基于主成分分析和聚類分析對不同品種櫻桃番茄生長及品質的綜合評價

李偉明，胡衛叢，李肖明，黃忠陽，吳旭東，劉慶葉，陳莉莉，王蓓，張宗俊，王東升

（1.南京市蔬菜科學研究所，210042；2.江蘇格冠農林科技集團有限公司）

櫻桃番茄原產地是南美洲，其具有口感好、營養豐富、產量高等特點[1，2]。近年來，由于市場認可度較高，櫻桃番茄種植面積也逐年增加，特別是冬春茬種植[3]。櫻桃番茄按果色可以分為紅色、綠色、黃色等，被消費者熟知的品種包括千禧等。目前，櫻桃番茄市場品種繁多，形狀差異較大，適種區域也較廣。

南京位于江蘇中部，長江中下游地區，屬亞熱帶氣候，設施蔬菜面積逐年增加，其中櫻桃番茄的種植面積也隨之增加。但不同品種櫻桃番茄的產量、品質、抗病性等存在明顯差異[4]。

因此，根據南京地區消費需求，結合地區、氣候、栽培方式等因素，引進目前市場上形狀優良的4個櫻桃番茄品種，在南京地區設施栽培條件下比較不同品種的生長、品質等指標，以期篩選出適合南京地區設施栽培的優良櫻桃番茄品種，為南京地區農業高質量發展、鄉村振興提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選擇適應性強、產量較高、果實適口性好的櫻桃番茄品種紫花生（ZHS）、夏日金星（XRJX）、朱丹紅（ZDH）和綠如蜜（LRM），種子均購自南京裕盛種子有限公司；泥炭、珍珠巖和蛭石購自上海大漢園景生物科技有限公司；番茄專用營養液配方肥購自上海美妮生態農業有限公司。

1.2 試驗地點

試驗在南京市蔬菜科學研究所橫溪科技園玻璃溫室內進行（N 31°43′19″，E 118°46′12″）。

1.3 試驗設計

①基質配比 采用自配基質進行無土栽培，基質按泥炭∶珍珠巖∶蛭石（V∶V∶V）=3∶1∶1配制，充分混勻后，填充到栽培槽內，栽培槽呈梯形，填充的基質上表面寬20 cm，下表面寬10 cm，高度為10 cm，基質上表面離栽培槽上沿10 cm。

②試驗布置 本試驗于2021年1～6月進行，1月2日開始育苗，4～6片真葉時移栽定植，3月15日定植，“之”字形定植，栽培槽長20 m，間距1.5 m，定植株距40 cm，每條栽培槽定植50株作為1個小區，每個品種設3個重復，并采用隨機排列的形式進行分布；采用水肥一體化施肥機進行水肥澆灌，每天早晨和傍晚各澆灌1次，每次澆灌按照“2 min清水—10 min營養液—3 min清水”的順序進行，其中，苗期營養液的EC值設定為1.5 mS/cm，開花期EC值設定為1.8 mS/cm，果實膨大期和結果期EC值設定為2.3～2.5 mS/cm。

1.4 測定項目和方法

①生長指標 定植后1個月左右，番茄營養生長旺盛期，開始測定4個品種番茄植株的生長指標，每2周測定1次，連續測定4次，每次每小區隨機選取具有代表性的3株進行測定。

株高：使用卷尺測定植物根部到頂端的距離；莖粗：使用威斯數顯游標卡尺測定距離根部最近的側枝位置的直徑；SPAD值：在晴天時，選擇生長點葉片，使用TYS-A型葉綠素測定儀進行測定。

②品質指標 盛果期，番茄品質較穩定，每小區隨機選取具有代表性的3株采收后進行品質測定。

可溶性糖含量：采用蒽酮比色法測定[5]；可溶性蛋白含量：采用考馬斯亮藍法測定[6]；硝酸鹽含量：采用水楊酸比色法測定[7]；根系活力：采用TTC還原法測定[8]。

1.5 數據處理與分析

數據采用IBM SPSS 20.0進行統計分析，多重比較采用Duncan's新復極差法，顯著性水平置信區間為≥95%；作圖采用Microsoft Excel 2007進行。

2 結果與分析

2.1 不同品種櫻桃番茄株高的比較

由圖1可知，在不同時期測定中，綠如蜜的株高均為最高，且在4月13日和4月27日測定中，綠如蜜的株高顯著高于其他處理；坐果期（5月12日），綠如蜜株高最高，達到192.33 cm，其次是朱丹紅，株高達到178.67 cm，兩者之間不存在顯著性差異，但均顯著高于紫花生和夏日金星；盛果期（5月26日），各品種株高依次為：綠如蜜＞朱丹紅＞夏日金星＞紫花生。

2.2 不同品種櫻桃番茄莖粗的比較

由圖2可知，各時期綠如蜜的莖粗最大，在4月13日和4月27日測定中，綠如蜜莖粗分別為9.69、10.81 mm，均顯著高于其他處理；坐果期（5月12日）和轉色期（5月27日），各品種的莖粗趨勢為：綠如蜜最高，紫花生次之，夏日金星和朱丹紅最小。

2.3 不同品種櫻桃番茄SPAD值的比較

由圖3可知，除坐果期（5月12日），其余各時期，葉片SPAD值的變化不明顯，且隨著生育期的延長，葉片SPAD值呈不斷增加的趨勢；在坐果期，紫花生的SPAD值最大，達到43.33，其次是綠如蜜（37.60），夏日金星次之（36.00），最后是朱丹紅（31.10）。

2.4 不同品種櫻桃番茄品質指標比較

圖1 不同品種櫻桃番茄株高的比較

圖2 不同品種櫻桃番茄莖粗的比較

圖3 不同品種櫻桃番茄SPAD值的比較

由圖4可知，紫花生的可溶性糖含量最高，達到42.82 mg/g，其次是朱丹紅，達到40.32 mg/g，但二者之間差異不顯著，綠如蜜的可溶性糖含量最低；從各品種的可溶性蛋白結果可以得知，4個櫻桃番茄的可溶性蛋白含量變化不大，其含量為1.52～1.93 mg/g，且各品種之間差異不顯著；從VC含量結果可以得知，紫花生和夏日金星的VC含量較高，分別為18.16、17.97 mg/100 g，顯著高于朱丹紅；從硝酸鹽含量結果可以得知，各品種的硝酸鹽含量相差明顯，其中朱丹紅的含量最高，達到333.33μg/g，其次是紫花生，含量達到219.9μg/g，含量最低的是夏日金星和綠如蜜。

圖4 不同品種櫻桃番茄品質指標的比較

2.5 不同品種櫻桃番茄根系活力的比較

由圖5可知，朱丹紅的根系活力最旺盛，達到0.67μg·g-1·h-1，其次是夏日金星，為0.57μg·g-1·h-1，再次是紫花生，為0.49μg·g-1·h-1，活力最低的是綠如蜜，為0.35μg·g-1·h-1。

2.6 主成分分析

植株前期營養生長和根系的生長情況和活力水平直接影響地上部的生長和營養狀況及產量，果實品質直接影響產品市場接受度和市場效益。為了比較分析盛果期各品種之間的差異，選擇盛果期（5月26日）4個品種的生長指標、品質指標和根系活力進行主成分分析。由表1可知，試驗提取到3個主成分，累計方差貢獻率達79.99%，說明提取到的3個主成分可以解釋原有指標。由表2可知，主成分1綜合了可溶性蛋白含量和根系活力，貢獻率分別為79.50%和62.50%；主成分2綜合了硝酸鹽含量和根系活力，貢獻率分別為86.50%和68.10%；主成分3綜合了可溶性糖含量、莖粗和VC含量，貢獻率分別為59.90%、52.90%和51.40%。根據矩陣系數和標準化后的數據可得到3個主成分的得分函數表達式：Z1=0.06X1+0.463X2+0.298X3-0.366X4+0.245X5+0.127X6+0.053X7-0.121X8；Z2=-0.11X1+0.02X2+0.114X3-0.061X4+0.412X5-0.051X6+0.400X7-0.336X8；Z3=-0.366X1+0.273X2-0.099X3-0.006X4+0.369X5+0.553X6-0.105X7-0.116X8。

以各主成分對應的方差貢獻率為權重，可得到綜合評價函數：F=0.489Z1+0.340Z2+0.171Z3。

根據主成分綜合得分，計算出4種櫻桃番茄品種的綜合得分，由表3可知，不同櫻桃番茄品種的綜合評價順序依次為：紫花生、朱丹紅、綠如蜜和夏日金星。

2.7 聚類分析

將生長指標、品質指標和根系活力標準化，采用SPSS軟件進行聚類分析。由圖6可知，當歐氏距離為5的時候，4個品種櫻桃番茄可以分為3類，第1類為朱丹紅，表現為硝酸鹽含量較高，根系活力較高；第2類為紫花生，其可溶性糖和VC含量較高，硝酸鹽含量相對較低；第3類為夏日金星和綠如蜜，表現為植株較高、莖粗較大，硝酸鹽含量較低，根系活力也相對較弱。

圖5 不同品種櫻桃番茄根系活力的比較

表1 總解釋方差

表2 成分矩陣和成分系數矩陣

表3 不同品種櫻桃番茄綜合評價

3 討論與結論

近年來，櫻桃番茄市場需求量總體呈現不斷上升趨勢，對不同品種櫻桃番茄的研究也相對較多，主要集中在對櫻桃番茄的生長和品質2個方面。作物對生長環境的響應和適應可以通過作物的生長指標反映，大量研究表明，植物的株高、莖粗和葉綠素含量可以作為評價作物生長的3大指標[9，10]。從本研究結果可以看出，整個生長期內，綠如蜜品種的株高和莖粗始終處于領先狀態，表明在設施無土栽培條件下，綠如蜜對生長條件響應更為敏感，促生效果更強，而紫花生、夏日金星和朱丹紅3個品種對生長環境的響應相對較慢；葉綠素是作物光合作用的基礎，體現作物對光能的吸收利用能力[11]。另外，程艷等[12]對作物SPAD值和葉綠素含量的相關性結果表明，SPAD值可以用來快速反映作物體內葉綠素a含量、葉綠素b含量和葉綠素總含量，因此，本研究中，在作物生長前期，綠如蜜的SPAD值呈現顯著性增加趨勢，而到了坐果期和轉色期，紫花生的SPAD值有較大程度的增加，表明綠如蜜和紫花生2個品種的光合作用要強于朱丹紅和夏日金星。

作物品質指標是反映作物口感、營養價值的指標，對作物的評價發揮重要作用[13]。本研究中，選擇可溶性糖、可溶性蛋白、VC和硝酸鹽作為不同品種櫻桃番茄品質比較的依據。其中，紫花生的可溶性糖含量最高，達到42.85 mg/g，表明紫花生品種甜味豐度最高，口感上要好于其他3個品種；紫花生和夏日金星的VC含量相對較高，表明這2個櫻桃番茄具有更強的抑制果肉褐變的能力，具有更強的抗癌、抗衰老作用。

針對不同品種櫻桃番茄生長指標、品質指標和根系活力數據，利用主成分分析和聚類分析對4個櫻桃番茄品種進行綜合評價，主成分分析結果表明，紫花生和朱丹紅的綜合得分相對較高；聚類分析結果也表明，紫花生和朱丹紅的性狀優良，表現為可溶性糖含量高，口感好。

通過對4個櫻桃番茄品種的生長、品質指標和根系活力的測定分析，利用主成分分析和聚類分析進行綜合評價得出，朱丹紅和紫花生綜合得分較高，適合在南京地區設施無土栽培示范推廣。

圖6 不同品種櫻桃番茄聚類分析