加工番茄農藝性狀的主成分分析與綜合評價

楊 進， 嚴海歐, 張 東， 高世華， 馬慧敏

(1.內蒙古農業大學職業技術學院， 內蒙古 包頭 014109；2.內蒙古農業大學園藝與植物保護學院， 呼和浩特 010011)

番茄屬于茄科(Solanaceae)茄屬(Solanum)草本植物，原產于中美洲和南美洲。加工番茄(Processing Tomato)是番茄按用途分類中的一類[1-2]，是一種用于作番茄汁、粉、醬和番茄紅素等制品的果蔬類果實，植株矮化自封頂，分枝多，果實大多為橢圓形且小，果皮厚，耐貯藏運輸[3]。近幾十年對加工番茄的發展和研究，我國已成為世界第一番茄制品出口國，與美國加州、地中海并列為世界三大番茄醬產區[4]。目前，內蒙古自治區的栽植品種主要以引進新疆(屯河系列、新番4號等)及國外的品種(里格爾87-5、98-1)為主，但適用于內蒙古地區栽培品種單一。通過對現有加工番茄品種的分析，篩選出針對本地區加工番茄的優質品種，為加工番茄生產提高經濟效益具有深遠意義。為此，本試驗統計了不同加工番茄品種的11項農藝性狀，采用主成分分析和隸屬函數法相結合的分析方法，研究了加工番茄的主要農藝性狀及綜合表現。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2017年在包頭市土右旗內蒙古農業大學園藝園林實訓基地進行，試驗地肥力中等、均勻。

1.2 試驗材料

供試的11份加工番茄材料均由內蒙古包頭農科院(尚春明研究員)提供。11份品種名稱(田間代號)分別為：Y-8號(JT 1)、S-28(JT 2)、S-33(JT 3)、I-1305(JT 4)、I-3116(JT 5)、I-3155(JT 6)、I-3302(JT 7)、I-5248(JT 8)、I-5525(JT 9)、97-1(JT 10)、97-4(JT 11)。

1.3 試驗方法

試驗于2018年在內蒙古農業大學園藝園林實訓基地進行。2018年4月30日露地穴盤育苗(72穴，蔬菜育苗基質)，5月6日出苗， 5月31日定植，7月24日始收，8月21日末收。

采用隨機區組設計，重復3次，試驗區周圍設保護行，小區形狀采用長方形，小區長4.4 m、寬1.0 m，每小區種植3行，株距44.5 cm，每行10株，共30株。每15天測量1次數據。

1.4 項目測定

從苗期開始進行數據測定，所測指標有：成熟期(8月10日)株高、莖粗；單株結果數；單株果穗數；平均單果重；心室個數；縱橫比；果實硬度；果實糖度；果實耐壓力以及果肉厚度。

應用隸屬函數法[5]評價11個不同加工番茄品種的綜合性狀，以平均隸屬函數值對不同加工番茄農藝性狀進行綜合評價,計算公式如下:

式中,Xij為i品種j指標的測定值；Xjmax為各品種j指標的最大測定值；Xjmin為各品種j指標的最小測定值。

1.5 數據分析

采用Excel軟件進行作圖，差異顯著性測定利用Duncan新復極差法進行，主成分分析法采用SPSS 17.0軟件分析。

2 結果與分析

2.1 不同加工番茄品種植株性狀

不同加工番茄成熟期株高和莖粗差異顯著，成熟期JT 3的株高比其他品種高；J 4的莖粗明顯大于其他品種(圖1)。不同加工番茄成熟期結果數差異顯著，JT 5的平均結果數顯著高于其他品種，平均結果數達18.8個；JT 8的平均結果數次之(圖2)。JT 8的平均單株果穗數顯著高于其他品種，單株果穗數為17(圖3)。

圖2 不同加工番茄品種平均結果數 圖3不同加工番茄品種平均單株果穗數

注:不同小寫字母表示處理間在0.05水平差異顯著。下同。

2.2 不同加工番茄品種的果實性狀

不同加工番茄品種平均單果重之間存在顯著差異，JT 3和JT 5的平均單果重明顯大于其他品種，JT 3的單果重最大，為108.68 g(圖4)。不同品種的果實縱橫比在1.2～1.5之間，JT 4的平均縱橫比最高(圖5)。JT 9、JT 10平均心室個數最多且相同，都為3個；JT 4、JT 6、JT 11 的平均心室個數相同，均為2.8。其余品種之間差異不顯著(圖6)。JT 6、JT 8、JT 10果實硬度差異不明顯，其中JT 4平均果實硬度大于其他品種(圖7)。JT 4、JT 7、JT 8及JT 11果實糖度差距不大，其中JT 4和JT 8果實糖度相等，經過統計對比發現，JT 11的平均果實糖度含量最高(圖8)。JT 5的平均耐壓力明顯高于其他品種(圖9)。JT 5、JT 6、JT 9之間果肉厚度差距不明顯，其中JT 5和JT 6平均果肉厚度相等，而JT 1的果肉厚度最厚(圖10)。

圖4 不同加工番茄品種平均單果重 圖5不同加工番茄品種平均縱橫比

圖6 不同加工番茄品種平均心室個數 圖7不同加工番茄品種平均果實硬度

圖8 不同加工番茄品種平均果實糖度 圖9不同加工番茄品種平均耐壓力

圖10 不同加工番茄品種平均果肉厚度

2.3 不同加工番茄品種農藝性狀主成分分析

主成分的特征和貢獻率是選擇主成分的依據，將加工番茄材料的11個農藝性狀指標轉化為11個主成分，由表 1 可以看出，前5個主成分的累積貢獻率為90.329% ，表明前5個主成分已經把11份加工番茄農藝性狀90.329%的信息反映了出來。因此，可以選取前 5 個主成分作為11份加工番茄農藝性狀評價的綜合指標， 即結果數、果肉厚度、果實硬度、莖粗、果實糖度。第一主成分的貢獻率最大，為26.784%，其中以結果數和單株果穗數的向量值較大，稱之為結果量選擇因子；第二主成分的貢獻率為22.933%，以果肉厚度和單果重的向量值較大，稱之為果實形狀選擇因子；第三主成分的貢獻率為17.199%，以果實硬度的向量值較大，稱之為果實硬度選擇因子；第四主成分的貢獻率為14.047%，以植株莖粗的向量值較大，稱之為植株健壯選擇因子；第五主成分的貢獻率為9.365%，以果實糖度的向量值較大，稱之為品質選擇因子。

表1 主要性狀的主成分分析

2.4 不同加工番茄品種農藝性狀隸屬函數值

隸屬函數是運用模糊理論解決實際問題的基礎。實際上，隸屬函數分析提供了一條在多指標測定基礎上，對各植物特性進行綜合評價的途徑。將加工番茄11個農藝性狀進行主成分分析，選取結果數、果肉厚度、果實硬度、莖粗和果實糖度等5 個主成分作為11份加工番茄農藝性狀評價的綜合指標，然后對其5個主要農藝性狀的隸屬函數值進行計算并求平均值。根據隸屬函數平均值的大小對加工番茄農藝性狀進行排序(表2)，其農藝性狀由強到弱的順序為：JT 4，JT 7，JT 1，JT 8，JT 5，JT 9，JT 10，JT 6，JT 11，JT 3，JT 2。

表2 不同加工番茄主要農藝性狀隸屬函數值

3 討論與結論

目前，內蒙古的加工番茄品種主要以引進新疆(屯河系列、新番4號等)及國外的品種(里格爾87-5、98-1)為主，試驗選取的11個加工番茄品種均為當前的試驗研究品種。田間生產中加工番茄農藝性狀能否全面、準確反映品種品質特性至關重要。本試驗結果顯示，不同加工番茄成熟期各農藝性狀差異顯著，其中JT 3的株高比其他品種高；J 4的莖粗明顯大于其他品種；JT 5的平均結果數高達18.8個；JT 8的平均單株果穗數顯著高于其他品種；JT 3的單果重最大，為108.68 g；JT 4的平均縱橫比最高；JT 9、JT 10平均心室個數最多且相同；JT 4平均果實硬度大于其他品種；JT 11的平均果實糖度含量最高；JT 5的平均耐壓力明顯高于其他品種；JT 1的果肉厚度最厚；顯然不同加工番茄品種農藝性狀各有優劣。

品種及評價指標的選擇是否合理，在某種程度上決定著加工番茄品種多性狀綜合評價工作的成敗。通過主成分分析結果發現，前5個主成分的累積貢獻率為90.329% ，表明前5個主成分已經把11份加工番茄農藝性狀90.329%的信息反映了出來。因此，可以選取前5個主成分作為11份加工番茄農藝性狀評價的綜合指標， 即結果數、果肉厚度、果實硬度、莖粗、果實糖度。其中第一主成分因子中以結果數和單株果穗數的特征向量的分值較高，因此在今后的加工番茄育種中，也要更加重視結果量的選擇，特別是對單株結果數和單株果穗數的選擇。王雷等研究表明，單株結果數是對加工番茄產量影響最大的因素，同產量呈極顯著正[6]；王亮等研究發現，單株結果數是影響單株產量高低的最重要因素[7]，本研究結果與之一致。也有研究表明，王永飛等實驗發現，每花序花數和每果序果數是影響加工番茄產量的最重要要因子[8]。果實硬度是影響加工番茄加工品質和生產效益的重要指標[9]，其影響到果實供應期的長短、運輸距離的遠近以及經濟效益的提高[10]。本實驗結果發現，果實硬度在農藝性狀主成分分析中為第三主成分的重要分量來源，也是實際生產中選擇優良品種的重要因子。

隸屬函數評判法在作物品種選育的綜合評價中，可以克服單個指標的片面性，使評定結果更全面地反映品種的實際性狀。從單一分析結果看出，僅根據各項單一指標對各加工番茄農藝性狀的表現不一致，難以作出判斷。結合主成分分析，選取結果數、果肉厚度、果實硬度、莖粗和果實糖度 5 個主成分作為11份加工番茄農藝性狀評價的綜合指標，然后對不同品種加工番茄5個主要農藝性狀的隸屬函數值進行計算并求平均值，根據隸屬函數平均值的大小，對不同加工番茄進行排序，其農藝性狀由強到弱的順序為:JT 4，JT 7，JT 1，JT 8，JT 5，JT 9，JT 10，JT 6，JT 11，JT 3，JT 2。表明JT 4農藝性狀表現最佳，在內蒙古生產中可選擇其為優良品種。隨著我國加工番茄出口量的不斷增加，對番茄產品的要求越來越高，對于特殊性狀(營養佳、風味好、耐貯運等)番茄品種選育研究有待進一步深入。