基于主成分分析法的不同产区及品种枸杞果实多元化质量评价

摘要：以宁夏银川市芦花台园林场、宁夏海原县四营、青海诺木洪农场的4种品种枸杞果实宁杞1号（N1）、宁杞7号（N7）、宁农杞15号（7-8）、科杞6082（14-02）为试验材料，分析比较其外在品质（平均单果重、横纵径、果形指数）和内在品质（总糖、多糖、甜菜碱、类胡萝卜素）的差异，利用主成分分析建立综合评价模型进行品质综合评价。结果表明，不同产区不同品种的枸杞果实品质存在明显差异。将7个品质性状综合成3个主成分因子，可反映枸杞品质84.807%的原始数据信息量。主成分综合评价结果表明，青海产区“14-02”、“7-8”和宁夏海原产区“14-02”果实品质较好。利用主成分分析法能够综合评价各品种枸杞的品质，为后续不同产区及品种枸杞果实的品质评价研究提供数据参考，也可为枸杞的产区选择提供理论指导。

关键词：枸杞；产区；果实品质；主成分分析；综合评价

中图分类号：S567.1 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2024）10-0085-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.10.015 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： Taking four varieties of wolfberries Ningqi No. 1（N1）， Ningqi No. 7（N7）， Ningnongqi No. 15（7-8）， Keqi6082（14-02） from Luhuatai Garden Farm in Yinchuan City of Ningxia， Siying in Haiyuan County of Ningxia and Nuomuhong Farm in Qinghai as test materials， the differences in external quality （average single fruit weight， transverse and longitudinal diameters， fruit shape index） and intrinsic quality （total sugar， polysaccharide， betaine， carotenoids） were analyzed and compared， and a comprehensive evaluation model was established by principal component analysis for comprehensive quality evaluation. The results showed that there were significant differences in the quality of wolfberries in different strains in different production areas. The synthesis of seven quality traits into three principal component factors could reflect the original data information of 84.807% of the quality of wolfberries. The results of the comprehensive evaluation of principal components showed that the fruit quality of 14-02 and 7-8 in Qinghai as well as 14-02 in Haiyuan County， Ningxia was good. The principal component analysis method could comprehensively evaluate the quality ofhEFMVHo33rfDhfEmKzYyqQ== each strain of wolfberry， provide data reference for the subsequent quality evaluation research of wolfberry fruit in different production areas and strains， and also provide theoretical guidance for the selection of wolfberry production area.

Key words： wolfberry； producing areas； fruit quality； principal component analysis； comprehensive evaluation

枸杞（Lycium barbarum L.）是重要的特色药用植物资源，也是一种生态治理的先锋树种［1］。随着气候条件的变化和栽培技术的改进，国内枸杞种植区域由传统道地产区——宁夏中宁县扩展到内蒙、陕（陕西）甘（甘肃）青（青海）新（新疆）为两翼的大枸杞产区［2］。枸杞因不同产区生态环境、栽培技术的影响，果实品质表现参差不齐。果实品质主要由外在品质和内在品质的复合因子构成［3］。枸杞的百粒重、果形指数等代表其外在品质，而总糖［4］、多糖、甜菜碱［5］、类胡萝卜素含量［6］等是其主要的药用成分，也表现为内在品质。近年来关于不同产区枸杞果实品质的研究多有报道。张磊等［7］比较分析了6个省（区）枸杞果实的主要营养成分，认为宁夏、甘肃和新疆的枸杞果实中的枸杞多糖含量较高，宁夏和青海产区的总糖含量最高，河北产区枸杞的甜菜碱含量最高，达1.39%。张波等［8］对宁夏同心、青海诺木洪和新疆乌苏3个产区3个枸杞品种的外观品质和内在营养成分进行分析比较，结果表明，青海诺木洪产区的枸杞果实较大；不同的枸杞品种在不同的产地，其内在营养成分差异较大。殷涛等［9］对宁夏、甘肃、青海、新疆4个产地枸杞质量进行评价研究时发现，不同产地枸杞在外观、大小及枸杞甜菜碱等化学成分上存在显著差异，其中宁夏中宁产枸杞子化学成分最丰富。

纵观前人的研究，很多研究成果对所涉及的枸杞品种及样品来源交代不清，在不区分枸杞品种的前提下进行试验和评价，无法保证准确性。同时，有关不同产区不同枸杞品种的综合评价鲜有报道。近年来宁夏、甘肃、青海等地枸杞栽培面积不断扩大，宁杞5号、宁杞7号等枸杞新品种被大量栽培种植［10］。据此，本研究以宁夏（银川芦花台园林场、海原四营）、青海（诺木洪）两个枸杞主产区的4种品种枸杞（宁杞1号、宁杞7号、宁农杞15号、科杞6082）为试材，通过对其果实平均单果重、纵横径及总糖、多糖、甜菜碱、类胡萝卜素含量7项果实品质指标进行测定，将测试结果进行比较，分析不同产区不同品系枸杞果实品质之间的差异，并运用主成分分析法简化其评价指标，为不同枸杞生态区不同品系枸杞品质的综合评价提供参考。

1 材料与方法

1.1 样地概况

以宁夏、青海2个枸杞主产区为研究对象，试验示范区共3个，分别为宁夏银川市芦花台园林场、宁夏海原县四营、青海诺木洪农场。各采样点信息见表 1。

1.2 供试材料

调查测定的4个宁夏枸杞品种为宁杞1号（N1）、 宁杞7号（N7）、宁农杞15号（7-8）、科杞6082（14-02），样品取自不同试验示范区内，各品种树龄相同、品种纯正。

1.3 试验设计

1.3.1 枸杞的采集与处理 2021年按照枸杞收获时间的不同，选择采摘3个试验示范区3批次枸杞夏果作为当地的鲜果样品。在枸杞鲜果样品采摘时，随机选择采样点的10棵枸杞树，摘取位于树体不同部位带果柄的成熟枸杞鲜果作为该样点的样品，烘干后备用。

1.3.2 枸杞外观品质测定 枸杞果实外观形态的调查按照《枸杞种质资源描述规范和数据标准》执行，具体指标为成熟枸杞鲜果的单果质量、纵横径和纵横比。

1.3.3 枸杞内在营养成分的测定 将枸杞制干后，对不同产区的每个品种枸杞干果进行总糖、多糖、甜菜碱、类胡萝卜素含量的测定，重复3次，取其平均值。总糖、多糖含量测试方法依照GB/T 18672—2002执行［11］。甜菜碱含量采用《中华人民共和国药典》中甜菜碱的测定方法测定［12］。类胡萝卜素含量的测定参照GB/T 5009.83—2003，采用 HPLC（高效液相色谱）法测定。

1.3.4 枸杞品质分析方法 主成分分析法：以3个试验示范区的4个枸杞品种为样品单元，以枸杞干果的3个外观品质和4个营养成分指标为变量进行主成分分析，通过其特征值、贡献率、累计贡献率对枸杞样品进行品质分析。

1.4 数据处理

采用 Excel整理数据，利用SPSS 23.0 软件进行作图、数据标准化及主成分分析。

2 结果与分析

2.1 不同产区枸杞果实外观品质比较

对3个枸杞样地不同品系的枸杞干果样品进行了外观形态描述，具体指标有平均单果重、果实纵径、果实横径、果形指数，结果见表2。

由表2可知，不同产地枸杞果实大小差异明显。青海诺木洪N1、“7-8”和“14-02”枸杞果实平均单果重均高于其他产区，分别为0.19 g、0.31 g和0.34 g，N7平均单果重与海源四营无显著差异，但均高于园林场；N1和N7果实果形指数均以青海诺木洪最高，“7-8”、“14-02”则均以海源四营最高；青海诺木洪N1纵径明显高于其他两个产区，而N7、“7-8”、“14-02”果实纵径则在海源四营最大；各品种枸杞在不同产区的果实横径差异较小，均无显著差异。

2.2 不同产区枸杞果实内在品质比较

2.2.1 总糖含量 图1为不同产区枸杞总糖含量比较，由图1可知，不同产区各品种枸杞的总糖含量波动区间为51.73～58.67 g/100 g，除N7外，其他品种枸杞总糖含量均以青海产区最高。N7总糖含量各产区表现为园林场>青海>海原，园林场产区N7总糖含量为54.92 g/100 g，青海与海原产区的总糖含量无显著差异；N1总糖含量各产区排序为青海>园林场>海原，青海产区总糖含量为57.33 g/100 g；“7-8”、“14-02”总糖含量产区排序为青海>海原>园林场，其中青海、海原“14-02”的总糖含量分别为58.67、58.53 g/100 g。通过比较分析，N1、“7-8”在青海产区，“14-02”在青海和海原产区，N7在园林场产区的总糖含量较高。

2.2.2 多糖含量 由图2可知，不同产区枸杞多糖含量在3.61～5.15 g/100 g，N1、“7-8”枸杞多糖含量在园林场产区最高，各产区枸杞多糖含量排序为园林场>海原>青海，且N1多糖含量在青海与海原产区无显著差异；N7枸杞多糖含量以青海产区最高，为5.15 g/100 g，显著高于其他两个产区；“14-02”枸杞多糖在3个产区间无显著差异。综合分析比较，N1、“7-8”在园林场产区，N7在青海产区枸杞多糖含量较高，而“14-02”枸杞多糖含量受产区变化影响较小。

2.2.3 甜菜碱含量 图3为不同产区枸杞果实甜菜碱含量差异比较，4个品种枸杞甜菜碱含量均以园林场产区最高。其中N1、N7及7-8甜菜碱含量各产区排序均为园林场>青海>海原，且园林场与青海产区均显著高于海原产区；“14-02”在园林场产区甜菜碱含量最高，为1.45 g/100 g，青海与海原产区甜菜碱含量相同。通过比较发现，4个品种枸杞甜菜碱含量均在园林场产区较高，其次为青海产区，N1、N7、“7-8”在海原产区甜菜碱含量较其他产区低。

2.2.4 类胡萝卜素含量 由各产区不同品种枸杞果实类胡萝卜素含量差异（图4）分析可知，枸杞果实类胡萝卜素含量在169.85～268.18 mg/100 g。青海与海原N1枸杞果实类胡萝卜含量无显著差异，园林场枸杞果实类胡萝卜素含量显著高于其他两个产区；青海产区N7类胡萝卜素含量显著高于其他产区，为268.18 mg/100 g，海原与园林场枸杞果实类胡萝卜素含量无显著差异；“7-8”类胡萝卜素含量产区排序为海原>园林场>青海，青海产区“7-8”类胡萝卜素含量最低，为169.85 mg/100 g；“14-02”枸杞果实类胡萝卜素含量各产区排序为海原>青海>园林场，海原“14-02”枸杞果实类胡萝卜素含量为251.67 mg/100 g。

2.2.5 糖碱比 此前，有研究认为，枸杞果实中的营养成分基本由两组性质相反的物质组成。其中，总糖代表了酸性类物质，甜菜碱代表了碱性类物质。两类物质含量高低和配比决定了枸杞的品质［13，14］。

利用 SPSS 23.0 软件对采自园林场、海原、青海3个产区52份枸杞果实中糖碱比的正态性进行检验（图5）。结果表明，所有枸杞果实样品中糖碱比最小值为32.31，最大值为青海N1的67.84，其中糖碱比在40～55之间的占75%左右。

王亚军［1］在研究宁杞1号枸杞品质对气象和土壤因子的响应机制时，通过7个产区枸杞果实中糖碱比正态分布性状的比较分析，将枸杞分为5个等级不同品质区域：1级为低糖高碱区（糖碱比为<15）；2级为中糖高碱区（糖碱比为 15～60）；3级为中糖中碱区（糖碱比为 60～121）；4级为高糖中碱区（糖碱比为 121～165）；5级为高糖低碱区（糖碱比>165）。按照此划分标准，所调查的3个枸杞产区均属于2级中糖高碱区。

2.3 不同产区枸杞果实品质主成分分析

利用SPSS 23.0数据处理系统得到各主成分因子得分情况（表3），根据得分情况对其进行排序，能够较为直观地揭示不同产区及枸杞品种果实品质的分布状况。

由表3分析可知，3个主成分PC1、PC2、PC3（特征根>1）累计贡献率达84.807%，说明3个主成分能够代表7个品质指标的大部分信息。主成分的特征向量绝对值越大，则越具代表性［15，16］。第1主成分特征值为3.600，方差贡献率为51.431%。在 PC1 中，枸杞果实横径、平均单果重、总糖和纵径向量较大，分别为0.921、0.906、0.783和0.782，它们共同构成 PC1 方差变异的主要因素，PC1 较大时，说明枸杞果实横纵径和平均单果重较大，总糖含量较高；在 PC2 中，甜菜碱和类胡萝卜素的特征向量较大，分别为-0.685和0.595，构成PC2 方差变异的主要因素，PC2 较大时， 说明枸杞果实中甜菜碱和类胡萝卜素含量较高；在PC3 中，枸杞多糖的特征向量较大，为0.781，构成PC3方差变异的主要因素，PC3 较大时，说明枸杞果实中多糖含量较高。

利用 SPSS 23.0软件得到各主成分因子得分情况（表3），根据得分情况对其进行排序，能够较为直观地揭示不同品种枸杞果实品质的优劣情况［17，18］。由表4可知，以第1主成分排序青海产区“7-8”、“14-02”和海原“14-02”的品质较好；以第2主成分排序海原“14-02”、青海产区N1和“14-02”的品质较好；以第3主成分排序青海产区N7、“14-02”，园林场“7-8”的品质较好。由于各主成分的方差贡献率不同，对其做出评价时，须以各主成分的贡献率为权重，根据3个主成分的特征向量（表3）和标准化数据，得出各主成分表达式：

式中，X1为总糖，X2为甜菜碱，X3为类胡萝卜素，X4为枸杞多糖，X5为平均单果重，X6为横径，X7为纵径，F1、F2、F3分别为主成分1、2、3的得分。由各主成分得分和对应的权重相乘求和，构建综合评价函数：

综合评价函数中，F代表不同产区枸杞果实品质综合得分。结果表明，3个产区枸杞果实品质的综合排名前3名分别为青海“14-02”、“7-8”，海原“14-02”。

3 小结与讨论

产区和品种是影响枸杞果实质量的重要因素［19-21］。本研究中4个品种枸杞在不同产区条件下品质具有明显差异。青海产区所有品种枸杞果实单果重均高于宁夏产区，“7-8”在宁夏产区果型较长，其他品种枸杞果实果型在青海与宁夏产区差异不大。综合横纵径、果形指数与平均单果重数据分析，宁夏产区枸杞果实相对较小，果型属椭圆形；青海产区枸杞果实较大，果型属长果形，这与前人的研究基本一致［15］。通过枸杞营养成分测定，除N7外，青海产区枸杞总糖含545dfff7b04d94a6caa7a0ae58e44d04f42f584a91c70832b66f466fa1d7eeb0量均最高，其他营养成分在不同产区表现均有所差异。李曼祎等［22］、张波等［8］研究比较不同枸杞产区营养成分含量的差异时也有相似结论。

主成分分析法在枸杞外观品质与活性成分的综合评价中已得到了广泛的运用。刘宏等［23］对6种不同果色枸杞7项活性成分指标进行主成分分析后得出红果枸杞综合评价最高；郑国保等［24］利用主成分分析法，在对不同生育期水分胁迫条件下的宁夏枸杞10项果实品质指标进行综合排序后发现，在盛果期和秋果期均进行中度胁迫处理可以提高果实的综合品质。本研究运用主成分分析法对不同产区不同品种枸杞果实品质进行综合评价，将测定的枸杞果实内外观品质的 7 个指标简化成为 3个彼此不相关的综合指标，其累计贡献率达到84.807%，能够反映枸杞品质性状的绝大部分信息，避免了原始数据的丢失和其他因素干扰，评价结果更为客观、合理［22］，也为不同产区多个品种多指标样品的综合评价提供了参考方法。

通过7个品质指标贡献率及主成分分值对不同产地的4个品种枸杞进行综合评价，结果发现，青海产区“14-02”、“7-8”，宁夏海原产区“14-02”果实品质较好。结合指标测定和综合评价结果分析，青海产区“14-02”、“7-8”以平均单果重、总糖、多糖含量高而品质较好，宁夏海原产区“14-02”以果形指数、类胡萝卜素含量较高而品质优秀。

本研究基于对不同产区不同品种枸杞平均单果重、果形指数、横纵径、总糖、多糖、甜菜碱、类胡萝卜素等主要品质指标的含量测定及分析，运用主成分分析法综合评价各品种枸杞的品质，为后续不同产区及品种枸杞果实的品质评价研究提供了数据参考，也为枸杞的产区选择提供了理论指导。

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收稿日期：2023-08-31

基金项目：宁夏枸杞区划与品种区域适应性标准体系研究（2022BBF02009）

作者简介：王丹青（1991-），女，宁夏吴忠人，研究实习员，硕士，主要从事农业资源利用与植物保护的研究工作，（电话）18095109175（电子信箱）303534518@qq.com；通信作者，秦 垦（1971-），男，宁夏石嘴山人，研究员，主要从事枸杞育种与栽培技术的研究工作，（电话）18909577477（电子信箱）qinken7@163.com。