贵州省野生桑果实品质指标的主成分和聚类分析

张 芳,王晓红,罗泽虎,韩世玉*

(贵州省农业科学院蚕业研究所,贵阳 550025)

摘 要:【目的】评价贵州省15份野生桑种质资源果实品质,筛选综合品质优良的资源,为果桑新品种选育提供参考。【方法】以15份贵州野生桑资源为试材,测定单果质量、硬度、色泽等7个感官和pH值、出汁率、可溶性固形物含量等8个营养品质指标,并采用主成分分析和聚类分析对其品质指标进行综合评价。【结果】不同野生桑资源果实品质之间存在显著差异,提取的5个主成分累积贡献率达87.998%,可以较好地反映桑椹品质的综合信息。聚类分析将15份野生果桑资源分为了两大类,分类结果与主成分综合得分结果基本一致。【结论】果2、果11、果24、果33等可作为贵州优良果桑种质资源加以利用。

关键词:果桑;品质;主成分分析;聚类分析

果桑是以果实(桑椹,桑果)为主要收获物的一类桑树(Morus alba Linn.)。桑椹具有食用、药用、保健等功能,享有“民间圣果”“中华果王”“人体血库”等美誉,是21 世纪的最佳保健水果[1-4]。近年来,随着桑椹鲜美的口味和丰富的营养保健功能日益为人们所熟知和认可,消费市场对桑椹的需求越来越大,而且桑椹在食品加工业上也得到了越来越广泛的开发利用,以桑椹为原料生产的桑椹汁饮料、桑椹酒、桑椹酱、桑椹色素等系列产品,颇受市场欢迎,具有良好的市场前景[5-7]

多年来,贵州省蚕业研究所桑树种质资源及育种工作者收集了全省野生桑资源150 余份,在对野生桑资源的调查研究过程中,发现部分资源结果性能好,不易感染桑椹菌核病,可作为果桑品种选育的基础材料[8]。但是,不同种质材料的果实品质存在差异。准确评价现有果桑资源的果实品质,是多样化优质果桑品种选育的基础工作。因此,评价贵州野生桑资源果实的综合品质,可以为果桑育种提供参考。果实品质的评价可用主成分分析、灰色关联度分析、聚类分析、层次分析、模糊综合评判等统计分析方法,综合性评价分析方法的应用,使食品品质评价更具科学性和可靠性[9]。近年来,主成分分析与聚类分析相结合的综合性评价分析方法在葡萄[10]、杨梅[11]、苹果[12]、猕猴桃[13]和枸杞[14]等果实品质评价方面成为热点。王香君等[15]、宋志娇等[16]、乔宇等[17]也对桑椹进行了主成分分析和聚类分析的综合评价,筛选出了适宜不同用途的优良品种。贵州省蚕业研究所近些年对贵州地区野生桑资源进行了搜集、调查,但是对其果实品质的评价尚未进行研究。因此,笔者在本研究中以贵州省蚕业研究所收集的全省野生资源中结果性能好且抗病性强的15 份野生桑资源为材料,通过检测果实的单果质量、花色苷含量、总酸含量等15 项品质指标,结合主成分分析和聚类分析,以期筛选出综合品质较好的果桑资源,为贵州果桑优良品种选育提供参考。

1 材料和方法

1.1 供试材料

供试材料从贵州省荔波县、平塘县、大方县、施秉县、黄平县、毕节七星关区等省内各县市区收集并保存在贵州省蚕业研究所桑树种质资源圃内。供试材料结果性能好,不感染果桑菌核病,分属长果桑种、长穗桑种和华桑种。2013 年3 月根据选取的材料进行无性繁殖,2014 年1 月建立果桑材料鉴定园。2020年5月采摘成熟、无病害的新鲜桑椹,用保鲜盒分装,放入冰盒当日运回实验室保存备用。

1.2 试剂与仪器

试剂:无水乙醇、盐酸、醋酸钠、冰醋酸、氯化钾、碳酸钠、没食子酸、福林酚试剂、芦丁、亚硝酸钠、硝酸铝、3,5-二硝基水杨酸、酒石酸钾钠、结晶酚、硫酸钠、葡萄糖、氢氧化钠、甲醛,以上试剂均为分析纯。

仪器:色差仪(北京盈盛恒泰科技有限责任公司),质构仪(北京盈盛恒泰科技有限责任公司),紫外-可见分光光度计(珠海科量检测技术有限公司),酸度计[赛多利斯科学仪器(北京)有限公司],数字折射仪(杭州陆恒生物科技有限公司)。

1.3 试验方法

1.3.1 单果质量测量 各资源选取长势大致相同的3株,每株采摘30粒成熟无病害桑椹鲜果,采摘后立即用电子天平分别测量其质量(精确0.01 g),计算平均值。

1.3.2 横径、纵径测量 各资源选取长势大致相同的3株,每株采摘20粒无病害成熟桑椹鲜果,采摘后立即用电子游标卡尺测量桑果最粗处的直径为果横径,果蒂至果顶的长度为纵径(精确0.01 mm)。

1.3.3 硬度测量 各资源选取长势大致相同的3株,每株采摘10 粒成熟无病害桑椹鲜果,采用质构仪及直径为250 mm的圆柱形探头对桑果的TPA参数进行测试。测试参数:探头回升到样品表面的高度20 mm,形变百分量50,检测速度1 mm·s-1,2次压缩停顿时间5 s,最小起始力1 N。

1.3.4 pH 和出汁率测定 称取50 g 左右的成熟无病害桑椹鲜果用搅拌机匀浆3~5 min 得到果浆,4500 r·min-1离心15 min,吸取上层汁液,再用纱布滤出剩余部分中的果汁,用分析天平称量果汁质量。出汁率/%=果汁质量/桑椹总质量×100。用pH计测定果汁的pH值,每份桑果样品重复测定3次。

1.3.5 色泽测定 各资源选取长势大致相同的3株,每株采摘10 粒成熟无病害桑椹鲜果,用色差仪对其果肉中部进行L*a*b*值测定(其中,L*:色泽亮暗程度;a*:色泽红绿程度;b*:色泽黄蓝程度),取其平均值。

1.3.6 可溶性固形物含量的测定 取数滴“1.3.4”得到的桑椹果汁用数字折射仪测定可溶性固形物含量,每份桑果样品重复测定3次。

1.3.7 花色苷含量测定 参照pH值示差法测定[18],每份桑果样品重复测定3次。

1.3.8 总酚含量测定 采用Folin-ciocalteau 法测定[18],每份桑果样品重复测定3次。

1.3.9 总黄酮含量测定 参照NaNO2-Al(NO3)3比色法测定[18],每份桑果样品重复测定3次。

1.3.10 总糖含量测定 采用DNS 法(3,5-二硝基水杨酸)测定[18],每份桑果样品重复测定3次。

1.3.11 总酸含量测定 采用NaOH 中和滴定法测定[19],每份桑果样品重复测定3次。

1.4 数据处理

采用Excel 2019 软件对试验测得数据进行分析;用SPSS 23.0 进行单因素方差分析、主成分分析及聚类分析。

2 结果与分析

2.1 不同野生桑资源桑椹感官品质比较

如表1 所示,对15 份野生桑资源桑椹的7 个感官品质指标检测数据进行分析,结果表明,不同资源的桑椹各项指标值存在显著差异(p<0.05)。单果质量分布在1.35~2.64 g之间,其中果23的单果质量最小,果2 的单果质量最大。所有野生桑资源纵径均大于横径,表明果形指数均大于1,果形为长圆形。其中,果4 的横径最大,为13.30 mm,其纵径最小,为18.87 mm。不同资源硬度在8.43~24.03 N 之间,其中果4 的硬度最低。色泽L*在24.91~35.20 之间,果2亮度最高,果12亮度最低。除果34、果23色泽a*为-0.24、-0.03 外,其余资源均为正值,表明桑果基本为红色偏向。果34、果23、果12、果4 的色泽b*为负值,是蓝色偏向,其余均为正值,是黄色偏向[20]

表1 不同野生桑资源感官品质
Table 1 Sensory evaluation of different wild mulberry resources

注:同列数据后不同小写字母表示差异显著(p <0.05)。下同。
Note:Different small letters indicate significant difference in the same column(p <0.05).The same below.

材料Material果1 Guo 1果2 Guo 2果3 Guo 3果4 Guo 4果5 Guo 5果6 Guo 6果11 Guo 11果12 Guo 12果16 Guo 16果19 Guo 19果23 Guo 23果24 Guo 24果31 Guo 31果33 Guo 33果34 Guo 34纵径Longitudinal diameter/mm 36.22±5.37 cde 43.36±3.64 bcd 52.80±2.79 b 18.87±0.56 f 44.76±3.41 bc 44.06±2.94 bcd 41.40±4.73 bcd 65.92±2.80 a 68.04±5.58 a 32.04±0.26 de 69.29±3.22 a 62.89±13.08 a 33.65±5.75 cde 61.72±3.07 a 26.11±2.19 ef单果质量Single fruit mass/g 1.55±0.05 e 2.64±0.07 a 1.31±0.08 g 1.58±0.05 e 2.17±0.06 c 2.51±0.04 a 1.94±0.15 d 1.60±0.02 e 1.62±0.04 e 1.47±0.05 ef 1.35±0.10 fg 2.53±0.10 a 1.84±0.04 d 2.48±0.09 a 2.35±0.06 b硬度Hardness/N 16.57±0.35 cd 12.10±0.62 ef 18.50±0.96 bc 8.43±0.50 g 18.87±2.30 bc 15.27±0.83 d 10.77±0.76 b 17.73±0.65 c 23.63±1.16 a 24.03±1.55 a 20.67±1.96 f 12.43±0.87 ef 14.70±1.66 de 14.70±1.08 de 11.47±0.32 f L*a*b*27.86±0.06 g 35.20±0.02 a 28.33±0.03 f 25.61±0.03 k 29.30±0.03 d 33.71±0.02 b 30.92±0.05 l 24.91±0.02 n 30.84±0.17 lc 25.08±0.05 m 25.25±0.01 c 27.49±0.03 g 27.35±0.02 i 28.94±0.01 e 26.40±0.02 j 4.81±0.19 e 3.84±0.01 f 5.01±0.16 d 0.24±0.03 l 5.57±0.03 b 1.19±0.01 k 6.58±0.07 a 0.02±0.02 m 2.34±0.07 i 3.22±0.07 g-0.03±0.01 m 2.67±0.04 h 5.40±0.05 lc 1.79±0.04 j-0.24±0.03 n 0.76±0.06 i 8.07±0.05 a 0.82±0.03 i-0.30±0.04 k 3.38±0.02 d 4.26±0.04 c 3.06±0.03 e-0.46±0.01 l 4.75±0.19 b 0.35±0.02 j-0.49±0.03 l 1.21±0.02 g 1.03±0.03 h 2.29±0.02 f-0.68±0.01 m横径Transverse diameter/mm 9.84±0.26 c 8.75±0.40 cd 7.71±0.32 de 13.30±0.29 a 9.18±0.21 c 9.04±0.62 c 9.39±0.65 c 7.06±0.45 ef 7.79±0.24 de 9.10±0.58 c 7.04±0.26 ef 7.09±0.63 ef 8.75±0.29 cd 6.42±0.80 ef 11.91±0.67 b

2.2 不同野生桑资源桑椹营养品质比较

如表2 所示,对15 份野生桑资源桑椹的8 个营养品质指标检测数据进行分析,结果表明不同资源的桑椹各项指标值存在显著差异(p<0.05)。桑果出汁率为35.12%~58.13%。其中果23 的出汁率最低(35.12%),果31 的出汁率最高(58.13%)。pH 值分布在3.69~4.80 之间,其中果5 的pH 值最小,果6的pH 值最大。可溶性固形物含量可以反映桑果的内部品质,果24 的可溶性固形物含量高于其他资源,达18.37%,果34 的可溶性固形物含量最低,为8.07%。果4 的花色苷、总酚含量(w,后同)最高,分别为0.76 mg·g-1、1.04 mg·g-1。果34 的黄酮含量最高,为2.40 mg·g-1。果33 总糖含量最高,为125.98 mg·g-1,果4的总糖含量最低,仅为24.93 mg·g-1。果4的总酸含量最低,为1.53 mg·g-1,果24的总酸含量高达11.56 mg·g-1,是果4的7.56倍。

表2 不同野生桑资源营养品质
Table 2 Nutritional qualities of different wild mulberry resources

材料Material pH值pH value果1 Guo 1果2 Guo 2果3 Guo 3果4 Guo 4果5 Guo 5果6 Guo 6果11 Guo 11果12 Guo 12果16 Guo 16果19 Guo 19果23 Guo 23果24 Guo 24果31 Guo 31果33 Guo 33果34 Guo 34 3.82±0.16 ab 3.71±0.24 b 4.78±0.13 a 3.74±0.23 b 3.69±0.32 b 4.80±0.13 a 3.94±0.49 ab 3.75±0.36 b 3.85±0.32 ab 3.85±0.31 ab 4.01±0.77 ab 3.80±0.40 ab 3.92±0.18 ab 4.34±0.36 ab 4.20±0.39 ab出汁率Juice yield/%56.02±1.83 ab 46.76±2.16 cd 59.64±1.16 a 42.69±0.36 de 40.65±3.09 ab 49.32±0.34 c 48.69±1.95 c 40.97±1.23 ef 38.08±1.15 ef 47.29±1.91 cd 35.12±2.18 f 35.96±4.10 f 58.13±4.59 a 51.08±3.98 bc 54.59±3.29 ab w(可溶性固形物)Soluble solids content/%15.37±0.70 c 13.57±0.76 ef 12.70±0.61 f 9.07±0.15 g 14.90±0.95 cde 8.30±0.35 g 14.77±0.55 cde 13.80±1.01 def 17.10±0.26 b 15.27±0.70 c 15.17±0.45 cd 18.37±0.35 a 14.90±0.40 cde 16.83±0.25 b 8.07±0.25 g w(花色苷)Anthocyanin content/(mg·g-1)0.03±0.00 d 0.09±0.01 cd 0.15±0.02 c 0.76±0.03 a 0.07±0.00 cd 0.06±0.01 cd 0.07±0.00 cd 0.02±0.00 d 0.09±0.01 cd 0.03±0.01 d 0.03±0.00 d 0.02±0.00 d 0.08±0.01 cd 0.03±0.00 d 0.45±0.14 b w(总酚)Total Phenolic content/(mg·g-1)0.33±0.02 d 0.41±0.07 d 0.59±0.09 c 1.04±0.02 a 0.62±0.01 c 0.32±0.01 d 0.36±0.06 d 0.59±0.01 c 0.80±0.01 b 0.23±0.03 e 0.56±0.05 c 0.38±0.04 d 0.54±0.03 c 0.32±0.03 d 0.54±0.05 c w(总黄酮)Total Flavonoid content/(mg·g-1)1.09±0.24 def 0.40±0.05 g 0.96±0.08 def 1.24±0.19 de 0.84±0.09 ef 0.75±0.08 fg 0.86±0.07 ef 0.71±0.07 fg 1.12±0.19 def 1.77±0.26 c 1.02±0.15 def 2.07±0.33 b 1.32±0.20 d 0.76±0.09 fg 2.40±0.11 a w(总糖)Total sugar content/(mg·g-1)80.96±5.41 d 104.09±3.90 b 40.03±7.11 g 24.93±2.48 a 70.33±1.16 e 41.26±1.74 f 89.18±4.50 c 119.72±1.51 a 38.25±4.91 f 95.39±4.15 bc 95.66±3.41 bc 119.14±9.32 a 96.01±3.53 bc 125.98±2.98 a 28.90±0.89 g w(总酸)Total acid content/(mg·g-1)8.83±0.31 c 4.71±0.16 f 5.49±0.49 ef 1.53±0.06 g 7.94±0.26 d 5.02±0.17 f 7.63±0.30 d 9.34±0.35 bc 5.83±0.50 e 9.88±0.13 b 6.01±0.87 e 11.56±0.14 a 9.03±0.14 c 8.69±0.77 c 2.01±0.07 g

2.3 不同野生桑资源桑椹品质主成分分析

将15 份野生桑资源的15 个品质指标使用SPSS 23.0软件进行主成分分析,以特征值大于1进行提取,共提取到5 个主成分。由表3 可知,第1 主成分特征值为5.206,贡献率为34.706%;第2主成分特征值为3.001,贡献率为20.009%;第3主成分特征根为1.915,贡献率为12.768%;第4主成分特征值为1.675,贡献率为11.169%;第5 主成分特征值为1.402,贡献率为9.347%。5 个主成分的贡献率累计值达到87.998%,可以解释绝大部分原始信息[21-22]

表3 各个主成分的特征值和贡献率
Table 3 The characteristic roots and contribution rate of main components

主成分Principal component初始特征值Initial eigen value特征值Eigen values 5.206 3.001 1.915 1.675 1.402 0.742 0.498 0.210 0.142 0.088 0.064 0.045 0.011 0.000 0.000贡献率Contribution rates/%贡献率Contribution rates/%1 2 3 4 5 6 7 8 9提取平方和载入Extract square sum loading特征值Eigen values 5.206 3.001 1.915 1.675 1.402 34.706 20.009 12.768 11.169 9.347 34.706 20.009 12.768 11.169 9.347 4.944 3.321 1.402 0.947 0.586 0.427 0.301 0.073 0.002 0.000累积贡献率Cumulative contribution rates/%34.706 54.715 67.482 78.651 87.998 92.942 96.263 97.665 98.612 99.198 99.624 99.926 99.998 100.000 100.000累积贡献率Cumulative contribution rates%34.706 54.715 67.482 78.651 87.998 10 11 12 13 14 15

主成分分析表明,载荷系数值越大,对该主成分的影响越重要[23-24]。由表4 可看出,对第1 主成分贡献最大的是可溶性固形物含量,负荷量为0.845,其次是总酸含量、总糖含量、纵径,负荷量分别为0.833、0.787、0.725,花色苷含量、横径对其贡献最小,负荷量分别为-0.939、-0.899。对第2主成分贡献最大的分别是色泽L*、色泽b*,负荷量分别为0.934、0.816。第3 主成分以桑果出汁率的贡献为主,总黄酮含量的贡献为辅,负荷量分别为0.716、0.421;总酚含量对其贡献最小,负荷量为-0.581。第4 主成分以单果质量的贡献为主,负荷量为0.430;pH 值、硬度对其贡献最小,负荷量分别为-0.794、-0.510。第5主成分以色泽a*、总酚含量的贡献为主,负荷量为0.663、0.316。

表4 主成分在各品质指标上的因子载荷矩阵
Table 4 Rotated component matrix of the principle component analysis

指标Index单果质量Single fruit mass(X1)硬度Hardness(X2)L*(X3)a*(X4)b*(X5)横径Transverse diameter(X6)纵径Longitudinal diameter(X7)pH值pH value(X8)出汁率Juice yield(X9)可溶性固形物含量Soluble solids content/(X10)花色苷含量Anthocyanin content(X11)总酚含量Total phenolic content(X12)总黄酮含量Total flavonoid content(X13)总糖含量Total sugar content content(X14)总酸含量Total acid content(X15)第1主成分Principal component 1 0.081 0.481 0.166 0.343 0.288-0.899 0.725-0.127-0.249 0.845-0.939-0.562-0.324 0.787 0.833第2主成分Principal component 2 0.661-0.383 0.934 0.380 0.816 0.063-0.180 0.338 0.363-0.249-0.111-0.315-0.456-0.109-0.242第3主成分Principal component 3-0.003-0.147-0.247 0.439-0.364 0.156-0.496 0.159 0.716 0.008-0.127-0.581 0.421 0.178 0.370第4主成分Principal component 4 0.430-0.510-0.008 0.070 0.138 0.270-0.246-0.794-0.379 0.225 0.180 0.039 0.208 0.373 0.179第5主成分Principal component 5-0.543 0.265 0.074 0.663 0.191 0.202-0.243-0.383 0.127 0.216 0.013 0.316-0.327-0.196 0.020

2.4 不同野生桑资源桑椹品质的综合评价

使用主成分分析目的在于信息浓缩,使用主成分分析法进行权重计算,利用“成分得分系数矩阵”建立主成分和研究项之间的关系等式,如下:

Y1=0.015 X1+0.092 X2+0.032 X3+0.066 X4+0.055 X5-0.173 X6+0.139 X7-0.024 X8-0.048 X9+0.162 X10-0.180 X11-0.108 X12-0.062 X13+0.151 X14+0.160 X15

Y2=0.220 X1-0.128 X2+0.311 X3+0.127 X4+0.272 X5+0.021 X6-0.060 X7+0.113 X8+0.121 X9-0.083 X10-0.037 X11-0.105 X12-0.152 X13-0.036 X14-0.081 X15

Y3=-0.002 X1-0.077 X2-0.129 X3+0.229 X4-0.190 X5+0.082 X6-0.259 X7+0.083 X8+0.374 X9+0.004 X10-0.066 X11-0.304 X12+0.220 X13+0.093 X14+0.193 X15

Y4=0.256 X1-0.305 X2-0.005 X3+0.042 X4+0.082 X5+0.161 X6-0.147 X7-0.474 X8-0.226 X9+0.134 X10+107 X11-0.023 X12+0.124 X13+0.222 X14+0.107 X15

Y5=-0.388 X1+0.189 X2+0.053 X3+0.473 X4+0.136 X5+0.144 X6-0.173 X7-0.273 X8+0.091 X9+0.154 X10+0.009 X11+0.225 X12-0.233 X13-0.140 X14+0.015 X15

根据主成分及其贡献率构建出综合评价模型为:Y=0.394 Y1+0.227 Y2+0.145 Y3+0.127 Y4+0.106 Y5。利用该函数得到15份资源桑果品质综合得分,将各资源桑果品质按分数高低进行排序,综合评分越高说明该资源在测量的多个指标中综合品质越佳[16]

由表5可知,15份果桑资源中果2、果11的桑果品质指标的主成分综合得分最高,分别为0.653、0.553,其次为果24、果33、果1、果31、果5、果19,这几份资源综合得分较高,均为正值,说明桑果综合品质较好;果6、果16、果12、果3、果23、果34、果4,这几份资源综合分值较低,均为负值,说明桑果综合品质较差。

表5 成分得分及排序
Table 5 Principal component scores and ordering

材料Material主成分得分Principal component score 排名Ranking Y1 Y2 Y3 Y4 Y5果2 Guo 2果11 Guo 11果24 Guo 24果33 Guo 33果1 Guo 1果31 Guo 31果5 Guo 5果19 Guo 19果6 Guo 6果16 Guo 16果12 Guo 12果3 Guo 3果23 Guo 23果34 Guo 34果4 Guo 4 0.331 2.078-0.854 1.151 0.269综合得分Comprehensive score,Y 0.653 0.251 0.873 0.635 0.621 0.800 0.553 1.031-0.583 0.251 1.594-1.451 0.359 0.975 0.451 0.181-0.178-1.305 0.352 0.185-0.112 1.298 0.004 1.014 0.344 0.108-0.041 1.331 0.228 0.765 0.336 0.308 0.243-0.466 0.634 1.138 0.310 0.420-1.065 1.324-0.115 0.398 0.143-0.391 1.740-0.315-1.341-1.308-0.114 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0.391-0.245-1.932-0.556 1.010-0.145 10 0.660-1.242-0.693-0.028-0.525-0.182 11-0.244 0.148 0.489-2.380 0.668-0.223 12 0.512-1.424-1.150-0.711-0.526-0.434 13-1.993-0.133 0.807 0.095-1.530-0.848 14-2.542-0.687-0.904 0.982 0.584-1.102 15

2.5 不同资源桑椹品质聚类分析

将15 份野生桑种质资源桑果品质标准化处理后进行系统聚类,以组间联接为聚类方法,以区间平方欧式距离为度量标准进行聚类[17]。结果如图1所示,在欧式距离为10 的情况下,15 份果桑种质资源可聚为2类,其中果12、果24、果33、果23、果1、果11、果19、果31、果2、果5为Ⅰ类;果34、果4、果3、果6、果16 为Ⅱ类。Ⅰ类又可以分为2 个亚类:果12、果24、果33、果23为一个亚类,该类群单果质量大,纵径长,横径较小,可溶性固形物、总糖含量高,花色苷含量低;果1、果11、果19、果31、果2、果5 为另一个亚类,此类群色泽大,出汁率高,可溶性固形物及总糖含量较高,果形指数中等,pH值低;Ⅱ类也可分为2 个亚类:果34、果4 为一个亚类,属于纵径较小,硬度、色泽、可溶性固形物含量、总糖含量、总酸含量较低,而其花色苷、总酚、黄酮含量高的类群;果3、果6、果16为另一个亚类,该类纵径较大,pH值较高,总糖含量、总酸含量较低。

图1 15 份野生桑椹品质指标聚类分析
Fig.1 Cluster analysis based on fruit quality indexes of 15 wild mulberry

3 讨 论

本研究在主成分分析的基础上,通过聚类分析,将供试的15份野生桑资源分为2大类。类群Ⅰ聚集的10 份资源的品质指标大多处于上游或中上游水平,与主成分分析综合评价得分排名前10的资源一致;类群Ⅱ聚集的5 份资源的品质指标大多处于较低水平,与主成分分析综合评价得分排名后5 位的资源一致。聚类分析结果与主成分综合得分排名结果基本一致,表明利用本试验中建立的综合品质评价模型对贵州野生桑种质资源果实品质进行评价是可行且可信的。

色泽L*a*b*、单果质量、纵横径代表了外观品质,硬度越高表明其果实在运输过程中不易破裂[25];出汁率是果汁工业化生产中常用的重要衡量指标之一,且果酒、果汁等产品要求含糖量高[15];可溶性固形物含量可评价桑椹风味,其值越高表明风味越好;总糖、总酸含量与水果的酸甜味密切相关[26];花色苷、总黄酮、总酚具有消炎、抗氧化、防衰老、预防各种疾病等功能[4]。笔者在本研究中对15份野生桑资源的15 个品质指标进行主成分分析,提取出5 个主成分,根据主成分及其贡献率计算出综合得分。结果表明,最大综合分值为0.653,最小综合分值为-1.102,表明了供试果桑资源果实综合品质差异较大。果2、果11 综合得分排名分别为第1 和第2,其中果2 的单果质量、色泽和果11 的感官品质及营养品质指标均处于较高水平,说明两者风味口感好、色泽亮,适宜作为鲜食的备选资源。果24综合排名第3,可溶性固形物含量最高、总糖含量较高,表明风味好、酸甜适中,但其出汁率低,是适宜加工成果干的资源;果33 综合得分排名第4,总糖含量最高、可溶性固形物含量较高、出汁率高,满足果汁、果酒的生产需求;果34、果4硬度、色泽、可溶性固形物含量、总糖含量、总酸含量最低或较低,表明其风味口感差、色泽暗淡,易破烂,但其花色苷、总酚、黄酮含量较高,其中果4的花色苷含量高达0.76 mg·g-1,总酚含量为1.04 mg·g-1,果34 的黄酮含量最高,为2.40 mg·g-1,宋志娇等[16]的研究表明栽培种无籽大十花色苷含量为0.049 mg·g-1、总酚含量0.187 mg·g-1,刘丽等[27]的研究表明无籽大十的花色苷含量为0.03 mg·g-1、总酚含量为0.62 mg·g-1、黄酮含量为1.18 mg·g-1,由此可见果34、果4的综合得分排名虽为后2 位,但其功能活性成分含量高,具有相对优势,今后应进一步深入研究,为其作为药品或保健品的开发利用奠定基础。

4 结 论

笔者利用主成分分析法,根据各主成分的贡献率及特征值,确定了贵州野生桑果实品质的5 个主成分,通过主成分分析结合聚类分析,得到4份可作为贵州果桑优良品种选育的优选资源,其中果2、果11 适宜作为鲜食的备选资源,果24 适宜加工成果干;果33满足果汁、果酒的生产需求。

参考文献:

[1]刘明鲁,张建平,张雅秋,张蕊,熊晓军.桑树资源多元化开发与利用[J].蚕桑茶叶通讯,2018(3):13-14.LIU Minglu,ZHANG Jianping,ZHANG Yaqiu,ZHANG Rui,XIONG Xiaojun.Diversified development and utilization of mulberry resources[J].Newsletter of Sericulture and Tea,2018(3):13-14.

[2]张文娜,姚清国,俞龙泉,肖宵,谷维娜.桑椹化学成分及药理作用研究进展[J].安徽农业科学,2011,39(14):8371-8373.ZHANG Wenna,YAO Qingguo,YU Longquan,XIAO Xiao,GU Weina.Research progress of chemical ingredients and pharmacological activities of mulberry[J].Journal of Anhui Agricultural Sciences,2011,39(14):8371-8373.

[3]肖更生,徐玉娟,刘学铭,吴继军,陈卫东,姚锡镇.桑椹的营养、保健功能及其加工利用[J].中药材,2001,24(1):70-72.XIAO Gengsheng,XU Yujuan,LIU Xueming,WU Jijun,CHEN Weidong,YAO Xizhen.Nutrition and health function of mulberry and its processing and utilization[J].Journal of Chinese Medicinal Materials,2001,24(1):70-72.

[4]杜晓童,刘凡,沈维治,胡腾根,邹宇晓,廖森泰.新疆药桑椹主要营养活性成分分析及体外抗炎作用[J].蚕业科学,2020,46(3):306-312.DU Xiaotong,LIU Fan,SHEN Weizhi,HU Tenggen,ZOU Yuxiao,LIAO Sentai.Main nutritional components in fruit of Xinjiang black mulberry (Morus nigra L.) and their in vitro anti-inflammatory activity[J].Acta Sericologica Sinica,2020,46(3):306-312.

[5]张友干.果桑的价值分析及管理技术[J].现代农业科技,2021(11):80-84.ZHANG Yougan.Value analysis and management techniques of mulberry[J].Modern Agricultural Science and Technology,2021(11):80-84.

[6]佟万红,曾益春,黄盖群.四川省果桑产业的现状与发展建议[J].蚕学通讯,2021,41(6):15-19.TONG Wanhong,ZENG Yichun,HUANG Gaiqun.Present situation and development suggestion of fruit-mulberry industry in Sichuan province[J].Newsletter of Sericultural Science,2021,41(6):15-19.

[7]梁贵秋,吴婧婧,祁广军,李全,陆飞.桑椹酒的营养价值及保健作用[J].现代食品科技,2011,27(4):457-460.LIANG Guiqiu,WU Jingjing,QI Guangjun,LI Quan,LU Fei.Nutritional value and health function of mulberry wine[J].Modern Food Science and Technology,2011,27(4):457-460.

[8]韩世玉,王晓红,周光萍,杨胜特,张芳,罗泽虎,徐德涛.22 份野生桑树材料的物候期及果实主要性状[J].贵州农业科学,2018,46(9):7-10.HAN Shiyu,WANG Xiaohong,ZHOU Guangping,YANG Shengte,ZHANG Fang,LUO Zehu,XU Detao.Phenological period and main fruit traits of 22 wild mulberry materials[J].Guizhou Agricultural Sciences,2018,46(9):7-10.

[9]姜雪,刘楠,孙永,牟伟丽,周德庆.统计分析方法在食品品质评价中的应用[J].食品安全质量检测学报,2017,8(1):13-19.JIANG Xue,LIU Nan,SUN Yong,MU Weili,ZHOU Deqing.Application of statistical analysis methods in food quality evaluation[J].Journal of Food Safety and Quality,2017,8(1):13-19.

[10]李伟,郜海燕,陈杭君,吴伟杰,房祥军.基于主成分分析的不同品种杨梅果实综合品质评价[J].中国食品学报,2017,17(6):161-171.LI Wei,GAO Haiyan,CHEN Hangjun,WU Weijie,FANG Xiangjun.Evaluation of comprehensive quality of different varieties of bayberry based on principal components analysis[J].Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology,2017,17(6):161-171.

[11]张淑文,梁森苗,郑锡良,任海英,朱婷婷,戚行江.杨梅优株果实品质的主成分分析及综合评价[J].果树学报,2018,35(8):977-986.ZHANG Shuwen,LIANG Senmiao,ZHENG Xiliang,REN Haiying,ZHU Tingting,QI Xingjiang.Principal component analysis and comprehensive evaluation of fruit quality in some advanced selections of Chinese bayberry[J].Journal of Fruit Science,2018,35(8):977-986.

[12]公丽艳,孟宪军,刘乃侨,毕金峰.基于主成分与聚类分析的苹果加工品质评价[J].农业工程学报,2014,30(13):276-285.GONG Liyan,MENG Xianjun,LIU Naiqiao,BI Jinfeng.Evaluation of apple quality based on principal component and hierarchical cluster analysis[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2014,30(13):276-285.

[13]刘磊,李争艳,雷华,高本旺,赵佳,李薇.30 个猕猴桃品种(单株)主要果实品质特征的综合评价[J].果树学报,2021,38(4):530-537.LIU Lei,LI Zhengyan,LEI Hua,GAO Benwang,ZHAO Jia,LI Wei.Comprehensive evaluation of main fruit quality characteristics with 30 kiwifruit cultivars (strains)[J].Journal of Fruit Science,2021,38(4):530-537.

[14]王益民,张珂,许飞华,王玉,任晓卫,张宝琳.不同品种枸杞子营养成分分析及评价[J].食品科学,2014,35(1):34-38.WANG Yimin,ZHANG Ke,XU Feihua,WANG Yu,REN Xiaowei,ZHANG Baolin.Chemical analysis and nutritional evaluation of different varieties of goji berries(Lycium barbarum L.)[J].Food Science,2014,35(1):34-38.

[15]王香君,吴劲轩,夏川林,殷浩,胡古月,冯俊,张浩仁.不同品种桑椹加工品质比较研究[J].中国酿造,2019,38(3):139-143.WANG Xiangjun,WU Jinxuan,XIA Chuanlin,YIN Hao,HU Guyue,FENG Jun,ZHANG Haoren.Comparison of processing quality of different mulberry varieties[J].China Brewing,2019,38(3):139-143.

[16]宋志姣,樊金欣,李德焕,周艺垠,郭燕,蒋碧婷,杨丽莎,杨钧林,范国明.不同果桑品种加工品质评价[J].食品与发酵工业,2020,46(15):1-8.SONG Zhijiao,FAN Jinxin,LI Dehuan,ZHOU Yiyin,GUO Yan,JIANG Biting,YANG Lisha,YANG Junlin,FAN Guoming.Evaluation of processing qualities of different mulberry varieties[J].Food and Fermentation Industries,2020,46(15):1-8.

[17]乔宇,廖李,刘璐,李阳,于翠,吴继军,程薇,陈学玲.桑椹品质评价指标的主成分分析及12 个桑品种的桑椹品质综合评价[J].蚕业科学,2014,40(5):851-856.QIAO Yu,LIAO Li,LIU Lu,LI Yang,YU Cui,WU Jijun,CHENG Wei,CHEN Xueling.Principal component analysis of quality evaluation indexes of mulberry fruit and comprehensive assessment on fruit quality of twelve mulberry varieties[J].Acta Sericologica Sinica,2014,40(5):851-856.

[18]冯瀚.桑葚主要活性成分含量测定与抗氧化作用分析[D].镇江:江苏科技大学,2015.FENG Han.Main active component content and antioxidant effect analysis of mulberry fruit[D].Zhenjiang:Jiangsu University of Science and Technology,2015.

[19]叶青雷,李振宇,王立志,李志.黑龙江几种桑果品质的测定分析[J].北方蚕业,2015,36(4):18-20.YE Qinglei,LI Zhenyu,WANG Lizhi,LI Zhi.Determination and analysis of qualities for several vavieties of mulberry fruits in Heilongjiang province[J].North Sericulture,2015,36(4):18-20.

[20]杨璐,卢晓丽,程平,波塔·巴合提汗.基于灰色关联度和主成分分析法的桑葚品质综合评价体系构建[J].新疆农业科学,2017,54(5):862-870.YANG Lu,LU Xiaoli,CHENG Ping,Bota·Bahetihan.Establishing comprehensive evaluation system for mulberry based on grey relational grade analysis and principal component analysis[J].Xingjiang Agricultural Sciences,2017,54(5):862-870.

[21]岳冬,鲁博,刘娜,朱为民,郭世荣.基于主成分分析法的番茄内在品质评价指标的选择[J].上海农业学报,2017,33(1):88-92.YUE Dong,LU Bo,LIU Na,ZHU Weimin,GUO Shirong.Selection of internal quality evaluationindex of tomato based on principal component analysis[J].Acta Agriculturae Shanghai,2017,33(1):88-92.

[22]李笑梅,邢竺静,赵廉诚,石彦国,陈璐,闫怡宏,张娜.基于主成分与聚类分析法的制备豆浆用大豆的品质指标综合评价[J].食品科学,2020,41(15):64-71.LI Xiaomei,XING Zhujing,ZHAO Liancheng,SHI Yanguo,CHEN Lu,YAN Yihong,ZHANG Na.Comprehensive quality evaluation of soybean varieties for their suitability for soybean milk production based on principal component analysis and cluster analysis[J].Food Science,2020,41(15):64-71.

[23]宋江峰,李大婧,刘春泉,刘玉花.甜糯玉米软罐头主要挥发性物质主成分分析和聚类分析[J].中国农业科学,2010,43(10):2122-2131.SONG Jiangfeng,LI Dajing,LIU Chunquan,LIU Yuhua.Principal components analysis and cluster analysis of flavor compositions in waxy corn soft can[J].Scientia Agricultura Sinica,2010,43(10):2122-2131.

[24]张伟龙,杨静慧,宋科,蒋鑫,郜伟,张超,冯国华.基于主成分分析油用牡丹‘凤丹’主要性状评价及选优[J].天津农学院学报,2021,28(2):12-17.ZHANG Weilong,YANG Jinghui,SONG Ke,JIANG Xin,GAO Wei,ZHANG Chao,FENG Guohua.Evaluation and selection of main characters of oil peony‘Feng Dan’based on principal component analysis[J].Journal of Tianjin Agricultural University,2021,28(2):12-17.

[25]黄婷,糟绍英,秦垦,戴国礼,张益芝.基于主成分分析的枸杞鲜果品质评价核心指标筛选[J].北方园艺,2019(7):132-139.HUANG Ting,ZAO Shaoying,QIN Ken,DAI Guoli,ZHANG Yizhi.Quality evaluation of fresh fruit of Lycium barbarum based on principal component[J].Northern Horticulture,2019(7):132-139.

[26]李长城,张志刚,刘玉芳,杨璐,程平.吐鲁番地区12 个桑葚品种的品质分析及评价[J].西南农业学报,2020,33(9):1892-1897.LI Changcheng,ZHANG Zhigang,LIU Yufang,YANG Lu,CHENG Ping.Quality analysis and evaluation of 12 mulberry varieties in Turpan[J].Southwest China Journal of Agricultural Sciences,2020,33(9):1892-1897.

[27]刘丽,郭俊英,陈海燕,李杉杉.5 个果桑品种(系)的经济性状和果实营养成分的分析与评价[J].经济林研究,2018,36(3):151-155.LIU Li,GUO Junying,CHEN Haiyan,LI Shanshan.Analysis and evaluation on nutritional composition and economic characteristics of five varieties (lines) of mulberry[J].Non-wood Forest Research,2018,36(3):151-155.

Principal component and cluster analysis of fruit quality indexes of wild mulberry in Guizhou province

ZHANG Fang,WANG Xiaohong,LUO Zehu,HAN Shiyu*
(Sericultural Research Institute,Guizhou Academy of Agricultural Sciences,Guiyang 550025,Guizhou,China)

Abstract:【Objective】Mulberry(Morus alba Linn.) fruits has become popular due to its rich nutrition and high medicinal value in recent years.Wild mulberry resources in Guizhou are widely distributed,and have many ecological types.Some of them have good fruit-bearing properties, good taste and strong disease resistance.In this study, the fruit quality of 15 wild mulberry germplasm resources was evaluated comprehensively to provide reference for the selection of high-quality varieties.【Methods】A total of 15 wild mulberry resources were collected from the mulberry germplasm collection of Guizhou Sericulture Research Institute.Seven indexes of sensory and pH value, juice yield and soluble solids were determined.The fruit quality of different resources was analyzed in the single factor analysis,principal component analysis, cluster analysis and comprehensive grading were conducted using the technology of spss 23 and excel software.【Results】There were significant differences in fruit quality traits among 15 germplasm resources, indicating great potential for selection.In principal component analysis, 5 principal components were extracted, the cumulative contribution rate was 87.998%, which reflected most of the quality characteristics of mulberry fruits.The contribution rate of the first principal component was 34.706%, including soluble solid, total acid, total sugar and longitudinal diameter.The second principal component was highly correlated with Color L* and Color b*, which could explain 20.009%of the character information.The third principal component explained 12.768%of the trait information highly related to juice yield.The fourth principal component was single fruit weight,the contribution rate was 11.169%.The fifth principal component was mainly Color a*,and the contribution ratewas 9.347%.According to the principal component analysis,the comprehensive scores of each resource were obtained, and the order was as follows: Guo2 > Guo11 > Guo24 > Guo 33 > Guo1 > Guo31 >Guo5>Guo19>Guo6>Guo16>Guo12>Guo3>Guo23>Guo34>Guo4.The results of data cluster analysis showed that in the condition of European distance at 10, 15 mulberry germplasm resources could be clustered into 2 categories, Guo12, Guo24, Guo33, Guo23, Guo1, Guo11, Guo19, Guo31,Guo2 and Guo5 were classified as I; Guo34, Guo4, Guo3, Guo6 and Guo16 were classified as class II.The results of classification were highly consistent with the principal component scores.【Conclusion】It is reliable to use principal component analysis and data clustering to evaluate the quality of mulberry fruits.The comprehensive quality evaluation model established in this experiment can be used to evaluate the fruit quality of wild mulberry germplasm resources in Guizhou.Guo2, Guo11, Guo24, and Guo33 can be used as excellent fruit mulberry germplasm resources in Guizhou.

Key words:Fruit-mulberry;Quality;Principal component analysis;Cluster analysis

中图分类号:S663.2

文献标志码:A

文章编号:1009-9980(2022)04-0593-09

DOI:10.13925/j.cnki.gsxb.20210367

收稿日期:2021-08-06

接受日期:2021-12-22

基金项目:黔农科院青年基金(201914);国家农业农村部产业体系项目(CARS-18-ZJ/SYZ21)

作者简介:张芳,女,助理研究员,研究方向为桑树育种与技术推广。Tel:0851-83817229,E-mail:493462624@qq.com

*通信作者Author for correspondence.Tel:0851-83817226,E-mail:3487198295@qq.com