基于主成分和聚類分析對切花百合品質的綜合評價

史星雲,徐珊珊,李艷冬,李運興,郭方其,殷益明*

基于主成分和聚類分析對切花百合品質的綜合評價

史星雲1,徐珊珊2,李艷冬1,李運興1,郭方其3,殷益明1*

1. 湖州市農業科學研究院;湖州市農業種質資源創新與應用重點實驗室, 浙江 湖州 313000 2. 雙林鎮公共事業服務中心, 浙江 湖州 3130002 3. 浙江省農科院, 浙江 杭州 310021

為探明切花百合品種間差異性和建立合理評價體系，本文以‘西伯利亞’‘索邦’‘木門’等10個切花百合品種為試驗材料，測定和觀察其植株形態指標和瓶插壽命，運用描述性統計、相關性、主成分和聚類分析法對10個品種進行綜合評價。結果表明，不同切花百合品種間形態指標和瓶插壽命存在一定差異，且各指標變異程度不一致，其中花色澤參數a*和b*變異系數最大。通過相關性分析可知23個指標間存在不同程度的相關性。通過主成分分析，共提取了6個主成分，累計方差貢獻率高達94.832%，可以反映原指標的大部分信息；10個品種綜合品質排序從高到低依次為L9、L10、L7、L3、L4、L6、L5、L8、L2和L1。通過聚類分析可將10個切花百合品種分為3類，基本上與主成分分析結果相一致。該研究摸清了幾個切花百合品種間的差異性，基于本試驗條件下，紅巴塞、巴卡迪綜合品質表現優，運用主成分和聚類分析評價切花百合是可行的。這些對指導切花百合產業健康發展有一定的參考價值。

百合; 品質分析; 綜合評價

百合(var.)是隸屬于百合科(Liliaceae)百合屬()的一種多年生球根植物，既能食用，亦能藥用，同時也能觀賞用。作為鮮切花，因其花色豐富、花姿秀美，又寓意美好，鮮花市場上深受消費者青睞與喜愛。目前，我國切花百合栽培生產中，常以進口外國品種為主，自主選育品種較少。對現有切花百合品種基礎形態性狀進行觀察、測定、分析和評價，對于我國切花百合新品種選育、種質資源開發利用和產業可持續健康發展等具有重要作用。

近些年來，對于切花百合研究領域主要集中在引種表現[1]、育種[2]、種球繁育[3]、栽培管理技術[4]、貯藏保鮮[5,6]、基因鑒定[7,8]以及抗逆性[9,10]等方面，而對切花百合品質評價體系構建方面研究相對較少。近年來，國內外學者運用主成分和聚類分析等方法對花卉植物品質綜合評價，且基于花卉植物形態性狀以及觀賞性等指標數據，比如蝴蝶蘭[11]、春蘭[12]、菊花[13]和睡蓮[14]等，而用于百合品質評價鮮有報道。前人研究不同切花百合品種間差異評價方法過于單一[1,15]，因此，有必要運用多種分析方法對切花百合品質綜合評價。本研究測定10個切花品種植株的株高、莖粗、葉長、葉寬、葉厚度、花蕾數、第一花蕾長/寬、葉鮮重、葉干重、莖鮮重、莖干重、根鮮重、根干重、花鮮重、花干重、花色澤參數（L*、a*、b*）等形態性狀以及瓶插壽命等指標，然后運用描述性統計、相關性、主成分和聚類分析等方法進行評價分析，旨在探明不同切花百合品種間的差異性，為栽培過程中品種選擇提供一定的參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗共選取‘西伯利亞’‘索邦’‘金牌’‘薇薇安娜’‘黃天霸’‘黃帝’‘木門’‘羅賓娜’‘紅巴塞’和‘巴卡迪’10個切花百合品種，代號分別為L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9和L10，種球均購自于浙江麗彩園藝有限公司，種植于湖州市農業科學研究院基地大棚內，采用基質盆栽，基質為河沙、珍珠巖和蛭石的混合物，每盆栽植2株，常規管理，花盆大小為：直徑23 cm、高21 cm。

1.2 測定方法

1.2.1 形態指標的測定株高采用卷尺測定，單位為cm；莖粗、葉柄寬和葉厚采用游標卡尺測定，單位為mm；葉長、葉寬、花蕾長和花蕾寬均采用直尺測定，單位為cm；根莖葉根重量均用電子版天平測定，單位為g?；ㄉ珴蓞礚*、a*、b*采用NR10QC色差計進行測定，其中，L*表示亮度，范圍為[0,100]，值越大，果面亮度越高，反之則低；a*表示紅綠色指標，正值為紅色，負值為綠色；b*表示黃藍色指標，正值為黃色，負值為藍色；a*和b*的范圍均為[-60,+60]，a*和b*絕對值越大，表示顏色越深[16]。最大花徑采用直尺測定，量取基部第一朵花最外層花瓣間呈十字交叉的2個長度，取其最大值作為花徑大小，單位為cm，瓶插壽命從瓶插開始到花枝上50%花瓣凋萎所需天數，單位d。

1.2.2 數據分析采用WPS Office 2019軟件進行數據整理分析，采用SPSS 19.0軟件進行相關性、主成分和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 切花百合品種性狀描述性統計分析

對10個切花百合品種外觀性狀與瓶插壽命等指標測定，由表1可以看出，株高范圍為56.45 cm～119.95 cm，平均株高為85.67 cm，變異系數15.02%；莖粗范圍為6.28 mm～12.76 mm，平均莖粗為9.52 mm，變異系數15.83%；葉片數范圍為19～81片，平均葉片數為48.47片，變異系數25.35%；葉長范圍為9.85 cm～16.25 cm，平均葉長為12.86 cm，變異系數11.49%；葉寬范圍為1.65 cm～3.95 cm，平均葉寬為2.61 cm，變異系數17.02%；葉厚范圍為0.33 mm～0.52 mm，平均葉厚為0.42 mm，變異系數8.57%；花蕾數范圍為2～6個，平均花蕾數為3.73個，變異系數31.74%；花蕾長范圍為7.15 cm～13.55 cm，平均花蕾長為10.29 cm，變異系數15.40%；花蕾寬范圍為2.35 cm～4.65 cm，平均花蕾寬為3.27 cm，變異系數16.80%；葉柄寬范圍為3.03 mm～6.83 mm，平均葉柄寬為4.54 mm，變異系數17.65%；根鮮重范圍為26.51 g～120.04 g，平均根鮮重為62.75 g，變異系數40.05%；徑鮮重范圍為12.79 g～59.23 g，平均徑鮮重為30.72 g，變異系數32.43%；葉鮮重范圍為15.31 g～49.65 g，平均葉鮮重為28.84 g，變異系數26.84%；花鮮重范圍為12.36 g～40.86 g，平均花鮮重為22.45 g，變異系數30.62%；根干重范圍為5.49 g～34.90 g，平均根干重為13.47 g，變異系數48.54%；徑干重范圍為1.86 g～7.68 g，平均徑干重為4.63 g，變異系數29.65%；葉干重范圍為1.53 g～6.25 g，平均葉干重為3.64 g，變異系數30.55%；花干重范圍為1.26 g～4.23 g，平均花干重為2.57 g，變異系數32.19%；色澤參數L*范圍為34.47～75.44 g，平均色澤參數L*為59.02，變異系數24.04%；色澤參數a*范圍為－2.63～38.39，平均色澤參數a*為14.63，變異系數103.28%；色澤參數b*范圍為－5.80～40.84，平均色澤參數b*為12.21，變異系數141.19%；最大花徑范圍為15.45 cm～23.75 cm，平均最大花徑為20.08 cm，變異系數10.11%；瓶插壽命范圍為8 d～17 d，平均瓶插壽命為12.82 d，變異系數15.53%。

從表2可以看出，色澤參數a*和b*變異系數最大，在103.2%以上；其次為根干重和根鮮重，變異系數在44.5%左右；最小的為葉厚，僅為8.57%；其他指標變異系數均在10.1%～32.5%之間。

表1 切花百合23個性狀統計分析

2.2 相關性分析

對10個切花百合23項指標間相關性分析可知（圖1），指標間存在正相關或者負相關。其中有58對指標間呈極顯著相關（＜0.01），尤其是根鮮重與根干重、徑鮮重與徑干重、葉鮮重與葉干重、色澤參數L*與a*，色澤參數a*與b*之間的相關系數的絕對值均在0.80以上；53對指標間呈顯著相關（＜0.05），以上說明切花百合性狀指標間有較強的相關性，可以通過主成分析法研究切花百合指標間的復雜關系。

注：a，株高；b，莖粗；c，葉片數；d，葉長；e，葉寬；f，葉厚；g，花蕾數；h，花蕾長；i，花蕾寬；j，葉柄寬；k，根鮮重；l，徑鮮重；m，葉鮮重；n，花鮮重；o，根干重；p，徑干重；q，葉干重；r，花干重；s，色澤參數L*；t，色澤參數a*；u，色澤參數b*；v，最大花徑；w，瓶插壽命

2.3 主成分分析

如表2所示，對切花百合10個品種株高、莖粗、葉長和葉寬等23項指標進行主成分分析，依據特征值大于1的原則，共提取了6個主成分，累計方差貢獻率94.832%，能夠反映不同切花百合23個性狀的整體信息。其中，第1主成分的特征值為6.259，方差貢獻率27.212%；第2主成分的特征值為5.497，方差貢獻率23.902%，累計方差貢獻率51.114%；第3主成分的特征值為4.265，方差貢獻率18.544%，累計方差貢獻率69.657%；第4主成分的特征值為2.908，方差貢獻率12.643%，累計方差貢獻率82.300%；第5主成分的特征值為1.872，方差貢獻率8.138%，累計方差貢獻率90.438%；第6主成分的特征值為1.011，方差貢獻率4.394%，累計方差貢獻率94.832%。

表2 主成分特征值、方差貢獻率和累計方差貢獻率

由主成分載荷矩陣（表3）可知，第1主成分中包株高、徑鮮重、花蕾數、瓶插壽命等代表性指標，其中株高載荷值最高，為0.869，反映了原始信息量的27.212%；第2主成分中主要包含葉寬、顏色L*與a*、葉片數等代表性指標，其中葉寬載荷值最高，為0.746，反映了原始信息量的23.902%；第3主成分中包含根干重、最大花徑和根鮮重等代表性指標，其中根干重載荷值最高，為0.820，反映了原始信息量的18.544%；第4主成分中包含葉長、葉厚等代表性指標，其中葉厚載荷值最高，為0.775，反映了原始信息量的12.643%；第5主成分中包含花干重、花鮮重等代表性指標，其中花干重載荷值最高，為0.823，反映了原始信息量的8.138%；第6主成分中包含葉鮮重等代表性指標，其中葉鮮重載荷值最高，為0.446，反映了原始信息量的4.394%。

表3 主成分載荷矩陣

主成分分析結果中綜合得分愈高表明切花百合綜合性表現愈好，反之則相反。由表4可以得出，基于形態性狀和瓶插壽命指標，10個切花百合綜合表現從高到底排序為：L9、L10、L7、L3、L4、L6、L5、L8、L2和L1。

表4 10個切花百合品種主成分得分及綜合評價

2.4 聚類分析

以切花百合個形態指標以及瓶插壽命等指標為基礎值，采用歐氏距離和組間平均聯結法，對10個切花百合品種進行聚類分析。由圖2可知，當選定表尺值為16時，可以分為3類。第1類包括L9和L10，主成分分析結果中排序第1和2，該類為紅色品種，綜合品質表現較好。第2類包括L7、L3、L6和L5，主成分分析結果中排序第3、4、6和7，該類為黃色品種，綜合品質表現中等。第3類包括L4、L8、L2和L1，主成分分析結果中排序第5、8、9和10，該類以紅色品種為主，綜合表現品質較差。該聚類結果能充分反映出不同切花百合品種間的差異性，并且與主成分分析結果大體一致，為切花百合品種分類、種質資源評價和新品種選育等提供了一定的技術支撐。

圖2 不同切花百合品種聚類樹狀圖

3 討論

變異系數是反映總體差異程度或穩定性的一個指標，其變異系數越大，說明性狀變異越豐富和遺傳越不穩定[17,18]。本研究中，切花百合23個性狀的變異系數在8.56%～141.20%之間，除葉片厚度外，所有性狀變異系數均大于10%，且部分性狀間有顯著或者極顯著相關性，說明切花百合性狀表型變異豐富和遺傳不穩定。切花百合主要以花觀賞為主的花卉，其花形、香味、顏色、單株花數以及瓶插壽命等均是其重要性狀，尤其是顏色是切花百合新品種選育、消費者是否喜愛和栽培生產等方面的重要關注點[19,20]。本研究發現花性狀中花顏色（色澤參數a*和b*）變異系數大，均在100%以上；花蕾數、花鮮重和花干重3個花性狀變異系數相對較大，均在31%左右；而花色澤L*、花蕾長、花蕾寬和最大花徑4個性狀變異系數相對較小，在10.10%～24.05%之間；這與錢遵姚[1]等人研究結果不太一致，主要是因為選取的品種和數量不相同?；ㄏ嚓P性狀豐富的變異為品種選育提供了大量的育種材料，切花百合綜合品質高低尤其花品質是品種引選和推廣應用中重要考慮因素，其綜合表現受多種因素影響。

瓶插壽命是切花行業主要面臨的問題。切花百合采收后，其瓶插壽命取決于品種采前條件、采收時間、處理方式以及采后環境（溫度、濕度和光照等）等多種因素。本研究顯示，10個切花百合瓶插壽命在15.4～23.8 d之間，試驗處在同一環境中，基本上能反映出自身遺傳特性?，F有大量研究表明，褪黑素[21]、水楊酸[22]、1-MCP[5]等植物生長調節劑或者保鮮劑通過采前處理或者加入瓶插液中可以延長保鮮時間，但其具體保鮮效果會因品種、營養水平、處理模式（時間、濃度和方法等）和溫濕度、光照等因素不同而產生不用效果，所以，我們今后還需要大量的試驗來研究驗證，為延長瓶插壽命提供理論支撐。

系統、科學的評價方法是對切花百合綜合表現評價的前提。主成分分析是通過變換將原來一組可能存在相關性的變量轉換為一組線性不相關的變量的一種統計方法[23]；聚類分析是通過合理的方法將對象或者數據分類到不同的類或者簇的一個過程[24]；諸多研究表明，主成分和聚類分析在科學研究中具有重要作用，比如在質量評價[25,26]和分類[27,28]等方面均有應用。周艷萍[29]基于表型性狀運用主成分和聚類分析可以很好的將233份種質分為6個類群；同時，張克等[30]和韓鳳鳴[31]等也是基于百合形態指標運用主成分或者聚類分析法來評價百合品質。這充分說明運用主成分和聚類分析可以評價不同切花百合的綜合品質。本研究對10個不同切花百合品種的23個性狀指標進行主成分分析，共提取了特征值大于1的6個主成分，累計方差貢獻率94.832%，能夠反映出切花百合性狀指標的大部分信息。同時，本研究也對10個切花百合品種進行了聚類分析，結果可以分為3類，基本上與主成分分析結果一致。這也進一步驗證了運用主成分和聚類分析法在切花百合綜合評價上是可信的。

由主成分和聚類分析結果可知，基于本試驗條件下，紅巴塞和巴卡迪綜合表現較好，本研究是采用灌水施肥和病蟲害管理等統一的栽培管理技術和措施，但未必是10個切花百合品種最科學合理的管理方案；在生產栽培中，切花百合最終表現受土壤類型、溫濕度、肥水條件、海拔高度、管理水平、植物生長調節劑以及自身遺傳特性等多種因素的影響[4,32-35]。所以最終我們選擇適宜栽培品種時除了要考慮其綜合表現外，也要充分考慮市場供需關系、消費者偏好等諸多因素。另外，本研究測定了切花百合形態性狀、瓶插壽命等23個指標，但物候期、品種抗病性、貯藏保鮮特性等方面未考慮，今后應繼續開展相關方面研究和試驗，旨在篩選出適合本地栽培的良種，為湖州地區切花百合進一步發展奠定理論基礎。

4 結論

綜上所述，基于本試驗條件下，紅巴塞和巴卡迪綜合表現優，主成分結合聚類分析評價切花百合是可行的。

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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

浙江省產業(花卉)技術項目(ZJCYJS-HH06)

史星雲(1988-),男,碩士研究生,高級農藝師,主要從事經濟作物栽培生理與技術研究. E-mail:shixingyunlove@163.com

通訊作者:Author for correspondence. E-mail:1050420908@qq.com