基于主成分和聚类分析对切花百合品质的综合评价

史星雲,徐珊珊,李艳冬,李运兴,郭方其,殷益明*

基于主成分和聚类分析对切花百合品质的综合评价

史星雲1,徐珊珊2,李艳冬1,李运兴1,郭方其3,殷益明1*

1. 湖州市农业科学研究院;湖州市农业种质资源创新与应用重点实验室, 浙江 湖州 313000 2. 双林镇公共事业服务中心, 浙江 湖州 3130002 3. 浙江省农科院, 浙江 杭州 310021

为探明切花百合品种间差异性和建立合理评价体系，本文以‘西伯利亚’‘索邦’‘木门’等10个切花百合品种为试验材料，测定和观察其植株形态指标和瓶插寿命，运用描述性统计、相关性、主成分和聚类分析法对10个品种进行综合评价。结果表明，不同切花百合品种间形态指标和瓶插寿命存在一定差异，且各指标变异程度不一致，其中花色泽参数a*和b*变异系数最大。通过相关性分析可知23个指标间存在不同程度的相关性。通过主成分分析，共提取了6个主成分，累计方差贡献率高达94.832%，可以反映原指标的大部分信息；10个品种综合品质排序从高到低依次为L9、L10、L7、L3、L4、L6、L5、L8、L2和L1。通过聚类分析可将10个切花百合品种分为3类，基本上与主成分分析结果相一致。该研究摸清了几个切花百合品种间的差异性，基于本试验条件下，红巴塞、巴卡迪综合品质表现优，运用主成分和聚类分析评价切花百合是可行的。这些对指导切花百合产业健康发展有一定的参考价值。

百合; 品质分析; 综合评价

百合(var.)是隶属于百合科(Liliaceae)百合属()的一种多年生球根植物，既能食用，亦能药用，同时也能观赏用。作为鲜切花，因其花色丰富、花姿秀美，又寓意美好，鲜花市场上深受消费者青睐与喜爱。目前，我国切花百合栽培生产中，常以进口外国品种为主，自主选育品种较少。对现有切花百合品种基础形态性状进行观察、测定、分析和评价，对于我国切花百合新品种选育、种质资源开发利用和产业可持续健康发展等具有重要作用。

近些年来，对于切花百合研究领域主要集中在引种表现[1]、育种[2]、种球繁育[3]、栽培管理技术[4]、贮藏保鲜[5,6]、基因鉴定[7,8]以及抗逆性[9,10]等方面，而对切花百合品质评价体系构建方面研究相对较少。近年来，国内外学者运用主成分和聚类分析等方法对花卉植物品质综合评价，且基于花卉植物形态性状以及观赏性等指标数据，比如蝴蝶兰[11]、春兰[12]、菊花[13]和睡莲[14]等，而用于百合品质评价鲜有报道。前人研究不同切花百合品种间差异评价方法过于单一[1,15]，因此，有必要运用多种分析方法对切花百合品质综合评价。本研究测定10个切花品种植株的株高、茎粗、叶长、叶宽、叶厚度、花蕾数、第一花蕾长/宽、叶鲜重、叶干重、茎鲜重、茎干重、根鲜重、根干重、花鲜重、花干重、花色泽参数（L*、a*、b*）等形态性状以及瓶插寿命等指标，然后运用描述性统计、相关性、主成分和聚类分析等方法进行评价分析，旨在探明不同切花百合品种间的差异性，为栽培过程中品种选择提供一定的参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验共选取‘西伯利亚’‘索邦’‘金牌’‘薇薇安娜’‘黄天霸’‘黄帝’‘木门’‘罗宾娜’‘红巴塞’和‘巴卡迪’10个切花百合品种，代号分别为L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9和L10，种球均购自于浙江丽彩园艺有限公司，种植于湖州市农业科学研究院基地大棚内，采用基质盆栽，基质为河沙、珍珠岩和蛭石的混合物，每盆栽植2株，常规管理，花盆大小为：直径23 cm、高21 cm。

1.2 测定方法

1.2.1 形态指标的测定株高采用卷尺测定，单位为cm；茎粗、叶柄宽和叶厚采用游标卡尺测定，单位为mm；叶长、叶宽、花蕾长和花蕾宽均采用直尺测定，单位为cm；根茎叶根重量均用电子版天平测定，单位为g。花色泽参数L*、a*、b*采用NR10QC色差计进行测定，其中，L*表示亮度，范围为[0,100]，值越大，果面亮度越高，反之则低；a*表示红绿色指标，正值为红色，负值为绿色；b*表示黄蓝色指标，正值为黄色，负值为蓝色；a*和b*的范围均为[-60,+60]，a*和b*绝对值越大，表示颜色越深[16]。最大花径采用直尺测定，量取基部第一朵花最外层花瓣间呈十字交叉的2个长度，取其最大值作为花径大小，单位为cm，瓶插寿命从瓶插开始到花枝上50%花瓣凋萎所需天数，单位d。

1.2.2 数据分析采用WPS Office 2019软件进行数据整理分析，采用SPSS 19.0软件进行相关性、主成分和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 切花百合品种性状描述性统计分析

对10个切花百合品种外观性状与瓶插寿命等指标测定，由表1可以看出，株高范围为56.45 cm～119.95 cm，平均株高为85.67 cm，变异系数15.02%；茎粗范围为6.28 mm～12.76 mm，平均茎粗为9.52 mm，变异系数15.83%；叶片数范围为19～81片，平均叶片数为48.47片，变异系数25.35%；叶长范围为9.85 cm～16.25 cm，平均叶长为12.86 cm，变异系数11.49%；叶宽范围为1.65 cm～3.95 cm，平均叶宽为2.61 cm，变异系数17.02%；叶厚范围为0.33 mm～0.52 mm，平均叶厚为0.42 mm，变异系数8.57%；花蕾数范围为2～6个，平均花蕾数为3.73个，变异系数31.74%；花蕾长范围为7.15 cm～13.55 cm，平均花蕾长为10.29 cm，变异系数15.40%；花蕾宽范围为2.35 cm～4.65 cm，平均花蕾宽为3.27 cm，变异系数16.80%；叶柄宽范围为3.03 mm～6.83 mm，平均叶柄宽为4.54 mm，变异系数17.65%；根鲜重范围为26.51 g～120.04 g，平均根鲜重为62.75 g，变异系数40.05%；径鲜重范围为12.79 g～59.23 g，平均径鲜重为30.72 g，变异系数32.43%；叶鲜重范围为15.31 g～49.65 g，平均叶鲜重为28.84 g，变异系数26.84%；花鲜重范围为12.36 g～40.86 g，平均花鲜重为22.45 g，变异系数30.62%；根干重范围为5.49 g～34.90 g，平均根干重为13.47 g，变异系数48.54%；径干重范围为1.86 g～7.68 g，平均径干重为4.63 g，变异系数29.65%；叶干重范围为1.53 g～6.25 g，平均叶干重为3.64 g，变异系数30.55%；花干重范围为1.26 g～4.23 g，平均花干重为2.57 g，变异系数32.19%；色泽参数L*范围为34.47～75.44 g，平均色泽参数L*为59.02，变异系数24.04%；色泽参数a*范围为－2.63～38.39，平均色泽参数a*为14.63，变异系数103.28%；色泽参数b*范围为－5.80～40.84，平均色泽参数b*为12.21，变异系数141.19%；最大花径范围为15.45 cm～23.75 cm，平均最大花径为20.08 cm，变异系数10.11%；瓶插寿命范围为8 d～17 d，平均瓶插寿命为12.82 d，变异系数15.53%。

从表2可以看出，色泽参数a*和b*变异系数最大，在103.2%以上；其次为根干重和根鲜重，变异系数在44.5%左右；最小的为叶厚，仅为8.57%；其他指标变异系数均在10.1%～32.5%之间。

表1 切花百合23个性状统计分析

2.2 相关性分析

对10个切花百合23项指标间相关性分析可知（图1），指标间存在正相关或者负相关。其中有58对指标间呈极显著相关（＜0.01），尤其是根鲜重与根干重、径鲜重与径干重、叶鲜重与叶干重、色泽参数L*与a*，色泽参数a*与b*之间的相关系数的绝对值均在0.80以上；53对指标间呈显著相关（＜0.05），以上说明切花百合性状指标间有较强的相关性，可以通过主成分析法研究切花百合指标间的复杂关系。

注：a，株高；b，茎粗；c，叶片数；d，叶长；e，叶宽；f，叶厚；g，花蕾数；h，花蕾长；i，花蕾宽；j，叶柄宽；k，根鲜重；l，径鲜重；m，叶鲜重；n，花鲜重；o，根干重；p，径干重；q，叶干重；r，花干重；s，色泽参数L*；t，色泽参数a*；u，色泽参数b*；v，最大花径；w，瓶插寿命

2.3 主成分分析

如表2所示，对切花百合10个品种株高、茎粗、叶长和叶宽等23项指标进行主成分分析，依据特征值大于1的原则，共提取了6个主成分，累计方差贡献率94.832%，能够反映不同切花百合23个性状的整体信息。其中，第1主成分的特征值为6.259，方差贡献率27.212%；第2主成分的特征值为5.497，方差贡献率23.902%，累计方差贡献率51.114%；第3主成分的特征值为4.265，方差贡献率18.544%，累计方差贡献率69.657%；第4主成分的特征值为2.908，方差贡献率12.643%，累计方差贡献率82.300%；第5主成分的特征值为1.872，方差贡献率8.138%，累计方差贡献率90.438%；第6主成分的特征值为1.011，方差贡献率4.394%，累计方差贡献率94.832%。

表2 主成分特征值、方差贡献率和累计方差贡献率

由主成分载荷矩阵（表3）可知，第1主成分中包株高、径鲜重、花蕾数、瓶插寿命等代表性指标，其中株高载荷值最高，为0.869，反映了原始信息量的27.212%；第2主成分中主要包含叶宽、颜色L*与a*、叶片数等代表性指标，其中叶宽载荷值最高，为0.746，反映了原始信息量的23.902%；第3主成分中包含根干重、最大花径和根鲜重等代表性指标，其中根干重载荷值最高，为0.820，反映了原始信息量的18.544%；第4主成分中包含叶长、叶厚等代表性指标，其中叶厚载荷值最高，为0.775，反映了原始信息量的12.643%；第5主成分中包含花干重、花鲜重等代表性指标，其中花干重载荷值最高，为0.823，反映了原始信息量的8.138%；第6主成分中包含叶鲜重等代表性指标，其中叶鲜重载荷值最高，为0.446，反映了原始信息量的4.394%。

表3 主成分载荷矩阵

主成分分析结果中综合得分愈高表明切花百合综合性表现愈好，反之则相反。由表4可以得出，基于形态性状和瓶插寿命指标，10个切花百合综合表现从高到底排序为：L9、L10、L7、L3、L4、L6、L5、L8、L2和L1。

表4 10个切花百合品种主成分得分及综合评价

2.4 聚类分析

以切花百合个形态指标以及瓶插寿命等指标为基础值，采用欧氏距离和组间平均联结法，对10个切花百合品种进行聚类分析。由图2可知，当选定表尺值为16时，可以分为3类。第1类包括L9和L10，主成分分析结果中排序第1和2，该类为红色品种，综合品质表现较好。第2类包括L7、L3、L6和L5，主成分分析结果中排序第3、4、6和7，该类为黄色品种，综合品质表现中等。第3类包括L4、L8、L2和L1，主成分分析结果中排序第5、8、9和10，该类以红色品种为主，综合表现品质较差。该聚类结果能充分反映出不同切花百合品种间的差异性，并且与主成分分析结果大体一致，为切花百合品种分类、种质资源评价和新品种选育等提供了一定的技术支撑。

图2 不同切花百合品种聚类树状图

3 讨论

变异系数是反映总体差异程度或稳定性的一个指标，其变异系数越大，说明性状变异越丰富和遗传越不稳定[17,18]。本研究中，切花百合23个性状的变异系数在8.56%～141.20%之间，除叶片厚度外，所有性状变异系数均大于10%，且部分性状间有显著或者极显著相关性，说明切花百合性状表型变异丰富和遗传不稳定。切花百合主要以花观赏为主的花卉，其花形、香味、颜色、单株花数以及瓶插寿命等均是其重要性状，尤其是颜色是切花百合新品种选育、消费者是否喜爱和栽培生产等方面的重要关注点[19,20]。本研究发现花性状中花颜色（色泽参数a*和b*）变异系数大，均在100%以上；花蕾数、花鲜重和花干重3个花性状变异系数相对较大，均在31%左右；而花色泽L*、花蕾长、花蕾宽和最大花径4个性状变异系数相对较小，在10.10%～24.05%之间；这与钱遵姚[1]等人研究结果不太一致，主要是因为选取的品种和数量不相同。花相关性状丰富的变异为品种选育提供了大量的育种材料，切花百合综合品质高低尤其花品质是品种引选和推广应用中重要考虑因素，其综合表现受多种因素影响。

瓶插寿命是切花行业主要面临的问题。切花百合采收后，其瓶插寿命取决于品种采前条件、采收时间、处理方式以及采后环境（温度、湿度和光照等）等多种因素。本研究显示，10个切花百合瓶插寿命在15.4～23.8 d之间，试验处在同一环境中，基本上能反映出自身遗传特性。现有大量研究表明，褪黑素[21]、水杨酸[22]、1-MCP[5]等植物生长调节剂或者保鲜剂通过采前处理或者加入瓶插液中可以延长保鲜时间，但其具体保鲜效果会因品种、营养水平、处理模式（时间、浓度和方法等）和温湿度、光照等因素不同而产生不用效果，所以，我们今后还需要大量的试验来研究验证，为延长瓶插寿命提供理论支撑。

系统、科学的评价方法是对切花百合综合表现评价的前提。主成分分析是通过变换将原来一组可能存在相关性的变量转换为一组线性不相关的变量的一种统计方法[23]；聚类分析是通过合理的方法将对象或者数据分类到不同的类或者簇的一个过程[24]；诸多研究表明，主成分和聚类分析在科学研究中具有重要作用，比如在质量评价[25,26]和分类[27,28]等方面均有应用。周艳萍[29]基于表型性状运用主成分和聚类分析可以很好的将233份种质分为6个类群；同时，张克等[30]和韩凤鸣[31]等也是基于百合形态指标运用主成分或者聚类分析法来评价百合品质。这充分说明运用主成分和聚类分析可以评价不同切花百合的综合品质。本研究对10个不同切花百合品种的23个性状指标进行主成分分析，共提取了特征值大于1的6个主成分，累计方差贡献率94.832%，能够反映出切花百合性状指标的大部分信息。同时，本研究也对10个切花百合品种进行了聚类分析，结果可以分为3类，基本上与主成分分析结果一致。这也进一步验证了运用主成分和聚类分析法在切花百合综合评价上是可信的。

由主成分和聚类分析结果可知，基于本试验条件下，红巴塞和巴卡迪综合表现较好，本研究是采用灌水施肥和病虫害管理等统一的栽培管理技术和措施，但未必是10个切花百合品种最科学合理的管理方案；在生产栽培中，切花百合最终表现受土壤类型、温湿度、肥水条件、海拔高度、管理水平、植物生长调节剂以及自身遗传特性等多种因素的影响[4,32-35]。所以最终我们选择适宜栽培品种时除了要考虑其综合表现外，也要充分考虑市场供需关系、消费者偏好等诸多因素。另外，本研究测定了切花百合形态性状、瓶插寿命等23个指标，但物候期、品种抗病性、贮藏保鲜特性等方面未考虑，今后应继续开展相关方面研究和试验，旨在筛选出适合本地栽培的良种，为湖州地区切花百合进一步发展奠定理论基础。

4 结论

综上所述，基于本试验条件下，红巴塞和巴卡迪综合表现优，主成分结合聚类分析评价切花百合是可行的。

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Comprehensive Evaluation on the Quality of Cut Lily Based on Principal Component and Cluster Analysis

SHI Xing-yun1, XU Shan-shan2, LI Yan-dong1, LI Yun-xing1, GUO Fang-qi3, YIN Yi-ming1*

1.313000,2.313012,3.310021,

The purpose of this research is to investigate the differences among cut lily cultivars and to develop a suitable rating method. The plant morphological indicators and vase life of 10 cut lily varieties such as 'Siberia' 'Sorbonne' and 'Conca d'or' were measured and observed. A comprehensive investigation of 10 cultivars was conducted using descriptive statistics, correlation, principal component and cluster analysis. The findings indicated that there were differences in morphological indicators and vase life among different cut lily cultivars, and the degree of variation of each indicator was inconsistent, with the flower color parameters a*and b*having the largest coefficient of variation. A correlation analysis of 23 indicators revealed varied degrees of association. A total of six main components were recovered using principal component analysis, with a cumulative variance contribution rate of 94.832%, and they could capture the majority of the information from the original indicator. The 10 kinds were ranked in order of overall quality L9, L10, L7, L3, L4, L6, L5, L8, L2 and L1 from high to low. Ten cultivars of cut lily may be categorized into three groups using cluster analysis, which broadly agreed with the findings of principal component analysis. This investigation uncovered the variations among 10 cut lily cultivars. Based on the testing settings, L9 and L10 demonstrated good performance in terms of comprehensive quality, and it was feasible to evaluate cut lily using principal component analysis and cluster analysis. These serve as a point of reference for directing the healthy growth of the cut lily industry.

Lily; quality analysis; comprehensive envaluation

S681.9

A

1000-2324(2023)04-0510-07

10.3969/j.issn.1000-2324.2023.04.005

2023-04-25

2023-06-05

浙江省产业(花卉)技术项目(ZJCYJS-HH06)

史星雲(1988-),男,硕士研究生,高级农艺师,主要从事经济作物栽培生理与技术研究. E-mail:shixingyunlove@163.com

通讯作者:Author for correspondence. E-mail:1050420908@qq.com