基于PCA分析‘南丰’和‘新余’蜜橘的耐贮性差异

陈楚英 刘善军 付永琦 彭旋 陈金印

摘  要  品種的差异是影响采后柑橘果实耐贮性的重要因素之一。采用主成分分析法对江西省2个主栽宽皮柑橘品种‘南丰和‘新余蜜橘果实在低温（5 ± 0.5） ℃下贮藏过程中，果实腐烂率、失重率、果皮色差指数、褐变指数、可滴定酸、维生素C、可溶性固形物、总糖、呼吸强度、相对电导率、抗氧化酶活性等14个生理指标的变化进行统计分析，筛选出代表果实耐贮性能指标88.781%信息量的3个主成分，第1主成分反映失重率、果皮色差指数、褐变指数、可滴定酸、呼吸强度、相对电导率、过氧化氢酶活性、多酚氧化酶活性8个生理指标的信息;第2主成分反映腐烂率、可溶性固形物、总糖、超氧化物歧化酶和过氧化物酶的信息;第3主成分反映维生素C的信息。主成分分析法能科学评价‘南丰和‘新余蜜橘果实的耐贮性差异，综合单一指标和主成分分析结果表明，‘南丰蜜橘果实的耐贮性优于‘新余蜜橘。

关键词  柑橘果实;品种;耐贮性;主成分分析

中图分类号  S666.2      文献标识码  A

Application of Principle Component Analysis of Fruit Storability Between Harvested ‘Nanfeng and ‘Xinyu Tangerines

CHEN Chuying1， LIU Shanjun1， FU Yongqi1， PENG Xuan2， CHEN Jinyin1，2*

1. Jiangxi Key Laboratory for Postharvest Technology and Nondestructive Testing of Fruits & Vegetables / Collaborative Innovation Center of Postharvest Key Technology and Quality Safety of Fruits and Vegetables in Jiangxi Province， Jiangxi Agricultural University， Nanchang， Jiangxi 330045， China; 2. Pingxiang University， Pingxiang， Jiangxi 337055， China

Abstract  Cultivar is one of the most important factor affecting the storability of postharvest citrus fruit. Principle component analysis （PCA） was used to evaluate the difference of fruit storability between harvested ‘Nanfeng and ‘Xinyu tangerines， the two main cultivars of mandarin in Jiangxi Province. Fourteen physiological and biochemical indexes of decay rate， weight loss， citrus color index （CCI）， browning index （BI）， titrable acid （TA）， vitamin C （VC）， total soluble solid （TSS）， total sugar， respiration rate， relative electrical conductivity （REC）， antioxidant enzymes activities in ‘Nanfeng and ‘Xinyu tangerines during cold storage were statistically analyzed. Three important major constituents were selected， which representing 88.781% comprehensive information about the fruit storability of above two citrus cultivars. The first principal component was reflected the information of weight loss， CCI， BI， TA， respiration rate， REC， CAT and PPO. The second one was used to obtain the information of the decay rate， TSS， total sugar， SOD and POD. The third one was just expressed for VC content. PCA can be used to evaluate the difference of fruit storability between harvested ‘Nanfeng and ‘Xinyu tangerines. The fruit storability of ‘Nanfeng tangerine was superior to ‘Xinyu tangerine.

Keywords  citrus fruit; cultivar; storability; PCA

DOI  10.3969/j.issn.1000-2561.2019.12.022

柑橘是世界第一大水果，中国是栽培柑橘历史最早的国家，迄今已有四千多年的历史。我国柑橘生产发展蓬勃， 不论是栽培面积还是产量均居世界首位，江西是我国第三大柑橘主产区，资源丰富，优良品种繁多，其‘南丰蜜橘、‘新余蜜橘、赣南脐橙、井冈蜜柚、三湖红橘等品种久负盛名[1-2]。江西宽皮柑橘果实多成熟于十月高温季节，采后生理代谢活动旺盛，再加之果实营养丰富、鲜嫩多汁，果实采后品质劣变迅速、腐烂严重，极大制约江西柑橘产业的健康发展[3-4]。国内外研究发现，园艺产品采后耐贮性与品种有着密切联系[5]。‘南丰和‘新余蜜橘是江西省名优主栽柑橘品种，有关‘南丰和‘新余蜜橘的耐贮性差异及其采后生理变化规律鲜见报道。

主成分分析法（Principle component analysis， PCA）是把多个变量通过降维处理整合成少数几个较少的综合变量尽可能多地反映原有变量信息的统计分析方法，该方法化繁为简，避免主观随意性，近年来在分析生物性状和果蔬品质中已得到广泛应用[6-8]。在草莓[9-11]、芒果[12-13]、芦笋[14-15]等贮藏特性分析中，表明PCA可用于明确果实的贮藏特性及最佳贮藏寿命。肖志伟等[16]利用PCA分析‘丰悦和‘沁香猕猴桃果实耐贮性的研究，得出‘沁香猕猴桃果实的耐贮性能指标优于‘丰悦猕猴桃。本文以耐贮性不同的‘南丰和‘新余蜜橘果实为材料，采用PCA系统比较研究了‘南丰和‘新余蜜橘果实的耐贮性及采后生理代谢的差异性，旨在为阐明不同品种柑橘果实耐贮性差异的可能机理提供理论依据，同时为‘南丰和‘新余蜜橘果实采后贮运提供实践指导。

1  材料与方法

1.1  材料与处理

以商业成熟期的江西省主栽名优柑橘品种‘新余蜜橘和‘南丰蜜橘果实为供试材料，分别采自江西省新余市渝水区珊娜果业示范基地和南丰县南丰蜜橘产业局母本园，采摘后装箱立即运回江西省果蔬保鲜与无损检测重点实验室，室温通风预贮2 d。分别选取大小、色泽一致，无病虫害、机械损伤的健康果实作为供试用果，果实清水洗净通风晾干后，用0.01 mm厚的聚乙烯薄膜袋单果套袋，置于低温（5±0.5）℃条件下贮藏90 d，定期取样观察果实贮藏效果和测定有关生理生化指标。

1.2  方法

1.2.1  果实腐烂率和失重率測定

腐烂率=×100%

失重率=×100%

1.2.2  果皮色差指数和褐变指数的测定  用日本Konica Minolta公司CR-400（D65光源）色差仪测定。取10个果实，分别在果皮赤道处位置随机选取不同4个点测定果皮的Lab值，根据公式计算柑橘色差指数（citrus color index， CCI），CCI = ，其数值越大，表示果皮颜色越饱满越均匀。根据公式计算果皮褐变指数（browning index， BI），BI = 1000×（x-0.31）/0.172，其中x = （a + 1.75L）/（5.645L + a3.012b），BI数值越大，表明果皮褐变越严重。

1.2.3  果实品质指标的测定  采用RA-250WE手持数字糖度计进行测定可溶性固形物（total soluble solids， TSS）含量;采用PAL-ACID1迷你数显酸度计测定可滴定酸（titratable acidity， TA）含量，结果换算柠檬酸的含量;2，6-二氯靛酚滴定法测定维生素C（vitamin C， VC）含量[17];蒽酮比色法测定果实总糖含量[18]。

1.2.4  果实呼吸强度测定  采用GHX-3051H果蔬呼吸测定仪检测果实呼吸强度，空气流量为 0.4 L/min。

1.2.5  果皮细胞膜透性测定  参照Jiang等[19]的方法，从10个果实中取30个直径为5 mm的果皮圆片，加入25 mL双蒸水，25 ℃振荡3 h后，用DDS-307型电导仪测定浸出液的电导度（C0），果皮圆片及浸出液沸水浴30 min，冷却至25 ℃后加双蒸水至25 mL，混匀后再测定浸出液的电导度（C1）。以相对电导率表示细胞膜透性大小，根据公式计算相对电导率（relative electrical conductivity， REC），REC =×100%，REC数值越大，表明果皮细胞膜渗透作用严重。

1.2.6  果皮抗氧化酶活性测定  （1）超氧化物歧化酶（superoxide dismutase， SOD）活性的测定：采用氮蓝四唑（nitroblue tetrazolium， NBT）法，以每克果皮抑制NBT光化还原的50%为一个SOD活性单位（U/g）。

（2）过氧化氢酶（catalase， CAT）活性的测定：参考Havir等[20]的方法并稍作改进。反应体系由2.9 mL 20 mmol/L H2O2溶液和100 μL酶液，充分混匀后，测定反应体系在240 nm处反应5 min吸光值的变化，以每分钟吸光值减少0.01为一个CAT活性单位[U/（min·g）]。

（3）过氧化物酶（peroxidase， POD）和多酚氧化酶（polyphenol oxidase， PPO）活性的测定：采用愈创木酚法和邻苯二酚法，测定反应体系在470 nm、420 nm处室温下反应5 min吸光值的变化，以每分钟吸光值增加0.01为一个酶活性单位[U/（min·g）]。

1.3  数据处理

采用Excel 2007软件进行数据统计分析，SPSS 17.0软件进行主成分分析。

2  结果与分析

2.1  冷藏期间果实贮藏品质分析结果

从表1中可看出，‘南丰和‘新余蜜橘果实部分生理生化指标的变化趋势相似，如果实腐烂率、失重率、CCI和相对电导率呈上升趋势，TA含量呈下降趋势，VC含量、TSS含量、总糖含量、超氧化物歧化酶活性、过氧化氢酶活性、过氧化物酶活性等指标呈先上升后下降趋势。单从采后14个生理生化指标来看，‘南丰和‘新余蜜橘果实的耐贮性存在显著性差异。果实腐烂率是评判园艺产品耐贮性极为重要的指标，‘南丰蜜橘果实在冷藏60 d时才出现烂果，在整个冷藏周期内，其果实腐烂率显著低于‘新余蜜橘，在冷藏90 d时，‘南丰和‘新余蜜橘果实腐烂率分别为（4.40±0.36）%和（14.30±1.13）%。‘南丰蜜橘果实营养品质（如TA、TSS和总糖含量）显著高于‘新余蜜橘，尤其是TA含量在冷藏后期是‘新余蜜橘果实的1.61倍。在冷藏中后期（≥45 d），‘南丰蜜橘果实抗氧化酶（SOD，CAT和POD）活性显著高于‘新余蜜橘。

2.2  主成分分析

为了进一步详细地阐释‘南丰和‘新余蜜橘果实的耐贮性差异，本研究以冷藏期间‘南丰和‘新余蜜橘果实腐烂率（X1）、失重率（X2）、CCI（X3）、BI（X4）、TA含量（X5）、VC含量（X6）、TSS含量（X7）、总糖含量（X8）、呼吸强度（X9）、相对电导率（X10）、SOD活性（X11）、CAT活性（X12）、POD活性（X13）、PPO活性（X14）为分析数据源，应用SPSS 19.0软件对表1数据进行标准化和主成分分析。‘南丰和‘新余蜜橘果实14个生理生化指标变化的主成分分析结果见表2，以特征值大于1为提取标准，得到第1主成分的特征值和方差贡献率分别为6.940%和49.569%，第2主成分的特征值和方差贡献率分别为3.632%和25.940%，第3主成分的特征值和方差贡献率分别为1.858%和13.271%，前3个成分的累计方差贡献率已达到88.781%>85%，因此选取前3个主成分作为‘南丰和‘新余蜜橘果实各指标数据分析的有效成分，它代表了原有14个指标变量的88.781%信息量，具有很好的代表性。

从表3中可以看出，第1主成分主要反映失重率、CCI、BI、TA、呼吸强度、相对电导率、CAT、PPO等生理指标的信息，其中，失重率、CCI、BI、相对电导率、CAT、PPO具有较高的正载荷，TA、呼吸强度具有较高的负载荷;第2主成分主要反映腐烂率、TSS、总糖、SOD、POD等生理指标的信息，其中后4个成分指标在成分2坐标里有较高的正载荷，腐烂率具有较高的负载荷;第3主成分仅反映VC含量的信息。在主成分载荷矩阵中，载荷系数反映了对主成分贡献率的大小，其绝对值越大，即为贡献率越大。比较第1主成分中贡献率大小为CCI>失重率>BI>TA> PPO>相对电导率>呼吸强度=CAT，而第2主成分的比较结果为TSS>总糖>SOD>POD>腐烂率。

2.3  综合评价模型构建

由表3可知，可以用3个变量Z1、Z2、Z3代替原来的14个生理指标对不同冷藏时间处理的‘南丰和‘新余蜜橘果实贮藏品质进行综合评价，则得出线性组合（其中X1～X14均为标准化的变量）分别为：

Z1=0.085X1+0.128X2+0.131X3+0.126X4–0.126X5–0.072X6–0.025X7+0.002X8–0.115X9+0.122X10+0.061X11+0.115X12+0.072X13+0.125X14

Z2=–0.189X1+0.058X2–0.053X3–0.010X4+0.081X5+0.019X6+0.241X7+0.241X8–0.054X9–0.101X10+0.224X11+0.100X12+0.192X13+0.009X14

Z3=0.211X1+0.174X2+0.054X3–0.119X4+0.093X5–0.418X6+0.237X7+0.246X8+0.109X9+0.190X10–0.010X11–0.197X12–0.189X13–0.153X14

取第1、第2、第3主成分的方差贡献率α1（49.569%）、α2（25.940%）、α3（13.271%）作为权数，Z1、Z2、Z3为特征向量因子，构建综合评价模型：F=α1Z1+α2Z2+α3Z3，即F=0.49569Z1+ 0.25940Z2+0.13271Z3，式中F值为综合评价指标，应用该模型结合标准化后的数据计算出‘南丰和‘新余蜜橘果实冷藏90 d的综合评价F值（表4）。

从表4中可以看出，‘南丰和‘新余蜜橘果实的F值均先上升后缓慢下降，在贮藏前期，F值均为负值，说明处于商业成熟期的果实尚未完全成熟;由于后熟作用F值快速上升，果实品质提高，‘新余和‘南丰蜜橘分别在贮藏45、75 d时，F值达到最大值，说明此时果实品质最佳;此后F值开始下降，说明果实进入衰老期，果实品质开始下降;在贮藏90 d时，‘南丰蜜橘的F值大于‘新余蜜橘，说明此时‘南丰蜜橘贮藏品质好于‘新余蜜橘。从果实的特征向量因子Z1变化可以看出，在冷藏前期（<75 d），‘新余蜜橘果实Z1值的变化值显著高于‘南丰蜜橘果实Z1值的变化值，说明‘新余蜜橘果实在该冷藏时段的生理生化变化较‘南丰蜜橘更为激烈，耐贮性减弱，这与本贮藏试验效果相吻合。

3  讨论

前人研究认为，果实耐贮性与其品种密切相关，果实品种不同，其外观、营养成分、组织结构形态、采后生理代谢活动各有不同[21-22]。王瑞等[23]观察和比较了贵州麻江县5个晚熟蓝莓品种的自发气调包装结合冰温贮藏的品质变化，发现耐贮性高的蓝莓品种其采后腐烂率最低，可滴定酸降解速率较慢。林艺芬等[24]研究结果表明，‘东壁龙眼果实比‘福眼龙眼果实耐贮藏，主要表现在‘东壁龙眼果皮的相对电导率、褐变指数、PPO活性低于‘福眼龍眼。

本研究发现，在冷藏期间，‘南丰和‘新余蜜橘果实腐烂率、失重率、CCI、BI、相对电导率、PPO活性逐渐上升，果实TSS含量、总糖含量、呼吸强度和抗氧化酶活性先上升后下降。与‘新余蜜橘果实相比，‘南丰蜜橘果实的生理代谢指标如果实腐烂率、BI、相对电导率、PPO活性都较低（表1）。通过主成分分析有效地提取了前3个主成分，累积方差贡献率达到88.781%，能代表原有14个指标变量的88.781%信息量，具有很好的代表性;其中，第1、第2、第3主成分方差贡献率分别为49.569%、25.940%和13.271%;用3个主成分对不同冷藏时间处理中的‘南丰和‘新余蜜橘品质进行综合评价得出，‘南丰蜜橘的耐贮性显著高于‘新余蜜橘，其果实贮藏寿命较‘新余蜜橘长30 d（表4）。

本研究还发现，在冷藏期间，‘南丰蜜橘果实的失重率显著（P<0.05）高于‘新余蜜橘果实，这主要是因为‘南丰蜜橘果实果形小、果皮比表面积较大导致果实蒸腾作用剧烈，而‘新余蜜橘果实果形大、果皮比表面积较小，采后蒸腾作用较为平缓，该结果与林毅雄等[25]对不同品种橄榄果实采后耐贮性差异的研究结果一致。

综合以上结果认为，‘南丰蜜橘果实的耐贮性好于‘新余蜜橘。因此，针对江西省2个主栽宽皮柑橘品种‘南丰和‘新余蜜橘果实采后保鲜与贮运处理生产实践的建议，可以选择耐贮性强的‘南丰蜜橘果实用于长期贮藏和远程运销;若是短期贮藏或鲜销，就选择耐贮性较差的‘新余蜜橘果实。

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