不同鲜食番茄品种生长和品质综合分析

王文选，季延海，刘明池，武占会，梁浩，王丽萍，王素娜*

（1.河北工程大学 园林与生态工程学院，河北 邯郸 056000；2.北京市农林科学院 蔬菜研究所，北京 100097；3.国家蔬菜工程技术研究中心，北京 100097；4.农业农村部华北都市农业重点实验室，北京 100097；5.邯郸市土壤生态修复重点实验室，河北 邯郸 056000）

番茄（Solanum lycopersicum）是世界重要经济作物之一，已成为全球栽培面积最广的蔬菜作物［1］，中国是全球最大的番茄生产和消费国家［2］。2020 年我国番茄种植面积为95.14 万hm2，我国番茄的种植、加工和出口处于持续增长态势［3］，随着设施蔬菜的快速发展，番茄设施栽培规模不断扩大，在满足市场需求基础上，消费者对番茄的口味日益重视，番茄种植上的关注点也由高产量转移到高品质［4］。目前我国番茄正由数量型向质量型发展，消费者对高品质番茄需求强烈，高品质番茄成为种植生产上的发展趋势。我国不同地区地理位置、环境条件、种植习惯和时间、消费习惯，使得单个品种无法满足消费者需求。因此，品种的专用化和系列化将是重要的发展趋势［3］。

番茄品种类型丰富，在果实外观、营养品质和风味物质方面存在较大的差异，番茄果实的品质性状主要由品种遗传因子、环境和栽培条件所决定［5］。番茄的品质主要包括外观、营养和风味品质［6］。外观品质主要包括果实的重量、硬度、色泽、果形指数［7］；营养品质包括可溶性蛋白、维生素（Vc）、氨基酸和番茄红素［8］；果实风味品质主要包括可溶性固形物、可溶性糖、糖酸比、有机酸、挥发物［9］。番茄甜味主要来自果糖和葡萄糖，酸味主要来自柠檬酸和苹果酸，鲜味来自于游离氨基酸，香气来自挥发物［10］。对番茄的评估除了果实大小、颜色和糖酸度等感官属性外，还应该关注重要的营养方面，如可溶性糖、有机酸、番茄红素、抗坏血酸和氨基酸等［11］。因番茄生长和品质指标较多，无法从单一指标的角度评价番茄品种的优劣，需以合适的方法结合生长和品质指标进行综合分析。

目前在对番茄品种的评价中运用较多的分析方法有主成分分析、聚类分析、隶属函数、层次分析法、相关性分析等。李伟明等［12］通过主成分分析和聚类分析的方法，对不同樱桃番茄进行综合分析，得出适合在南京推广的优势品种，但聚类分析采用迭代的方式，得到的结果只是局部最优。金宁等［13］通过主成分分析、聚类分析和相关性分析对不同番茄品种果实的矿物质元素进行分析，明确了番茄果实矿物质元素之间的相关性。主成分分析法计算方法简单，由于协方差矩阵对称，各主成分之间正交，可消除原始数据成分间的相互影响，但贡献率小的主成分可能含有样本之间差异的重要信息。熵权Topsis 评价法能够客观地反映不同指标之间的差异性和重要程度，计算结果较为准确，2 种方法结合使用可以优势互补，更准确的对不同鲜食番茄进行综合评价。石奡坤等［14］通过层次分析法对优质品种番茄综合分析，得出5 个品质优异的番茄品种，层次分析法是系统分析法，是简洁使用的决策方法，但指标过多时，权重难以确定。主成分分析通过降维的方法，可以解决层次分析法因指标过多导致特征值和特征向量精确度复杂的情况。熵权Topsis 评价法对指标权重矢量的确定主观性较强，易于确定权重，同时可以避免层次分析法人为因素带来的偏差。目前，研究中很少采用熵权Topsis 评价法和主成分分析法相结合对不同番茄品种进行综合分析，本研究将此2 种方法相结合对不同鲜食番茄品种生长和品质指标进行综合分析。对不同番茄品种综合分析时方法的选取具有一定参考意义。

本试验基于熵权Topsis 评价法和主成分分析法，选取生长和品质指标，对不同鲜食番茄品种进行综合分析，探究其在生长、品质上的差异，筛选最佳的番茄品种，为生产上番茄品种的选择提供一定的理论基础。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试验选用8 个高品质番茄品种：‘京番308’（JF308）、‘京番309’（JF309）、‘原味1 号’（YW1）、‘光辉201’（GH201）、‘亚蔬006’（YS006）、‘亚蔬12’（YS12）、‘京 采6 号’（JC6）、‘京采8 号’（JC8）。表1是不同鲜食番茄品种的来源和品种特殊性。

表1 不同鲜食番茄品种来源和特殊性Table 1 Source and particularity of different fresh tomato varieties

1.2 试验方法

试验于2022 年8 月在北京市农林科学院蔬菜研究所进行，试验使用北京市农林科学院蔬菜研究所自主研发的栽培槽（CN201510214349.X），栽培基质为珍珠岩，营养液配方为北京市农林科学院蔬菜研究中心刘增鑫［15］的地下水改良配方，配方内大量元素N（NO3-、NH4+）、P、K、Ca、Mg、S 含量分别为：5.25、0.23、2.81、6.81、5.00、0.47 mmol·L-1，微肥为通用配方［16］。番茄于2022 年8 月8 日播种，待幼苗四叶一心时移栽。试验场地共6 列，每列29 个栽培槽，每列栽培槽按品种栽植，依次为‘JF308’、‘JF309’、‘YW1’、‘GH201’、‘YS006’、‘YS12’、‘JC6’、‘JC8’，每列每个品种6 个重复，营养液供应为封闭式灌溉，使用自动灌溉系统，每日6 次灌溉，每次灌溉20 L，保证每株番茄日供水量为2 L。营养液EC 值2.0～2.2 mS·cm-1，pH 值6.0～6.5。营养液浇灌量、EC 和pH 值保持相对一致。管理方案按照田间日常管理进行吊秧、整枝和打顶。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 生长指标和产量测定

选取各个品种长势一致的5 株，用卷尺测定植株株高、叶长和叶宽；用游标卡尺测定植株茎粗；用分析天平称量单果重和单株产量；用叶长叶宽计算叶面积。记录各个品种开花日期、结果日期和取果日期。以上指标每个处理5次重复。

1.3.2 品质指标测定

选取各个品种红熟期果实进行品质指标测定，采用游标卡尺测定番茄果实的横径和纵径，纵径比横径即为果形指数，每个处理3 次重复。每个处理随机取3 个果实，使用电子天平称量其鲜重，至恒温烘箱105 ℃杀青30 min，75 ℃恒温烘干，称量其干重，并计算含水率，每处理进行3次重复。

采用2，6-二氯酚靛酚比色法测定Vc 含量［17］；采用考马斯亮蓝比色法测定可溶性蛋白含量［18］；采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量［19］；采用氢氧化钠滴定法测定可滴定酸含量［20］；以上指标每个处理3次重复。参考GB 5009.8-2016《食品安全国家标准 食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖的测定》［21］，对番茄中果糖、葡萄糖、蔗糖含量进行测定；参考GB 5009.157-2016《食品安全国家标准 食品有机酸的测定》［22］，对番茄有机酸含量进行测定；采用高效液相色谱法测定番茄红素［23］。以上指标每个处理3次重复。

1.3.3 基于熵权Topsis 评价法综合分析

数据标准化：

式（1）和（2）中，xi j为各个指标xi第j个品质指标的值，为xij的规范化值，i=1，2，3…，m；j=1，2，3…，n。

计算第j项指标下第i个样本的比重，公式如下：

计算指标熵值，公式如下：

计算指标权重，公式如下：

利用Topsis 法对各项指标进行综合评价，对数据进行归一化的公式如下：

计算各品种中各指标与正理想距离D+、负理想距离D-：

公式（7）和（8）中Zj+和Zj-分别代表Zij的最大值和最小值。

计算相似贴近度和排名：

1.4 数据统计与分析

使用Excel 进行数据整理、方差分析和熵权Topsis 评价法分析，SPSS 27.0.1 软件进行主成分分析，使用TBtools软件进行聚类热图分析。

2 结果与分析

2.1 不同鲜食番茄品种生长指标比较

从表2 可以看出，JF309 的株高最高，达到202.4 cm，GH201 和YS006 的株高最低，但茎粗最大，JF309 和YS12 的茎粗最小。GH201 和YS12 的叶面积最大，为49.14 cm2和48.23 cm2。图2 是不同鲜食番茄品种叶面积聚类分析，根据叶面积将不同品种分为2 类，JF308、GH201 和YS12 分为1 类，拥有较大的叶面积，可以通过光合作用积累更多的光合产物，可以根据农艺措施中的亏缺灌溉来提高品质和水肥利用效率。JF308、YW1、YS006 平均节间长度较短，为短节间品种，说明其植株紧凑，种植上 可 以 节 省 空 间。JF309、GH201、YS12、JC6 和JC8拥有较长的平均节间长度，为普通节间品种。

图1 不同鲜食番茄品种叶面积聚类分析Fig.1 Cluster analysis of leaf area of different fresh tomato varieties

图2 不同鲜食番茄品种水解氨基酸聚类热图Fig.2 Hydrolyzed amino acid cluster heat map of different fresh tomato varieties

番茄的早熟性状主要在于开花速度和果实发育速度，表3 是不同品种番茄果实的开花成熟特性，不同品种的开花时间、果实成熟时间、果实从开花到结果所需的时间和结果数不同，由表3 可以看出，在相同种植条件下，JF309 的开花时间和果实成熟时间最早，分别较开花时间和果实成熟时间最晚的YS006 提前了8 d 和7 d，但其果实成熟所需要的时间最长，为58 d，说明JF309 可以延迟栽培或者提前上市，YS006 则需要提早栽培。JC8 开花时间相对较晚，但其果实成熟需要的时间最少，为54 d，说明JC8可以节省种植时间。

2.1.1 不同鲜食番茄品种生长指标多样性分析

表4 是不同鲜食品种番茄生长指标多样性分析，株高的极差值最大，为31.00，说明各品种的株高差异较大，结果数的极差值最小，为1.00。不同品种的生长指标存在不同程度的差异，结果数的变异系数最大，为0.15，其次为茎粗，变异系数最小的是一穗果成熟期，为0.05。

表4 不同鲜食番茄品种生长指标多样性分析Table 4 Diversity analysis of growth index of different fresh tomato varieties

2.2 不同鲜食番茄品种品质指标分析

从表5 可以看出，不同品种Vc 的含量在6.86～16.74 mg·100 g-1，YW1 的 含 量 最 高，为16.74 mg·100 g-1，JF309 的 含 量 最 低，为6.86 mg·100 g-1；不同品种可溶性糖的含量在3.07%～5.22%，YW1 的含量最高，为5.22%，GH201的含量最低，为3.07%；不同品种之间的可滴定酸含量无明显差异；糖酸比可溶性糖和可滴定酸之比，是衡量番茄风味的复合参数，YW1 的糖酸比最高，为14.73，比含量最低的YS12 多44.20%，番茄的可溶性糖含量高，其糖酸比不一定高，如JF308 和JF309可溶性糖含量相近，但2个品种可滴定酸含量不同，JF309可滴定酸含量低于JF308，因此JF309糖酸比高于JF308；果形指数是果实纵径和横径之比，指数越大番茄果实越圆，不同品种的果实指数没有明显差异，说明8 个品种之间，除大小外果实形状无明显差异；单株产量是农业生产中考虑的重要指标之一，JC6的单株产量最高为1 554.27 g，YW1和YS12的单株产量最低，分别为996.13 g 和1 050.13 g，说明这2个品种单果重低于其它品种。

表5 不同鲜食番茄品种品质指标分析Table 5 Quality index analysis of different fresh tomato varieties

2.2.1 不同鲜食番茄品种水解氨基酸含量和组成分析

图2 为8 个品种水解氨基酸的聚类热图，品种之间氨基酸含量和组成存在显著差异。JF308、YS006、YS012 和JC6 共 检 测 出16 种 氨 基 酸，JF309、YW1 和JC8 共17 种氨基酸，其独有的氨基酸为蛋氨酸。从聚类热图中可以看出，YS12 和JC8、JF309 和YW1、YS006 和JC6 氨基酸种类和含量较为相似聚为1 类。将氨基酸种类分为3 大类，甜味、鲜味和芳香族氨基酸。由图可知，GH201、JF308、YS12、JC8 的 氨 基 酸 含 量 均 较 低，JF309、YW1、YS006 和JC6 的氨基酸含量相对较高。其中YW1 具有较高的酪氨酸（Tyr）含量，YS006 的谷氨酸（Glu）的含量最高。

根据图2 水解氨基酸聚类热图，将不同品种氨基酸含量分成甜味、鲜味和芳香族3类（图3），由图3可知，不同品种之间的呈味氨基酸含量差异显著，果实中鲜味氨基酸含量均高于甜味和芳香族氨基酸，YS006 的甜味和鲜味氨基酸含量最高，说明其甜味和鲜味口感浓郁。YW1 的芳香族氨基酸含量最高，芳香味更浓郁。

图3 不同鲜食番茄品种甜味、鲜味和芳香族氨基酸含量Fig.3 Sweetness，flavor and aromatic amino acid content of different fresh tomato varieties

2.2.2 不同鲜食番茄品种品质指标多样性分析

由表6 可知，不同品种之间的单株产量差值较大，极差值最小的是可滴定酸，为0.08。由差异系数可知，不同品种在品质指标上的差异显著，Vc 的差异性系数最高，为0.28，其次为糖酸比，说明品质指标中Vc 和糖酸比的差异性更加显著，果形指数的差异性系数最低，为0.05，说明不同品种之间的果形指数没有明显差异。

表6 不同鲜食番茄品种品质指标多样性分析Table 6 Diversity analysis of quality indexes of different fresh tomato varieties

2.2.3 不同鲜食番茄品种品质指标熵权Topsis评价法分析

通过对不同品种品质指标进行加权，由表7 可见，酪氨酸的权重最大，其次是脯氨酸和糖酸比，可滴定酸的权重最小。熵权Topsis 评价法计算得出各个指标的正理想值、负理想值、理想解的贴合度，根据理想解的贴合度得出品种排名，结果显示YW1＞YS006＞JF309＞JF308＞JC6＞GH201＞YS12＞JC8，说明YW1 和YS006 的品质指标相对较好。

表7 不同鲜食番茄品种品质指标熵权Topsis 评价法分析Table 7 The quality index of different tomato varieties analyzed using entropy weight topsis evaluation method

2.3 不同鲜食番茄品种生长和品质指标综合分析

根据生长和品质指标变异系数分析得知，不同品种在生长和品质指标上差异显著，不能以某一指标来评价品种的优劣，因此需要结合生长和品质指标进行综合评价。

2.3.1 不同鲜食番茄品种生长和品质指标的选取

生长和品质指标可以对不同品种对番茄进行客观和全面的综合评价［24］，本试验选取8 个品种的生长、品质共19 个指标，进行主成分分析，分别为株高（X1）、茎粗（X2）、平均节间长度（X3）、叶长（X4）、叶宽（X5）、叶片数（X6）、单果重（X7）、横茎（X8）、纵茎（X9）、可溶性糖（X10）、可滴定酸（X11）、Vc（X12）、可溶性固合物（X13）、果糖（X14）、葡萄糖（X15）、柠檬酸（X16）、苹果酸（X17）、番茄红素（X18）、单株产量（X19）。

2.3.2 不同鲜食番茄品种主成分分析结果

由表8 可见，KMO 取样适切性量数是0.528，巴特利特球形检验显著性小于0.01，2 个结果说明各个指标存在一定的相关性，可以进行主成分分析。由表9 可知，主成分分析按照特征值大于1 的原则，提取了6 个公因子，初始特征值达到91.095%。6 个主成分解释了总方差的91.095%，说明提取的6 个主成分能够代表19 个指标的91.095%，图4碎石图也可以诠释这个结果。

图4 不同鲜食番茄品种主成分分析碎石图Fig.4 Principal component analysis of different fresh tomato varieties

表8 不同鲜食番茄品种主成分分析KMO 和巴特利特检验Table 8 Principal component analysis KMO and Bartlett test of different fresh tomato varieties

表9 不同鲜食番茄品种主成分分析Table 9 Principal component analysis of different fresh tomato varieties

第1 个主成分特征值最大，为6.747，贡献率为35.511%，其中葡萄糖的正绝对值最大（0.887），所以第1 个主成分提取的指标是葡萄糖。第2 个主成分的初始特征值为4.398，贡献率为23.148%，其中单果重的正绝对值最大（0.772），第2 主成分提取的指标是单果重。第3 个主成分的初始特征值为2.34，贡献率为12.317%，其中苹果酸的正绝对值最大（0.924），第3 个主成分提取的指标是苹果酸。第4 个主成分的初始特征值为1.497，贡献率为7.877%，其中平均节间长度的正绝对值最大（0.383），第4 个主成分提取的指标是平均节间长度。第5 个主成分的初始特征值为1.311，贡献率为6.899%，其中可滴定酸的正绝对值最大（0.832），第5 个主成分提取的指标是可滴定酸。第6 个主成分的初始特征值为1.015，贡献率为5.342%，其中叶片数的正绝对值最大（0.61），第6 个主成分提取的指标是叶片数。

根据得分矩阵得出供试品种的得分、综合得分和排名，由表10 中可以看出，y1 中YW1 的值最大，YW1 的葡萄糖含量最高，y2 中JC6 的值最大，其单果重最高，y3 中JF309 的值最大，说明JF309 的苹果酸度最高，y4 和y5 中JC8 的值最大，说明其平均节间长度和可滴定酸最高，F6 中JF308 的值最大，说明其叶片数最多。供试品种排名依次为YW1、YS006、JF308、JC8、GH201、JC6、JF309、YS12。

表10 不同鲜食番茄品种主成分得分、综合得分和排名Table 10 Principal component score，comprehensive score and ranking of different fresh tomato varietie varieties

3 讨论

近年来，番茄的表型、口感和营养品质受到了更多的关注［25］，品种特性是决定番茄品质的首要因素，但品种确定的条件下，栽培技术和适宜的农艺措施是提升番茄品质的关键因素［26］，农艺措施包括亏缺灌溉［27］、密植栽培［28］，根域限制［29］等。本研究对不同品种的生长特性分析，结果表明，不同品种生长特性差异显著，选择植株较矮的品种进行密植栽培，植株密度可以增加植株群体对光照的利用效率，在不降低番茄品质的前提下提高产量。但植株密度增加，后期会出现植株衰老和病虫害的现象，需合理控制植株高度和减少留果数［30］。JF308、YW1 和YS006 植株矮小，可以用于密植栽培。亏缺灌溉可分为轻度、中度和重度，亏缺灌溉能够提升可溶性糖和可滴定酸含量［31-32］，但随着亏缺程度的增加，植株株高、叶面积和产量下降程度越高［33］，JF309 和YS12 株高较高，JF308、GH201 和YS12 拥有较大的叶面积，进行亏缺灌溉处理时可采用中重度亏缺，提升品质同时还可以节水减肥，干旱条件下其它品种可以采用轻度亏缺。叶片大小直接影响植物对光照的截取和碳同化能力，干旱条件下，降低叶面积是植物应对高温和高水分压力的重要途径［34］，JF308、GH201 和YS12 的叶面积较大，对干旱逆境适应较强，可以在干旱地区栽植。对果实成熟特性分析结果表明，JF309 和YS12 在种植上可以延迟栽培或提前上市，同时可以避免秋茬温度过高和病害对植株的影响。JC8 可节省种植时间，虽然JF308 和YS006 开花时间和果实成熟时间较晚，但其可以作为晚上市品种，实现生产中番茄的连年供应。果实品质指标是表征番茄口感和营养价值的指标［21］，本研究显示，8 个品种相互比较，YW1 为高糖和高Vc 品种，JC6 为高酸品 种，GH201 和JF308分别为低糖和低酸品种，JF309为低Vc品种。YW1可以推荐对Vc、可溶性糖和糖酸比要求较高的地区栽培，但需注意其产量较低。JC6 可以推荐对可滴定酸含量和单株产量要求较高的地区进行推广种植。甜味、鲜味和芳香族氨基酸在果实风味品质形成方面具有重要作用［35］。本研究表明，不同品种之间的氨基酸组成和含量存在明显的差异。番茄的鲜味主要来自于谷氨酸［36］，甜味主要来自于脯氨酸［37］，YS006 的谷氨酸和脯氨酸含量高于其它品种，其甜味和鲜味更加浓郁。芳香族主要来自于酪氨酸，YW1 的酪氨酸含量高于其它品种，芳香味较浓郁。从氨基酸含量和组成方面考虑，对氨基酸总含量需求较高的地区可以选择JF309、YW1、YS006和JC6，YS006 适合喜好甜味和鲜味口感的地区栽培生产，YW1 可以作为高风味品种种植。对生长和品质指标变异系数进行分析，不同品种的各个指标的变异系数差异明显，因此对番茄品种进行综合分析具有重要意义。

以农艺性状为评价指标对不同品种番茄进行综合分析，对品种筛选和推荐具有重要意义［21］。为避免单一方法的局限性，本研究联合熵权Topsis 法和主成分分析法，对相关指标进行单独分析。对品质指标进行熵权Topsis 法分析，计算不同指标的权重和品种的排名，结果显示酪氨酸和糖酸比可以作为不同品种番茄品质指标的评价因子，这与李好琢等［38］和刘静［39］以糖酸比作为重要的评价指标类似，排名显示YW1 和YS006 的品质指标最佳。用主成分分析法对生长和品质指标进行综合分析，主成分提取了生长和品质因子，涵盖指标较为全面，结果显示YW1 和YS006 综合指标要优于其他品种，与熵权Topsis 法结果一致，因此YW1 和YS006 在品质指标和综合指标上均表现最佳，可以推荐作为优良的鲜食番茄品种进行栽培。

4 结论

熵权Topsis 评价法与主成分分析法相结合能更好的对不同番茄品种生长和品质进行综合分析。YW1 和YS006 的综合表现最佳，可作为优良品种进行栽植，不同品种在生长、品质、产量和氨基酸含量上的特性不同，建议在推广和生产上根据品种特性来选择特定的品种。本研究为番茄品种的筛选、品质的评价和生产上番茄品种的选用提供参考。