加工番茄农艺性状的主成分分析与综合评价

杨 进， 严海欧, 张 东， 高世华， 马慧敏

(1.内蒙古农业大学职业技术学院， 内蒙古 包头 014109；2.内蒙古农业大学园艺与植物保护学院， 呼和浩特 010011)

番茄属于茄科(Solanaceae)茄属(Solanum)草本植物，原产于中美洲和南美洲。加工番茄(Processing Tomato)是番茄按用途分类中的一类[1-2]，是一种用于作番茄汁、粉、酱和番茄红素等制品的果蔬类果实，植株矮化自封顶，分枝多，果实大多为椭圆形且小，果皮厚，耐贮藏运输[3]。近几十年对加工番茄的发展和研究，我国已成为世界第一番茄制品出口国，与美国加州、地中海并列为世界三大番茄酱产区[4]。目前，内蒙古自治区的栽植品种主要以引进新疆(屯河系列、新番4号等)及国外的品种(里格尔87-5、98-1)为主，但适用于内蒙古地区栽培品种单一。通过对现有加工番茄品种的分析，筛选出针对本地区加工番茄的优质品种，为加工番茄生产提高经济效益具有深远意义。为此，本试验统计了不同加工番茄品种的11项农艺性状，采用主成分分析和隶属函数法相结合的分析方法，研究了加工番茄的主要农艺性状及综合表现。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017年在包头市土右旗内蒙古农业大学园艺园林实训基地进行，试验地肥力中等、均匀。

1.2 试验材料

供试的11份加工番茄材料均由内蒙古包头农科院(尚春明研究员)提供。11份品种名称(田间代号)分别为：Y-8号(JT 1)、S-28(JT 2)、S-33(JT 3)、I-1305(JT 4)、I-3116(JT 5)、I-3155(JT 6)、I-3302(JT 7)、I-5248(JT 8)、I-5525(JT 9)、97-1(JT 10)、97-4(JT 11)。

1.3 试验方法

试验于2018年在内蒙古农业大学园艺园林实训基地进行。2018年4月30日露地穴盘育苗(72穴，蔬菜育苗基质)，5月6日出苗， 5月31日定植，7月24日始收，8月21日末收。

采用随机区组设计，重复3次，试验区周围设保护行，小区形状采用长方形，小区长4.4 m、宽1.0 m，每小区种植3行，株距44.5 cm，每行10株，共30株。每15天测量1次数据。

1.4 项目测定

从苗期开始进行数据测定，所测指标有：成熟期(8月10日)株高、茎粗；单株结果数；单株果穗数；平均单果重；心室个数；纵横比；果实硬度；果实糖度；果实耐压力以及果肉厚度。

应用隶属函数法[5]评价11个不同加工番茄品种的综合性状，以平均隶属函数值对不同加工番茄农艺性状进行综合评价,计算公式如下:

式中,Xij为i品种j指标的测定值；Xjmax为各品种j指标的最大测定值；Xjmin为各品种j指标的最小测定值。

1.5 数据分析

采用Excel软件进行作图，差异显著性测定利用Duncan新复极差法进行，主成分分析法采用SPSS 17.0软件分析。

2 结果与分析

2.1 不同加工番茄品种植株性状

不同加工番茄成熟期株高和茎粗差异显著，成熟期JT 3的株高比其他品种高；J 4的茎粗明显大于其他品种(图1)。不同加工番茄成熟期结果数差异显著，JT 5的平均结果数显著高于其他品种，平均结果数达18.8个；JT 8的平均结果数次之(图2)。JT 8的平均单株果穗数显著高于其他品种，单株果穗数为17(图3)。

图2 不同加工番茄品种平均结果数 图3不同加工番茄品种平均单株果穗数

注:不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著。下同。

2.2 不同加工番茄品种的果实性状

不同加工番茄品种平均单果重之间存在显著差异，JT 3和JT 5的平均单果重明显大于其他品种，JT 3的单果重最大，为108.68 g(图4)。不同品种的果实纵横比在1.2～1.5之间，JT 4的平均纵横比最高(图5)。JT 9、JT 10平均心室个数最多且相同，都为3个；JT 4、JT 6、JT 11 的平均心室个数相同，均为2.8。其余品种之间差异不显著(图6)。JT 6、JT 8、JT 10果实硬度差异不明显，其中JT 4平均果实硬度大于其他品种(图7)。JT 4、JT 7、JT 8及JT 11果实糖度差距不大，其中JT 4和JT 8果实糖度相等，经过统计对比发现，JT 11的平均果实糖度含量最高(图8)。JT 5的平均耐压力明显高于其他品种(图9)。JT 5、JT 6、JT 9之间果肉厚度差距不明显，其中JT 5和JT 6平均果肉厚度相等，而JT 1的果肉厚度最厚(图10)。

图4 不同加工番茄品种平均单果重 图5不同加工番茄品种平均纵横比

图6 不同加工番茄品种平均心室个数 图7不同加工番茄品种平均果实硬度

图8 不同加工番茄品种平均果实糖度 图9不同加工番茄品种平均耐压力

图10 不同加工番茄品种平均果肉厚度

2.3 不同加工番茄品种农艺性状主成分分析

主成分的特征和贡献率是选择主成分的依据，将加工番茄材料的11个农艺性状指标转化为11个主成分，由表 1 可以看出，前5个主成分的累积贡献率为90.329% ，表明前5个主成分已经把11份加工番茄农艺性状90.329%的信息反映了出来。因此，可以选取前 5 个主成分作为11份加工番茄农艺性状评价的综合指标， 即结果数、果肉厚度、果实硬度、茎粗、果实糖度。第一主成分的贡献率最大，为26.784%，其中以结果数和单株果穗数的向量值较大，称之为结果量选择因子；第二主成分的贡献率为22.933%，以果肉厚度和单果重的向量值较大，称之为果实形状选择因子；第三主成分的贡献率为17.199%，以果实硬度的向量值较大，称之为果实硬度选择因子；第四主成分的贡献率为14.047%，以植株茎粗的向量值较大，称之为植株健壮选择因子；第五主成分的贡献率为9.365%，以果实糖度的向量值较大，称之为品质选择因子。

表1 主要性状的主成分分析

2.4 不同加工番茄品种农艺性状隶属函数值

隶属函数是运用模糊理论解决实际问题的基础。实际上，隶属函数分析提供了一条在多指标测定基础上，对各植物特性进行综合评价的途径。将加工番茄11个农艺性状进行主成分分析，选取结果数、果肉厚度、果实硬度、茎粗和果实糖度等5 个主成分作为11份加工番茄农艺性状评价的综合指标，然后对其5个主要农艺性状的隶属函数值进行计算并求平均值。根据隶属函数平均值的大小对加工番茄农艺性状进行排序(表2)，其农艺性状由强到弱的顺序为：JT 4，JT 7，JT 1，JT 8，JT 5，JT 9，JT 10，JT 6，JT 11，JT 3，JT 2。

表2 不同加工番茄主要农艺性状隶属函数值

3 讨论与结论

目前，内蒙古的加工番茄品种主要以引进新疆(屯河系列、新番4号等)及国外的品种(里格尔87-5、98-1)为主，试验选取的11个加工番茄品种均为当前的试验研究品种。田间生产中加工番茄农艺性状能否全面、准确反映品种品质特性至关重要。本试验结果显示，不同加工番茄成熟期各农艺性状差异显著，其中JT 3的株高比其他品种高；J 4的茎粗明显大于其他品种；JT 5的平均结果数高达18.8个；JT 8的平均单株果穗数显著高于其他品种；JT 3的单果重最大，为108.68 g；JT 4的平均纵横比最高；JT 9、JT 10平均心室个数最多且相同；JT 4平均果实硬度大于其他品种；JT 11的平均果实糖度含量最高；JT 5的平均耐压力明显高于其他品种；JT 1的果肉厚度最厚；显然不同加工番茄品种农艺性状各有优劣。

品种及评价指标的选择是否合理，在某种程度上决定着加工番茄品种多性状综合评价工作的成败。通过主成分分析结果发现，前5个主成分的累积贡献率为90.329% ，表明前5个主成分已经把11份加工番茄农艺性状90.329%的信息反映了出来。因此，可以选取前5个主成分作为11份加工番茄农艺性状评价的综合指标， 即结果数、果肉厚度、果实硬度、茎粗、果实糖度。其中第一主成分因子中以结果数和单株果穗数的特征向量的分值较高，因此在今后的加工番茄育种中，也要更加重视结果量的选择，特别是对单株结果数和单株果穗数的选择。王雷等研究表明，单株结果数是对加工番茄产量影响最大的因素，同产量呈极显著正[6]；王亮等研究发现，单株结果数是影响单株产量高低的最重要因素[7]，本研究结果与之一致。也有研究表明，王永飞等实验发现，每花序花数和每果序果数是影响加工番茄产量的最重要要因子[8]。果实硬度是影响加工番茄加工品质和生产效益的重要指标[9]，其影响到果实供应期的长短、运输距离的远近以及经济效益的提高[10]。本实验结果发现，果实硬度在农艺性状主成分分析中为第三主成分的重要分量来源，也是实际生产中选择优良品种的重要因子。

隶属函数评判法在作物品种选育的综合评价中，可以克服单个指标的片面性，使评定结果更全面地反映品种的实际性状。从单一分析结果看出，仅根据各项单一指标对各加工番茄农艺性状的表现不一致，难以作出判断。结合主成分分析，选取结果数、果肉厚度、果实硬度、茎粗和果实糖度 5 个主成分作为11份加工番茄农艺性状评价的综合指标，然后对不同品种加工番茄5个主要农艺性状的隶属函数值进行计算并求平均值，根据隶属函数平均值的大小，对不同加工番茄进行排序，其农艺性状由强到弱的顺序为:JT 4，JT 7，JT 1，JT 8，JT 5，JT 9，JT 10，JT 6，JT 11，JT 3，JT 2。表明JT 4农艺性状表现最佳，在内蒙古生产中可选择其为优良品种。随着我国加工番茄出口量的不断增加，对番茄产品的要求越来越高，对于特殊性状(营养佳、风味好、耐贮运等)番茄品种选育研究有待进一步深入。