耐機械損傷菠菜品種的比較實驗

孔猛　葛晨輝　任麗　尹露　王全華　徐晨曦

摘? 要： 對2020年引進的6個耐機械損傷菠菜品種（Sp001，Sp002，Sp021，Sp031，Sp061和皇10-3）在設施大棚進行了鑒定與比較實驗，分析了6個菠菜品種的植物學性狀、營養指標和質構特性的差異.結果表明：不同品種之間的基本植物學性狀無顯著差異，但不同品種間葉片硬度、葉片長/葉柄長、抗壞血酸和硝態氮含量等存在顯著差異，變異率分布在10.37%～19.16%.綜合比較分析得出結論：Sp031的葉厚和葉片硬度最高，葉片長/葉柄長之比最大，植物學性狀最為優良，綜合品質性狀表現良好，為6個品種中最適宜機械化收獲的品種.

關鍵詞： 菠菜; 相關性分析; 主成分分析; 綜合評價

中圖分類號： S 636.1??? 文獻標志碼： A??? 文章編號： 1000-5137（2022）01-0101-09

In this study， six spinach （ L.） varieties （Sp001， Sp002， Sp021， Sp031， Sp061 and Huang 10-3） introduced in 2020 were identified and comparing tested in the greenhouse. The differences of their botanical characters， nutritional indexes and texture characteristics among six spinach varieties were analyzed. There was no significant difference in basic botanical characters among different varieties. There were significant differences in the contents of cellulose， ascorbic acid， carotenoid， soluble sugar， soluble protein and nitrate nitrogen among different varieties， and the coefficient of variation was 10.37%-19.16%. The conclusion of comprehensive comparative analysis is that Sp031 has the highest leaf thickness and leaf hardness， the highest ratio of leaf length and petiol length the best botanical characters， good comprehensive quality characters. Thus Sp031 is the most suitable variety for mechanized harvest among the 6 varieties.

spinach （ L.）; correlation analysis; principal component analysis; comprehensive evaluation

0? 引 言

菠菜（ L.）是莧科藜亞科菠菜屬植物，營養豐富，是重要的綠葉菜類蔬菜作物之一. 菠菜栽培適應性強，一年四季在我國各地均有栽培，上海市的菠菜生產以設施大棚種植為主.近年來，上海大力推進蔬菜生產“機器換人”工程，提升了蔬菜生產機械化水平，菠菜直播、收獲機械化技術取得了重要突破，菠菜生產全程機械化實驗示范工作啟動.然而，適宜上海地區機械化生產和采后清洗的菠菜品種較少，機械化生產專用型品種仍有待篩選和開發.

機械損傷不僅會導致果蔬組織結構的破壞，使得果蔬營養成分流失、外觀品質下降，更嚴重影響著果蔬的經濟效益.TANG等針對菠菜在機械采收作業中的損傷問題，通過在加工機械上設計低損傷拔取輸送裝置，并優化裝置參數，來實現菠菜的高采收率和低損傷率.而菠菜品質的優劣和物理屬性的強弱主要由品種遺傳性決定，同時在很大程度上也受栽培技術及生態條件的影響.因此篩選和選育高營養品質、宜機化的菠菜品種，采用科學的栽培技術，是推進菠菜生產機械化的重要基礎.

本實驗對新引進的6份商品性優良的菠菜品種的生長特性、營養品質、機械損傷耐受性等綜合性狀進行了調查，利用主成分分析等方法對實驗對象的表型多樣性進行了分析，以便篩選出外觀和營養品質優良的，并適宜機械化生產的菠菜品種，為推進菠菜栽培機械化提供參考.

1? 材料與方法

材料與培養條件

供試材料為6個菠菜品種：Sp001，Sp002，Sp021，Sp031，Sp061（引自甘肅）和皇10-3（引自山東）. 實驗于2021年2—4月在上海師范大學奉賢校區金匯港實驗基地內進行，2月24日采用田間直播的方式進行播種，小區面積6 m，土壤類型為壤土，肥力中等，田間管理按照常規栽培管理標準統一進行.

測定指標與方法

2021年4月28日，在菠菜8葉期時，進行植物學性狀的測定. 目測質量性狀，使用卷尺、電子天平、質構分析儀等工具儀器測量數量性狀. 觀測標準參照《菠菜種質資源描述規范和數據標準》.使用紫外分光光度計測得營養指標.

1.2.1 質量性狀

每種菠菜品種各隨機選取36株進行測定，按株型、葉片挺直度、葉形、葉尖、葉基、葉面微皺、葉光澤、葉色、葉裂刻、根色10個質量性狀進行調查統計.

1.2.2 數量性狀

按株高、株幅、葉片長、葉片寬、葉柄長、葉柄粗、葉厚、葉片硬度、單株質量、地上部質量10個數量性狀進行調查統計.

菠菜質構測定由配有HDP/VB Volodkevitch Bite Jaw探頭的質構分析儀完成.使用咬頜探頭，模擬牙齒咬合.每種菠菜品種各選取10株，每株摘取菠菜第二對真葉中的一片葉片.在每片葉子不同位置上割取3條0.5 cm×2.0 cm長條（避開葉脈）測定菜葉的硬度.測定參數：測前速度2.00 mm?s;測中速度0.10 mm?s;測后速度10.00 mm?s;應變90.0%;觸發質量5.0 g.使用質構分析儀對菠菜葉片的剪切應力-距離進行測定，按行業慣例用應力最大峰值對應的質量表征菠菜葉片的質構硬度，單位為g.

1.2.3 營養指標

在菠菜生長到8葉期時，每個品種各隨機選擇36株，選取自地面往上第1對和第2對真葉進行采樣，并進行凍干處理，待完全凍干后用研磨儀進行磨樣，置于-20 ℃冰箱中待測.將各品種的試樣隨機3株為一組均勻混合，每個品種制備12組樣品作為用來測定營養指標的生物學重復.各營養指標測定方法如下：硝態氮和草酸的測定采用KAMINISHI等^[的方法進行測定，類胡蘿卜素、抗壞血酸采用紫外分光光度計進行測定，可溶性糖采用蒽酮-硫酸法進行測定，可溶性蛋白用考馬斯亮藍法進行測定，纖維素采用蒽酮比色法進行測定.

1.2.4 統計分析

采用Excel 2019進行數據統計和差異性分析，并計算變異率.數據以“平均值±標準差”來表示.采用SPSS 25.0進行相關性分析和主成分分析.

2? 結果與分析

不同菠菜品種生長特性的比較

2.1.1 不同菠菜品種質量性狀差異性分析

本實驗通過對6個品種的質量性狀進行觀測，發現6個品種的株型均為半直立，葉片挺直度為半下垂，葉形均為戟形，葉裂刻較淺，葉尖為尖型葉尖，葉基為平葉基，菠菜葉面微皺，葉面無光澤，葉色為深綠色，根色為粉紅色.

圖1 供試菠菜品種的田間種植.

（a） Sp001;（b） Sp002;（c） Sp021;（d） Sp031;（e） Sp061;（f） 皇10-3

2.1.2 不同菠菜品種數量性狀差異性分析

不同品種間數量性狀的差異性分析結果如表1所示，各性狀間差異顯著，株高和株幅的變異率分別為24.75%和29.82%，其中，Sp002，Sp021和Sp031的表現最為優異.單株質量和地上部質量的變異率最大，分別為56.39%和55.80%，表明該指標存在很大差異，其中Sp002和Sp031的單株質量和地上部質量最大.葉片相關指標的變異率在16.43%～23.00%之間，其中Sp031的葉片長、葉厚、葉柄粗、葉片硬度為最大.本實驗對不同品種的葉片長與葉柄長的比值進行了對比，發現品種間葉片長/葉柄長的結果存在較大差異.葉片長/葉柄長的變異率為28.63%，其中Sp031的比值為最大，即為6份材料中葉柄最短的類型.

圖2 供試菠菜品種的植株形態.

（a） Sp001;（b） Sp002;（c） Sp021;（d） Sp031;（e） Sp061;（f） 皇10-3

6個品種的數量性狀的相關性分析表明：葉片硬度與葉厚存在極顯著正相關關系（<0.01，0.817）. 葉厚與葉柄長存在極顯著負相關關系（<0.01，-0.175），如表2所示. 另外，實驗結果表明：株高、株幅與材料質量（單株質量、地上部質量）及葉片指標（葉片長、葉片寬、葉柄長、葉柄粗）均存在極顯著正相關關系.

綜合各植物學性狀發現，Sp031的整體外觀和葉片綜合指標是最為優良的，其葉片硬度及葉片長/葉柄長是最大的，葉柄長是最小的，表明其在植物學性狀優良的同時，在進行機械化加工的過程中也能最大限度地保持葉片的完整性.

表1 不同菠菜品種農藝性狀的差異性分析

品種

株高/

cm

株幅/

cm

單株質量/g

地上部質量/g

葉片長/cm

葉寬/cm

葉厚/（10 mm）

葉柄長/cm

葉柄粗/mm

葉片長

/葉柄長

葉片硬度/g

Sp001

27.26±4.75

11.96±3.37

20.82±11.66

20.16±11.10

5.87±1.33

5.09±1.27

44.29±11.70

10.90±2.83

2.75±0.56

0.56±0.14

149.77±33.54

Sp002

38.74±6.58

16.97±4.06

28.47±17.00

28.28±16.08

7.59±1.38

6.47±1.21

36.90±10.74

14.98±4.40

2.94±0.54

0.58±0.17

153.95±24.16

Sp021

31.33±5.44

15.17±4.48

23.11±15.14

22.46±14.55

7.16±1.27

5.97±1.27

39.22±11.99

11.42±3.02

2.96±0.62

0.64±0.14

159.91±38.74

Sp031

29.55±7.07

15.68±3.82

25.11±19.19

24.72±18.71

7.55±1.33

5.67±1.24

45.55±13.93

10.75±3.61

3.16±0.51

0.69±0.19

175.57±35.81

Sp061

32.03±6.91

13.3±6.01b

11.54±4.65

11.23±4.55

6.36±1.06

5.05±1.08

37.09±13.65

14.03±4.37

2.51±0.63

0.51±0.17

175.29±35.41

皇10-3

30.37±4.79

13.76±2.54

15.51±9.08

15.13±8.22

6.58±1.06

5.32±1.45

37.58±10.81

12.02±3.86

2.89±0.57

0.55±0.15

141.30±28.99

均值

32.75

15.03

19.82

19.34

7.04

5.58

37.45

12.10

2.87

0.59

157.66

變異率/%

24.75

29.82

56.39

55.80

18.14

22.28

22.34

23.00

16.43

28.63

16.87

注：表中同列數據后上標不同小寫字母表示差異顯著（<0.05）.

表2 不同菠菜品種農藝性狀的相關性分析

指標

株高

株幅

葉片長

葉寬

葉厚

葉柄長

葉柄粗

單株質量

地上部質量

葉片硬度

株高

1

-

-

-

-

-

-

-

-

-

株幅

0.516

1

-

-

-

-

-

-

-

-

葉片長

0.475^**

0.609

1

-

-

-

-

-

-

-

葉寬

0.482

0.415

0.695

1

-

-

-

-

-

-

葉厚

-0.176

-0.094

-0.177

-0.146

1

-

-

-

-

-

葉柄長

0.188

0.171

0.124

0.099

-0.175

1

-

-

-

-

葉柄粗

0.311

0.495

0.626

0.548

-0.001

0.259

1

-

-

-

單株質量

0.338

0.291

0.268

0.293

0.034

-0.061

0.261

1

-

-

地上部質量

0.339

0.297

0.271

0.302

0.029

-0.054

0.266

0.961

1

-

葉片硬度

-0.002

0.071

0.041

-0.013

0.817

-0.142

0.044

-0.029

-0.016

1

注：表示相關性達到極顯著水平（<0.01）; 表示相關性達到顯著水平（<0.05）.

不同菠菜品種營養品質的比較

營養品質差異性分析表明（表3），不同品種間抗壞血酸、類胡蘿卜素、可溶性糖、可溶性蛋白和硝態氮含量存在顯著差異，變異率在10.37%～19.16%.硝態氮的變異率最大，其中，Sp061的硝態氮質量分數最高，達到1 028.67 mg?kg.供試的6個菠菜品種抗壞血酸的平均質量分數為169.57 mg?（100 g），變異率為12.02%，其中Sp031抗壞血酸質量分數最高，為204.65 mg?（100 g）;類胡蘿卜素平均質量分數為305 μg?g，變異率為10.37%，Sp021的類胡蘿卜素含量顯著低于其他品種;可溶性糖平均質量分數為8.57%，變異率為16.95%，其中Sp021可溶性糖質量分數最高，為10.16%;可溶性蛋白平均質量分數為52.83 mg?g，變異率為11.52%，Sp061的可溶性蛋白含量顯著低于其他品種;硝態氮平均質量分數為754.82 mg?kg，變異率為19.16%，其中Sp061硝態氮質量分數最高，為1 028.67 mg?kg.

葉片硬度與營養品質的相關性分析如表4所示，葉片硬度與纖維素存在顯著正相關關系（<0.05，0.290），與草酸存在顯著負相關關系（<0.05，-0.257）.同時發現抗壞血酸與可溶性蛋白存在顯著正相關關系（<0.05，0.387），與硝態氮存在極顯著負相關關系（<0.01，-0.522）;草酸與纖維素存在極顯著負相關關系（<0.01，-0.372）;類胡蘿卜素與可溶性糖存在極顯著負相關關系（<0.01，-0.542）;硝態氮與可溶性糖、可溶性蛋白存在顯著負相關關系（<0.05，-0.277，-0.402），與纖維素存在顯著正相關關系（<0.05，0.268）.

表3 不同菠菜品種品質性狀的差異性分析

品種

質量分數

抗壞血酸/[mg?（100 g）]

草酸/（mg?g）

類胡蘿卜素/

（μg?g）

可溶性糖/%

可溶性蛋白/（mg?g）

硝態氮/（mg?kg）

纖維素/（mg?g）

Sp001

163.30±14.47

24.34±0.06

291.61±28.50

8.74±0.95

52.81±6.24

742.52±96.48

125.32±4.91

Sp002

175.48±28.56

24.34±0.08

318.18±23.41

8.05±2.02

52.66±5.33

793.34±112.41

123.48±7.46

Sp021

168.58±18.69

24.41±0.21

262.21±28.98

10.16±1.12

54.09±7.94

627.55±41.54

125.14±8.98

Sp031

204.65±32.21

24.41±0.13

304.41±25.14

6.72±1.27

54.20±5.07

688.86±82.93

125.12±12.08

Sp061

147.31±24.82

24.34±0.16

329.47±33.73

7.29±1.29

45.35±4.06

1028.67±99.93

126.23±5.54

皇10-3

180.49±21.84

24.44±0.18

318.03±15.71

7.85±1.24

54.94±4.40

774.83±95.97

122.32±7.61

均值

169.57

24.40

305.00

8.57

52.83

754.82

124.60

變異率 /%

12.02

0.75

10.37

16.95

11.52

19.16

6.37

注：表中同列數據后上標不同小寫字母表示差異顯著（<0.05）.

表4 不同菠菜品種營養品質的相關性分析

指標

抗壞血酸

草酸

類胡蘿卜素

可溶性糖

可溶性蛋白

硝態氮

葉片硬度

纖維素

抗壞血酸

1

—

—

—

—

—

—

—

草酸

0.149

1

—

—

—

—

—

—

類胡蘿卜素

0.019

-0.095

1

—

—

—

—

—

可溶性糖

-0.064

-0.016

-0.542

1

—

—

—

—

可溶性蛋白

0.387

0.194

0.072

0.125

1

—

—

—

硝態氮

-0.522

-0.200

0.181

-0.277

-0.402

1

—

—

葉片硬度

-0.173

-0.257

-0.002

0.005

-0.173

0.203

1

—

纖維素

-0.173

-0.372

0.010

0.077

-0.033

0.268

0.290

1

注：表示相關性達到極顯著水平（<0.01）; 表示相關性達到顯著水平（<0.05）.

綜合性狀的主成分分析

綜合性狀的主成分如表5所示，共提取到了5個主成分，累計貢獻率為84.105%，且特征值都大于1，即5個主成分可以解釋84.105%的變異.由表5可知：主成分1的貢獻率最大為42.542%，特征值為7.657，表明主成分1在評價分析中起著主導作用，第2～5主成分的重要性依次降低.在主成分1中，葉片長為載荷較高的特征向量，表明葉片長度因子是評定菠菜綜合品質的重要農藝性狀. 主成分2的貢獻率為14.030%，特征值為2.525，第2主成分上載荷較大的是可溶性蛋白.主成分3的貢獻率為13.312%，特征值為2.396，纖維素為主成分3中載荷較高的特征向量.主成分4的貢獻率為8.432%，特征值為1.518，第4主成分上載荷較大的是草酸和葉片硬度.主成分5的貢獻率為5.790%，特征值為1.042，第5主成分上載荷較大的是硝態氮.

將提取到的5個主成分劃分為葉片因子和營養品質因子，代表了所考察的17個性狀的信息，包括了菠菜產量和品質兩個方面.因此，可對葉片因子和營養品質因子進行分析，篩選出理想的菠菜品種. 葉片因子的關鍵指標為葉片長及葉片硬度，營養品質因子的關鍵指標為可溶性蛋白、纖維素、草酸及硝態氮.

表5 不同菠菜品種農藝性狀及營養品質的主成分分析

供試指標

主成分

1

2

3

4

5

株高

0.814

-0.060

0.045

0.363

-0.253

株幅

0.874

-0.122

0.153

-0.192

-0.006

葉片長

0.958

-0.008

-0.144

-0.014

-0.008

葉寬

0.865

-0.261

-0.149

0.170

-0.164

葉厚

-0.574

-0.275

-0.618

0.157

-0.164

葉柄長

0.617

-0.220

-0.588

-0.030

0.231

葉柄粗

0.894

0.243

-0.226

0.040

0.183

單株質量

0.859

0.115

0.267

0.148

-0.217

地上部質量

0.856

0.113

0.266

0.153

-0.214

硬度

0.338

0.220

0.047

0.639

0.495

抗壞血酸

0.135

0.790

-0.299

0.365

0.146

草酸

-0.461

-0.182

0.439

0.644

-0.336

類胡蘿卜素

0.390

-0.713

-0.246

0.154

0.195

可溶性糖

0.563

0.228

0.037

-0.388

-0.162

可溶性蛋白

-0.060

0.877

-0.068

-0.144

0.048

硝態氮

0.214

-0.434

0.479

-0.108

0.499

纖維素

-0.315

0.076

0.823

0.055

0.219

特征值

7.657

2.525

2.396

1.518

1.042

貢獻率/%

42.542

14.030

13.312

8.432

5.790

累計貢獻率/%

42.542

56.572

69.884

78.315

84.105

3? 討 論

在本實驗中，6個菠菜品種的栽培環境、水肥管理以及各性狀指標測定方法均一致，因此，調查分析得出的性狀指標差異能夠體現不同品種間的差異. 通過分析發現，6個菠菜品種質量性狀無顯著性差異，體現了市場消費菠菜類型的取向為裂刻較淺的戟形葉，尖型葉尖，平葉基，深綠色葉表面微皺. 比較結果表明，不同菠菜品種的數量性狀存在顯著性差異，其中單株質量差異最大.

果蔬在受到碰撞和跌落沖擊時會產生沖擊損傷，是因為沖擊力超過了果蔬自身的硬度. 對于硬質水果，如薯芋類作物、蘋果等，自身硬度與機械損傷敏感性呈反比，由此可以得出，硬度是機械損傷的敏感性因素之一.而對于葉菜類作物，其葉片厚度和葉片硬度共同影響著其機械韌性.葉片組織厚度與葉片抗逆性、水分保持、CO傳輸以及葉片的光合效力都存在密切關系.SUN等的研究表明，植物的水分傳輸能力和CO傳輸能力與植物光合速率正相關，而植物所制造的有機物主要有兩個去向，植物正常消耗和增加抗逆性（如增加葉片的物理和機械韌性）.因此葉片厚度越大的植物，其葉片的機械韌性也就越大.在本實驗中，葉片厚度最大的品種Sp031，其葉片硬度也最大.

葉柄與機械損傷也存在密切的關系.葉柄是連接植物葉片和莖干的通道，水分從莖干傳輸到葉片層必須經過葉柄導管.因此，葉柄導管直徑決定了葉片的水分供應狀況.在本實驗中，Sp031的葉柄粗為最大，葉柄長為最小，使得水分供應到葉片的效率最高，提高了葉片制造有機物的量，進而提高了葉片的韌性. 同時，葉柄長的菠菜品種在進行機械加工時更加容易折斷，因此葉片長與葉柄長的比值也是評價菠菜機械屬性的一個重要指標.

由于實驗中所測得的性狀存在相關性關系，直接用其指標進行綜合評價，會受到信息疊加的影響，造成結果的偏差.而主成分分析法能夠在最大程度保存原有信息的前提下，把原來個數較多且彼此相關的指標轉化為個數較少且彼此獨立或相關性較小的綜合指標，可避免重復信息的干擾并簡化選擇程序，便于綜合評價候選個體，具有準確性和科學性.本實驗將6個菠菜品種的植物學性狀和營養指標轉化為了5個主成分，分別為葉片長度因子、可溶性蛋白因子、纖維素因子、草酸和葉片硬度因子以及硝態氮因子.EBADI-SEGHELOO等通過對伊朗121種菠菜地方品種進行了主成分分析，提取到了第2個主成分與葉片特性有關，其葉片特性包括葉寬、葉柄長度、葉柄直徑和葉面積，與本實驗所得到的葉片長度因子對菠菜評分分析起主導作用的結果一致.表明本實驗所得出的主成分分析具有科學性.ZHANG等通過對崇明有機栽培的菠菜的品質指標進行主成分分析，第1個主成分中包括葉片長度因子，第2個主成分中包括可溶性蛋白指標，與本實驗所得出的結論一致.TIAN等以14個來自不同地區的菠菜品種為材料，對菠菜的主要農藝性狀進行主成分分析.最終得到株幅和葉長為重要的產量指標構成因素，維生素C含量為重要的質量指標構成因素.本實驗篩選出的Sp031品種在耐機械損傷的同時，其株幅和葉片長表現是最為優良的.表明本實驗所篩選出的材料是可靠的.

4? 結 論

在本實驗生態環境條件和栽培條件下，綜合比較分析了10個質量性狀、10個數量性狀及7個營養指標的表現，結果表明，Sp031的質量性狀符合市場消費菠菜類型，其葉片綜合指標最為優良，葉片硬度、葉片長/葉柄長和葉柄粗均是最大的，符合機械化加工的要求.另外，Sp031的抗壞血酸含量最高，硝態氮含量較低，綜合營養指標表現優異.最終確定6個品種中Sp031為適宜機械化生產和加工，且植物學性狀和營養品質優良的品種，可以作為優質的種質資源，且具有較高的推廣價值.

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（責任編輯：顧浩然，郁慧）

收稿日期： 2021-12-05

基金項目： 上海市部分地方院校能力建設專項（19070502600）;上海植物種質資源工程技術研究中心項目（17DZ2252700）;上海市協同創新中心項目（ZF1205）

作者簡介： 孔 猛（1996—），男，碩士研究生，主要從事菠菜種質資源評價和遺傳育種方面的研究. E-mail：18731235087@163.com

* 通信作者： 徐晨曦（1982—），女，博士，副教授，主要從事菠菜遺傳育種及分子生物學等方面的研究. E-mail：chenxixu@shnu.edu.cn

引用格式： 孔猛， 葛晨輝， 任麗， 等. 耐機械損傷菠菜品種的比較實驗 [J]. 上海師范大學學報（自然科學版），2022，51（1）：101?109.

?KONG M， GE C H， REN L， et al. Comparative test on identification of spinach varieties resistant to mechanical damage [J]. Journal of Shanghai Normal University（Natural Sciences），2022，51（1）：101?109.