值計(jì)算公式如下:
Xi(u)=[∑Xij(u)/n]。
(5)
式中:Xij′為第i個(gè)品種第j個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化后的正向指標(biāo)值;Xij為第i個(gè)品種的第j個(gè)測(cè)定值;minXij為第i個(gè)品種第j個(gè)指標(biāo)的最小值;maxXij為第i個(gè)品種第j個(gè)指標(biāo)的最大值;minXij′為第i個(gè)品種第j個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化后正向指標(biāo)的最小值;maxXij′為第i個(gè)品種第j個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化后正向指標(biāo)的最大值;∑Xij(u)表示第i個(gè)品種第j個(gè)指標(biāo)的累加隸屬函數(shù)值;m表示櫻桃番茄品種數(shù),n表示指標(biāo)數(shù),本試驗(yàn)中m=15,n=13。
不同品種櫻桃番茄外觀品質(zhì)和產(chǎn)量如表1所示。
表1 不同品種櫻桃番茄外觀品質(zhì)和產(chǎn)量的比較Table 1 Comparison of appearance quality and yield of different cherry tomato cultivars
表1(續(xù)) Continued table 1
由表1可知,櫻桃番茄品種間各外觀品質(zhì)和產(chǎn)量指標(biāo)差異顯著,單果質(zhì)量、縱徑、橫徑、硬度、果形指數(shù)、單株產(chǎn)量的變異系數(shù)分別為45.59%,13.60%,15.98%,23.47%,18.02%和35.91%。單果質(zhì)量最大的是串紅(37.63 g),其次是粉水晶(25.57 g)、粉貝貝(21.94 g)、紫貝貝(19.32 g),最小的是夏日陽(yáng)光(7.43 g)。果實(shí)縱徑最大的品種是紅玉(36.38 mm),最小的是夏日陽(yáng)光(22.65 mm)。果實(shí)橫徑最大的品種是串紅(41.62 mm),最小的是夏日陽(yáng)光(24.13 mm)。果實(shí)硬度最大的品種是紫貝貝(24.70 kg/cm2),最小的是黑珍珠(9.90 kg/cm2)。單株產(chǎn)量最高的是粉貝貝(3.61 kg),最低的是浙櫻粉1號(hào)(1.21 kg)。
不同品種櫻桃番茄營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)如表2所示。
表2 不同品種櫻桃番茄營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的比較Table 2 Nutritional quality comparison of different cherry tomato cultivars
由表2可以看出,不同品種櫻桃番茄之間營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)均存在顯著差異,可滴定酸、番茄紅素、可溶性總糖、還原糖、維生素C、可溶性固形物含量及糖酸比的變異系數(shù)分別為24.54%,54.15%,25.02%,30.29%,39.95%,17.63%和17.93%??傻味ㄋ岷孔罡叩氖屈S珍珠(4.55%),含量較高的品種有紫貝貝(4.22%)、粉水晶(4.11%)、黑珍珠(4.05%),含量最低的是黃金貝(1.91%)。番茄紅素含量最高的是紅玉(38.43 mg/hg),含量較高的有浙櫻粉1號(hào)(35.35 mg/hg)、紫貝貝(33.28 mg/hg)、串紅(28.02 mg/hg)等品種,含量最低的品種是夏日陽(yáng)光(0.61 mg/hg)。可溶性總糖含量最高的品種是浙櫻粉1號(hào)(5.67%),含量比較高的品種有黃金貝(4.83%)、黃珍珠(4.80%)、金珠(4.77%)等,含量最低的品種是紅珍珠(1.82%)。還原糖含量最高的品種是浙櫻粉1號(hào)(3.90%),含量比較高的品種有黃金貝(3.15%)、黑珍珠(2.92%)、粉貝貝(2.91%)等,含量最低的品種是紅珍珠(1.75%)。維生素C含量最高的品種是紫貝貝(1.32 mg/hg),含量比較高的有粉佳人(0.86 mg/hg)、粉水晶(0.76 mg/hg)、串紅(0.75 mg/hg)等品種,含量最低的品種是黃金貝(0.24 mg/hg)??扇苄怨绦挝锖孔罡叩钠贩N是浙櫻粉1號(hào)(9.87%),含量較高的有黃珍珠(9.03%)、黃金貝(8.67%)、粉佳人(8.63%)等品種,含量最低的品種是紅珍珠(5.20%)。糖酸比最高的品種是粉佳人(19.93),較高的品種有紅玉(19.40)、浙櫻粉1號(hào)(17.97)、黃金貝(17.23)等,糖酸比最低的品種是粉水晶(11.53)。
如表3所示,可溶性固形物含量與可溶性總糖、還原糖含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),與果實(shí)縱徑、橫徑呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01);維生素C含量與番茄紅素、可滴定酸含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01);可滴定酸含量與糖酸比、果實(shí)縱徑、果形指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01);單果質(zhì)量與果實(shí)硬度呈顯著正相關(guān)(P<0.05),與可溶性固形物含量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),與糖酸比呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01);單株產(chǎn)量與可滴定酸含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。直接利用這些指標(biāo)提供的信息來(lái)評(píng)價(jià)櫻桃番茄的綜合品質(zhì),很容易導(dǎo)致信息的重疊,進(jìn)而影響評(píng)價(jià)結(jié)果[16];而利用單個(gè)指標(biāo)無(wú)法得出櫻桃番茄綜合品質(zhì)的優(yōu)劣,因此應(yīng)綜合各品質(zhì)和產(chǎn)量指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。
表3 櫻桃番茄各指標(biāo)間的Pearson相關(guān)性分析Table 3 Pearson correlation analysis on various indexes of cherry tomato
對(duì)15個(gè)櫻桃番茄品種的13個(gè)產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析。以特征值大于1的原則提取主成分,共提取4個(gè)主成分,其累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)83.408%,保留了大部分的原始信息。主成分的相關(guān)矩陣特征值及方差貢獻(xiàn)率見(jiàn)表4,各品種指標(biāo)的主成分載荷矩陣見(jiàn)表5。
表4 櫻桃番茄各指標(biāo)的主成分分析Table 4 Principal component analysis on various indexes of cherry tomato
表5 櫻桃番茄各指標(biāo)的主成分載荷矩陣Table 5 Principal component load matrix of various indexes of cherry tomato
由表4和表5可知,第1主成分方差貢獻(xiàn)率達(dá)34.703%,由單果質(zhì)量、單株產(chǎn)量、橫徑?jīng)Q定,主要包含了櫻桃番茄的單果質(zhì)量及產(chǎn)量信息,可命名為產(chǎn)量因子。第2主成分方差貢獻(xiàn)率達(dá)23.337%,主要由果實(shí)縱徑、果形指數(shù)決定,該主成分決定著櫻桃番茄的形狀,可命名為果形因子。第3主成分方差貢獻(xiàn)率達(dá)17.423%,主要由維生素C和番茄紅素含量決定,可命名為營(yíng)養(yǎng)因子。第4主成分方差貢獻(xiàn)率達(dá)7.945%,主要由可滴定酸含量決定,可命名為口感因子。
依據(jù)林海明等[17]的方法, 以橫徑(X1)、單果質(zhì)量(X2)、單株產(chǎn)量(X3)、可溶性固形物含量(X4)、糖酸比(X5)、還原糖含量(X6)、縱徑(X7)、可滴定酸含量(X8)、果形指數(shù)(X9)、維生素C含量(X10)、番茄紅素含量(X11)、硬度(X12)、可溶性總糖含量(X13)13個(gè)指標(biāo)建立4個(gè)線(xiàn)性表達(dá)式,各主成分的表達(dá)式如下:
Y1=0.443X1+0.426X2+0.385X3-0.320X4-0.318X5-0.291X6+0.085X7+0.131X8-0.282X9+0.111X10+0.108X11+
0.115X12-0.214X13;
圖6顯示,總出成除在只重為5.10×500g時(shí)略有反彈外,總體呈下降趨勢(shì),由最高點(diǎn)88.26%一直下降到87.99%,前后出成相差0.27%。毛雞只重對(duì)產(chǎn)品總出成的影響很大,合理控制上游養(yǎng)殖端毛雞只重對(duì)企業(yè)在每日的數(shù)據(jù)分析中起到一定的理論指導(dǎo)作用。
(6)
Y2=0.022X1+0.095X2-0.111X3-0.270X4+0.338X5-0.184X6+0.495X7-0.459X8+0.393X9-0.016X10+0.294X11+
0.129X12-0.208X13;
(7)
Y3=0.122X1+0.129X2+0.058X3+0.324X4+0.120X5+0.344X6+0.100X7+0.108X8-0.021X9+0.484X10+0.446X11+
0.413X12+0.317X13;
(8)
Y4=-0.185X1-0.202X2+0.059X3-
0.048X4-0.190X5-0.030X6+0.240X7+0.411X8+0.345X9+0.560X10+
0.016X11-0.370X12-0.293X13;
(9)
(10)
根據(jù)式(6)~(9)計(jì)算每一個(gè)主成分的得分,根據(jù)式(10)計(jì)算每個(gè)櫻桃番茄品種的綜合得分。由于各主成分的因子在因子得分中的方差貢獻(xiàn)率不同,因此以各主成分的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重,構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)體系(式10)。由表6可知,綜合得分排名前5的櫻桃番茄品種為黃金貝(0.662)、浙櫻粉1號(hào)(0.526)、紅玉(0.483)、粉貝貝(0.374)、粉佳人(0.334),綜合得分比較靠后的櫻桃番茄品種為千禧(-0.592)、夏日陽(yáng)光(-0.453)、紅珍珠(-0.391)。
表6 不同品種櫻桃番茄各主成分得分及排名Table 6 Principal component scores and ranking of different cherry tomatoes cultivars
分別對(duì)15個(gè)櫻桃番茄品種的13個(gè)指標(biāo)進(jìn)行模糊隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià),各指標(biāo)隸屬函數(shù)值及排名如表7所示,排名在前5的櫻桃番茄品種有紅玉(0.638)、粉佳人(0.587)、紫貝貝(0.551)、浙櫻粉1號(hào)(0.539)、黃金貝(0.504)。而夏日陽(yáng)光、黑珍珠、黃珍珠這3個(gè)品種排名靠后,其隸屬函數(shù)值分別為0.245,0.335和0.361。
表7 不同品種櫻桃番茄各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值及排名Table 7 The index membership function value and ranking of different cherry tomato cultivars
表7(續(xù)) Continued table 7
高品質(zhì)的櫻桃番茄應(yīng)具備良好的外觀品質(zhì)(單果質(zhì)量、果實(shí)形狀、果實(shí)硬度等)和內(nèi)在品質(zhì)(可溶性固形物、可溶性糖、維生素C、可滴定酸含量等)。張向梅等[18]指出,果實(shí)大小對(duì)番茄品質(zhì)有一定影響,本試驗(yàn)中浙櫻粉1號(hào)單果質(zhì)量較小,可溶性固形物和可溶性總糖含量最高,而串紅單果質(zhì)量最大,可溶性固形物和可溶性總糖含量很低。劉維俠等[19]通過(guò)分析比較315份番茄的果實(shí)品質(zhì)發(fā)現(xiàn),小果形的番茄含糖量要高于大果形的番茄。表明櫻桃番茄的果實(shí)大小與風(fēng)味因子之間存在一定的關(guān)系,可通過(guò)控制果實(shí)的大小來(lái)控制其品質(zhì)[20]。本試驗(yàn)中櫻桃番茄的縱徑、橫徑與可溶性固形物含量均呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01),與可溶性總糖含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05),這與薛俊等[21]的研究結(jié)果一致。梁梅等[22]也指出果形指數(shù)是影響番茄可溶性總糖含量的主要因素。
番茄果實(shí)最佳風(fēng)味的形成需要較高的糖度和相對(duì)較高的酸度,糖度、酸度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)降低番茄品質(zhì)[23]。本試驗(yàn)中,還原糖含量與糖酸比呈顯著正相關(guān)(P<0.05),說(shuō)明還原糖、總酸含量是構(gòu)成糖酸比的重要品質(zhì)指標(biāo),這與楊玉珍等[24]的研究結(jié)果一致。番茄紅素是番茄營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo),對(duì)人體健康有益,番茄紅素和可溶性固形物含量是評(píng)價(jià)櫻桃番茄品質(zhì)的重要指標(biāo)[25]。本試驗(yàn)中紅玉的番茄紅素含量最高,黃果番茄黃金貝、黃珍珠、金珠、夏日陽(yáng)光較紅果番茄的番茄紅素含量低,原因是黃果番茄中番茄紅素所占比例很小[26],這與曲瑞芳等[27]的研究結(jié)果一致。程遠(yuǎn)等[20]分析比較了8個(gè)櫻桃番茄品種的品質(zhì),其中浙櫻粉1號(hào)的可溶性固形物、可溶性總糖、有機(jī)酸含量較高,這與本試驗(yàn)結(jié)果一致,但其糖酸比處于較低水平,而本試驗(yàn)中浙櫻粉1號(hào)的糖酸比處于較高水平,可能是基質(zhì)栽培促進(jìn)了櫻桃番茄對(duì)水肥的吸收,提高了水肥利用率,利于果實(shí)中可溶性總糖的積累,進(jìn)而提高了糖酸比。
單果質(zhì)量 、縱徑、橫徑、果形指數(shù)及糖酸比、維生素C、番茄紅素、可溶性固形物、可溶性總糖、還原糖、可滴定酸含量等是評(píng)價(jià)櫻桃番茄綜合品質(zhì)的重要指標(biāo)。目前,國(guó)內(nèi)外建立的多目標(biāo)綜合評(píng)價(jià)分析方法很多,在農(nóng)業(yè)方面應(yīng)用較多的有層次分析法、主成分分析法(PCA)、模糊隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)法、灰色關(guān)聯(lián)度分析法等[28-29]。各評(píng)價(jià)方法對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果不同,這是由于評(píng)價(jià)方法本身的特點(diǎn)決定的[13,25,30]。高子星等[31]采用層次分析法對(duì)18個(gè)大果番茄的品質(zhì)進(jìn)行綜合分析,結(jié)果表明適合青海樂(lè)都等高寒地區(qū)栽培的品種為德賽圣帝和德賽裕寶。張靜等[32]對(duì)60個(gè)櫻桃番茄品種的品質(zhì)進(jìn)行主成分分析,將12個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)換成5個(gè)主成分因子,累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到80.234%。王曉靜等[33]根據(jù)果形因子、風(fēng)味因子、硬度因子和營(yíng)養(yǎng)因子對(duì)18份番茄種質(zhì)資源進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。由于各個(gè)指標(biāo)之間存在相關(guān)性,本試驗(yàn)采用主成分分析法將15個(gè)櫻桃番茄品種的13個(gè)指標(biāo)通過(guò)降維簡(jiǎn)化成4個(gè)主成分因子,累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到83.408%,保留了原始數(shù)據(jù)的大部分信息。通過(guò)因子分析,確定影響櫻桃番茄綜合性狀的因子依次為產(chǎn)量因子、果形因子、營(yíng)養(yǎng)因子和口感因子,對(duì)各因子綜合得分進(jìn)行排序,排名前5的櫻桃番茄品種有黃金貝、浙櫻粉1號(hào)、紅玉、粉貝貝、粉佳人。對(duì)15個(gè)櫻桃番茄品種的13個(gè)指標(biāo)進(jìn)行模糊隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià),綜合品質(zhì)排名前5的品種有紅玉、粉佳人、紫貝貝、浙櫻粉1號(hào)、黃金貝。2種評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致,主成分分析中粉貝貝可溶性總糖和還原糖含量較高,模糊隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)中紫貝貝維生素C和可滴定酸含量較高,可根據(jù)當(dāng)?shù)叵M(fèi)者需求來(lái)選擇相應(yīng)品種。