基于主成分和隶属函数分析的不同果番茄品种引种初步评价 烫贴
李洪磊1，王晓敏1,2,3,4**，郑福顺1，李国花1，刘珮君1，胡新华5，付金军5，高艳明1,2,3,4，李建设1,2,3,4
(1. 宁夏大学 农学院，宁夏 银川 750021；2. 宁夏现代设施园艺工程技术研究中心，宁夏 银川 750021；3. 宁夏优势特作物现代分子育种重点实验室，宁夏 银川 750021；4. 宁夏设施园艺（宁夏大学）
技术创新中心，宁夏 银川 750021；5. 宁夏巨丰种苗有限责任公司，宁夏 银川 750021)摘要：为了筛选出适合宁夏地区栽培的优质、高产、抗病的不同果番茄品种，促进观光农业发展，引进7个优良品
种，在银川市永宁县露地栽培条件下对其植株性状、果实品质、抗病性、商品性和产量等28个指标进行比较，并基于主成分和隶属函数分析法对7个品种进行综合评价. 试验结果表明，不同品种可溶性固形物含量之间存在极显著性差异，其中黄樱桃最高（9.94 %），黄香蕉最低（6.74 %）；不同品种果实硬度之间存在显著性差异，其中绿皮球最高（2.56 kg/cm 2），黄虎皮最低（1.28 kg/cm 2）；商品果率最高的是小紫彩、黄樱桃和绿香蕉，最低的是紫珍珠；抗病性最强的是黄樱桃，最弱的是绿皮球；产量之间存在显著性差异，其中绿皮球产量最高（87.73 t/hm 2），黄樱桃产量最低（39.87 t/hm 2）. 综合评价排序依次为绿皮球>黄虎皮>绿香蕉>小紫彩>黄香蕉>紫珍珠>黄樱桃.
关键词： 不同果番茄；引种；主成分分析；隶属函数分析
中图分类号：S641.2 文献标志码：A 文章编号：0258−7971(2021)02−0402−10
番茄（Solanum lycopersicum ）又名西红柿、洋柿子，原产于南美洲，属茄科一年生或多年生草本植物[1]. 目前，番茄种植面积扩展迅猛，已经遍及全球，食用量居蔬菜之首[2]. 中国是全球最大的番茄生产国和消费国之一[3]. 国内番茄播种面积约占蔬菜播种总面积的4.7%，番茄生产已成为农民增收的主导产业和出口创汇的重要途径[4]. 随着经济迅速发展，人民生活水平提高，普通型番茄已经不能满足消费者需求，不同果番茄因为绚烂的彩、多汁的口感，受到越来越多消费者的欢迎. 不同果番茄还可以应用于休闲观光农业，让消费者享受田园采摘的乐趣. 从营养价值来看，不同果番茄中含
有丰富的抗氧化剂，可以保养肌肤，起到美容抗皱的效果[5]，番茄红素可以降低人类患癌症和心脏病的风险[6]. 从经济效益来看，品种优良的不同果番茄给生产者带来的经济效益远比普通番茄高. 因此，从多方面考虑，不同果番茄有很好的发展前景，应从外地引入其新品种.
引种是提高农作物产量和品质，增加农民收入的必要途径之一. 关于引种试验，前人对紫花苜蓿[7]、番茄[8]等多种作物进行研究，得出不同品种对不同环境的适应性差别较大，即使在相同的地理环境、气候条件及管理水平下，品种间的适应性仍存在较大的差异. 通过引种可以迅速利用外来优良品种，改善本地品种的组成，解决一个地区番茄产业发展的问题. 宁夏地处温带大陆性气候，四季分明，年平均气温约8.5 ℃，与番茄喜温的气候条件相适应. 再加之，国内外番茄栽培品种繁多，区内自育品种较少，所以积极推广适宜宁夏栽培的不同果番茄品种，将会带来更大的经济效益.
高清无线视频传输系统主成分分析法可以在不损失原有信息的前提下，将原来多个彼此相关的指标转换成新的、个数
收稿日期：2020-03-16； 接受日期：2020-10-19； 网络出版日期：2020-11-20
基金项目：国家自然科学基金（31860561）；宁夏回族自治区农业育种专项（NXNYYZ20150303）.
作者简介：李洪磊（1996−），男，甘肃人，硕士生，主要研究蔬菜生物技术与遗传育种. E-mail ：****************.
** 通信作者：王晓敏（1981−），女，陕西人，博士，副教授，主要研究蔬菜生物技术与遗传育种. E-mail ：************************.
云南大学学报（自然科学版），2021, 43（2）:402~411Journal of Yunnan University: Natural Sciences Edition
DOI: 10.u.20200106
较少且彼此独立的综合指标，避免了重复信息的干扰[9]. 隶属函数评估法是基于模糊数学原理，通过计算每一个指标相应的隶属函数值，并进行加权得到其综合评价值，可较为全面地对考察指标进行综合评价，结果可靠且具有可比性[10]. 目前，主成分分析法和隶属函数分析法在番茄[11]、辣椒[12]、大白菜[13]等蔬菜研究上均有应用.
本研究根据宁夏地区生产需求，结合当地番茄栽培技术，于2019年3月22日在银川市永宁县宁夏大学实验农场种植引进的7个不同果番茄品种，调查株高、茎粗、生长势、叶、果形、果实硬度、可溶性固形物含量、肉质、口感、商品果率、产量等28个指标. 先基于主成分分析法分别对不同果番茄品种的主要指标数据标准化后，再计算隶属函数值进行累加，评价其综合性状，以期筛选出适合宁夏地区栽培的优良番茄品种，为宁夏番茄引种栽培提供理论参考.
1 材料与方法
1.1 试验材料 由哈尔滨农信种子有限公司提供7个不同果番茄品种，在宁夏大学实验农场进行种植，供试品种编号、名称及来源见表1.
表 1 供试番茄品种名称及来源
Tab. 1 Name and source of tested tomato varieties
编号品种名称品种来源
63309小紫彩哈尔滨农信种子有限公司
63310绿皮球哈尔滨农信种子有限公司
63311黄虎皮哈尔滨农信种子有限公司
63314紫珍珠哈尔滨农信种子有限公司
63315黄樱桃哈尔滨农信种子有限公司
63316黄香蕉哈尔滨农信种子有限公司
63317绿香蕉哈尔滨农信种子有限公司1.2 试验地概况 试验地设在宁夏大学实验农场（宁夏中部黄河冲积平原的永宁县）番茄育种基地的露地上，该地位于北纬38°26′～38°38′，东经105°49′～106°22′. 试验地地处中温带干旱气候区，光照充足，昼夜温差大，年平均气温8.7 ℃，降水量201.4 mm，无霜期平均167 d，平均日照时数达2 866.7 h，全年太阳总辐射量141.7 kJ·cm−2[14].
1.3 试验方法
1.3.1 试验设计 本试验按照完全随机区组设计，设有7个处理，每个处理种植20株，重复3次，各处理互为对照. 每个小区面积为5.85 m2，试验区两边各设置1垄保护行，各处理田间管理措施一致. 整个试验区长10 m，宽14.65 m，面积为146.5 m
2.试验采用膜下滴灌，半高垄双行栽培，垄高 20 cm，东西方向定植，行间距为40 cm×65 cm. 小区施肥标准为（kg/hm2）：有机肥15 000，复合肥600，磷酸二铵300，重过磷酸钙300，纯硫酸钾300，尿素150.
1.3.2 田间管理 试验于2019年3月22日播种育苗，5月9日定植，随后各处理常规水肥管理. 植株主茎留5穂果后进行打顶. 总共采收5次，整个生育期为156～160 d.
1.4 农艺性状测定方法
1.4.1 植株性状测定方法 每个品种随机选择5株进行调查，首花序节位观测在第1花序开花期，主茎第1片真叶到第1花序的叶片数；花序间隔观测每2个花序之间的叶片数；株高用3 m长卷尺测量主茎留5穗果打顶之后的高度；茎粗在打顶之后用电子游标卡尺测量2～3穂果之间主茎的最大直径；生长类型、生长势、叶参考李锡香等[15]的调查方法.
1.4.2 果实品质测定方法 请5位观察员观察果实颜，并按照每个观察员的评判结果进行汇总；果肩观测在第2穂果实成熟期，番茄第2穂果实上花萼周围是否形成肩状；果实纵径、果实橫径、果形指数、果形参考李锡香等[15]的调查方法. 果实硬度测量方法为选取第2穂果上有代表性的果实并且达到商品成熟度，用GY-4数字式果实硬度计插入果实纵径中部进行读数，具体参考张泽等[16]的方法；可溶性固形物含量的主要成分是糖分，用TD-45手持式数显糖度计，在每次读数前打开遮光板，滴入2～3滴蒸馏水进行校准，具体参考聂继云等[17]的方法；心室数将番茄横向切开调查；果肉厚剥去果皮，横向切开果实，用电子游标卡尺测量；请5位评尝员对每个品种果实的肉质和口感的评判结果进行汇总，具体参考李锡香等[15]的方法.
1.4.3 抗病性和商品性测定方法 每个品种标记5株，测定裂果率（裂果数/整株果实数×100%）；畸形果率（畸形果数/整株果实数×100%）；商品果率（1−裂果率−畸形果率）；每株番茄随机选取25片叶调查叶霉病发病率（发病叶片数/调查叶片数×100%）；病毒病发病率（发病植株/小区植株数×100%），具体参考陈宇飞[18]的方法.
第 43 卷李洪磊等：基于主成分和隶属函数分析的不同果番茄品种引种初步评价403
1.4.4 产量测定方法 在标记的5株番茄中选取5个具有代表性的第2穗果，用电子秤测量单果重（g ）；单株产量（kg ）每一穂果成熟后测1次，直到第5穂果成熟后的总产量；小区产量（kg ），每个小区按照5.85 m 2计算，20株番茄的总产量；折合产
量（t/hm 2）.
1.4.5 农艺性状指标赋值 将所测生长类型、生长势、叶、果实颜、果肩、果型、肉质、口感进行赋值以便于数据处理，见表
2.
表 2 农艺性状指标赋值
Tab. 2 Assignment of agronomic characters
生长类型赋值
生长势赋值叶赋值果实颜赋值果肩赋值
果型赋值
肉质赋值
口感赋值无限生长（1）有限生长（2）
强（0）中（1）弱（2）
黄绿（1）浅绿（2）绿（3）深绿（4）
紫（1）绿（2）黄（3） 金黄（4） 浅绿（5）
无（0）有（1）
扁圆（2）高圆（4）长圆（5）
软（1）面（2）沙（3）
甜（1） 酸甜（2）甜酸（3）酸（4）
1.5 数据统计 采用Execl2010进行数据统计、计算及隶属函数分析，DPS7.01统计软件中新复极差法进行数据差异显著性分析，SPSS
2.0进行主成分分析.
利用公式计算各不同果番茄品种标准化后数据的综合指标的隶属函数值[19-20]：
式中，X j 表示第j 个综合指标；X max 和X min
分别表示第j 个综合指标的最大值和最小值.
权重计算公式：
式中，P j 表示不同果番茄品种第j 个综合指标的贡献率.
用SPSS 软件进行主成分分析、相关性分析和数据标准化处理，得出因子得分系数矩阵与权重（W n ）计算综合评价F 值，计算公式：
其中W i 表示因子为i 时的权重，F i 表示因子为i 时得分.
2 结果与分析
2.1 不同果番茄品种的植株性状比较 从表3可以看出，紫珍珠的首花序节位最高（8.6），显著高于其余参试品种；花序间隔最大的是紫珍珠（
3.4），
表 3 不同果番茄品种的植株性状比较
拐角
Tab. 3 Plant traits comparison of tomato varieties with different fruit colours
品种首花序节位花序间隔生长类型赋值结果
生长势赋值结果
叶赋值结果
株高/cm 茎粗/mm 小紫彩 6.6bcB 2.8abA 103154.6bBC 13.56cdBC 绿皮球7.4bAB 2.8abA 112135.0cD 14.30bcdABC 黄虎皮 6.0cB 3.0abA 113137.2cD 13.44cdBC 紫珍珠8.6aA 3.4aA 103157.0bB 15.13abcABC 黄樱桃 6.8bcB 2.6bA 103171.2aA 12.60dC 黄香蕉 6.6bcB 3.0abA 103152.4bBC 16.94aA 绿香蕉
6.6bcB
2.6bA
1
1
2
142.0cCD
15.90abAB
表中大小写字母分别表示 0.01 和 0.05水平的显著性差异. 生长类型赋值结果：1表示有限生长，2表示面包包装袋
无限生长；生长势赋值结果：0 表示强，1 表示中，2 表示弱；叶赋值结果：1 表示黄绿，2 表示深绿，3 表示绿，4 表示浅绿.
404
云南大学学报（自然科学版） 第 43 卷
最小的是黄樱桃和绿香蕉（2.6）；7个品种生长类型均为无限生长；小紫彩、紫珍珠、黄樱桃和黄香蕉生长势均为强；绿皮球和绿香蕉的叶为浅绿，其余5个品种均为绿；黄樱桃植株最高（171.2 cm），极显著高于其余参试品种；黄香蕉茎杆最粗（16.94 mm），黄樱桃茎杆最细（12.60 mm）.
2.2 不同果番茄品种的果实品质比较 由表4可知，小紫彩和紫珍珠果实颜都是紫，绿皮球果实颜是绿，黄虎皮和黄樱桃是黄，黄香蕉的果实颜是金黄，绿香蕉的果实颜是浅绿；小紫彩、绿皮球和紫珍珠都有果肩，其余4个品种均无果肩；绿香蕉果形指数最大（1.81），属于长圆形果，极显著高于其余参试品种；黄虎皮的果实硬度最小（1.28 kg/cm2），显著低于其余参试品种，绿皮球的果实硬度最大（2.56 kg/cm2）；黄樱桃的可溶性固形物含量最高（9.94%），极显著高于其余参试品种，黄香蕉最低（6.74%）；绿皮球的心室数最多（4个），极显著高于其余参试品种；黄樱桃的果肉最薄（2.90 mm），极显著低于其余参试品种，黄香蕉果肉最厚（5.77 mm）. 其中，小紫彩、黄虎皮和绿香蕉的肉质属于沙类型，其余4个品种肉质属于软类型；紫珍珠和黄樱桃口感酸甜，
其余5个品种口感甜酸.
表 4 不同果番茄品种的果实品质比较
Tab. 4 Fruit quality comparison of tomato varieties with different fruit colors
品种颜
赋值结果果肩赋值
结果
纵径/
mm
橫径/
mm
果形
指数
果形赋值
结果
硬度/
（kg·cm−2）
可溶性固形物
w/%
心室数/
个
果肉厚/润滑油回收
mm
肉质赋值
结果
口感赋值
结果
液压阀芯小紫彩1144.20dC42.69bB1.04cdC4 2.46abA 6.90deCD 2.6bcB 5.37abAB33
绿皮球2148.45cdBC52.84aA0.92dC2 2.56aA 6.96deCD 4.0aA 4.77bcBC13
黄虎皮3053.74bcAB43.04bB1.25bcBC4 1.28cB8.12bB 3.0bAB 5.05bcABC33
紫珍珠1142.08dC44.55bB0.95dC2 2.60aA7.42cC 2.6bcB 4.66cBC12
黄樱桃3031.26eD29.91cC1.05cdC4 2.24abA9.94aA 2.0cB 2.90dD12
黄香蕉4061.35aA43.50bB1.43bB4 1.93bAB 6.74eD 2.6bcB 5.77aA13
绿香蕉5059.22abA33.06cC1.81aA5 1.94bAB7.20cdCD 2.6bcB 4.42cC33
表中大小写字母分别表示 0.01 和 0.05 水平的显著性差异. 果实颜赋值：1 表示紫，2 表示绿，3 表示黄，4 表示金黄，5 表示浅绿；果肩赋值：0 表示无，1 表示有；果形赋值：2 表示扁圆，4 表示高圆，5 表示长圆；肉质赋值：1 表示软，2 表示面，3 表示沙；口感赋值：1 表示甜，2 表示酸甜，3 表示甜酸，4 表示酸.
2.3 不同果番茄品种的抗病性和商品性比较 如表5所示，绿皮球的裂果率最高（5.93%），极显著高于其余参试品种；黄虎皮的畸形果率最高（4.89%），极显著高于其余参试品种；紫珍珠的商品果率最低（92.66%），小紫彩、黄樱桃和绿香蕉的商品果率最高（100%），极显著高于其余参试品种；小
表 5 不同果番茄品种的抗病性和商品性比较
Tab. 5 Disease resistance and commodity comparisons of tomato varieties with different fruit colors 品种裂果率/%畸形果率/%商品果率/%叶霉病发病率/%病毒病发病率/%小紫彩0.00dD0.00dD100.00aA 10.40aA 1.67aA
绿皮球 5.93aA 1.40cC 92.80cC 6.80abAB 5.00aA
黄虎皮0.00dD 4.89aA 95.18bB 5.20abAB 1.67aA
紫珍珠 3.91cC 3.43bB 92.66cC 3.20bAB0.00aA
黄樱桃0.00dD0.00dD100.00aA 1.60bB0.00aA
黄香蕉 4.42bB0.00dD 95.58bB0.80bB 1.67aA
绿香蕉0.00dD0.00dD100.00aA 5.20abAB 3.33aA
表中大小写字母分别表示 0.01 和 0.05 水平的显著性差异.
第 43 卷李洪磊等：基于主成分和隶属函数分析的不同果番茄品种引种初步评价405
紫彩的叶霉病发病率最高（10.4%），黄香蕉的叶霉病发病率最低（0.8%），小紫彩与黄樱桃和黄香蕉叶霉病发病率之间存在极显著性差异. 绿皮球的病毒病发病率最高（5%），紫珍珠和黄樱桃病毒病发病率均为0.
2.4 不同果番茄品种的产量比较 由产量结果比较（表6）得出，绿皮球的单果重最大（74.58 g），显著高于其余参试品种. 黄樱桃的单果重最小（19.18 g），极显著低于其余参试品种，其中黄虎皮与紫珍珠、黄樱桃、黄香蕉和绿香蕉之间存在极显著性差异. 绿皮球的折合产量最高（87.73 t/hm2），显著高于其余参试品种，黄樱桃的折合产量最低（39.87 t/hm2），极显著低于其余参试品种，其中，小紫彩和绿香蕉的折合产量也存在极显著性差异.
表 6 不同果番茄品种的产量比较
Tab. 6 The yield comparison of tomato varieties with different fruit colors 品种单果重/g单株产量/kg小区产量（5.85 m2）/kg折合产量/（t/hm2）小紫彩53.44bBC 2.16bcBC43.24bcBC73.92bcBC 绿皮球74.58aA 2.57aA51.32aA87.73aA
黄虎皮61.94bAB 2.31bAB46.12bAB78.84bAB 紫珍珠41.26cCD 2.03cBCD40.64cBCD69.47cBCD 黄樱桃19.18dE 1.17eE23.32eE39.87eE
黄香蕉38.12cD 1.92cdCD38.44cdCD65.71cdCD 绿香蕉42.52cCD 1.75dD34.92dD59.70dD
表中大小写字母分别表示 0.01 和 0.05 水平的显著性差异.
2.5 不同果番茄品种农艺性状的主成分分析 主成分的特征值和贡献率是选择主成分的依据，因此对不同果番茄品种的27个农艺性状进行了主成分分析. 结果（表7）显示，提取的6个主成分的特征值都在1.0以上，能够更加充分地反映出各品种之间全部指标的信息.
第1主成分特征值最大，为10.625，贡献率为39.353%. 单株产量、小区产量和折合产量的载荷正向值最大，都为0.30，这些性状主要与产量有关.株高和可溶性固形物含量的载荷负向值较高，分别为−0.26和−0.23，说明在第1主成分中株高和可溶性固形物含量会制约不同果番茄品种的产量.
第2主成分特征值为7.138，贡献率为26.437%.果形指数的载荷正向值最大（0.33），这一性状主要与果实品质有关. 首花序节位的载荷负向值较高（−0.29），主要与植株性状有关，说明在第2主成分中首花序节位会制约番茄品质.
第3主成分特征值为3.245，贡献率为12.019%.叶霉病发病率的载荷正向值最大（0.42），主要与抗病性有关. 茎粗的载荷负向值较高（−0.44），主要与植株性状，说明在第3主成分中茎粗会制约番茄发生病害.
第4主成分特征值为2.772，贡献率为10.266%.花序间隔的载荷正向值最大（0.39），主要与植株性状有关. 叶赋值结果的载荷负向值较高（−0.46），也与植株性状.
第5主成分特征值为2.218，贡献率为8.216%.果肉厚的载荷正向值最大（0.39），主要与果实品质有关. 生长势赋值结果的载荷负向值较高（−0.38），主要与植株性状有关，说明在第5主成分中长势赋值结果会制约番茄的果实品质.
第6主成分特征值为1.001，贡献率为3.709%.首花序节位的载荷正向值最大（0.41），主要与植株性状有关. 口感赋值结果的载荷负向值较高（−0.24），与果实品质有关，说明在第6主成分中口感赋值结果会制约番茄的植株性状.
2.6 不同果番茄品种农艺性状的隶属函数分析 采用隶属函数法，对标准化后的综合指标利用公式（1）计算隶属函数值u(X j)，然后运用公式（2）计算6个主成分的权重，分别为0.393、0.264、0.120、0.102、0.082和0.370 （表8）. 最后按照公式（3）计算综合指标D值，并依据D值的大小进行综合排序：绿皮球>黄虎皮>绿香蕉>小紫彩>黄香蕉>紫珍珠>黄樱桃. 从中可见绿皮球D值最大（0.698），说明其综合性状在这7个品种中最优；黄樱桃D值最小（0.306），说明其综合性状在这7个品种中最差.
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