1、板栗（CastaneamollissimaBlume），壳斗科，栗属，原产于我国，种植历史悠久，在食用、民俗、祭祀和作为行道树等多种领域有所应用1。板栗美味可口，营养价值高，富含蛋白质、维生素、胡萝卜素、淀粉和脂肪等，经常食用具有益气健脾、补肾强筋等保健作用，被称为“铁杆庄稼”“木本粮食”2-3。我国板栗种质资源丰富，广泛分布于 26 个省份，南北方均有分布。中国的板栗种植面积和产量均位于世界第 1 位，是名副其实的板栗第一生产大国4和出口大国，在国际市场上具有很强的竞争力5-6。国内板栗最佳主产区为燕山产区，主要集中在河北的迁西、遵化、青龙、宽城、兴隆、抚宁、迁安，北京的密云、怀柔、昌平，天
2、津的蓟县等地7-8。随着板栗产业的快速发展，人们对板栗品质的要求越来越高，很多学者致力于新品种的选育和改良，培育出了一批新品种，但对于已有主栽品种和新品种品质评价和比较研究较少。1933年主成分分析被首次提出，由于多个变量之间都存在着相关性，通过将原来的变量重新线性组合成若干个互不相关的综合指标来代替原来的变量，并尽可能提取原来变量的信息来解释原有变量的协方差结构，即通过原来变量的少数几个线性组合来解释原来变量以实现降维的多元统计方法9；这种方法不仅保留了绝大部分信息，且主成分间相互独立，避免信息重复10，同时具备较强的代表性，增加了分析的可信度11。而聚类分析是在不删减信息的前提下，根据一批
3、样品的多个观测指标，找出能够具体度量样品或指标间相似程度的统计量，以这些统计量为划分类型的依据，把一些相似程度较大的样品聚为一类12-13。利用主成分分析法与聚类分析相结合的综合评价方法广泛地用于果实品质评价，如南丰蜜桔14、夏橙15、猕猴桃16、苹果17、桃18、黄肉猕猴桃19等果树的综合品质评价。目前关于板栗品种的综合评价报道还不多。本文拟利用 13 个板栗品种（系）的 17 个品质指标，运用主成分分析法与聚类分析相结合的方法，构建一个科学合理果实品质评价方法，为板栗种质资源品质评价、快速筛选和新品种选育提供理论依据。1材料与方法1.1试验材料试验材料采自河北省秦皇岛市抚宁区淼源试验合作基
4、地，选取 大板红、抚宁8号、怀九、迁西 42 号、兴隆 1 号、燕宝、燕奎、燕丽、燕龙、燕山短枝、燕山早丰、燕紫 和 一天光 13 个燕山板栗品种（系）。供试材料为砧木相同的 10 年生嫁接树，产量相近，栽植于丘陵山地。每个品种选取长势相对一致的 15 棵树作为试验用树，5 株小区，3 次重复。每棵树采集 500 g 成熟板栗坚果，同一小区内板栗混匀放入冷库后熟 30 d，然后进行品质测定。1.2试验方法用电子秤称量单果质量。可溶性糖和收稿日期：2022-02-11基金项目：本研究得到国家重点研发计划项目“特色经济林优质轻简高效栽培技术集成与示范（2020YFD1000700）”资助。第一作者
5、简介：肖丽静，女，硕士生，研究方向为果树的栽培与育种。E-mail：1193645012qq com*通讯作者：齐永顺，男，二级教授，博士，主要研究方向为果树育种与果树栽培。E-mail：qiyongshun163 com基于主成分分析的板栗坚果品质评价研究肖丽静1,2,3，王东升1,2,3,4，魏源1,2,3，郭春磊1,2,3.4，曹飞1,2,3,4，齐永顺1,2,3,4*（1 河北科技师范学院园艺科技学院066600；2 板栗产业技术教育部工程研究中心；3 河北省特色园艺种质挖掘与创新利用重点实验室；4 河北省板栗产业协同创新中心)摘要：为建立一种适宜的板栗资源果实品质评价方法，并为优质资
6、源快速筛选及品种选育提供理论参考，利用果实主要品质指标，使用主成分分析法对 13 个不同的板栗品种（系）进行了综合评价和分类。结果表明：13 个板栗品种（系）的坚果性状变异程度不同，其中-胡萝卜素含量变异系数最大为 57.49%，淀粉含量的变异系数最小为 4.53%。经主成分分析提取出 7 个特征根大于 1 的公因子，累计方差贡献率为 92.593%，根据综合得分对供试品种（系）进行排序，结果表明燕宝综合品质最佳，其次为燕奎，综合得分最低的是燕山短枝。聚类分析结果表明在欧氏距离 10 处可将 13 个板栗品种（系）分成 4 类，聚类结果与主成分分析的综合性状得分排序结果基本一致。关键词：板栗；
7、主成分分析；坚果品质；系统聚类；综合评价中图分类号：S664.2文献标识码：ADOI 编码：10.19440/ki.1006-9402.2023.01.00718 淀粉采用蒽酮比色法测定；水分采用烘干测重法测定；脂肪采用索氏提取法测定；蛋白质采用凯氏定氮法测定；维生素 C 含量采用 2，6 二氯靛酚法测定；类胡萝卜素含量用分光光度计进行测定；微量元素采用原子吸收分光光度法（AAS 法）测定20。1.3数据处理利用 Excel 2010 对数据进行整理和相关性分析，利用SPSS24.0 进行主成分分析，得到各样品的主成分分值，以所选主成分对应的贡献率占所提取的 7 个主成分的贡献率总和的比例为权
8、重，计算各样品前 7 个主成分的分值与相应权重的乘积累加，得到综合分值 F，以此来评价不同品种板栗综合品质的优劣21。综合评价得分函数：F=0.31 F1+0.20F2+0.14F3+0.11F4+0.09F5+0.08F6+0.07F7利用 SPSS 24.0 进行聚类分析，采用瓦尔德分析方法，将果实性状相近的品种（系）聚到一起。2.1果实品质差异性分析通过采用Duncan法对13个板栗品种（系）果实主要性状进行差异分析（表 1 和续表 1）可知，板栗单果质量、水分、淀粉、蛋白质、脂肪、可溶性糖、镁、钙、铁、锌、锰、铜、钾、磷、钠、-胡萝卜素在 0.05 的显著水平上存在差异性，灰分无显著性
9、差异。所测 13 个板栗品种果实单果质量在 6.210.7 g之间，其中最大的为 燕紫，最小的为 燕山早丰。锰的变化范围为 10.093.4 mg/kg，最大的为 大板红，最小的为 一天光，大板红 的含量是 一天光 的 14倍。-胡萝卜素的变化范围为 0.010.16 mg/kg，最大的为 大板红，最小的为 燕紫，大板红 的含量是燕紫的 16 倍。通过对这 17 个主要果实性状的分表 113 个板栗品种（系）果实性状的差异性分析品种水分/（g/100g）淀粉/（g/100g）蛋白质/（g/100g）脂肪/（g/100g）可溶性糖/（g/100g）单果质量/(g)铜/（mg/kg）-胡萝卜素/（
10、ug/kg）灰分/（g/100g）大板红54.74.17ab26.41.85ab8.91.47a1.00.26a10.71.00a6.80.45ef3.20.30cdef0.040.02ghi1.000.23b抚宁 8 号52.65.57ab28.41.71ab8.72.03a0.90.26a8.712.17ab7.60.95def4.20.89abc0.100.03cde0.950.27b怀九49.61.71ab24.81.67b9.81.32ab0.40.17b9.500.82ab8.40.70cd4.20.96abc0.070.01efg0.980.16b迁西 42 号52.82.03a
11、b27.11.37ab8.91.68ab0.80.26ab8.220.53bcd9.00.06bcd2.60.27ef0.110.02bcd0.960.16b兴隆 1 号51.40.26ab27.82.51ab4.00.98d0.80.20ab7.260.77cd10.71.05a3.60.44bcde 0.130.01abc1.000.23b燕宝51.82.60ab27.11.82ab10.51.20a0.80.26ab9.420.85abcd9.90.85ab5.30.79a0.160.02a1.200.29b燕奎54.62.80ab28.72.03ab7.81.45ab0.80.17ab
12、9.781.92ab9.51.50abc4.80.63ab0.090.04def1.100.14b燕丽55.43.54a26.52.01ab9.51.57ab0.90.30a8.811.45abcd8.50.78bcd2.20.36f0.030.01hi1.100.26b燕龙52.34.37ab26.82.15ab6.71.67bcd0.80.20ab9.141.73abcd7.80.18de41.11bcd0.140.02ab1.170.30b燕山短枝46.44.42b26.82.13ab5.01.31cd0.80.26ab7.081.25d6.40.44ef2.60.44ef0.080.0
13、2def0.890.24b燕山早丰49.83.97ab29.72.91a8.12.00ab0.80.20ab9.390.58ab6.20.34f4.20.61abc0.060.02fgh1.100.19b燕紫53.43.97ab27.92.39ab7.71.11abc0.40.1b9.180.61abcd10.70.49a3.00.63cdef0.010.00i1.300.24b一天光54.83.36a26.61.41ab9.62.03ab0.60.26ab8.020.73bcd8.81.10bcd2.90.44def0.030.01hi0.930.16b续表 113 个板栗品种（系）果实性状
14、的差异性分析品种镁/（mg/kg）钙/（mg/kg）铁/（mg/kg）锌/（mg/kg）锰/（mg/kg）钾/（mg/kg）磷/（mg/kg）钠/（mg/kg）大板红53813.12cd12410.82ef122.65bc40.50ab33.11.87h3 38925.00h8019.54d121.73c抚宁 8 号55821.17c11913.52f102.27c51.02ab32.52.01h3 84314.73e71015.72e120.50c怀九62012.53a16410.44ab121.73bc51.59ab64.41.85c4 25411.53b78012.29d121.74c迁
15、西 42 号51016.64d1429.64cde120.53bc60.76a73.42.11b3 03012.29j78618.36d142.02bc兴隆 1 号51017.09d1119.85fg121.75bc41.22ab102.21lk3 4299.54g63913.08g121.45c燕宝58830.51b14915.39bcde162.61a61.56a93.42.98a4 34012.53a1 03914.12a121.71c燕奎51214.73d15015.87bc141.04ab40.95ab451.06f3 93118.25e79611.36d181.47a燕丽5223.
16、00d945.29gh112.09bc31.00b39.82.45g3 44415.88g68511.53f121.22c燕龙61611.53ab17210.82a161.11a40.79ab242.08j4 12713.00c8383.61c121.70c燕山短枝55917.58c1289.54def121.25bc61.44a52.22.00e3 02512.77j62715.62g110.76c燕山早丰52612.12d17410.54a161.74a50.20ab58.42.00d3 43016.09g72410.44e141.35bc燕紫53419.08cd11813.00f102.
17、65c30.20b27.81.54i3 20718.03i60112.17h132.82c一天光61715.72ab8811.56h141.11ab41.06ab12.22.07k3 47616.82f63312.28g161.51ab19 析得出：各指标在不同品种（系）间存在着差异，同时也体现了板栗的遗传多样性。燕宝 的蛋白质、铜、-胡萝卜素、铁、锰、钾和磷含量在 13 个品种（系）中最高。燕山早丰 的淀粉和钙的含量最高，单果质量最低。燕山短枝 水分、可溶性糖、灰分、钾和钠的含量都是最低的。大板红 的脂肪、可溶性糖的含量在 13个板栗品种中是最高的。燕丽 的水分含量最高，迁西 42 号 和
18、燕山短枝 的锌含量最高，燕奎 的钠含量最高。变异系数反映的是物种进化保守性或遗传可塑性方面的不同差异程度，对 13 个板栗品种（系）主要果实性状的变异系数进行分析（表 2）可以看出，13 个板栗品种（系）果实 17 个性状的变异系数变化范围较大。其中变异系数最大的是-胡萝卜素（57.49%），其次是锰、铜、脂肪、蛋白质、锌、钙、单果质量、铁、磷、钠、钾、可溶性糖、灰分、镁、水分和淀粉（4.53%），说明不同板栗品种（系）的果实品质存在很大差异，且变异范围比较广。表 213 个板栗品种果实性状的变异分析项目最小值最大值平均值标准差变异系数/%单果质量/g6.1910.738.481.5117.7
19、8水分/（g/100 g）46.4055.4052.282.554.87淀粉/（g/100 g）24.8029.7027.281.244.53蛋白质/（g/100 g）4.0010.508.081.8923.42脂肪/（g/100 g）0.401.000.750.1823.99可溶性糖/（g/100 g）7.0810.668.911.0511.80灰分/（g/100 g）0.891.301.040.1211.16镁/（mg/kg）510.00620.00554.6242.297.63钙/（mg/kg）88.00174.00133.3127.9120.93铁/（mg/kg）10.0016.001
20、2.852.1516.77锌/（mg/kg）3.006.004.541.0523.14锰/（mg/kg10.0093.4043.5524.3155.82铜/（mg/kg）2.205.303.600.9426.03钾/（mg/kg）3 025.004 340.003 609.62444.6712.32磷/（mg/kg）601.001 039.00743.00118.1015.90钠/（mg/kg）11.0018.0013.081.9815.12-胡萝卜素/（ug/kg）0.010.160.080.0557.492.213 个板栗品种（系）品质的主成分分析利用SPSS24.0 对 17 个试验品质
21、指标进行主成分分析，分别计算了 17 性状的特征向量、特征值及贡献率（表 3）和成分矩阵（表 4）。前 7 个主成分（特征值 1）的累计贡献率达到92.593%，即前 7 个主成分可以代表所测定板栗坚果品质的 92.593%的信息量，解释了绝大部分的原始信息（表 3）。由各特征向量和贡献率可以得出，第 1 主成分的贡献率最大，达到了29.165%，特征值为4.958，主要由钙、铜、钾、铁和磷等因子决定；第 2 主成分的贡献率为 18.208%，特征值为 3.095，主要由水分和锌等因子决定；第 3主成分的贡献率为 13.051%，特征值为 2.219，主要由淀粉和镁等因子决定；第 4 主成分的
22、贡献率为10.042%，特征值为1.707，主要由单果质量、蛋白质和可溶性糖等因子决定；第 5 主成分的贡献率为8.304%，特征值为1.412，主要由脂肪、灰分、锰等因子决定；第 6 主成分的贡献率为 7.766%，特征值为1.320，主要由单果质量、脂肪、钙和-胡萝卜素等因子决定；第 7 主成分的贡献率 6.059%，特征值为 1.030，主要由锌和钠等因子决定。其中单果质量是主成分 4和主成分 6 的公共决定因子；脂肪是主成分 5 和主成分 6 的公共决定因子；灰分是主成分 2 和主成分 5 的公共决定因子；钙是主成分 1 和主成分 6 的公共决定因子；锌是主成分 2 和主成分 8 的公
23、共决定因子。表 317 个性状的特征向量、特征值及贡献率成分初始特征值总计方差百分比累积/%载荷平方和总计方差百分比累积/%14.95829.16529.1654.95829.16529.16523.09518.20847.3723.09518.20847.37232.21913.05160.4232.21913.05160.42341.70710.04270.4651.70710.04270.46551.4128.30478.7691.4128.30478.76961.3207.76686.5351.3207.76686.53571.0306.05992.5931.0306.05992.59
24、380.5193.05295.64590.4252.49898.143100.1550.91199.055110.1100.64999.704120.0500.296100.000131.8410-161.0810-15100.000149.7910-175.7610-16100.00015-1.5910-16-9.3510-16100.00016-2.5110-16-1.4810-15100.00017-1.0510-15-6.1510-15100.0002.313 个品种板栗坚果品质指标的综合评价由表5 得分系数可以计算出 7 个主成分的得分，最终就算出综合得分 F。从综合品质性状上看，综
25、合分值 F 越高，该品种的综合品质表现越好。不同品种（系）板栗的主成分得分及综合评价的分析结果显示（表 6），其中综合分值排名前 5 位的分别为 燕宝、燕奎、燕龙、燕山早丰 和 兴隆 1 号，说明这几个品种综合品质表20 现较好；迁西 24 号、抚宁8 号、一天光 和 怀九得分居中，说明这几个品种的综合品质一般；大板红、燕紫、燕丽 和 燕山短枝 评分较低，综合品质表现较差。表 4板栗坚果 17 个性状成分矩阵性状主成分1234567单果质量-0.0970.478-0.0230.725-0.1480.4260.122水分-0.2360.800-0.011-0.1980.3500.3200.114
26、淀粉-0.0040.1780.8780.075-0.046-0.2280.030蛋白质0.3700.509-0.443-0.469-0.1620.1740.262脂肪0.064-0.2090.531-0.5200.4510.403-0.144可溶性糖0.4690.6050.027-0.469-0.062-0.229-0.295灰分0.1420.6990.1820.216-0.4700.050-0.308镁0.390-0.122-0.7650.1380.293-0.2610.054钙0.783-0.1300.1760.009-0.164-0.384-0.141铁0.6980.0320.1900.
27、0390.292-0.290.192锌0.544-0.6580.070-0.098-0.2720.1480.345锰0.686-0.1370.005-0.228-0.5870.2420.182铜0.8250.2110.1870.2780.120-0.101-0.086钾0.7660.255-0.2960.2340.3030.013-0.163磷0.8990.139-0.017-0.1270.0670.348-0.028钠0.0030.5340.3000.0450.134-0.2790.695-胡萝卜素0.644-0.3720.2540.3830.2570.383-0.009表 5主成分得分系数
28、矩阵性状主成分123456单果质量水分淀粉蛋白质脂肪可溶性糖灰分镁钙铁锌锰铜钾磷钠-胡萝卜素-0.0480.029-0.0190.075-0.0010.0130.0950.0790.1580.1410.1100.1380.1660.1550.1810.0010.130-0.1200.1720.0450.0830.068-0.044-0.2130.010-0.042-0.0390.2260.196-0.0670.1640.0580.2580.154-0.010-0.005-0.2000.239-0.3450.0850.002-0.1340.1350.114-0.0080.0840.0320.08
29、00.0820.0120.3960.4250.044-0.116-0.274-0.305-0.2750.1270.0810.0050.023-0.058-0.1340.1630.137-0.0740.0260.2240.1820.0950.0480.2140.085-0.416-0.1920.2070.207-0.117-0.333-0.0440.319-0.115-0.033-0.1050.2480.3230.242-0.1730.131-0.1740.3050.038-0.198-0.291-0.2200.1120.183-0.0770.0100.264-0.2120.290-0.0080
30、.675-0.027-0.158-0.0830.1770.3350.187-0.137-0.3000.053-0.287-0.1400.2540.0290.1110.11972.413 个品种（系）板栗 17 品质指标的系统聚类将品质指标标准化，综合不同品种板栗 17 品质指标，采用 SPSS 对其进行聚类分析。采用 Ward 法进行系统聚类分析并绘制树状图，根据不同品种间不同指标的差异，将距离相近的品种聚为一类，从而对板栗品种进行分类，聚类结果如图 1。从图 1 可以看出，在欧式距离为 20 时，13 个品种（系）被分为两大类，第一类为 燕宝、燕龙、燕奎、燕山早丰 和 怀九，第二类为 大板红
31、、燕丽、一天光、燕紫、抚宁 8 号、迁西 42 号、兴隆 1 号21 表 613 个板栗品种（系）的综合得分品种主成分得分综合得分排名1234567燕宝2.200.34-0.160.49-0.531.540.030.871燕奎0.501.351.380.380.47-0.401.000.732燕龙0.90-0.30-0.300.551.71-0.69-1.020.273燕山早丰0.67-0.061.52-0.91-0.71-1.93-0.110.084兴隆 1 号-0.93-0.650.961.930.740.77-0.610.025迁西 42 号-0.06-0.620.47-0.55-1.0
32、01.241.63-0.016抚宁 8 号-0.09-0.370.23-0.320.640.47-0.40-0.037一天光-0.890.51-1.230.121.24-0.702.11-0.158怀九0.90-0.25-2.180.34-0.82-0.76-0.18-0.199大板红-0.250.38-0.13-2.000.630.30-1.06-0.2310燕紫-1.231.40-0.191.09-1.77-0.53-0.87-0.2811燕丽-1.110.73-0.41-1.030.021.12-0.63-0.3212燕山短枝-0.62-2.460.04-0.09-0.62-0.450.
33、11-0.7713和 燕山短枝。当欧式距离为 10 时，13 个品种被分成了 4 类，第一类为 燕宝、燕龙 和 怀九，钾、磷、钙、镁和铁等因子含量最高，且蛋白质和可溶性糖含量较高，钠的含量较低；第二类为 燕奎 和 燕山早丰，淀粉、可溶性糖、灰分、铜和钠等因子含量高，镁和锌含量低；第三类为 抚宁 8 号、迁西 42 号、兴隆 1 号 和 燕山短枝，淀粉、可溶性糖、灰分等含量较低，-胡萝卜素含量较高；第四类为 大板红、燕丽、一天光 和燕紫，这一类水分和蛋白质等因子含量较高，淀粉、钙、铁、锌、锰、铜、钾和-胡萝卜素等因子含量较低。聚类结果和综合评价结果基本一致，第一类和第二类这 5 个品种（系）品质
34、较高，营养丰富，口感好，且微量元素含量高。第三类 4 个品种（系）各因子含量居中，品质一般。第四类 4 个品种（系）微量元素和营养物质含量较低，口感较差，品质一般。图 113 个板栗品种（系）果实性状的聚类分析3结论本研究先采用相关性分析，得出各品种（系）间各因子的差异性及相关性，然后通过主成分分析得出 13个板栗品种（系）的综合排名，最后用聚类分析根据果实性状的相似性测度来区分评价因素的类别22。聚类分析与主成分分析综合得分排名对 13 个板栗品种分类的判定结果较为一致，这也表明利用主成分分析和聚类分析可以进行果实品质的综合评价。将这三者结合分析能够更科学地评价果实品质。通过对 13 个板栗
35、品种的 17 个性状指标进行比较分析，并结合了主成分分析和聚类分析，结果显示，不同品种（系）的板栗的主要果实性状存在较大差异。通过主成分分析，对 13 个板栗品种（系）果实的主要性状指标进行综合和简化，从 17 个指标中提取 7 个主成分，利用权重线性加权求和的方法对这 7 个主成分的得分进行累加，在客观上反映了不同果实品质的综合情况，综合得分最高为 燕宝，其次为 燕奎，第三为 燕龙，这 3 个品种可溶性糖、淀粉和蛋白质含量较高，口感较好，可作为优良种质资源进一步选育。另外，聚类分析将 13 个板栗品种在欧氏距离 10处分成 4 类，第 1 类为 燕宝、燕奎、燕龙、燕山早丰 和 怀九，这 5
36、个品种前 4 个主成分分析排名为前 4 名，怀九 排名靠后，主要由于其可溶性糖含量较低，但是其他因子含量较高。由此表明主成分分析综合评分低的品种（系）也存有个别优良的品质性状，主成分分析法除了可以客观地筛选出综合品质优良的资源，还可以根据主成分得分的差异对各份资源22 作出适当评价，避免了将个别品质性状优良类型淘汰。在今后的杂交育种过程中，利用这些资源的各自优势培育出高营养价值、高糖的新品种是板栗育种工作的主要目标。参考文献1郝福为，张法瑞 中国板栗栽培史考述J 古今农业，2014（3）：40-482蔡荣,虢佳花，祁春节 板栗产业发展现状、问题与对策J 北方果树，2007（4）：1-33高海生
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43、老熟幼虫在土壤中结茧、化蛹及成虫羽化有影响。本研究发现 4、5 月气温低、降雨少，昆虫种群数量少，6-7 月气温升高、降雨量增加，天蛾科昆虫种群数量也随之增加，昆虫数量也达到高峰期。对天蛾科昆虫种群动态进行分析，掌握天蛾科昆虫发生规律，提出防治策略，为农业生产提供理论基础。参考文献1朱弘复，王林瑶 中国动物志昆虫纲第十一卷天蛾科M北京:科学技术出版社，1997：161-3802朱弘复，刘友樵 北京天蛾科幼虫及蛹的分类J 昆虫学报，1951，1（4）：420-4503陈家悦 贵州天蛾科（sphingidae）昆虫的初步名录J 海南大学学报（自然科学版），1985，（3）：49-514艾玉秀 贵州天蛾科昆虫记述J 贵州农学院学报，1985（1）：100-1045史军义，潘中林 卧龙自然保护区的天蛾及垂直分布J 四川林业科技，1986，7（3）：53-576刘元福 海南岛尖峰岭林区天蛾的生态分布J 生态学报，1987，7（3）：238-2457申效诚河南昆虫名录M 北京：中国农业科技出版社，1993:70-7223
