基于主成分分析与聚类分析的不同品种口感番茄综合评价

沈彦辉 胡璋健 高璐阳 曹德强

摘    要：為综合评估不同品种口感番茄在临沂地区设施栽培的适应性，引导种植户科学选择优良品种，采用无土栽培方法，以‘豫艺优五‘罗拉‘汉姆077‘酸甜果10号‘青春之歌‘冬韵番茄为供试试材，测定不同品种口感番茄的生长、果实农艺性状和品质。结果表明：‘青春之歌的生长指标在整个生育期内表现相对较好；‘青春之歌和‘冬韵果形指数显著高于其他品种，‘青春之歌商品果率最高，达90.2%；‘青春之歌维生素C含量最高，达到161.8 mg·kg-1，显著高于其他品种，‘酸甜果10号可溶性糖含量、糖酸比、番茄红素含量最高，分别为5.43%、15.45、13.89 μg·g-1，高于其他品种；‘汉姆077可滴定酸含量最低；‘青春之歌产量最高，达92 246.7 kg·hm-2，显著高于其他品种；主成分分析得到2个因子，累计方差贡献率达到84.682%；聚类分析将6个品种分为3类，第1类是‘青春之歌和‘冬韵；第2类是‘汉姆077和‘酸甜果10号；第3类是‘豫艺优五和‘罗拉；主成分分析表明，6种口感番茄的综合得分顺序为‘青春之歌＞ ‘冬韵＞‘酸甜果10号＞‘汉姆077＞‘罗拉＞‘豫艺优五。综上所述，‘青春之歌可以作为费县设施无土栽培的优良品种。

关键词：口感番茄；品种；生长指标；品质指标；主成分分析；聚类分析

中图分类号：S626.5；S641.2             文献标识码：A             DOI 编码：10.3969/j.issn.1006－6500.2023.06.007

Abstract：In order to comprehensively evaluate the adaptability of different taste tomato varieties under protected cultivation in Linyi area， guide growers to scientifically select excellent varieties， taking taste tomato'Yuyiyouwu' 'Luola' 'Hanmu 077' 'Suantianguo 10' 'Qingchunzhige' and 'Dongyun'as experimental  materials， the growth fruit agronomic characters and quality indexes of different taste tomato varieties were analyzed and determined by soilless cultivation method. The results showed that the growth indexes of 'Qingchunzhige'performed relatively well in the whole growth period; The fruit type index of 'Qingchunzhige' and 'Dongyun' was significantly higher than that of other varieties， the commercial fruit rate of 'Qingchunzhige' was the highest， reaching 90.2%; The content of vitamin C in 'Qingchunzhige' was the highest， reached 161.8 mg·kg-1， which was significantly higher than that of the other five varieties; The soluble sugar， sugar-acid ratio and lycopene contents of 'Suantianguo 10' were the highest， 5.43%， 15.45 and 13.89 μg·g-1 respectively， higher than those of other varieties; The content of acidity in 'Hanmu 077' was significantly lower than those of other varieties， 'Qingchunzhige' was the highest yield， reaching 92 246.7 kg·hm-2， significantly higher than other varieties. Two factors were obtained from principal component analysis， and the cumulative variance contribution rate reached 84.682%; The six varieties were divided into three categories by cluster analysis. The first category was 'Qingchunzhige' and 'Dongyun'， the second category was 'Hanmu 077' and 'Suantianguo 10'， and the third category was 'Yuyiyouwu' and 'Luola'; Principal component analysis showed that the comprehensive score order of the six kinds of taste tomato was 'Qingchunzhige' ＞ 'Dongyun' ＞ 'Suantianguo 10' ＞ 'Hanmu 077' ＞ 'Luola' ＞ 'Yuyiyouwu'. In conclusion， 'Qingchunzhige' could be used as an excellent variety for soilless cultivation in Linyi.

Key words： taste tomato; variety; growth index; quality index; principal component analysis; cluster analysis

番茄是我国设施栽培的主要茄果类蔬菜之一，其具有广谱适应性、营养丰富且价值高、果菜兼用、效益高等特点，已发展成为我国农村经济发展、农民脱贫致富的支柱产业[1]。费县番茄栽培历史悠久，据统计，截至2022年，费县胡阳镇已连续10年种植面积超过1 000 hm2，是鲁南地区最大的温室番茄生产基地，被确定为首批上海市外延蔬菜生产基地和长三角中心城市优质番茄供应基地[2]。随着人们生活水平的提高和消费观念的转变，人们对于番茄的食味品质（口感、味道）和外观品质的（色泽、果形）的要求也越来越高，口感番茄因其具有皮薄、肉厚、多汁、酸甜适中等特点，已成为番茄市场的发展方向。随着口感番茄的种植面积逐年扩大、品种不断增加，构建不同区域不同品种口感番茄的综合评价体系已成为亟需解决的问题，因此建立可量化的口感番茄生长和果实农艺性状、品质评价指标，探讨行之有效的综合评价方法，对促进费县番茄产业发展和优化产业结构调整具有重要意义。

前人关于不同番茄品种综合性评价的研究主要以樱桃番茄和普通番茄为主，且评价指标主要集中在果实风味品质、营养品质上。庞胜群等[3]采用灰色关联分析法对8个酱用番茄栽培品种进行了综合评价；石奡坤等[4]采用层次分析法，杜娅丹等[5]采用层次分析法、熵权法与TOPSIS法相结合的方法，陈贤等[6]采用层次分析法和排序法分别对不同番茄品种营养品质、果实商品性、风味品质进行了综合评价；王佼等[7]、张传伟等[8]采用隶属函数法对不同品种旱地番茄品质和不同品种无限生长型番茄营养品质进行了综合评价；刘思恬等[9]采用主成分分析和隶属函数法对普通番茄、口感番茄和樱桃番茄果实营养品质进行了综合评价，但前人采用不同评价方法的研究结果表明，灰色关联分析法、层次分析法具有主观性强的弊端，无法明确各方法对不同品种综合评价结果的影响，不同方法间的优劣性和适用性的评判无法准确。主成分分析法是通过降维思想将具有相关性的多个指标转化为少数几个综合指标的统计分析方法[10]，主成分分析法可以有效避免人为主观性选择评价因子的可能性[11]。聚类分析是一种探索性分析方法，其可以在对分类标准不确定的情况下，将分类对象按照样本数据的特征，自动进行分类，划分在同一类群中的对象相似性较高，结果稳定，可以真实反映品种的综合性状[11]。关于采用主成分分析与聚类分析相结合的方法对樱桃番茄[12-13]和普通番茄[14]果实性状、果实品质、生长单一性状指标综合评价的研究已有应用，其在口感番茄及综合番茄生长、果实性状、品质等多性状指标的综合性评价研究未见有报道。

本研究在无土栽培模式下，通过采用主成分分析法和聚类分析法对6个不同品种口感番茄品种的生长指标（株高和茎粗）、果实性状（果形指数和商品果率）、果实品质（维生素C、可滴定酸、可溶性糖、番茄红素）、产量4个方面9项性状指标进行全面、客观的综合性评价分析，旨在构建区域不同品种口感番茄适宜性的综合评价体系，为指导区域种植户科学选择适栽品种和提升区域设施蔬菜绿色优质安全生产提供指导依据。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验在临沂市费县胡阳镇金丰公社生态农业示范园温室大棚进行，地处北纬35°10′～35°27′，东经117°30′～118°09′，属于暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温14.1 ℃，年平均降水量851 mm。

1.2 试验材料

供试口感番茄品种分别为‘豫艺优五（简称Y5）‘罗拉（简称LL）‘汉姆077（简称077）‘酸甜果10号（简称10号）‘青春之歌（简称QCZG）‘冬韵（简称DY）。其中，‘豫艺优五‘酸甜果10号‘青春之歌种子购买于河南豫艺种业科技发展有限公司，‘罗拉种子购买于海泽拉启明种业（北京）有限公司寿光分公司，‘汉姆077种子购买于丰民同和（北京）农业有限公司，‘冬韵种子购买于山东省蔬菜花卉研究所；基质为寿光市信泰农业设施有限公司生产的以草炭为主的基质（V草炭∶V蛭石∶V珍珠岩=6∶3∶1）；无土栽培专用营养A、B肥、合力素购自山东丰本生物科技股份有限公司。

1.3 试验设计

试验于2022年3—7月进行，育苗时间为2022年1月9日，采用营养钵直播育苗，定植时间为3月14日，采用双行三角形栽植，番茄株间距20 cm，每条基质带（长度为13 m，宽度为17 cm，高度为12 cm）单独种植1个品种，每个处理设置3次重复，共计18条基质带，不同品种间的排列采用完全随机分布进行。

采用浙江大学喻景权院士团队研发的“轻简自控无土栽培系统”（CN202011039116.8）[15]：基质槽内每行番茄铺设1条滴灌带，滴灌带与液位器、配套施肥器相连，实现水肥一体化管理。

灌溉施肥策略：苗期（四叶一心）施肥器施肥比例为0.6%，番茄植株每增加1片真叶，施肥器施肥比例增加0.1%；至第一穗花前施肥器施肥比例调整为1.0%，维持此施肥比例至第五穗花前，第五穗花后，施肥器施肥比例每隔5～7 d下降0.1%，直至施肥器施肥比例下降到0.6%，维持此施肥比例至拉秧。

1.4 项目测定

1.4.1 番茄产量测定 统计番茄首次采收至拉秧时各小区累计产量，即为总产量。

1.4.2 农艺学指标测定 分别于番茄定植后30、50、70 d进行株高和茎粗测量，采用卷尺测定番茄植株株高（根茎基部到最高生长点）；采用游标卡尺测量茎粗（平行于子叶方向距根茎约1 cm处）。

不同处理间随机选择5个大小和成熟度一致的番茄果实进行果实性状（单果质量、果形指数、商品果率）的测定：单果质量JY系列电子天平测定（精确度0.1 g）；果形指数为横径/纵径的比值，果实横徑和纵径采用游标卡尺测量法；商品果率为每次采收的商品果数/总果数的比值的平均值。

1.4.3 品质指标测定 在番茄果实成熟期，从不同品种正常、健康植株第2或第3穗果实上，选取5个具有代表性、大小均匀、无病虫、正常发育达到商品成熟的果实进行测定，每个处理3次重复，取平均值。维生素C含量测定参考李合生的测定方法[16]、可滴定酸含量测定参考韩雅珊的测定方法[17]、可溶性糖含量的测定参考王晶英的测定方法[18]、番茄红素含量测定采用李建宏等的测定方法[19]。

1.5 数据分析

使用Microsoft Excel 2010软件对试验数据进行统计整理与进行做图，采用IBM SPSS 22.0软件进行统计分析、聚类分析和差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同品种口感番茄株高的比较

由图1可知，在番茄不同生长时期，不同品种口感番茄株高表現不一致。苗期（定植后30 d），‘汉姆077株高最高，其次是‘青春之歌，两者之间无显著性差异，但均显著高于‘豫艺优五‘罗拉和‘冬韵（P＜0.05）；坐果期（定植后50 d），‘酸甜果10号株高最高，‘酸甜果10号与‘汉姆077‘青春之歌和‘冬韵间无显著性差异，但显著高于‘豫艺优五和‘罗拉（P＜0.05）；盛果期（定植后70 d），‘青春之歌株高最高，除显著高于‘豫艺优五外（P＜0.05），与其他品种间无显著性差异。

2.2 不同品种口感番茄茎粗的比较

由图2可知，不同时期均以‘酸甜果10号的茎粗最大，且在各时期‘酸甜果10号的茎粗显著高于其他品种口感番茄（P＜0.05）；在苗期和坐果期，不同品种间口感番茄茎粗的表现趋势为：‘酸甜果10号＞‘汉姆077＞‘青春之歌＞‘冬韵＞‘罗拉＞‘豫艺优五；在盛果期，‘青春之歌和‘冬韵间无差异显著性，其他品种间差异性显著，且与‘青春之歌和‘冬韵也存在显著性差异（P＜0.05），不同品种间口感番茄茎粗茎粗表现趋势为，‘酸甜果10号最高，达15.31 mm，其次是‘汉姆077，再次是‘青春之歌和‘冬韵，‘罗拉和‘豫艺优五最小。

2.3 不同品种口感番茄果实农艺性状的比较

由图3可知，商品果横径、纵径最大的是‘罗拉，分别为120、98.16 mm，在商品果横径方面，除‘豫艺优五外，其他品种口感番茄与其差异显著（P＜0.05）；在商品果纵径方面，其与各个品种口感番茄均差异显著（P＜0.05）；商品果果形指数方面，‘青春之歌和‘冬韵的果形指数最优，与其他品种口感番茄差异性显著（P＜0.05）；商品果率方面，‘青春之歌果实商品率最高，达90.2%，显著高于‘豫艺优五和‘罗拉（P＜0.05），其次是‘酸甜果10号和‘冬韵，其与‘豫艺优五差异性显著（P＜0.05），商品果率最低的是‘豫艺优五，仅为82.7%；单果质量方面，‘罗拉单果质量最高，达257 g，除‘汉姆077外，其他品种口感番茄与其差异性显著（P＜0.05），不同品种口感番茄单果质量表现趋势为：‘罗拉＞‘汉姆077＞‘豫艺优五＞‘酸甜果10号＞‘冬韵＞‘青春之歌。

2.4 不同品种口感番茄品质指标的比较

由图4可知，维生素C含量最高的是‘青春之歌，达161.8 mg·kg-1，显著高于其他品种口感番茄维生素C含量（P＜0.05），维生素C含量最低的是‘豫艺优五和‘罗拉，两者之间差异不显著；可滴定酸含量最高的是‘冬韵，为0.64%，除‘青春之歌外，其他品种口感番茄与其差异性显著（P＜0.05），可滴定酸含量最低的是‘汉姆077，仅为0.42%，不同品种口感番茄可滴定酸表现趋势为：‘汉姆077＜‘罗拉＜‘豫艺优五＜‘酸甜果10号＜‘青春之歌＜‘冬韵；可溶性糖含量最高的是‘酸甜果10号，达5.43%，除‘青春之歌外，其他品种口感番茄可溶性糖含量均显著低于‘酸甜果10号，其次是‘青春之歌，再次是‘冬韵，含量较低的是‘豫艺优五‘罗拉和‘汉姆077，三者之间差异不显著；不同品种间糖酸比的表现趋势与可溶性糖含量相似，表现为‘酸甜果10号＞‘青春之歌＞‘冬韵＞‘汉姆077＞‘罗拉＞‘豫艺优五；番茄红素含量测定结果表明，不同品种间番茄红素含量具有明显的差异，其中‘酸甜果10号含量最高，达13.89 μg·g-1，显著高于其他品种（P＜0.05），其次是‘汉姆077和‘罗拉，含量分别为8.28、8.31 μg·g-1，含量最低的为‘青春之歌和‘冬韵，为1.29、1.06 μg·g-1。

2.5 不同品种口感番茄产量的比较

由图5可知，不同品种口感番茄产量差异明显，具体表现为，‘青春之歌的产量显著高于其他品种（P＜0.05），达到92 246.7 kg·hm-2，其次是‘冬韵，产量最低的口感番茄品种是‘酸甜果10号，为66 953.3 kg·hm-2，不同品种口感番茄产量表现趋势为‘青春之歌＞‘冬韵＞‘汉姆077＞‘罗拉＞‘豫艺优五＞‘酸甜果10号。

2.6 主成分分析

株高和茎粗是表征植物生长状况的重要指标，在一定程度上能够影响作物产量，果形指数、商品果率、果实品质是影响产品市场接受度和经济效益的关键因素。试验采用主成分分析法对6个品种供试口感番茄盛果期主要性状进行比较分析。由表1可知，试验提取前2个主成分的累计方差贡献率达到84.68%，说明提取的2个主成分基本上可以解释原有生长、果实性状和品质指标。由表2可知，主成分1主要综合了番茄的维生素C、商品果率、果形指数、可溶性糖，贡献率分别为95.5%、86.0%、84.2%和82.3%；主成分2综合了番茄的番茄红素和茎粗，贡献率分别为86.7%和66.8%。

2个主成分的得分函数表达式由矩阵系数和标准化后的数据构成：

Z1=0.34X1+0.27X2+0.36X3+0.37X4+0.41X5+0.30X6

+0.36X7-0.20X8+0.34X9，

Z2=0.27X1+0.45X2-0.34X3+0.27X4+0.03X5-0.22X6

+0.25X7+0.58X8-0.31X9。

以2个主成分及每个主成分所对应的特征值占所提取主成分总特征值之和的比例作为权重，计算主成分综合模型[20-22]：

F综=0.60Z1+0.25Z2

6种不同品种口感番茄的综合得分平均值和排序结果由主成分综合模型计算得出。由表3可知，综合不同品种口感番茄生长、果实农艺性状、品质评价顺序为：‘青春之歌‘冬韵‘酸甜果10号‘汉姆077‘罗拉‘豫艺优五。

2.7 聚類分析

采用SPSS22.0软件对标准化后的生长指标、果实农艺形状和果实品质进行聚类分析。由图6可知，当欧式距离为10的时候，6个品种口感番茄分为3类，第1类为‘青春之歌和‘冬韵，表现为果形指数、维生素C含量、产量高于其他品种，番茄红素含量低于其他品种；第2类为‘汉姆077和‘酸甜果10号，表现为其植株茎粗、番茄红素含量高于其他品种；第3类为‘豫艺优五和‘罗拉，表现为除番茄红素含量和产量外，其他生长指标、果实农艺性状和品质指标指数相近。

3 讨论与结论

近年来，随着人们生活水平的提高，消费者对生鲜果菜品质的要求也逐步提升，口感番茄因其皮薄、肉厚、多汁、酸甜适中等优点，市场需求量呈现不断上升趋势。当前，对口感番茄的研究主要集中在高效栽培技术方面[23-26]，不同品种口感番茄在不同地区生长、果实品质等指标适应性综合评价的研究相对较少[11-14]。作物对特定环境适应程度的表征一定程度上可由作物的生长指标反映。研究表明，植株的株高、茎粗、叶片SPAD含量等农艺性状可作为评价作物适应性生长的指标[13，27-28]。本研究结果表明，整个生育期内，除‘豫艺优五和‘罗拉外，其他4个品种口感番茄株高无差异。这说明在无土栽培条件下，4个品种有较强的环境适应性，但其茎粗存在显著性差异，原因可能是该试验条件下，不同番茄果实对相同水肥灌溉策略的响应不同。

研究表明，外观品质是评估果蔬市场价值、被消费者选择的主要依据之一，而且在一定程度上也会影响其内部品质[29]。研究表明，番茄果实性状与番茄红素[3-32]、可溶性糖[31-32]、维生素C含量[32]等品质指标具有一定的相关性。本研究表明，‘青春之歌果形指数显著高于其他品种口感番茄，但单果质量、果实横、纵径显著低于其他品种口感番茄，这与罗颖等[22]研究果形指数与果实可溶性糖含量正相关，单果质量、果实横、纵径与果实可溶性糖含量和维生素C含量负相关的结论一致。

果蔬品质指标是表征果蔬口感和营养价值的指标[33]。本研究中，选择可溶性糖、可滴定酸、糖酸比、维生素C、番茄红素作为评价不同口感番茄品质比较的依据。其中‘青春之歌和‘酸甜果10号可溶性糖和糖酸比高于其他品种，表明这2个品种甜味风度高，口感上优于其他品种；维生素C[34]和番茄红素[35]具有较强的抗氧化性，对人体健康起到促进作用。本研究表明，‘青春之歌维生素C含量最高，但番茄红素含量低于其他品种，这与前人研究的番茄红素含量与果实颜色有关，黄果番茄基本不含番茄红素的结论一致[36-37]。

近年来，多元统计分析法在不同品种番茄生长、果实商品性、果实品质和营养品质单一性状指标的综合性评价中已广泛应用[4-9，11-14]。本研究采用主成分分析法和聚类分析法，对不同品种口感番茄生长指标、果实农艺性状、品质和产量等综合性状指标进行全面、客观的综合评价。主成分分析结果表明，‘青春之歌和‘冬韵的综合得分相对较高；聚类分析结果也表明，‘青春之歌和‘冬韵的性状优良，表现为糖酸比高，口感好，维生素C含量高，抗衰老、抗癌作用强，产量高，经济效益高。

通过对6个口感番茄品种的生长、果实性状、品质指标和产量的比较分析，结合主成分分析和聚类分析，6个口感番茄品种的综合得分排序为：‘青春之歌＞‘冬韵＞‘酸甜果10号＞‘汉姆077＞‘罗拉＞‘豫艺优五。综上，‘青春之歌和‘冬韵是适合在临沂费县设施无土栽培的优良品种，值得示范推广。

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基金项目：浙江大学山东（临沂）现代农业研究院服务地方经济发展项目（ZDNY-2021-FWLY01002）

作者简介：沈彦辉（1989—），男， 山东临沂人，农艺师，硕士，主要从事蔬菜生长发育与环境调控研究。

通讯作者简介：曹德强（1971—），男，山东临沂人，高级农艺师，主要从事主要从事蔬菜高效栽培技术研究。