多樣性苦瓜資源果實品質評價分析

摘要：為促進苦瓜種質資源的優勢利用，對82份苦瓜種質資源的11項果實品質指標進行評價分析。運用高效液相色譜（HPLC）鑒定多樣性苦瓜資源果實中果糖、葡萄糖、蘋果酸、莽草酸、檸檬酸、富馬酸、L-抗壞血酸、脫氫抗壞血酸等品質成分的含量，統計變異幅寬以及資源分布規律，進行成分相關性分析和資源聚類分析，并采用熵值法對各品質指標進行權重分析和價值評價，構建標準化值加權法的品質綜合評價模型。結果表明，82份苦瓜種質資源的果實品質指標變異性較強且多呈近似偏/正態分布。其中，脫氫抗壞血酸、莽草酸和總抗壞血酸的變異系數最大，分別為1.13、0.83、0.79，各品質指標除果糖、脫氫抗壞血酸和總抗壞血酸含量外均呈近似偏/正態分布。相關性分析表明，各品質指標間均存在相關性，其中可溶性固形物含量與含水率顯著負相關，可溶性糖含量與蘋果酸含量、富馬酸含量顯著正相關，總抗壞血酸含量與可溶性糖含量、蘋果酸含量及富馬酸含量顯著負相關。系統聚類分析將苦瓜種質資源劃分為3個類群，一類群口感佳（糖酸含量高），二類群干物質含量高、口感適中，三類群營養物質抗壞血酸豐度高。依據構建的品質綜合評價模型，分別篩選出4份綜合品質較好及10份單項品質性狀優良的資源。綜上，苦瓜資源多樣性豐富，基于品質分析及模型構建，為選育口感佳、營養足的新品種奠定材料基礎。

關鍵詞：苦瓜；果實品質；相關性分析；聚類分析；綜合評價模型

中圖分類號：S642.503.7 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）12-0160-08

苦瓜（Momordica charantia L.）是葫蘆科苦瓜屬一年生瓜類蔬菜作物，起源于東南亞和東印度一帶，廣泛栽培于熱帶、亞熱帶以及溫帶地區［1-2］，在我國南北方均有大面積栽培。苦瓜果實含有豐富的營養物質及藥用功效成分，如蛋白、維生素、礦物質、碳水化合物以及生物活性化合物等，具有抗氧化、抗炎、抗菌、抗肥胖和免疫調節等功效［3-5］。近年來市場需求由產量向品質轉變，品質成為蔬菜產業競爭力的核心內容，因而營養和風味優良的高檔蔬菜是發展趨勢。因此，針對品質多態性豐富的苦瓜種質資源，分析其果實品質差異及構建評價模型，對培育受市場歡迎的苦瓜新品種具有重要意義。

近年來研究發現，苦瓜果實中含有大量的維生素C、粗蛋白、可溶性糖、鈣、鎂、鐵等［6］，且不同產地和品種（系）苦瓜果實中蛋白、維生素C、礦物質等存在較大差異［7］。目前，大量試驗采用多元統計分析方法，從比較分析、變異性分析、相關性分析、主成分分析、因子分析以及聚類分析等多個方面系統研究不同苦瓜材料的果實品質及其他農藝性狀，以篩選適宜需求的優質材料［8-11］。劉亞婷等以50份苦瓜種質資源為試材，對其果實的外觀品質以及粗纖維、蛋白、維生素C含量等內在品質性狀進行變異性、相關性、因子分析和綜合評價，篩選出11份優質苦瓜自交系材料［10］。張燕等對不同苦瓜資源的可溶性糖、抗壞血酸含量等16個品質相關性狀進行多樣性、相關性、主成分分析以及聚類分析，篩選出一類綜合表現優良的資源［11］。這些研究均為苦瓜種質資源的優勢利用、果實品質改良和新品種選育提供了基本信息，然而其對苦瓜果實品質成分的研究還不夠全面，其中苦瓜果實的呈酸味物質有機酸尚未被提及。本研究將從苦瓜果實的主要呈甜味物質、呈酸味物質以及營養成分等多方面考慮，對多樣性苦瓜資源的各項果實品質指標進行多元統計分析，綜合評價不同苦瓜資源的果實品質。

為適應市場對苦瓜品質需求的變化，保證苦瓜產業的可持續發展，研究通過統計多樣性苦瓜資源的11項果實品質指標的變異幅寬和資源分布規律，針對各成分進行相關性分析、資源聚類分析，綜合評價苦瓜果實品質，展現苦瓜種質資源的果實品質多樣性，加深對不同苦瓜種質資源果實品質的了解，為苦瓜種質資源的優勢利用和苦瓜的新品種選育提供基礎信息。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

2021年2—6月，供試材料在廣東省農業科學院的白云基地內采取隨機區組種植，3個重復，常規田間管理。苦瓜成熟后分區分資源采收，低溫冷藏保存送至實驗室完成拍照和取樣工作，取均勻縱切去除心室后的苦瓜果實鮮樣，妥善保存，用于后續試驗。檢測試驗在廣東省農業科學院蔬菜研究所廣東省蔬菜新技術研究重點實驗室完成。

供試苦瓜資源共82份，包括大頂苦瓜及長身苦瓜。部分供試苦瓜的表型見圖1。基于果形供試材料分為4種：近球形、棒形、長圓錐形、短圓錐形；基于皮色分為2種：綠色、黃綠色；基于果瘤形態分為5種：縱條間大圓瘤、縱條間小圓瘤、縱條間無圓瘤、短縱條間大圓瘤、短縱條間小圓瘤。試驗過程中使用的乙腈、甲醇、甲酸等藥劑，以及果糖、葡萄糖、蘋果酸、莽草酸、檸檬酸、富馬酸、L-抗壞血酸等標準樣品均為色譜級，購于Sigma-Aldrich公司。

1.2 儀器與設備

試驗中使用的主要儀器設備為Alliance e2695 HPLC system，檢測器為示差折光檢測器和光電二極管陣列檢測器，色譜柱為Waters X bridge BEH Amide（4.6 mm×250 mm，5 μm）和Waters Atlantis T3 C18 column（4.6 mm×250 mm，5 μm），均購于美國Waters公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 可溶性固形物含量測定

苦瓜果實鮮樣用攪拌機研磨成勻漿狀，取少量勻漿液經過濾后利用手持式折光儀測定記錄糖度（Brix，%）值，參照《水果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。

1.3.2 含水率測定

首先稱空塑料培養皿重（m1），然后將苦瓜果實鮮樣裝入塑料培養皿中再次稱重（m2），之后用封口膜封存，放入-80 ℃冰箱進行24 h以上的冷凍處理，最后將經冷凍處理的樣品放入冷凍干燥機進行冷凍干燥，干燥后再對其稱重（m3），計算含水率：含水率=（m2-m3）/（m2-m1）×100%。將凍干后的樣品研磨成粉末狀態，-80 ℃ 保存備用。

1.3.3 可溶性糖、有機酸和抗壞血酸含量測定

可溶性糖和有機酸含量的測定方法分別參照甘賓賓等的方法［12-13］。抗壞血酸含量的測定參照Spínola等的方法［14］，分別檢測果實中L-抗壞血酸（L-AA）和脫氫抗壞血酸（DHAA）的含量，二者的含量總和即為苦瓜果實中的總抗壞血酸含量。每個樣本分別稱取20 mg凍干粉末，使用高效液相色譜（HPLC）技術測定。各物質成分標準曲線的制作參照萬小童的方法［15］，利用色譜級標準樣品：果糖、葡萄糖、蘋果酸、莽草酸、檸檬酸、富馬酸和L-抗壞血酸配制5個不同含量的溶液，經 0.45 μm 水系濾膜過濾后進行HPLC分析，記錄色譜圖峰面積，以進樣含量x軸、峰面積為y軸構建線性回歸方程。對比各標準品和苦瓜樣品的出峰時間及吸光度值，根據線性回歸方程計算苦瓜樣品中各指標的含量。

1.4 數據分析

采用Excel軟件和SPSS 22.0軟件對測得的果實品質指標進行統計分析。相關性分析是用于研究定量數據之間是否有關系、關系緊密程度情況等的分析方法［16］。系統聚類法是一種探索分析項類別歸屬的方法，由于不同性狀的取值量綱不同，只有將數值標準化處理后才能放在一起比較［17］。數據標準化處理方法中的歸一化是一種常見的量綱處理方式，可以讓所有的數據壓縮在0～1的范圍內，讓數據之間的數理單位保持一致，計算公式為：標準化數值=（原始數據-最小值）/（最大值-最小值）［18］。熵值是一種物理計量單位，熵越大，說明數據越混亂，攜帶的信息越少，效用值越小，因而權重也越小，熵值法則是結合熵值提供的信息值來確定權重的一種研究方法，它能夠有效排除主觀因素干擾，客觀反映評價對象的信息［19-20］。熵值法可以利用計算得出的權重值和各指標的標準化數值同時對多個指標進行綜合評價，評價值計算公式：評價值P=權重系數W×標準化數值B，各指標的評價值之和為綜合評價值［21］。

2 結果與分析

2.1 苦瓜種質資源果實品質的變異幅寬分析

由表1可知，不同苦瓜資源的果實品質性狀含量差異較大。分析發現，苦瓜果實的可溶性固形物含量在2.00%～4.30%范圍內波動，平均值為3.00%，變異系數為0.15，其中KD0061-b含量最高；含水率在91.82%～95.96%范圍內波動，平均值為94.48%，變異系數為0.01，其中KD0022含水率最高。

苦瓜果實的主要甜味來源是可溶性糖，包括果糖和葡萄糖。果糖含量在4.21～78.63 mg/g（DW）范圍內波動，平均值為27.27 mg/g（DW），變異系數為0.58，其中KD0059-b含量最高；葡萄糖含量在12.76～125.47 mg/g（DW）范圍內波動，平均值為56.25 mg/g（DW），變異系數為0.44，其中KD0050含量最高。

苦瓜果實的呈酸有機酸以蘋果酸為主，伴有少量檸檬酸、莽草酸和富馬酸。蘋果酸含量為3.54～38.20 mg/g（DW），平均值為17.17 mg/g（DW），變異系數為0.42，其中KD0070含量最高；莽草酸含量在0.00～0.40 mg/g（DW）范圍內波動，平均值為0.06 mg/g（DW），變異系數為0.83，其中Kugua 11含量最高；檸檬酸含量在0.56～12.54 mg/g（DW）范圍內波動，平均值為2.72 mg/g（DW），變異系數為0.60，其中KD009含量最高；富馬酸含量在 0.21～3.05 mg/g（DW）范圍內波動，平均值為 1.56 mg/g（DW），變異系數為0.44，其中KD0033含量最高。

苦瓜果實的營養物質維生素C（L-AA+DHAA）以脫氫抗壞血酸（DHAA）為主。L-抗壞血酸（L-AA）含量在0.05～1.14 mg/g（DW）范圍內波動，平均值為0.36 mg/g（DW），變異系數為0.44，其中KD0073含量最高；脫氫抗壞血酸（DHAA）含量在0.02～3.56 mg/g（DW）范圍內波動，平均值為 0.91 mg/g（DW），變異系數為1.13，其中Kugua 13含量最高；總抗壞血酸（L-AA+DHAA）含量在 0.24～4.13 mg/g（DW）范圍波動，平均值為 1.27 mg/g（DW），變異系數為0.79，其中Kugua 13含量最高。

2.2 苦瓜種質資源果實品質的分布分析

將苦瓜果實品質指標值均勻劃分成5個范圍，統計每個范圍內苦瓜種質資源數量，結果見圖2。由圖2可知，在這82份苦瓜種質資源中，可溶性固形物含量呈近似正態分布；水分、葡萄糖、蘋果酸、莽草酸、檸檬酸、富馬酸和L-AA含量呈近似偏態分布；而果糖、DHAA和總抗壞血酸含量越高，苦瓜資源分布越少。分析發現，約4.88%資源的含水率在91.82%～92.64%范圍內，屬于低含水率材料。約2.44%資源的可溶性固形物含量在3.88～4.30Brix%范圍內，屬于高可溶性固形物材料。約1.22%資源的果糖含量在63.77～78.63 mg/g（DW）范圍內，約3.66%資源的葡萄糖含量在102.96～125.47 mg/g（DW）范圍內，均屬于高糖材料。將蘋果酸、莽草酸、檸檬酸以及富馬酸含量的總和作為總有機酸含量，統計發現約6.10%資源的總有機酸含量在35.55～42.65 mg/g（DW）范圍內，屬于高有機酸材料。約7.32%資源的總抗壞血酸（L-AA+DHAA）含量在3.48～4.13 mg/g（DW）范圍內，屬于高抗壞血酸材料。說明在這些苦瓜種質資源中，可以篩選出一批具有優良品質性狀的資源為優質新品種選育和生產提供材料基礎。

2.3 苦瓜種質資源果實品質的相關性分析

采用皮爾遜法對82份苦瓜種質資源11項果實品質指標的相關性進行分析，結果見圖3。由圖3可知，部分指標間的相關性達到了顯著（Plt;0.05）或極顯著（Plt;0.01）水平。可溶性固形物含量與含水率呈極顯著負相關，與葡萄糖、L-AA含量呈正相關，且達到顯著水平；含水率與富馬酸含量顯著正相關，與L-AA含量顯著負相關；果糖含量和葡萄糖含量與蘋果酸含量、富馬酸含量顯著正相關，與莽草酸含量不顯著正相關，與檸檬酸含量不顯著負相關；蘋果酸含量與莽草酸含量、富馬酸含量極顯著正相關，與檸檬酸含量不顯著負相關；總抗壞血酸含量與果糖含量、葡萄糖含量極顯著負相關，與蘋果酸含量、富馬酸含量顯著負相關，與莽草酸含量負相關，與檸檬酸含量正相關，但均未達到顯著水平。

2.4 苦瓜種質資源果實品質的聚類分析

對82份苦瓜種質資源11項果實品質指標的標準化數值采用系統聚類中Ward的方法，以平方Euclidean距離為遺傳距離進行聚類分析，結果見圖4。由圖4可知，當相對距離=10時，82份材料被分為3個類群，一類群有34份資源，占比為41.46%，二類群有32份資源，占比為39.02%，三類群有16份資源，占比為19.51%，各類群間苦瓜果實品質性狀差異較大。統計分析各類群中苦瓜果實含水率及可溶性固形物、果糖、葡萄糖、蘋果酸、莽草酸、檸檬酸、富馬酸、L-AA、DHAA、總抗壞血酸含量，結果見表2。由表2可知，一類群苦瓜果實口感佳，其可溶性糖和有機酸含量相對最高，平均值分別為114.63、24.65 mg/g（DW）。二類群苦瓜果實干物質含量高、口感適中，含水率平均值僅為94.00%；三類群苦瓜果實的營養物質抗壞血酸含量相對最高，平均值為3.4 mg/g（DW）。

2.5 苦瓜種質資源果實品質的綜合評價

熵值法計算各項果實品質指標的權重系數W，結果見表3。由表3可知，各指標權重系數從小到大依次為含水率（2.37%）lt;可溶性固形物含量（4.58%）lt;L-AA含量（5.01%）lt;富馬酸含量（5.88%）lt;蘋果酸含量（5.89%）lt;葡萄糖含量（6.66%）lt;檸檬酸含量（8.33%）lt;果糖含量（9.64%）lt;莽草酸含量（10.08%）lt;總抗壞血酸含量（16.64%）lt;DHAA含量（24.91%）。其中，DHAA和總抗壞血酸含量指標的權重系數較其他性狀大，表明在82份苦瓜種質資源中抗壞血酸的變異性較強，抗壞血酸含量對苦瓜果實內在品質的綜合評價結果有較大影響。

根據權重分析結果計算82份苦瓜種質資源各項果實品質指標的評價值。結果發現，品質指標值越大，評價值也越大。在可溶性固形物含量指標中，評價值最高的資源為KD0061-b；在含水率指標中，評價值最高的資源為KD0022；在果糖含量指標中，評價值最高的資源為KD0059-b；在葡萄糖含量指標中，評價值最高的資源為KD0050；在蘋果酸含量指標中，評價值最高的資源為KD0070；在莽草酸含量指標中，評價值最高的資源為Kugua 11；在檸檬酸含量指標中，評價值最高的資源為KD009；在富馬酸含量指標中，評價值最高的資源為KD0033；在L-AA含量指標中，評價值最高的資源為KD0073；在DHAA和總抗壞血酸含量指標中，評價值最高的資源均為Kugua 13。這與苦瓜種質資源果實品質的變異幅寬分析結果一致。綜上所述，合計篩選出了10份各單項果實品質性狀優良的苦瓜種質資源。

根據不同苦瓜種質資源各果實品質指標的標準化數值和權重分析結果，構建了標準化值加權法的綜合評價模型：P綜合=B1×4.58%+B2×2.37%+B3×9.64%+B4×6.66%+B5×5.89%+B6×10.08%+B7×8.33%+B8×5.88%+B9×5.01%+B10×24.91%+B11×16.64%，式中：B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8、B9、B10和B11分別表示不同資源苦瓜果實可溶性固形物含量、含水率，以及果糖、葡萄糖、蘋果酸、莽草酸、檸檬酸、富馬酸、L-AA、DHAA和總抗壞血酸含量的標準化數值。苦瓜果實品質綜合評價結果表明，其中4份長身苦瓜資源Kugua 13、Kugua 5、Kugua 2、Kugua 9的果實綜合品質最優，其綜合評價值分別為0.527 1、0.524 6、0.521 3、0.512 7。分析發現，單個指標的評價值高低與綜合評價值高低不密切相關，例如含水率指標評價值最高的資源為KD0022，但該資源的綜合評價值僅為0.237。因此，需根據需求選擇利用合適的苦瓜種質資源。

3 討論

不同苦瓜資源間主要品質性狀的差異是優質品種選育的物質基礎。客觀了解不同苦瓜資源果實品質性狀的差異，有利于判斷各性狀對果實品質的影響，從而建立科學合理的苦瓜果實品質評價模型。對于消費者來說，瓜果的口感、風味、營養等都是非常重要的因素［22］。有研究表明，可溶性固形物、可溶性糖和有機酸含量是肉質果實口感品質的關鍵決定因素，因為它能直接影響果實的甜度和酸度［23-25］；抗壞血酸常被用作蔬菜、水果等營養價值評價的關鍵指標，它是人體無法合成的重要營養物質，需要通過攝入富含抗壞血酸的食物來補充［14］；另外，含水率也是評價果實內在品質的指標，含水率降低將導致果實品質下降［26］。因此，本研究針對多樣性苦瓜資源果實的含水率以及可溶性固形物、可溶性糖、有機酸和抗壞血酸含量等主要品質成分，從不同維度全面分析多樣性苦瓜資源果實品質成分差異。

在多樣性苦瓜資源中，苦瓜果實品質指標除果糖、DHAA和總抗壞血酸含量外均呈近似偏/正態分布。且苦瓜果實的含水率平均值為94.48%，變異系數為0.01。然而，張鳳銀等研究發現，44個苦瓜品種（系）果實含水率平均值為95.19%，變異系數僅為0.000 6［27］。可見，變異系數與苦瓜資源類型、生長環境和采收時間等有關。苦瓜果實的可溶性糖僅以果糖和葡萄糖為主，且不同苦瓜資源的果糖和葡萄糖含量差異較大，平均值分別為27.27、56.27 mg/g（DW），變異系數分別為0.58、0.44。與張鳳銀等的研究［27］相比，本研究中苦瓜資源果實的可溶性糖含量變異性更強、變異范圍更大。苦瓜果實的有機酸主要為蘋果酸，其次為檸檬酸，莽草酸和富馬酸有少量積累，其中以莽草酸含量的變異性最強，變異系數達到了0.83，其次分別為檸檬酸、富馬酸、蘋果酸。張紅梅等研究發現，25個不同品種（系）苦瓜果肉中抗壞血酸含量在56.65～158.65 mg/kg（FW） 范圍內，變異系數為0.284 7［5］。杜小鳳等在22份苦瓜材料中發現，苦瓜果實抗壞血酸含量在35.1～202.3 mg/kg（FW）范圍內，變異系數為0.555 2［28］。與這些研究相比，本研究中的總抗壞血酸含量為0.24～4.13 mg/g（DW）［13.28～227.98 mg/kg（FW）］，變異系數為0.79，其含量的變化范圍更大、變異性更強，說明本研究所用苦瓜資源果實的各品質性狀多態性豐富，能為苦瓜果實品質改良提供材料基礎。

含水率、可溶性固形物含量、可溶性糖含量、有機酸含量以及抗壞血酸含量等品質性狀都是影響多樣性苦瓜資源果實品質的重要因素。運用相關性分析可以明確各品質性狀之間的相互關系［16］，聚類分析則可以根據各品質指標對多樣性苦瓜資源進行分類［17］。相關性分析表明，本研究中多樣性苦瓜資源的11項果實品質指標間均存在一定程度的相關性，說明苦瓜果實品質不能用單一品質性狀來衡量。張燕等對苦瓜品質性狀的相關性分析表明，抗壞血酸與可溶性糖含量負相關不顯著［11］。然而在82份苦瓜資源中抗壞血酸與可溶性糖含量呈極顯著負相關（Plt;0.01），相關性差異與資源類型有一定程度的關系。同時，經系統聚類將多樣性苦瓜資源分為3個不同的類群，第1類苦瓜口感好，糖、酸含量更高，第2類苦瓜比其他種類的干物質含量高，第3類苦瓜富含營養物質抗壞血酸。在以上研究的基礎上，利用苦瓜果實的11項品質指標綜合判斷多樣性苦瓜資源的果實品質。

有研究表明，熵值法能排除主觀因素，客觀地對評價對象的多個指標進行綜合評價［18-21］。因此，本研究運用熵值法綜合評價了多樣性苦瓜資源果實品質，構建了標準化值加權法的品質綜合評價模型，最終篩選出10份苦瓜果實單項品質性狀優良以及4份苦瓜果實綜合品質較好的資源。另外，在苦瓜果實的綜合評價過程中還發現脫氫抗壞血酸和總抗壞血酸含量指標的權重系數最大，分別為24.91%和16.64%，含水率指標的權重系數最小，為2.37%。已有研究表明，苦瓜果實含水率在不同苦瓜品種（系）間差異不大，遺傳變異性較小［27］，苦瓜果實抗壞血酸含量卻在不同苦瓜材料中表現出了極大的差異性，遺傳變異性較強［5，28］，說明苦瓜果實的含水率指標不能有效說明各資源苦瓜的品質，在苦瓜品質綜合評價中不占主導地位，而苦瓜果實的抗壞血酸含量對其品質的綜合評價影響較大。

4 結論

本研究針對82份苦瓜種質資源，分析了11項果實品質指標的變異幅寬，探究了果實品質指標的相關性以及在苦瓜資源中的分布規律，并對這些苦瓜種質資源的果實品質進行了綜合評價，明確了可溶性糖和有機酸含量是苦瓜風味的影響因子，抗壞血酸是苦瓜的營養主效成分。構建了苦瓜的果實品質綜合評價模型：P綜合=B1×4.58%+B2×2.37%+B3×9.64%+B4×6.66%+B5×5.89%+B6×10.08%+B7×8.33%+B8×5.88%+B9×5.01%+B10×24.91%+B11×16.64%，分別篩選出10份苦瓜果實單項品質性狀優良以及4份苦瓜果實綜合品質較好的資源。多樣性苦瓜種質資源的果實品質差異較大，品質多樣性比較豐富，可以充分利用各資源的優勢性狀改良苦瓜果實品質，培育營養豐富、口感好、風味佳、加工性能優的苦瓜新品種。

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收稿日期：2023-08-11

基金項目：廣東省重點領域研發計劃項目（編號：2020B0202090002，2020B020220003，301123357131）；廣東省農業科學院食品營養與健康研究中心建設運行經費項目（編號：XTXM202205）；廣州市科技計劃項目（編號：202201010231）；嶺南現代農業實驗室項目（編號：NT2021004）；廣東省農業科學院院創新基金青年自然科學基金面上項目（編號：202106）。

作者簡介：劉 玲（1997—），女，四川成都人，碩士，主要從事瓜類蔬菜果實品質研究。E-mail：2317200951@qq.com。

通信作者：薛舒丹，博士，助理研究員，主要從事瓜類內在品質遺傳改良以及營養物質代謝機理研究，E-mail：xueshudan@gdaas.cn；鄭曉明，博士，副研究員，主要從事瓜類遺傳育種研究，E-mail：985356125@qq.com。