基于主成分分析和聚类分析对不同品种樱桃番茄生长及品质的综合评价

李伟明，胡卫丛，李肖明，黄忠阳，吴旭东，刘庆叶，陈莉莉，王蓓，张宗俊，王东升

（1.南京市蔬菜科学研究所，210042；2.江苏格冠农林科技集团有限公司）

樱桃番茄原产地是南美洲，其具有口感好、营养丰富、产量高等特点[1，2]。近年来，由于市场认可度较高，樱桃番茄种植面积也逐年增加，特别是冬春茬种植[3]。樱桃番茄按果色可以分为红色、绿色、黄色等，被消费者熟知的品种包括千禧等。目前，樱桃番茄市场品种繁多，形状差异较大，适种区域也较广。

南京位于江苏中部，长江中下游地区，属亚热带气候，设施蔬菜面积逐年增加，其中樱桃番茄的种植面积也随之增加。但不同品种樱桃番茄的产量、品质、抗病性等存在明显差异[4]。

因此，根据南京地区消费需求，结合地区、气候、栽培方式等因素，引进目前市场上形状优良的4个樱桃番茄品种，在南京地区设施栽培条件下比较不同品种的生长、品质等指标，以期筛选出适合南京地区设施栽培的优良樱桃番茄品种，为南京地区农业高质量发展、乡村振兴提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选择适应性强、产量较高、果实适口性好的樱桃番茄品种紫花生（ZHS）、夏日金星（XRJX）、朱丹红（ZDH）和绿如蜜（LRM），种子均购自南京裕盛种子有限公司；泥炭、珍珠岩和蛭石购自上海大汉园景生物科技有限公司；番茄专用营养液配方肥购自上海美妮生态农业有限公司。

1.2 试验地点

试验在南京市蔬菜科学研究所横溪科技园玻璃温室内进行（N 31°43′19″，E 118°46′12″）。

1.3 试验设计

①基质配比 采用自配基质进行无土栽培，基质按泥炭∶珍珠岩∶蛭石（V∶V∶V）=3∶1∶1配制，充分混匀后，填充到栽培槽内，栽培槽呈梯形，填充的基质上表面宽20 cm，下表面宽10 cm，高度为10 cm，基质上表面离栽培槽上沿10 cm。

②试验布置 本试验于2021年1～6月进行，1月2日开始育苗，4～6片真叶时移栽定植，3月15日定植，“之”字形定植，栽培槽长20 m，间距1.5 m，定植株距40 cm，每条栽培槽定植50株作为1个小区，每个品种设3个重复，并采用随机排列的形式进行分布；采用水肥一体化施肥机进行水肥浇灌，每天早晨和傍晚各浇灌1次，每次浇灌按照“2 min清水—10 min营养液—3 min清水”的顺序进行，其中，苗期营养液的EC值设定为1.5 mS/cm，开花期EC值设定为1.8 mS/cm，果实膨大期和结果期EC值设定为2.3～2.5 mS/cm。

1.4 测定项目和方法

①生长指标 定植后1个月左右，番茄营养生长旺盛期，开始测定4个品种番茄植株的生长指标，每2周测定1次，连续测定4次，每次每小区随机选取具有代表性的3株进行测定。

株高：使用卷尺测定植物根部到顶端的距离；茎粗：使用威斯数显游标卡尺测定距离根部最近的侧枝位置的直径；SPAD值：在晴天时，选择生长点叶片，使用TYS-A型叶绿素测定仪进行测定。

②品质指标 盛果期，番茄品质较稳定，每小区随机选取具有代表性的3株采收后进行品质测定。

可溶性糖含量：采用蒽酮比色法测定[5]；可溶性蛋白含量：采用考马斯亮蓝法测定[6]；硝酸盐含量：采用水杨酸比色法测定[7]；根系活力：采用TTC还原法测定[8]。

1.5 数据处理与分析

数据采用IBM SPSS 20.0进行统计分析，多重比较采用Duncan's新复极差法，显著性水平置信区间为≥95%；作图采用Microsoft Excel 2007进行。

2 结果与分析

2.1 不同品种樱桃番茄株高的比较

由图1可知，在不同时期测定中，绿如蜜的株高均为最高，且在4月13日和4月27日测定中，绿如蜜的株高显著高于其他处理；坐果期（5月12日），绿如蜜株高最高，达到192.33 cm，其次是朱丹红，株高达到178.67 cm，两者之间不存在显著性差异，但均显著高于紫花生和夏日金星；盛果期（5月26日），各品种株高依次为：绿如蜜＞朱丹红＞夏日金星＞紫花生。

2.2 不同品种樱桃番茄茎粗的比较

由图2可知，各时期绿如蜜的茎粗最大，在4月13日和4月27日测定中，绿如蜜茎粗分别为9.69、10.81 mm，均显著高于其他处理；坐果期（5月12日）和转色期（5月27日），各品种的茎粗趋势为：绿如蜜最高，紫花生次之，夏日金星和朱丹红最小。

2.3 不同品种樱桃番茄SPAD值的比较

由图3可知，除坐果期（5月12日），其余各时期，叶片SPAD值的变化不明显，且随着生育期的延长，叶片SPAD值呈不断增加的趋势；在坐果期，紫花生的SPAD值最大，达到43.33，其次是绿如蜜（37.60），夏日金星次之（36.00），最后是朱丹红（31.10）。

2.4 不同品种樱桃番茄品质指标比较

图1 不同品种樱桃番茄株高的比较

图2 不同品种樱桃番茄茎粗的比较

图3 不同品种樱桃番茄SPAD值的比较

由图4可知，紫花生的可溶性糖含量最高，达到42.82 mg/g，其次是朱丹红，达到40.32 mg/g，但二者之间差异不显著，绿如蜜的可溶性糖含量最低；从各品种的可溶性蛋白结果可以得知，4个樱桃番茄的可溶性蛋白含量变化不大，其含量为1.52～1.93 mg/g，且各品种之间差异不显著；从VC含量结果可以得知，紫花生和夏日金星的VC含量较高，分别为18.16、17.97 mg/100 g，显著高于朱丹红；从硝酸盐含量结果可以得知，各品种的硝酸盐含量相差明显，其中朱丹红的含量最高，达到333.33μg/g，其次是紫花生，含量达到219.9μg/g，含量最低的是夏日金星和绿如蜜。

图4 不同品种樱桃番茄品质指标的比较

2.5 不同品种樱桃番茄根系活力的比较

由图5可知，朱丹红的根系活力最旺盛，达到0.67μg·g-1·h-1，其次是夏日金星，为0.57μg·g-1·h-1，再次是紫花生，为0.49μg·g-1·h-1，活力最低的是绿如蜜，为0.35μg·g-1·h-1。

2.6 主成分分析

植株前期营养生长和根系的生长情况和活力水平直接影响地上部的生长和营养状况及产量，果实品质直接影响产品市场接受度和市场效益。为了比较分析盛果期各品种之间的差异，选择盛果期（5月26日）4个品种的生长指标、品质指标和根系活力进行主成分分析。由表1可知，试验提取到3个主成分，累计方差贡献率达79.99%，说明提取到的3个主成分可以解释原有指标。由表2可知，主成分1综合了可溶性蛋白含量和根系活力，贡献率分别为79.50%和62.50%；主成分2综合了硝酸盐含量和根系活力，贡献率分别为86.50%和68.10%；主成分3综合了可溶性糖含量、茎粗和VC含量，贡献率分别为59.90%、52.90%和51.40%。根据矩阵系数和标准化后的数据可得到3个主成分的得分函数表达式：Z1=0.06X1+0.463X2+0.298X3-0.366X4+0.245X5+0.127X6+0.053X7-0.121X8；Z2=-0.11X1+0.02X2+0.114X3-0.061X4+0.412X5-0.051X6+0.400X7-0.336X8；Z3=-0.366X1+0.273X2-0.099X3-0.006X4+0.369X5+0.553X6-0.105X7-0.116X8。

以各主成分对应的方差贡献率为权重，可得到综合评价函数：F=0.489Z1+0.340Z2+0.171Z3。

根据主成分综合得分，计算出4种樱桃番茄品种的综合得分，由表3可知，不同樱桃番茄品种的综合评价顺序依次为：紫花生、朱丹红、绿如蜜和夏日金星。

2.7 聚类分析

将生长指标、品质指标和根系活力标准化，采用SPSS软件进行聚类分析。由图6可知，当欧氏距离为5的时候，4个品种樱桃番茄可以分为3类，第1类为朱丹红，表现为硝酸盐含量较高，根系活力较高；第2类为紫花生，其可溶性糖和VC含量较高，硝酸盐含量相对较低；第3类为夏日金星和绿如蜜，表现为植株较高、茎粗较大，硝酸盐含量较低，根系活力也相对较弱。

图5 不同品种樱桃番茄根系活力的比较

表1 总解释方差

表2 成分矩阵和成分系数矩阵

表3 不同品种樱桃番茄综合评价

3 讨论与结论

近年来，樱桃番茄市场需求量总体呈现不断上升趋势，对不同品种樱桃番茄的研究也相对较多，主要集中在对樱桃番茄的生长和品质2个方面。作物对生长环境的响应和适应可以通过作物的生长指标反映，大量研究表明，植物的株高、茎粗和叶绿素含量可以作为评价作物生长的3大指标[9，10]。从本研究结果可以看出，整个生长期内，绿如蜜品种的株高和茎粗始终处于领先状态，表明在设施无土栽培条件下，绿如蜜对生长条件响应更为敏感，促生效果更强，而紫花生、夏日金星和朱丹红3个品种对生长环境的响应相对较慢；叶绿素是作物光合作用的基础，体现作物对光能的吸收利用能力[11]。另外，程艳等[12]对作物SPAD值和叶绿素含量的相关性结果表明，SPAD值可以用来快速反映作物体内叶绿素a含量、叶绿素b含量和叶绿素总含量，因此，本研究中，在作物生长前期，绿如蜜的SPAD值呈现显著性增加趋势，而到了坐果期和转色期，紫花生的SPAD值有较大程度的增加，表明绿如蜜和紫花生2个品种的光合作用要强于朱丹红和夏日金星。

作物品质指标是反映作物口感、营养价值的指标，对作物的评价发挥重要作用[13]。本研究中，选择可溶性糖、可溶性蛋白、VC和硝酸盐作为不同品种樱桃番茄品质比较的依据。其中，紫花生的可溶性糖含量最高，达到42.85 mg/g，表明紫花生品种甜味丰度最高，口感上要好于其他3个品种；紫花生和夏日金星的VC含量相对较高，表明这2个樱桃番茄具有更强的抑制果肉褐变的能力，具有更强的抗癌、抗衰老作用。

针对不同品种樱桃番茄生长指标、品质指标和根系活力数据，利用主成分分析和聚类分析对4个樱桃番茄品种进行综合评价，主成分分析结果表明，紫花生和朱丹红的综合得分相对较高；聚类分析结果也表明，紫花生和朱丹红的性状优良，表现为可溶性糖含量高，口感好。

通过对4个樱桃番茄品种的生长、品质指标和根系活力的测定分析，利用主成分分析和聚类分析进行综合评价得出，朱丹红和紫花生综合得分较高，适合在南京地区设施无土栽培示范推广。

图6 不同品种樱桃番茄聚类分析