沈 甜,牛锐敏,黄小晶,许泽华,陈卫平
(宁夏农林科学院种质资源研究所,宁夏银川 750002)
贺兰山东麓地区拥有优越的地理资源、产地优势,成为我国酿酒葡萄第四个原产地域产品保护区,原产地的命名树立了该地区优质葡萄著名产区的产地效应。该地区鲜食葡萄栽培品种单一,主栽品种红地球的栽培面积约占鲜食葡萄面积的60%~70%左右,另外,产后保鲜不到位,采收期相对集中,致使产品失去了市场调控和产品增值的机会与空间[1],缺乏市场竞争力,严重制约其鲜食葡萄产业的可持续发展,因此引种选育推广优良品种以调整鲜食葡萄品种结构势在必行。引种葡萄在该地区的品质表现,是决定其商品价值的关键,也是其适应性评价及能否推广的基础,对引种葡萄的品质表现进行科学、合理的综合评价,能够为筛选优良品种和引种资源利用提供理论支持。
层次分析法[2]为降低主观因素的影响,往往结合数学分析方法对供试品种作出评判,如灰色关联度分析法、逼近理想排序分析法等,已广泛应用于农作物品质的综合评价[3-7]。白世践等[8]应用灰色关联法和层次分析法相结合的方法通过比较17个葡萄品质相关性状指标评价了吐鲁番地区引种的18个鲜食葡萄品种,李雪等[7]应用逼近理想解排序法和层次分析法相结合的方法对重庆地区销售的9种鲜食葡萄果实理化营养品质、加工制汁品质和商业品质进行综合评价。层次分析法具有不限定样本量、得出较多样本信息等优点,如可分别得出供试品种在内在品质和外在品质上的优劣排序[8-9],但此方法计算过程复杂,计算量大。
主成分分析法既能把握待评类型的综合性状表现,又能简化评价程序[10-11],潘照等[12]应用主成分分析法综合评价了南方种植与售卖的18种鲜食葡萄品质,林婵婵等[14]利用主成分分析法和聚类分析法相结合的方法分析了22个葡萄主要品质性状评价了杨凌地区12种红色鲜食葡萄的果实品质。利用主成分分析和聚类分析相结合的方法去评价农作物的综合品质已有大量报道[10-18],但该方法要求大样本量。
基于主成分、层次-灰色关联度分析法各自存在的优缺点,综合利用建立模型评价产品的综合品质已在苹果[19]、百香果[20]上得到应用,其通过主成分分析和聚类分析法筛选核心指标,在此基础上运用层次分析法确定指标的权重,最后采用灰色关联度法建立品质综合评价模型,核心指标个数就是筛选出的主成分数,指标确定存在一定的主观性。本研究应用层次-关联度和主成分分析法相结合的方法比较分析14个鲜食葡萄品质指标,对银川地区引种的10个无核鲜食葡萄品质作出综合评价,为该地区引种的无核鲜食葡萄综合品质表现给出一个客观的评价,为今后优良品种区试推广提供理论依据,以促进贺兰山东麓鲜食葡萄可持续发展。
试验区位于银川市西夏区贺兰山东麓芦花台宁夏农林科学院种质资源研究所鲜食葡萄资源圃内,试验园地四周空旷、地形平坦,地下水位较浅,土壤属于灌淤潮土,表层沙壤、土壤肥力较高,pH8.1~8.3。年平均气温9 ℃,降雨量200 mm左右,年蒸发量1400 mm以上,日照时数3000 h以上。
供试品种 为宁夏农林科学院种质资源研究所鲜食葡萄资源圃的10个无核鲜食葡萄品种(见表1),南北行向,株行距1 m×3 m,采用篱型架。
表1 供试品种简介Table 1 Introduction about the tested varieties
葡萄糖、维生素C、蒽酮、浓硫酸、氢氧化钠、无水乙醇、偏磷酸、钼酸铵、草酸、冰乙酸、EDTA-Na2天津市大创化工有限公司;所有试剂 均为国产分析纯。
JM-B30002电子天平 诸暨市超泽衡器设备有限公司;ME204分析天平 梅特勒-托利多国际贸易(上海)有限公司;TD-45手持数显糖度计 浙江托普仪器有限公司;JYL-C16V料理机 九阳股份有限公司;HH600-2B数显三用恒温水箱 上海乔跃电子有限公司;UV2600紫外分光光度计 上海天美科学仪器有限公司;1580R高速冷冻台式离心机 基因(美国)有限公司。
1.3.1 单穗重、单粒重和果粒整齐度的测定 用电子天平称取随机选取的10穗果穗的质量,求得平均单穗重(g)。从混合备用的果粒中选出30粒,分析天平称重,重复3次测定,求得最终平均单果粒重(g)。从混合备用的果粒中随机选取30粒果粒,用分析天平重复称量其单粒重,并计算变异系数,数值越高的果粒整齐度越差,反之,则越优。
1.3.2 果实理化营养指标的测定和计算
1.3.2.1 可溶性固形物 取果粒用纱布挤汁,待澄清后用胶头滴管吸取上清液利用糖度计测定可溶性固形物,重复测量5次。
1.3.2.2 可溶性总糖测定 参考文献[21],取0.5 g料理机处理的葡萄果实样品于加有2.5 mL 80%乙醇溶液的研钵中研磨成匀浆,用7.5 mL 80%乙醇溶液冲洗研钵一并转入离心管中,重复3次,80 ℃水浴30 min,取出冷却,3500 r/min离心10 min,取上清液定容至100 mL。取1 mL提取液,5 mL蒽酮硫酸溶液,摇匀,100 ℃水浴10 min,取出后在620 nm波长下测定吸光值。
标准曲线制作:称取分析纯葡萄糖(预先于80 ℃下烘干至恒重)100 mg,溶于蒸馏水中,定容至100 mL,即为1 mg·mL-1标准原液,稀释10倍,即为100 μg·mL-1标准液。分别吸取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL的标准葡萄糖溶液于试管中,然后分别加入蒸馏水,使总体积达到2 mL,依次加入5 mL蒽酮硫酸溶液,摇匀,100 ℃水浴10 min,取出后在620 nm波长下测定吸光值。
可溶性总糖(μg)标准曲线:y=0.0041x+0.1403,R2=0.9997。
可溶性总糖含量(%)=(标曲查得可溶性总糖含量×提取液总体积)/(称取样品鲜重×吸取体积)×100
1.3.2.3 总酸测定 参考文献[21],称取1 g料理机处理的葡萄果实样品,重复3次,用5 mL蒸馏水研磨至匀浆并转入试管中,再加15 mL蒸馏水清洗研钵后,液体全部转入试管中,80 ℃水浴中提取30 min。取出冷却,过滤,定容至50 mL。取20 mL样液用0.1 mol·L-1NaOH溶液滴定,记录消耗NaOH体积。
总酸(%)=(消耗NaOH体积×NaOH浓度×提取液总体积×0.075)/(称取样品鲜重×滴定时吸取体积)×100
1.3.2.4 维生素C含量测定 参考文献[21],称取5 g料理机处理的葡萄果实样品于加有5 mL草酸-EDTA溶液的研钵中研磨成匀浆,重复3次,并仔细转入25 mL容量瓶,再用提取介质冲洗研钵及研锤2~3次,冲洗液合并于25 mL容量瓶中并用提取介质定容。吸取3 mL匀浆液于5 mL离心管中,4000 r/min离心10 min,取1 mL上清液加入4 mL草酸-EDTA溶液,0.5 mL的偏磷酸-乙酸溶液和5%的硫酸溶液1.00 mL,加入2.00 mL的5%钼酸铵溶液,摇匀后至30 ℃水浴中保温15 min,以蒸馏为空白,在 760 nm处测定吸光值。
标准曲线制作:分别吸取0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL的标准抗坏血酸溶液于试管中,然后分别加入草酸-EDTA溶液,使总体积达到5.0 mL,再加入0.5 mL偏磷酸-乙酸溶液和5%的硫酸溶液1.0 mL。摇匀加入2.0 mL 5%的钼酸按,充分摇匀后至30 ℃水浴中保温15 min,以蒸馏水为空白,在760 nm处测定吸光值。
维生素C含量(mg)标准曲线:y=1.9144x+0.0104,R2=0.9993。
维生素C含量(mg·100 g-1)=(标曲查得维生素含量×提取液总体积)/(称取质量×吸取体积)×100
1.3.2.5 固酸比和糖酸比
固酸比=可溶性固形物/总酸
糖酸比=可溶性总糖/总酸
1.3.2.6 感官品质评价 通过视觉、嗅觉和味觉器官来评定葡萄的感官品质,组织10位果树相关专业的技术研究人员成立品评小组,男女比例=1∶1,分别由老、中、青3个年龄段组成,对葡萄果皮厚度、果穗紧密度、着色一致性和果实的香味以及风味6个指标进行打分,采用等级制(表2),分级标准依据葡萄种质资源描述规范和数据标准[22],统计总分求得最终平均值。
表2 鲜食葡萄感官赋值标准Table 2 Sensory evaluation criteria forTable grape
1.4.1 分析方法
1.4.1.1 层次-关联度分析法 根据层次分析法,将所测14个指标分为外观品质和内在品质,外观品质包含果皮厚度、果粒整齐度、单穗重、果穗紧密度、单粒重、着色一致性,内在品质包含维生素C含量、可溶性固形物、可溶性总糖、总酸、固酸比、糖酸比、风味、香味,将测定指标分层次建立两两比较矩阵,并计算两两比较矩阵的最大特征值λmax和特征向量,根据规范列平均法求得下层第n个因素对上层因素影响程度值权重Wj,并判断矩阵的一致性检验,计算方法详见引用文献[9]。
葡萄品质综合评价参考刘录祥等[23]灰色关联分析法,根据各品种的性状值设定一个理想类型[24]作为参考类型即X0,将原始数据进行无量纲化处理,将其化为0~1间的标准化数据,求出关联系数,并计算出加权关联度,关联度越高则说明综合品质越优。
1.4.1.2 主成分分析法 将供试的无核鲜食葡萄品质性状指标进行标准化处理,并进行降维因子分析。根据主因子方差贡献率计算主因子得分作为权重值,计算主因子得分与对应主成分初始特征值的乘积的累加和除以主成分初始特征值总和的值作为综合得分。
1.4.2 数据处理 利用SPSS 23.0软件进行相关性分析和主成分分析,利用Excel 2003软件进行数据处理。
2.1.1 不同供试品种单穗重、单粒重和果粒整齐度比较 由表3可知,单穗重最高的是‘火州黑玉’,其次是‘无核白鸡心’,然后是‘早康宝’,单穗重分别是503.4、449.0和428.3 g,最低的是‘夏黑’,单穗重仅是309.9 g;单粒重最高的是‘瑞都无核怡’,平均单粒重达5.9 g,其次是‘瑞峰无核’,平均单粒重是5.3 g;单粒重最低的是‘无核白’,平均单粒重仅是1.9 g,然后是‘爱神玫瑰’和‘早康宝’,单粒重分别是2.5 g和2.9 g,其他品种的平均单粒重在3.1~3.9 g之间;果粒整齐度数值越低越整齐,因‘夏黑’的果穗松散,果粒大小不均一,大小粒现象严重,故其果粒整齐度最差,变异系数为51.31%;其次是‘瑞都无核怡’,变异系数为20.28%,果穗松散;‘无核白鸡心’果粒整齐度最优,其果粒大小均一,果穗松紧度适中,穗轴明显,穗型佳,变异系数为11.10%;其次是‘火州黑玉’,果粒大小均一,穗型优美,果穗整齐度表现优,变异系数是11.56%;其他品种的变异系数在12.47%~18.27%之间,果穗整齐度表现良好。
表3 供试品种与参考品种基本品质指标Table 3 The basic quality indicators of tested variety and ideal varieties
2.1.2 不同供试品种果实理化营养指标比较 由表3可知,‘丽红宝’的维生素C含量最高,测定值为5.13 mg·100 g-1,其次是‘瑞都无核怡’的5.11 mg·100 g-1,其他品种的维生素C测定值在4.26~4.70 mg·100 g-1之间,相差不大。可溶性固形物最高的是‘夏黑’和‘无核白’,测定值均是21.0%,其次是‘爱神玫瑰’的20.6%,然后是‘无核翠宝’的19.7%;‘瑞峰无核’、‘早康宝’和‘无核白鸡心’的可溶性固形物分别是16.7%、16.4%和16.6%,位列后三位。‘无核白’的可溶性总糖含量最高,测定值是19.4%,然后是‘爱神玫瑰’和‘夏黑’,可溶性总糖含量均为19.2%;可溶性总糖含量最低的是‘无核白鸡心’,为15.0%。对于总酸含量,‘无核白鸡心’最高,测定值为0.65%,其次是‘丽红宝’的0.59%,然后是‘夏黑’和‘瑞都无核怡’,总酸含量均是0.56%,‘早康宝’的总酸含量最低,为0.34%,其次是‘无核翠宝’,总酸含量测定值为0.40%。固酸比最高的是‘无核翠宝’,其次是‘早康宝’,分别是49和48;糖酸比最高的是‘早康宝’,其次是‘无核翠宝’,分别为44、43;‘无核白鸡心’的固酸比和糖酸比均是最低,仅有26和23,然后是‘瑞都无核怡’,固酸比和糖酸比分别是31和29。
2.1.3 供试品种感官品质评价
2.1.3.1 果皮厚度、着色一致性和果穗紧密度 供试品种中,‘瑞峰无核’和‘夏黑’果皮厚,其余品种的果皮均表现薄;对于着色一致性,‘无核白’和‘瑞都无核怡’果粒着色一致,其他品种的着色均表现为非常一致;果穗表现最紧密的是‘早康宝’,‘夏黑’最松散,其他品种的果穗均表现为适中。
2.1.3.2 风味和香味 风味和香味均表现最佳的是‘爱神玫瑰’、‘夏黑’和‘无核翠宝’,‘爱神玫瑰’、‘早康宝’、‘夏黑’、‘无核翠宝’和‘无核白’的风味最佳,‘无核白’、‘瑞都无核怡’和‘火州黑玉’的香味表现最差,‘瑞峰无核’的风味和香味均表现寡淡。
本试验根据划分评价因子的层次类别关系,将所有评判树分为3层:第1层为目标层(A),为品质综合评价;第2层为准则层(B),记为B={B1,B2},B1为果实外观品质,B2为果实内在品质;第3层为指标层(C),为葡萄果实主要品质指标,记为C={C1,C2,C3,C4,…,C14}。
根据主要品质指标和感官指标对葡萄品质的重要程度,构建低层指标对于上一级指标的数字1~9的判断矩阵。通过引入判断矩阵的平均随机一致性指标RI,计算得到每个判断矩阵的随机一致性比率CR。计算结果表明,所有比较矩阵的CR<0.1(表略),满足一致性要求,其相应求得的权重值有效。
葡萄果实内在品质比外在品质重要,内在品质权重值0.6,外在品质权重值0.4(见表4)。指标层(C)各个因素对目标层(A)无核葡萄果实综合品质的权重值排序见表5,综合品质中,风味为主要影响因子,权重值为0.1535,其次是香味,权重值0.1413,然后是单粒重和单穗重,权重值分别是0.1087和0.1062,单穗重和单粒重均由品种特性决定,应用层次-关联度法评价综合品质所构建的理想品种的单穗重和单粒重均按规范确定,果穗和果粒大小一定程度上直接影响着消费者的购买感官。固酸比和糖酸比的权重值均是0.0745。
表4 准则层比较矩阵及一致性检验结果Table 4 The judgment matrix and its consistency check
表5 指标层C对目标层A的权重值Table 5 The weight value of the evaluation factors
对表3数据进行无量纲化处理,得到一个数值在(0,1)内的新数列,根据计算公式计算各项指标关联系数(表6),以各无核葡萄品种的各个主要品质指标和感官指标乘以相应的权重值的累加和,为层次-关联度方法得出的综合品质得分,各无核葡萄品种综合品质得分及优良度排序见表7。
表6 供试品种与参考品种的关联系数Table 6 Correlative coefficient of tested variety and ideal variety
由表7可知,‘爱神玫瑰’表现最好,综合品质加权关联度达到0.8006,其次分别是‘无核翠宝’和‘夏黑’,其综合品质加权关联度都在0.72以上,‘无核白鸡心’的综合品质最低,加权关联度只有0.5861;外观品质表现最好的是‘瑞峰无核’,加权关联度为0.7477,其次是‘火州黑玉’、‘瑞都无核怡’和‘无核白鸡心’,加权关联度分别是0.7394、0.7052、0.7048,‘夏黑’外观品质表现最差,加权关联度为0.5383;对于内在品质的表现,‘爱神玫瑰’最好,加权关联度为0.9131,次是‘无核翠宝’和‘夏黑’,加权关联度是8575和0.8562,‘无核白’和‘早康宝’的加权关联度值分别是0.7506、0.7290,排名最后的是‘无核白鸡心’,加权关联度是0.5070。
表7 供试品种的加权关联度及优良排序Table 7 Weighted correlative degree of tested varieties and ideal variety and fine rank
2.3.1 不同供试品种主要品质指标和感官指标的相关性分析 对10个供试鲜食葡萄品种的14个主要品质指标和感官指标进行了皮尔逊相关性分析,结果如表8所示,分析得出,果粒整齐度和果穗紧密度呈显著负相关(P<0.05),说明果穗越紧果粒大小越不均一;可溶性固形物和可溶性总糖呈极显著正相关(P<0.01),和风味呈显著正相关(P<0.05),总酸和固酸比、糖酸比呈极显著负相关(P<0.01),固酸比和糖酸比呈极显著正相关(P<0.01),和风味呈显著正相关(P<0.05),糖酸比和风味呈显著正相关(P<0.05),表明可溶性固形物和总酸含量一定程度上直接决定了鲜食葡萄的风味。
表8 供试品种基本品质指标的相关性分析Table 8 Correlation analysis on the basic quality indicators of tested varieties
2.3.2 不同供试品种主成分因子的确定 将供试品种的14个指标进行降维因子分析,前4个主成分的特征值均>1,故提取出4个主成分,这4个主成分的方差百分比分别是35.162%、26.404%、15.468%和9.297%,累积贡献率为86.332%,即这4个主成分已经代表了供试品种的品种特性指标的绝大多数信息,因此选择提取4个主成分较宜(表9)。
主成分载荷矩阵反映了各个品质性状指标对此主成分负荷的相对大小,即该指标对主成分影响的程度,以0.5原则为判断依据[12,25]。如表9所示,第一主成分的总酸、固酸比、糖酸比、风味和香味起主要影响作用;第二主成分的果皮厚度、果粒整齐度、单穗重和果穗紧密度对其的影响大;第三主成分的单粒重、可溶性固形物、可溶性总糖和风味对其的影响大;第四主成分的着色一致性和维生素C含量对其的影响大。
表9 4个主成分的特征值、方差贡献率、 累积贡献率和成分载荷矩阵Table 9 Eigenvalues,variance contribution rates, cumulative contribution rates and rotated component matrix
2.3.3 不同供试品种主成分综合得分和综合品质评价 根据各指标因子得分系数的矩阵,构建4个主成分的函数表达式:
F1=0.185C1-0.064C2-0.215C3+0.483C4-0.235C5+0.110C6-0.019C7+0.155C8+0.094C9-0.957C10+0.943C11+0.947C12+0.619C13+0.0.549C14
F2=-0.757C1+0.860C2-0.830C3-0.758C4+0.284C5-0.006C6-0.029C7+0.481C8+0.468C9+0.158C10-0.036C11-0.007C12+0.140C13+0.486C14
F3=0.311C1+0.191C2-0.157C3-0.321C4-0.836C5-0.126C6-0.061C7+0.809C8+0.797C9+0.048C10+0.288C11+0.283C12+0.680C13+0.150C14
F4=0.391C1-0.077C2-0.224C3+0.043C4+0.343C5-0.841C6+0.769C7+0.154C8+0.257C9+0.080C10-0.073C11-0.039C12+0.028C13-0.491C14
根据综合得分的方法计算得出10个供试鲜食葡萄品种的综合品质得分,得分越高说明该品种品质表现最优,综合品质得分结果见表10。排名前三的依次是‘无核翠宝’、‘夏黑’和‘爱神玫瑰’,‘早康宝’、‘无核白’和‘瑞都无核怡’分别排名第4、5、6位,排名最后的是‘无核白鸡心’。
表10 供试品种果实品质的各主成分得分、综合得分及优良度排序Table 10 Principal component scores,comprehensive scores and ranking of fruit quality of tested varieties
本试验层次-关联度分析中,引入一个参考品种,其各项生物学性状指标赋值根据试验材料和选择目标,依据有关标准[24,26-28]和前人研究经验[8,29-30]赋值,再将参试品种与其进行逐项比较,筛选出综合品质优良,品质特征突出的鲜食葡萄品种。层次-关联度分析法得出‘爱神玫瑰’综合品质最优,其次是‘无核翠宝’和‘夏黑’,其与内在品质排名一致,而外在品质排名分别在第7、6和10位,由于层次分析在指标层风味和香味、固酸比和糖酸比赋值较高,权重值分别是0.1535、0.1413、0.0745和0.0745,外观品质权重值最高的是单粒重,为0.1087,其次是单穗重0.1062,且准则层中内在品质的权重值也高于外观品质,权重值分别是0.6和0.4,从而使得内在品质的权重值平均水平高于外观品质,‘爱神玫瑰’、‘无核翠宝’和‘夏黑’风味和香味表现最优,跟理想值赋值一致,一定程度上内在品质的高低直接决定了其综合品质的排名。
主成分分析法提取了4个主成分,累积贡献率达到86.332%,第一主成分因子风味因子得分最高的是‘早康宝’,其次是‘无核翠宝’,然后是‘爱神玫瑰’,第二主成分因子外观因子得分最高的是‘夏黑’,其次是‘瑞峰无核’;综合品质最优的是‘无核翠宝’,其次是‘夏黑’和‘爱神玫瑰’。两种分析方法评价供试鲜食葡萄综合品质的优良排序前三名一致,排名末位的均是‘无核白鸡心’,层次-关联度分析得出‘夏黑’外观品质表现最差,而主成分第二因子外观因子得分最高的是‘夏黑’,对于这种情况分析原因是在层次-关联度计算指标层权重人为赋值时,外观品质中的单穗重权重值较高,而‘夏黑’的单穗重最低,其果穗紧密度也是表现最差的,故其外观品质表现最差,而在主成分分析时所有品种的所有指标环境一致,缺少主观臆断性。因供试品种仅为10个,而果实品质相关测定指标14个,仅用层次-关联度来评价其综合品质会存在一定的主观性,故在此结合主成分分析法对其进行系统的评价,力求结果可靠。
到目前为止,评价果实品质的指标没有具体的标准规范,但影响其品质和商品性的因素有很多,刺激消费者购买需求的首先是外观表现,其次是果实口感和风味,因此在品质评价时应适当多加入体现外观优劣的指标,如果穗性状、果实色泽、果粒整洁度等。本论文供试鲜食葡萄栽培环境和管理措施一致,品质性状取决于其遗传特性[14],许乃银等[31-32]认为环境效应通常占品种变异的绝大部分,基因型与环境互作效应占品种变异的比例通常也高于基因型主效,因此,增加了品种推广应用效果的不确定性和生产应用风险。同一品种(系)在不同地区和不同栽培模式下的表现均有所不同,建议今后对选定的优良品种进行区试,在不同的地点、不同的栽培条件下继续进行重复试验,并加强栽培管理措施的应用,对选定的优良品种建立配套的栽培技术,如适宜的栽培架型和整形方式、生育期的花果管理、水肥调控等,并结合葡萄果实成熟期间多雨的情况加强成熟期果实避雨等管理。
筛选适宜推广的优良品种应从其抗病性、丰产性、耐贮性及地区适应性进行全面的评价[33],故今后在区试的工作中继续观测不同地区不同栽培管理模式下果实品质的表现,并加入病虫害的抗性评价、果实采收后耐贮性调查及保鲜技术开发应用等研究,才能筛选确定区域适应性强、商品性高、认可度高的优良品种。
应用层次-关联度和主成分分析相结合的方法对银川地区引种的10个无核鲜食葡萄的14个品质相关指标进行综合品质评价,应用层次-关联度分析法得出‘爱神玫瑰’的内在品质表现最好,加权关联度是0.9131,综合品质表现最优是‘爱神玫瑰’,其次是‘无核翠宝’,然后是‘夏黑’,加权关联度依次是0.8006、0.7732、0.7291;而主成分分析法综合得分最高的是‘无核翠宝’,其次是‘夏黑’,然后是‘爱神玫瑰’,得分依次是1.31、1.17、1.02,综合得分最低的是‘无核白鸡心’,得分为-2.11,可作为今后优良品种区试推广的理论依据。