不同李种质果实性状分析及综合评价*

孙海龙，鲁晓峰，邵 静，徐树广

（1 中国农业科学院果树研究所，农业农村部园艺作物种质资源利用重点实验室，辽宁兴城125100）（2 吉林省农业科学院果树研究所）

李为蔷薇科（Rosaceae）李属（Prunus）植物，是中国最古老的栽培树种之一，分布广泛，种质资源极其丰富[1]。2018 年我国李总栽培面积193 万hm2，总产量680 万t，在北方落叶果树中，面积仅低于苹果（207 万hm2）[2]。李果实色泽鲜艳，口感酸甜，含有丰富的糖、酸等营养成分，其果实品质主要包括内在品质和外观品质，内在品质包括可溶性固形物、可滴定酸、维生素C等，外观品质包括果实形状、大小和色泽等[3]。果实品质评价是植物种质创新利用的前提，也是品种选育的重要环节，通过对不同李种质果实性状进行分析，采用多指标、多重分析方法综合评价不同李种质果实性状差异，对于李种质筛选、优异种质发掘、种质创新和综合利用具有重要意义。近年来，研究者从李种质资源糖酸组成及含量[4]、矿质元素含量[5]、维生素C和酚类物质[6-11]等不同方面对李果实品质进行了大量的研究；魏亚平等[12]对引进的25 个国外良种李果实外观、质量、成熟期、抗逆能力、耐贮能力、单位投影面积产量和单果重等性状进行了灰色关联分析，筛选出3 个果实品质在南阳表现较好的优良品种；丁健等[13]利用相对值综合比较法从70 份沿河县沙子空心李种质中筛选出4 个适宜推广的优异种质，这些分析均为李种质资源品质性状的科学评价提供理论基础。

主成分分析法广泛地用于苹果[14]、猕猴桃[15-16]、杏[17]等果实品质评价中，其原理是通过降维的方式将多种指标转化成几个综合指标，并根据特点对其分类命名，以简化数据和揭示变量间的关系[18-19]，同时保留了绝大部分信息，且主成分间相互独立，避免信息重复[20]，聚类分析是将样品按照品质特性相似程度逐渐聚合在一起，相似度最大的优先聚合在一起，最终按照类别的综合性质多个品种聚合，从而完成聚类分析的过程[21]。前人研究主要集中于李育成品种的营养、功能成分组分分析和表型性状等评价，且评价涵盖的指标和品种数量有限，评价的系统性和全面性不足，关于李果实品质多指标的综合评价方面研究鲜有报道。本研究以35 份不同李种质果实为试材，测定果实单果重、纵径、横径、硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、固酸比、维生素C 含量、果皮和果肉CIELab 参数（L*、a*、b*、C、h°）等主要果实性状，进行相关性分析、主成分分析、综合评价和聚类分析，旨在为李种质果实品质评价、优异种质筛选、种质创新和综合利用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

35 份供试李种质于2018 年7—10 月分批采自中国农业科学院果树研究所李杏试验区，李种质名称及编号见表1，选取大小均一、无机械损伤和病虫害的果实，在树体各个部位进行采样，采摘后立即运往实验室待测。

表1 供试材料

1.2 主要仪器

JA2603B 电子天平（上海精科仪器有限公司），W0579B 数显游标卡尺（广州威力狮工具有限公司），GS-15 型水果质地分析仪（南非），PR-101 α糖度计（日本ATAGO 公司），Metrohm 808 Titrando全自动电位滴定仪（瑞士万通公司），CR-400 色差仪（日本Konica minolta 公司），A11 研磨机（德国IKA 公司）。

1.3 试验方法

（1）单果重的测定。随机选取10 个果实，用电子天平称量单果重，单位：g。

（2）果实纵、横径的测定。随机选取10 个果实，用数显游标卡尺测量果顶至果肩的高度、果实最大横径处的宽度，即为果实的纵、横径，单位：mm。

（3）果实硬度（去皮）采用GS-15 型水果质地分析仪测定。随机选取10 个果实，在果实胴部中央阴阳两面去皮，测定对称两点的硬度，单位：kg/cm2。

（4）可溶性固形物含量采用PR-101α糖度计测定。随机选取10 个大小均匀的果实，去果皮、去核后于研磨机内捣碎成匀浆，过滤，蒸馏水调零后将滤液滴于糖度计上读数即可，单位：%。

（5）可滴定酸含量采用瑞士 Metrohm 808 Titrando 电位滴定仪测定。称取上述过滤后的果汁3 g，用蒸馏水定容至30 mL，以标定过的NaOH 溶液滴定，单位：%。

（6）维生素C 含量采用瑞士Metrohm 808 Titrando 电位滴定仪测定。称取100 g 果肉置于组织捣碎机内，加2%草酸溶液100 mL，搅碎后过滤，称取30 g 滤汁进行测定，单位：mg/kg。

（7）果皮、果肉色差值（L*、a*、b*、C、h°）采用CR-400 手持色差仪通过反射法测定。随机选取10 个大小均匀的果实，以果皮上2 个互相对称的点为测定点，测定果皮色差值；将果皮上2 个互相对称的点去皮，测定果肉色差值。

1.4 数据分析

用Excel 2010 和SPSS 20.0 进行相关性分析、主成分分析、聚类分析等统计分析。

2 结果与分析

2.1 李果实品质指标分析

单果重、纵径、横径、硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、固酸比、维生素C 含量、果皮和果肉CIELab 参数（L*、a*、b*、C、h°）等18个李果实品质指标的变幅、平均数、标准差及变异系数见表2。由表2 可知，各指标存在不同的变异情况，变异系数为15.69%～87.47%。其中，果肉a*值变化范围最大，为-4.96～42.47，变异系数高达87.47%；其次是果皮b*值、果皮a*值、单果重、果皮h°值、可滴定酸含量、固酸比和硬度，变异系数分别为61.92%、59.95%、51.75%、46.73%、45.35%、44.05%和43.70%；可溶性固形物含量、果肉C 值和纵径变幅较小，变异系数分别为15.69%、17.28%和18.77%；其他指标的变异系数为20.60%～36.45%。可见，李果实果肉a*值、果皮b*值、果皮a*值、单果重、果皮h°值、可滴定酸含量、固酸比和硬度变异性较大，而可溶性固形物含量、果肉C 值和纵径变异性较小。

表2 不同种质李果实品质指标

2.2 Pearson 相关性分析

18 个指标相关性分析结果见表3，果实单果重与纵径、横径均呈极显著正相关，表明单果重越大果实纵径、横径相对越大，与果实硬度呈显著正相关，表明单果重越大果实硬度相对越大；果实纵径与横径呈极显著正相关，与果实硬度呈显著正相关，相关系数分别为0.864 和0.341；果实横径与果实硬度呈极显著正相关，相关系数为0.469；果实硬度与维生素C 含量呈显著正相关，相关系数为0.407；可溶性固形物含量与果皮L*值、果皮b*值、果皮C 值和果皮h°值均呈极显著负相关，相关系数分别为-0.580、-0.567、-0.575 和-0.462，与果皮a*值呈显著正相关，相关系数为0.425；可滴定酸含量与果皮a*值和果肉a*值均呈显著正相关，与果肉h°值呈显著负相关，而与果肉L*值呈极显著负相关，相关系数分别为0.353、0.346、-0.341 和-0.437；果皮色泽和果肉色泽相关指标中除果肉L*值与果皮a*值，果肉b*值与果皮L*值、果皮a*值和果皮h°值，果肉C 值与果皮L*值、果皮a*值、果皮b*值、果皮C 值、果皮h°值、果肉L*值和果肉a*值，果肉h°值与果肉C 值不存在显著相关性外，其余各色泽指标间均存在极显著正（负）相关或显著正（负）相关。综上，李果实各指标间普遍存在显著或极显著的相关关系，表明李果实18 个指标间存在信息重叠，需建立科学的综合评价方法。

表3 不同种质李果实品质指标的相关性分析

2.3 主成分分析

以35 份李种质果实的单果重、纵径、横径、硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、固酸比、维生素C 含量、果皮和果肉CIELab 参数（L*、a*、b*、C、h°）等18 个指标进行主成分分析，所得相关特征值及方差贡献率如表4 所示，经标准化后的因子负荷矩阵如表5 所示。以特征值大于1 的原则提取5 个主成分，前5 个主成分的累积方差贡献率为85.237%，因此利用前5 个主成分即可代表原始数据的大部分信息。

表4 主成分的特征值及方差贡献率

表5 因子负荷矩阵

由表4 和表5 可知，第1 主成分包含了原始信息量的34.550%，其大小主要由果皮L*值和果皮b*值决定，可以反映李果实果皮色泽，可命名为果皮色泽因子；第 2 主成分包含了原始信息量的18.123%，其大小主要由纵径、横径和单果重决定，可以反映出李果实的大小，可命名为果实大小因子；第3 主成分包含了原始信息量的14.925%，主要由固酸比决定，体现了李果实的酸甜度，可以命名为风味因子；第4 主成分包含了原始信息量的10.884%，其大小主要由维生素C 含量决定，可命名为抗氧化因子；第5 主成分包含了原始信息量的6.755%，其大小主要由果肉C 值决定，能够体现出李果实果肉色泽，可命名为果肉色泽因子。

2.4 综合评价

通过主成分得分、权重的确定，利用公式计算综合得分（Dn）。综合得分计算公式为：Dn＝0.345 50F1＋0.181 23F2＋0.149 25F3＋0.108 84F4＋0.067 55F5。并以Dn值的大小反映供试材料果实品质综合评价高低。得分靠前的10 份种质分别为‘秋姬’、223、‘青柰’、17-07-1、‘兴义空心李’‘晚黄’、2-3、‘大红袍’‘玉皇李’和‘吉红’（表6）。

表6 李种质的主成分得分及综合得分

2.5 聚类分析

基于35 份李种质资源的18 个果实性状指标，利用SPSS 20.0 将原始数据进行数据标准化，采用系统聚类分析法并绘制树状图（图1）。当类间距离取15 时，可将35 份李种质聚为6 大类。

图1 不同李种质果实性状聚类图

第1 类有10 个李品种（系），分别为‘玉皇李’‘晚黄’、223、17-07-1、‘吉红’‘青柰’‘秋姬’、2-3、‘兴义空心李’‘广东红李’。第2 类有1 个李品种，为‘郯城杏梅’。第1 类和第2 类聚集了果皮a*值较小、果皮b*值较大、果皮h°值较高、以黄色和绿色型果实为主的品种（系），聚类结果与主成分分析综合评价排名靠前的品种（系）基本一致，果实综合品质相对较好。第3 类有14 个李品种（系），分别为‘龙园秋李’、17-17、‘大红袍’、98-1-6、‘奎丽’‘密山大紫李’‘上海大紫李’‘新疆1 号’‘吉胜’‘大玫瑰’‘长李15’、17-8、‘奥扎克首相’‘新世纪’，这一类聚集了可溶性固形物含量和固酸比较高的品种（系）。第4 类有2 个李品种，分别为‘奎丰’和‘奉化李’，这一类聚集了可溶性固形物含量和固酸比较高、可滴定酸含量较低的2 个品种。第5 类有7 个李品种（系），分别为‘一品丹枫’、0973、03297、‘普罗达克特’‘布尔班克’‘恐龙蛋’和11-12，这一类聚集了维生素C 含量较高、果肉a*值较大、果肉b*值较小、果肉h°值较低的品种（系），均为红色果肉型。第6 类有1 个李品种，为果实单果重最小、硬度最小的‘吾尔江’。第5类和第6 类聚类结果与主成分分析综合评价排名靠后的品种（系）基本一致，果实综合品质相对较差（图1）。

3 讨 论

李果实色泽鲜艳、富含糖酸等营养成分，其独特的风味深受人们的喜爱，但李种质资源受遗传和生长环境等多因素的影响不同种质间果实性状差异较大。郁香荷等[22]对405 份中国李和杂种李种质资源分析表明，中国李在果实外观和内在品质方面均表现出丰富的形态多样性和遗传多样；Liu 等[23]从分子生物学方面研究也发现中国李具有丰富的遗传多样性；张静茹等[11]对野生樱桃李的研究表明，野生樱桃李果实酚类物质组成和含量方面具有丰富的遗传多样性。因此对不同李种质资源果实性状进行全面有效的综合评价，就成为李优异种质发掘、种质创新、品种改良和品种推广的关键。安佰义等[24]利用主成分分析对20 个抗寒李品种果实品质进行综合评价，并通过综合评价得分进行排序。本研究选择的试验材料既有生产中大面积栽培的主栽品种，又有全国各地收集的地方品种，还有人工杂交选育的优异种质，评价指标选择了果实外观品质（单果重、纵径、横径和色泽指标）和内在品质（硬度、可溶性固形物、可滴定酸和维生素C）指标。分析结果表明，不同李种质资源在果实大小、果皮色泽、果实风味和果肉色泽方面均存在一定的差异，其中不乏大果型、高糖、高酸、红肉等优异种质资源，为进一步有针对性地选择、利用及推广提供了丰富的基础材料。

近年来，随着统计数学、系统科学等学科的发展，研究者逐步采用多指标定量综合评价法对植物品种进行评价，这样可以更客观、全面、科学地反映品种性状。而主成分分析是在损失较少信息的前提下，把多个具有相关性的指标转化为几个相互独立的综合指标的多元统计方法[25-27]；聚类分析法则是一种用于生物资源分类和亲缘关系研究的多元统计方法[28-29]，目前广泛应用于果品品质评价中，已有研究者对猕猴桃[30-31]、西洋梨[32]、樱桃[33-34]、蓝莓[35]、夏橙[36]等果实品质进行了分析和评价。本研究对35 份李种质的18 个指标进行主成分分析，将18 个指标简化为5 个主成分（累积方差贡献率为85.237%，可代表原始数据的大部分信息），从而达到简化和综合的目的。在主成分分析的基础上对35 份李种质进行初步评价，从评价结果上看得分靠前的均为中国李，初步认为中国李综合品质较欧洲李和李杏杂种好；在排名前10 的种质中黄色系种质占60%（‘秋姬’、223、17-07-1、‘晚黄’‘玉皇李’和‘吉红’），绿色（‘青柰’和‘兴义空心李’）和红色（2-3 和‘大红袍’）种质各占20%；而紫色、蓝色等深色种质排名靠后，与目前市场需求结果较一致。聚类分析将35 份李种质分为6 类，第1 类和第2 类李品种（系）果实外观品质较好，总综合得分为5.028 和0.173；第3 类和第4 类李品种（系）果实内在品质较好，总综合得分为-0.567和-0.389；第5 类总综合得分为-3.490；第6 类总综合得分为-0.755。聚类分析结果一定程度上反映了李果实外观品质和内在品质在不同种质间存在较大差异，可为不同用途李种质的选择利用提供参考依据。聚类分析与主成分分析综合得分结果基本一致，表明聚类分析与主成分分析方法可以用于李果实品质综合评价。

4 结 论

35 份李种质的单果重、纵径、横径、硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、固酸比、维生素C 含量、果皮和果肉CIELab 参数（L*、a*、b*、C、h°）均存在丰富的变异类型，综合评价排名靠前的有‘秋姬’、223、‘青柰’、17-07-1、‘兴义空心李’‘晚黄’、2-3、‘大红袍’‘玉皇李’和‘吉红’，发现了大果型（98-1-6、‘大红袍’）、高可溶性固形物含量（‘奎丰’）、色泽鲜艳（黄色、绿色、红色）类型种质，可作为生产品种和观赏采摘品种适当推广。红肉类型种质可直接利用、生产加工品或作为潜在亲本材料培育高抗氧化活性的功能性新品种，以满足消费者对保健功能的要求。本文评价认为通过综合指标评价不同李种质果实性状差异能够更直观、更高效地筛选出优异种质资源。