基于主成分分析的板栗坚果品质评价研究_肖丽静.pdf

板栗（CastaneamollissimaBlume），壳斗科，栗属，原产于我国，种植历史悠久，在食用、民俗、祭祀和作为行道树等多种领域有所应用1。板栗美味可口，营养价值高，富含蛋白质、维生素、胡萝卜素、淀粉和脂肪等，经常食用具有益气健脾、补肾强筋等保健作用，被称为“铁杆庄稼”“木本粮食”2-3。我国板栗种质资源丰富，广泛分布于 26 个省份，南北方均有分布。中国的板栗种植面积和产量均位于世界第 1 位，是名副其实的板栗第一生产大国4和出口大国，在国际市场上具有很强的竞争力5-6。国内板栗最佳主产区为燕山产区，主要集中在河北的迁西、遵化、青龙、宽城、兴隆、抚宁、迁安，北京的密云、怀柔、昌平，天津的蓟县等地7-8。随着板栗产业的快速发展，人们对板栗品质的要求越来越高，很多学者致力于新品种的选育和改良，培育出了一批新品种，但对于已有主栽品种和新品种品质评价和比较研究较少。1933年主成分分析被首次提出，由于多个变量之间都存在着相关性，通过将原来的变量重新线性组合成若干个互不相关的综合指标来代替原来的变量，并尽可能提取原来变量的信息来解释原有变量的协方差结构，即通过原来变量的少数几个线性组合来解释原来变量以实现降维的多元统计方法9；这种方法不仅保留了绝大部分信息，且主成分间相互独立，避免信息重复10，同时具备较强的代表性，增加了分析的可信度11。而聚类分析是在不删减信息的前提下，根据一批样品的多个观测指标，找出能够具体度量样品或指标间相似程度的统计量，以这些统计量为划分类型的依据，把一些相似程度较大的样品聚为一类12-13。利用主成分分析法与聚类分析相结合的综合评价方法广泛地用于果实品质评价，如南丰蜜桔14、夏橙15、猕猴桃16、苹果17、桃18、黄肉猕猴桃19等果树的综合品质评价。目前关于板栗品种的综合评价报道还不多。本文拟利用 13 个板栗品种（系）的 17 个品质指标，运用主成分分析法与聚类分析相结合的方法，构建一个科学合理果实品质评价方法，为板栗种质资源品质评价、快速筛选和新品种选育提供理论依据。1材料与方法1.1试验材料试验材料采自河北省秦皇岛市抚宁区淼源试验合作基地，选取 大板红、抚宁8号、怀九、迁西 42 号、兴隆 1 号、燕宝、燕奎、燕丽、燕龙、燕山短枝、燕山早丰、燕紫 和 一天光 13 个燕山板栗品种（系）。供试材料为砧木相同的 10 年生嫁接树，产量相近，栽植于丘陵山地。每个品种选取长势相对一致的 15 棵树作为试验用树，5 株小区，3 次重复。每棵树采集 500 g 成熟板栗坚果，同一小区内板栗混匀放入冷库后熟 30 d，然后进行品质测定。1.2试验方法用电子秤称量单果质量。可溶性糖和收稿日期：2022-02-11基金项目：本研究得到国家重点研发计划项目“特色经济林优质轻简高效栽培技术集成与示范（2020YFD1000700）”资助。第一作者简介：肖丽静，女，硕士生，研究方向为果树的栽培与育种。E-mail：1193645012qq com*通讯作者：齐永顺，男，二级教授，博士，主要研究方向为果树育种与果树栽培。E-mail：qiyongshun163 com基于主成分分析的板栗坚果品质评价研究肖丽静1,2,3，王东升1,2,3,4，魏源1,2,3，郭春磊1,2,3.4，曹飞1,2,3,4，齐永顺1,2,3,4*（1 河北科技师范学院园艺科技学院066600；2 板栗产业技术教育部工程研究中心；3 河北省特色园艺种质挖掘与创新利用重点实验室；4 河北省板栗产业协同创新中心)摘要：为建立一种适宜的板栗资源果实品质评价方法，并为优质资源快速筛选及品种选育提供理论参考，利用果实主要品质指标，使用主成分分析法对 13 个不同的板栗品种（系）进行了综合评价和分类。结果表明：13 个板栗品种（系）的坚果性状变异程度不同，其中-胡萝卜素含量变异系数最大为 57.49%，淀粉含量的变异系数最小为 4.53%。经主成分分析提取出 7 个特征根大于 1 的公因子，累计方差贡献率为 92.593%，根据综合得分对供试品种（系）进行排序，结果表明燕宝综合品质最佳，其次为燕奎，综合得分最低的是燕山短枝。聚类分析结果表明在欧氏距离 10 处可将 13 个板栗品种（系）分成 4 类，聚类结果与主成分分析的综合性状得分排序结果基本一致。关键词：板栗；主成分分析；坚果品质；系统聚类；综合评价中图分类号：S664.2文献标识码：ADOI 编码：10.19440/ki.1006-9402.2023.01.00718 淀粉采用蒽酮比色法测定；水分采用烘干测重法测定；脂肪采用索氏提取法测定；蛋白质采用凯氏定氮法测定；维生素 C 含量采用 2，6 二氯靛酚法测定；类胡萝卜素含量用分光光度计进行测定；微量元素采用原子吸收分光光度法（AAS 法）测定20。1.3数据处理利用 Excel 2010 对数据进行整理和相关性分析，利用SPSS24.0 进行主成分分析，得到各样品的主成分分值，以所选主成分对应的贡献率占所提取的 7 个主成分的贡献率总和的比例为权重，计算各样品前 7 个主成分的分值与相应权重的乘积累加，得到综合分值 F，以此来评价不同品种板栗综合品质的优劣21。综合评价得分函数：F=0.31 F1+0.20F2+0.14F3+0.11F4+0.09F5+0.08F6+0.07F7利用 SPSS 24.0 进行聚类分析，采用瓦尔德分析方法，将果实性状相近的品种（系）聚到一起。2.1果实品质差异性分析通过采用Duncan法对13个板栗品种（系）果实主要性状进行差异分析（表 1 和续表 1）可知，板栗单果质量、水分、淀粉、蛋白质、脂肪、可溶性糖、镁、钙、铁、锌、锰、铜、钾、磷、钠、-胡萝卜素在 0.05 的显著水平上存在差异性，灰分无显著性差异。所测 13 个板栗品种果实单果质量在 6.210.7 g之间，其中最大的为 燕紫，最小的为 燕山早丰。锰的变化范围为 10.093.4 mg/kg，最大的为 大板红，最小的为 一天光，大板红 的含量是 一天光 的 14倍。-胡萝卜素的变化范围为 0.010.16 mg/kg，最大的为 大板红，最小的为 燕紫，大板红 的含量是燕紫的 16 倍。通过对这 17 个主要果实性状的分表 113 个板栗品种（系）果实性状的差异性分析品种水分/（g/100g）淀粉/（g/100g）蛋白质/（g/100g）脂肪/（g/100g）可溶性糖/（g/100g）单果质量/(g)铜/（mg/kg）-胡萝卜素/（ug/kg）灰分/（g/100g）大板红54.74.17ab26.41.85ab8.91.47a1.00.26a10.71.00a6.80.45ef3.20.30cdef0.040.02ghi1.000.23b抚宁 8 号52.65.57ab28.41.71ab8.72.03a0.90.26a8.712.17ab7.60.95def4.20.89abc0.100.03cde0.950.27b怀九49.61.71ab24.81.67b9.81.32ab0.40.17b9.500.82ab8.40.70cd4.20.96abc0.070.01efg0.980.16b迁西 42 号52.82.03ab27.11.37ab8.91.68ab0.80.26ab8.220.53bcd9.00.06bcd2.60.27ef0.110.02bcd0.960.16b兴隆 1 号51.40.26ab27.82.51ab4.00.98d0.80.20ab7.260.77cd10.71.05a3.60.44bcde 0.130.01abc1.000.23b燕宝51.82.60ab27.11.82ab10.51.20a0.80.26ab9.420.85abcd9.90.85ab5.30.79a0.160.02a1.200.29b燕奎54.62.80ab28.72.03ab7.81.45ab0.80.17ab9.781.92ab9.51.50abc4.80.63ab0.090.04def1.100.14b燕丽55.43.54a26.52.01ab9.51.57ab0.90.30a8.811.45abcd8.50.78bcd2.20.36f0.030.01hi1.100.26b燕龙52.34.37ab26.82.15ab6.71.67bcd0.80.20ab9.141.73abcd7.80.18de41.11bcd0.140.02ab1.170.30b燕山短枝46.44.42b26.82.13ab5.01.31cd0.80.26ab7.081.25d6.40.44ef2.60.44ef0.080.02def0.890.24b燕山早丰49.83.97ab29.72.91a8.12.00ab0.80.20ab9.390.58ab6.20.34f4.20.61abc0.060.02fgh1.100.19b燕紫53.43.97ab27.92.39ab7.71.11abc0.40.1b9.180.61abcd10.70.49a3.00.63cdef0.010.00i1.300.24b一天光54.83.36a26.61.41ab9.62.03ab0.60.26ab8.020.73bcd8.81.10bcd2.90.44def0.030.01hi0.930.16b续表 113 个板栗品种（系）果实性状的差异性分析品种镁/（mg/kg）钙/（mg/kg）铁/（mg/kg）锌/（mg/kg）锰/（mg/kg）钾/（mg/kg）磷/（mg/kg）钠/（mg/kg）大板红53813.12cd12410.82ef122.65bc40.50ab33.11.87h3 38925.00h8019.54d121.73c抚宁 8 号55821.17c11913.52f102.27c51.02ab32.52.01h3 84314.73e71015.72e120.50c怀九62012.53a16410.44ab121.73bc51.59ab64.41.85c4 25411.53b78012.29d121.74c迁西 42 号51016.64d1429.64cde120.53bc60.76a73.42.11b3 03012.29j78618.36d142.02bc兴隆 1 号51017.09d1119.85fg121.75bc41.22ab102.21lk3 4299.54g63913.08g121.45c燕宝58830.51b14915.39bcde162.61a61.56a93.42.98a4 34012.53a1 03914.12a121.71c燕奎51214.73d15015.87bc141.04ab40.95ab451.06f3 93118.25e79611.36d181.47a燕丽5223.00d945.29gh112.09bc31.00b39.82.45g3 44415.88g68511.53f121.22c燕龙61611.53ab17210.82a161.11a40.79ab242.08j4 12713.00c8383.61c121.70c燕山短枝55917.58c1289.54def121.25bc61.44a52.22.00e3 02512.77j62715.62g110.76c燕山早丰52612.12d17410.54a161.74a50.20ab58.42.00d3 43016.09g72410.44e141.35bc燕紫53419.08cd11813.00f102.65c30.20b27.81.54i3 20718.03i60112.17h132.82c一天光61715.72ab8811.56h141.11ab41.06ab12.22.07k3 47616.82f63312.28g161.51ab19 析得出：各指标在不同品种（系）间存在着差异，同时也体现了板栗的遗传多样性。燕宝 的蛋白质、铜、-胡萝卜素、铁、锰、钾和磷含量在 13 个品种（系）中最高。燕山