蘋果代表性理化評價指標(biāo)的分析,園藝學(xué)論文

蘋果代表性理化評價指標(biāo)的分析,園藝學(xué)論文【研究意義】蘋果是中國農(nóng)業(yè)部確定的11種優(yōu)勢農(nóng)產(chǎn)品之一，也是中國第一大果品產(chǎn)業(yè)[1]，其產(chǎn)量占中國水果總產(chǎn)量的26.6%[2]。理化品質(zhì)是蘋果品質(zhì)的重要組成部分，理化指標(biāo)是蘋果理化品質(zhì)評價的根據(jù)[3-5]。研究蘋果理化指標(biāo)間的定性、定量關(guān)系，建立科學(xué)的理化指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)，確立代表性理化指標(biāo)，將為蘋果理化品質(zhì)評價奠定基礎(chǔ)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】蘋果理化品質(zhì)評價研究已有較多報道[1,6-10]，但還不夠系統(tǒng)和深切進(jìn)入，當(dāng)前僅牽涉少數(shù)指標(biāo)[1,8-10]或少數(shù)品種[1,7,9]，理化指標(biāo)間關(guān)系研究和基于概率統(tǒng)計(jì)的理化指標(biāo)分級研究尚未見報道。主成分分析將多個指標(biāo)化為少數(shù)幾個綜合指標(biāo)，聚類分析則將一批樣品或變量按其在性質(zhì)上的親疏程度進(jìn)行分類[11]，已成為果品品質(zhì)評價研究的重要手段[7,12-18]。傳統(tǒng)的數(shù)量性狀分級均為建立在經(jīng)歷體驗(yàn)基礎(chǔ)上的等差分級[3]，不能很好地反映性狀取值的概率分布，且難以構(gòu)成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[19]。基于正態(tài)分布的概率分級能有效地克制上述缺乏，對棗[19-20]和林木種子[21]的研究顯示，服從正態(tài)分布的樣本能獲得理想的分級結(jié)果。【本研究切入點(diǎn)】本研究在對國家果樹種質(zhì)資源興城蘋果圃保存的190個蘋果品種7項(xiàng)果實(shí)理化指標(biāo)檢測基礎(chǔ)上，通過相關(guān)分析和回歸分析探尋求索指標(biāo)間的互相關(guān)系，利用正態(tài)分布理論和概率分級方式方法建立各指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)，利用主成分分析和聚類分析確立蘋果理化品質(zhì)的代表性指標(biāo)?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本文旨在運(yùn)用相關(guān)分析、回歸分析、概率分級、主成分分析、聚類分析等技術(shù)，探明蘋果主要理化指標(biāo)之間的互相關(guān)系，建立各指標(biāo)基于正態(tài)分布的分級標(biāo)準(zhǔn)，確定蘋果理化品質(zhì)代表性指標(biāo)，為蘋果理化品質(zhì)評價奠定方式方法基礎(chǔ)和提供理論根據(jù)。1材料與方式方法1.1試驗(yàn)材料試驗(yàn)于2018年在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所進(jìn)行。參試蘋果品種190個〔華而不實(shí)38個用于回歸方程預(yù)測檢驗(yàn)〕。樣品果采自國家果樹種質(zhì)資源興城蘋果圃〔遼寧省興城市〕。該圃土壤為沙壤土，地勢平坦，管理?xiàng)l件一致，砧木為山荊子[Malusbaccata(L.)Borkh]，樹齡7年，果實(shí)不套袋。果實(shí)商品成熟期取樣，每個品種從樹冠中部外圍隨機(jī)采集60個成熟果實(shí)。每個品種設(shè)2次重復(fù)，結(jié)果以2次重復(fù)的算術(shù)平均值表示。1.2試驗(yàn)方式方法1.2.1指標(biāo)測定果實(shí)硬度用果實(shí)硬度計(jì)〔FT-327,Italy〕測得?？扇苄怨绦挝锖坑谜凵鋬x〔PAL-1,Japan〕測得。可溶性糖含量采用費(fèi)林試劑滴定法測定?？傻味ㄋ岷坎捎弥甘緞┑味ǚy定。維生素C含量采用2,6-二氯靛酚滴定法測定。固酸比用可溶性固形物含量與可滴定酸含量的比值表示。糖酸比用可溶性糖含量與可滴定酸含量的比值表示。可滴定酸含量保存兩位小數(shù)，其余指標(biāo)均保存1位小數(shù)。1.2.2指標(biāo)分級以正態(tài)分布樣本為對象，以〔X-1.2818S〕、〔X-0.5246S〕、〔X+0.5246S〕和〔X+1.2818S〕為分值點(diǎn)[20]，將各性狀分為極低、低、中、高和極高5級[3,8]。必要時，在確保分級后樣本服從正態(tài)分布的前提下，對分值點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整和修約[21]。1.2.3統(tǒng)計(jì)分析[11]用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)〔DataProcessingSystem〕進(jìn)行相關(guān)性分析、回歸分析、聚類分析、主成分分析和分級正態(tài)性檢驗(yàn)。2結(jié)果2.1蘋果理化指標(biāo)水平分析將參試品種7項(xiàng)主要理化品質(zhì)指標(biāo)的變幅、平均數(shù)和變異系數(shù)列于表1。從表1可見，各指標(biāo)變異系數(shù)均較大，華而不實(shí)，可溶性固形物含量和可溶性糖含量的變異系數(shù)分別為11.8%和13.3%，其余指標(biāo)的變異系數(shù)均在20%以上。將各指標(biāo)由低〔小〕到高〔大〕等間距分成12組，繪制品種分布頻次圖并進(jìn)行c2檢驗(yàn)，概率值P0.05即斷定符合正態(tài)分布，結(jié)果見圖1。從圖1可見，果實(shí)硬度、可滴定酸含量和可溶性糖含量均符合正態(tài)分布；可溶性固形物含量P=0.0493，與0.05極為接近，視同符合正態(tài)分布；維生素C含量、固酸比和糖酸比均有明顯拖尾，概率值P僅為0.0001，均不符合正態(tài)分布，但若去掉拖尾的少數(shù)品種〔維生素C含量去掉大于4.5mg100g-1的24個品種，固酸比去掉大于32的22個品種，糖酸比去掉大于28的23個品種〕，可使各指標(biāo)符合正態(tài)分布，概率值P分別為0.5118、0.0971和0.3647。2.2蘋果理化指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)7項(xiàng)蘋果理化品質(zhì)指標(biāo)均被分為極低、低、中、高和極高5級〔表2〕。從表2可見，按建立的分級標(biāo)準(zhǔn)，各指標(biāo)均符合正態(tài)分布，概率值P均在0.05以上，果實(shí)硬度的概率值P最高，達(dá)0.5744。從分布比例來看，屬于中級的品種最多〔平均占40.1%〕，其次是屬于低級的品種〔平均占23.9%〕，第三是屬于高級的品種〔平均占18.2%〕，屬于極低級和極高級的品種最少〔僅分別占7.4%和10.4%〕，該分布頻率接近理論概率[20]，即中級40%，低級和高級各20%，極低級和極高級各10%，表示清楚所建立的分級標(biāo)準(zhǔn)具有良好的科學(xué)性和有效性。【表2】2.3蘋果理化指標(biāo)互相關(guān)系分析2.3.1相關(guān)性分析從表3可見，可滴定酸含量與固酸比和糖酸比均呈極顯著負(fù)相關(guān)〔=0.01〕，即固酸比和糖酸比均隨可滴定酸含量的升高而降低；可溶性固形物含量和可溶性糖含量之間、固酸比和糖酸比之間均呈極顯著正相關(guān)，即可溶性固形物含量隨可溶性糖含量的升高而升高，固酸比隨糖酸比增大而增大；維生素C含量與可溶性固形物含量和可滴定酸含量之間、可溶性固形物含量和可溶性糖含量與固酸比和糖酸比之間均呈極顯著正相關(guān)，但相關(guān)系數(shù)相對較小，均缺乏0.35。2.3.2回歸分析逐步線性回歸顯示，可溶性固形物含量〔x1〕、可溶性糖含量〔x2〕、固酸比〔x3〕和糖酸比〔x4〕間存在極顯著〔=0.0001〕的三元線性回歸方程〔表4〕；各方程均有極高的回歸精度，平均擬合誤差均在2%左右；用38個品種進(jìn)行預(yù)測效果檢驗(yàn)，各方程的平均預(yù)測誤差均小于2%，表示清楚4個方程均可用于準(zhǔn)確預(yù)測。一元線性回歸顯示，可溶性固形物含量與可溶性糖含量之間、固酸比和糖酸比之間存在極顯著的一元線性回歸方程〔表4〕，平均擬合誤差在5.2%6.1%，平均預(yù)測誤差在4.3%5.6%，表示清楚5個方程均有較高的擬合精度、能夠比擬準(zhǔn)確地預(yù)測相關(guān)指標(biāo)。除線性回歸分析外，還進(jìn)行了非線性回歸分析，固酸比和糖酸比均與可滴定酸含量〔x5〕存在極顯著的冪函數(shù)關(guān)系〔表4〕，固酸比和糖酸比隨可滴定酸含量升高而降低〔圖2〕，但回歸方程平均擬合誤差高達(dá)9.4%和10.3%，平均預(yù)測誤差高達(dá)9.7%和10.0%，講明其擬合精度較低、不能用于準(zhǔn)確預(yù)測。2.4蘋果理化指標(biāo)的簡化2.4.1主成分分析由表5可見，前4個因子構(gòu)成的信息量為總信息量的95.75%，幾乎反映了7項(xiàng)指標(biāo)的全部信息[11]。第1因子方差奉獻(xiàn)率為44.41%，代表性指標(biāo)〔即權(quán)重較大的指標(biāo)〕為糖酸比、固酸比和可滴定酸含量，可定義為風(fēng)味因子；第2因子方差奉獻(xiàn)率為25.61%，代表性指標(biāo)為可溶性固形物含量和可溶性糖含量，可定義為營養(yǎng)因子；第3因子方差奉獻(xiàn)率為14.26%，代表性指標(biāo)為果實(shí)硬度，可定義為質(zhì)地因子；第4因子方差奉獻(xiàn)率為11.47%，代表性指標(biāo)為維生素C含量，可定義為功能成分因子。以第1因子為橫坐標(biāo)，以第2、第3和第4因子為縱坐標(biāo)，作圖排序[18,23]，結(jié)果見圖3。從圖3可見，固酸比和糖酸比之間、可溶性固形物含量和可溶性糖含量之間距離均極小，幾近重疊，表示清楚固酸比和糖酸比之間、可溶性固形物含量和可溶性糖含量之間有高度的信息重疊[11]。2.4.2聚類分析7項(xiàng)理化指標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換后，采用切比雪夫距離，用離差平方和法進(jìn)行系統(tǒng)聚類，結(jié)果見圖4。由圖4可見，可溶性固形物含量和可溶性糖含量距離近期，僅為0.56；其次是固酸比和糖酸比，距離僅為0.99。如以1.1為指標(biāo)類別劃分距離，可將7項(xiàng)指標(biāo)分為5類，即可溶性固形物含量和可溶性糖含量為一類，固酸比和糖酸比為一類，維生素C含量、可滴定酸含量和果實(shí)硬度各為一類，這與主成分分析結(jié)果〔圖3〕相一致。2.4.3指標(biāo)簡化可溶性固形物含量與可溶性糖含量之間、固酸比和糖酸比之間均高度相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.8343和0.9844〔表3〕，且主成分分析和聚類分析均表示清楚可溶性固形物含量與可溶性糖含量為同一類性狀、固酸比和糖酸比為同一類性狀〔圖3和圖4〕，因而，對其進(jìn)行簡化。即可溶性固形物含量與可溶性糖含量二者留其一，固酸比和糖酸比二者留其一。鑒于在蘋果品質(zhì)評價中可溶性糖含量和糖酸比擬可溶性固形物含量和固酸比更常用[8-9]，在可溶性固形物含量和可溶性糖含量兩項(xiàng)指標(biāo)中保存可溶性糖含量，相應(yīng)地，在固酸比和糖酸比兩項(xiàng)指標(biāo)中保存糖酸比。由此將蘋果理化指標(biāo)簡化為5項(xiàng)，即質(zhì)地指標(biāo)果實(shí)硬度、營養(yǎng)指標(biāo)可溶性糖含量、風(fēng)味指標(biāo)可滴定酸含量和糖酸比、以及功能成分指標(biāo)維生素C含量。這5項(xiàng)指標(biāo)即為蘋果理化品質(zhì)評價的代表性指標(biāo)。3討論回歸分析是研究因變量和自變量之間變動比例關(guān)系的一種方式方法，最終結(jié)果一般是建立某種經(jīng)歷體驗(yàn)性的回歸方程[11]。該方式方法已成為蘋果品質(zhì)研究的有效手段。成鈺厚等[24]通過回歸分析確立了陸奧、王林和富士蘋果成熟期間果皮花青素含量與可滴定酸含量、pH、固酸比等果實(shí)品質(zhì)的關(guān)系。金宏等[25]利用回歸分析方式方法討論了蘋果果皮花青素含量與香氣釋放量的關(guān)系。本文以大樣本〔190個品種〕為對象，利用逐步線性回歸、一元線性回歸、非線性回歸等回歸分析技術(shù)，初次探明了7項(xiàng)蘋果理化指標(biāo)之間的定性、定量關(guān)系，十分是獲得的4項(xiàng)多元線性回歸方程和4項(xiàng)一元線性回歸方程，可用于準(zhǔn)確〔多元線性回歸方程〕或比擬準(zhǔn)確〔一元線性回歸方程〕地預(yù)測有關(guān)理化指標(biāo)。聚類分析既可針對樣本，可以針對變量[11-12]，詳細(xì)到果樹研究，就是對品種聚類[12-15]和對性狀〔指標(biāo)〕聚類[7,12,14-16]。但無論進(jìn)行何種聚類，均應(yīng)考慮性狀的量綱差異。量綱即性狀的計(jì)量單位。量綱不同不便進(jìn)行聚類分析，宜先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化變換，消除量綱差異[12,16]。主成分分析也如此[16]。在果品品質(zhì)評價研究中，主成分分析的主要目的是綜合、簡化評價指標(biāo)[15]。主成分分析和聚類分析相結(jié)合簡化果品品質(zhì)評價指標(biāo)已成為果品品質(zhì)評價研究的一個發(fā)展趨勢[14-17]。生物現(xiàn)象的連續(xù)性變量或間斷性變量大都遵從正態(tài)分布，在果樹科學(xué)試驗(yàn)中正態(tài)分布是最常見的分布形式[26]。本研究顯示，與果實(shí)硬度和可滴定酸含量的分布相比，可溶性糖含量和可溶性固形物含量分布的正態(tài)特性有所減弱，維生素C、固酸比和糖酸比的分布出現(xiàn)明顯拖尾而成為偏態(tài)分布[20]。偏態(tài)分布在桃、李和棗上也有，這可能是由選擇的方向性所致[19-20,27]，即在品種選育經(jīng)過中人為地選擇具有某些特點(diǎn)的個體。如棗單果重分布向大果重方向拖尾，可能就是人們長期選擇大果型個體進(jìn)行繁育發(fā)展的結(jié)果[19-20]。而高糖一直是蘋果選育優(yōu)良品種的重要目的[28]。另外，與傳統(tǒng)的經(jīng)歷體驗(yàn)分級相比，概率分級具有根據(jù)客觀、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、結(jié)果可比等優(yōu)點(diǎn)，因此有更大的指導(dǎo)價值，但必須有一個能代表正態(tài)總體的較大樣本，即供試樣本應(yīng)保證足夠的代表性[20]。本文用于指標(biāo)分級的樣本容量到達(dá)128152個品種。蘋果的風(fēng)味除取決于糖、酸含量的絕對值外，還取決于糖、酸的配合，即糖酸比[8-9]。糖酸比值在一定程度上受可滴定酸含量的影響較大，亦即風(fēng)味的優(yōu)劣與可滴定酸含量有很大關(guān)系[8]。因而，可滴定酸含量和糖酸比均應(yīng)作為風(fēng)味方面的代表性指標(biāo)[8-9]。對于蘋果理化品質(zhì)評價，本研究結(jié)果表示清楚，采用果實(shí)硬度、可溶性糖含量、可滴定酸含量、糖酸比和維生素C含量5項(xiàng)指標(biāo)即可。鑒于可溶性固形物含量測定簡單易行、可溶性糖含量測定復(fù)雜耗時[22]，而可溶性固形物含量又是蘋果的重要品質(zhì)指標(biāo)[29]，因而，用可溶性固形物含量和固酸比分別替代可溶性糖含量和糖酸比[30-31]也是一種選擇。水果中的可溶性固形物絕大部分是碳水化合物，主要由糖構(gòu)成[32]。蘋果可溶性固形物含量與可溶性糖含量之間、固酸比與糖酸比之間呈極顯著正相關(guān)原因就在于此。蘋果果實(shí)糖酸比偏高者風(fēng)味趨甜，偏低者風(fēng)味偏酸，2060多為酸甜適度[8]。蘋果固酸比與糖酸比間呈極顯著正相關(guān)，因此蘋果固酸比也有類似特點(diǎn)。蘋果可滴定酸含量與固酸比和糖酸比均呈極顯著負(fù)相關(guān)，反映蘋果風(fēng)味隨可定酸含量上升而趨酸，隨可滴定酸含量降低而趨甜。本文研究的蘋果理化指標(biāo)均為數(shù)量指標(biāo)，而果樹數(shù)量指標(biāo)的水平可能會因氣候條件或立地條件差異而發(fā)生變化[33]。從平均水平看，本研究參試品種的可滴定酸含量與早前賈定賢等[8]對129個蘋果品種的測定結(jié)果接近，但可溶性糖含量有所下降。究其原因，除所研究的品種及其多少不盡一致外，蘋果果實(shí)糖、酸的含量還與測定時期、生態(tài)條件、管理水平等因素有關(guān)[8,24]。因而，本文建立的分級標(biāo)準(zhǔn)宜作為蘋果理化品質(zhì)評價的參照標(biāo)準(zhǔn)。4結(jié)論7項(xiàng)蘋果理化指標(biāo)的變異系數(shù)均較大。華而不實(shí)，果實(shí)硬度、可滴定酸含量、可溶性固形物含量和可溶性糖含量均服從正態(tài)分布；固酸比、糖酸比和維生素C含量呈偏態(tài)分布。7項(xiàng)指標(biāo)均可劃分為服從正態(tài)分布的5級，即，極低、低、中、高和極高?？扇苄怨绦挝锖颗c可溶性糖含量、固酸比與糖酸比、固酸比與可滴定酸含量和糖酸比與可滴定酸含量均呈極顯著相關(guān)。可溶性固形物含量、可溶性糖含量、固酸比和糖酸比之間存在極顯著的一元或三元線性回歸方程，可用于各自的預(yù)測。7項(xiàng)蘋果理化指標(biāo)可簡化為5項(xiàng)，即，質(zhì)地指標(biāo)果實(shí)硬度、營養(yǎng)指標(biāo)可溶性糖含量、風(fēng)味指標(biāo)可滴定酸含量和糖酸比、以及功能成分維生素C含量。References[1]王海波,李林光,陳學(xué)森,李慧峰,楊建明,劉嘉芬,王超.中早熟蘋果品種果實(shí)的風(fēng)味物質(zhì)和風(fēng)味品質(zhì).中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2018,43(1):2300-2306.WangHB,LiLG,ChenXS,LiHF,YangJM,LiuJF,WangC.Flavorcompoundsandflavorqualityoffruitsofmid-seasona