孔猛　葛晨辉　任丽　尹露　王全华　徐晨曦

摘  要： 对2020年引进的6个耐机械损伤菠菜品种（Sp001，Sp002，Sp021，Sp031，Sp061和皇10-3）在设施大棚进行了鉴定与比较实验，分析了6个菠菜品种的植物学性状、营养指标和质构特性的差异.结果表明：不同品种之间的基本植物学性状无显著差异，但不同品种间叶片硬度、叶片长/叶柄长、抗坏血酸和硝态氮含量等存在显著差异，变异率分布在10.37%～19.16%.综合比较分析得出结论：Sp031的叶厚和叶片硬度最高，叶片长/叶柄长之比最大，植物学性状最为优良，综合品质性状表现良好，为6个品种中最适宜机械化收获的品种.

关键词： 菠菜; 相关性分析; 主成分分析; 综合评价

中图分类号： S 636.1    文献标志码： A    文章编号： 1000-5137（2022）01-0101-09

In this study， six spinach （ L.） varieties （Sp001， Sp002， Sp021， Sp031， Sp061 and Huang 10-3） introduced in 2020 were identified and comparing tested in the greenhouse. The differences of their botanical characters， nutritional indexes and texture characteristics among six spinach varieties were analyzed. There was no significant difference in basic botanical characters among different varieties. There were significant differences in the contents of cellulose， ascorbic acid， carotenoid， soluble sugar， soluble protein and nitrate nitrogen among different varieties， and the coefficient of variation was 10.37%-19.16%. The conclusion of comprehensive comparative analysis is that Sp031 has the highest leaf thickness and leaf hardness， the highest ratio of leaf length and petiol length the best botanical characters， good comprehensive quality characters. Thus Sp031 is the most suitable variety for mechanized harvest among the 6 varieties.

spinach （ L.）; correlation analysis; principal component analysis; comprehensive evaluation

0  引 言

菠菜（ L.）是莧科藜亚科菠菜属植物，营养丰富，是重要的绿叶菜类蔬菜作物之一. 菠菜栽培适应性强，一年四季在我国各地均有栽培，上海市的菠菜生产以设施大棚种植为主.近年来，上海大力推进蔬菜生产“机器换人”工程，提升了蔬菜生产机械化水平，菠菜直播、收获机械化技术取得了重要突破，菠菜生产全程机械化实验示范工作启动.然而，适宜上海地区机械化生产和采后清洗的菠菜品种较少，机械化生产专用型品种仍有待筛选和开发.

机械损伤不仅会导致果蔬组织结构的破坏，使得果蔬营养成分流失、外观品质下降，更严重影响着果蔬的经济效益.TANG等针对菠菜在机械采收作业中的损伤问题，通过在加工机械上设计低损伤拔取输送装置，并优化装置参数，来实现菠菜的高采收率和低损伤率.而菠菜品质的优劣和物理属性的强弱主要由品种遗传性决定，同时在很大程度上也受栽培技术及生态条件的影响.因此筛选和选育高营养品质、宜机化的菠菜品种，采用科学的栽培技术，是推进菠菜生产机械化的重要基础.

本实验对新引进的6份商品性优良的菠菜品种的生长特性、营养品质、机械损伤耐受性等综合性状进行了调查，利用主成分分析等方法对实验对象的表型多样性进行了分析，以便筛选出外观和营养品质优良的，并适宜机械化生产的菠菜品种，为推进菠菜栽培机械化提供参考.

1  材料与方法

材料与培养条件

供试材料为6个菠菜品种：Sp001，Sp002，Sp021，Sp031，Sp061（引自甘肃）和皇10-3（引自山东）. 实验于2021年2—4月在上海师范大学奉贤校区金汇港实验基地内进行，2月24日采用田间直播的方式进行播种，小区面积6 m，土壤类型为壤土，肥力中等，田间管理按照常规栽培管理标准统一进行.

测定指标与方法

2021年4月28日，在菠菜8叶期时，进行植物学性状的测定. 目测质量性状，使用卷尺、电子天平、质构分析仪等工具仪器测量数量性状. 观测标准参照《菠菜种质资源描述规范和数据标准》.使用紫外分光光度计测得营养指标.

1.2.1 质量性状

每种菠菜品种各随机选取36株进行测定，按株型、叶片挺直度、叶形、叶尖、叶基、叶面微皱、叶光泽、叶色、叶裂刻、根色10个质量性状进行调查统计.

1.2.2 数量性状

按株高、株幅、叶片长、叶片宽、叶柄长、叶柄粗、叶厚、叶片硬度、单株质量、地上部质量10个数量性状进行调查统计.

菠菜质构测定由配有HDP/VB Volodkevitch Bite Jaw探头的质构分析仪完成.使用咬颌探头，模拟牙齿咬合.每种菠菜品种各选取10株，每株摘取菠菜第二对真叶中的一片叶片.在每片叶子不同位置上割取3条0.5 cm×2.0 cm长条（避开叶脉）测定菜叶的硬度.测定参数：测前速度2.00 mm∙s;测中速度0.10 mm∙s;测后速度10.00 mm∙s;应变90.0%;触发质量5.0 g.使用质构分析仪对菠菜叶片的剪切应力-距离进行测定，按行业惯例用应力最大峰值对应的质量表征菠菜叶片的质构硬度，单位为g.

1.2.3 营养指标

在菠菜生长到8叶期时，每个品种各随机选择36株，选取自地面往上第1对和第2对真叶进行采样，并进行冻干处理，待完全冻干后用研磨仪进行磨样，置于-20 ℃冰箱中待测.将各品種的试样随机3株为一组均匀混合，每个品种制备12组样品作为用来测定营养指标的生物学重复.各营养指标测定方法如下：硝态氮和草酸的测定采用KAMINISHI等^[的方法进行测定，类胡萝卜素、抗坏血酸采用紫外分光光度计进行测定，可溶性糖采用蒽酮-硫酸法进行测定，可溶性蛋白用考马斯亮蓝法进行测定，纤维素采用蒽酮比色法进行测定.

1.2.4 统计分析

采用Excel 2019进行数据统计和差异性分析，并计算变异率.数据以“平均值±标准差”来表示.采用SPSS 25.0进行相关性分析和主成分分析.

2  结果与分析

不同菠菜品种生长特性的比较

2.1.1 不同菠菜品种质量性状差异性分析

本实验通过对6个品种的质量性状进行观测，发现6个品种的株型均为半直立，叶片挺直度为半下垂，叶形均为戟形，叶裂刻较浅，叶尖为尖型叶尖，叶基为平叶基，菠菜叶面微皱，叶面无光泽，叶色为深绿色，根色为粉红色.

图1 供试菠菜品种的田间种植.

（a） Sp001;（b） Sp002;（c） Sp021;（d） Sp031;（e） Sp061;（f） 皇10-3

2.1.2 不同菠菜品种数量性状差异性分析

不同品种间数量性状的差异性分析结果如表1所示，各性状间差异显著，株高和株幅的变异率分别为24.75%和29.82%，其中，Sp002，Sp021和Sp031的表现最为优异.单株质量和地上部质量的变异率最大，分别为56.39%和55.80%，表明该指标存在很大差异，其中Sp002和Sp031的单株质量和地上部质量最大.叶片相关指标的变异率在16.43%～23.00%之间，其中Sp031的叶片长、叶厚、叶柄粗、叶片硬度为最大.本实验对不同品种的叶片长与叶柄长的比值进行了对比，发现品种间叶片长/叶柄长的结果存在较大差异.叶片长/叶柄长的变异率为28.63%，其中Sp031的比值为最大，即为6份材料中叶柄最短的类型.

图2 供试菠菜品种的植株形态.

（a） Sp001;（b） Sp002;（c） Sp021;（d） Sp031;（e） Sp061;（f） 皇10-3

6个品种的数量性状的相关性分析表明：叶片硬度与叶厚存在极显著正相关关系（<0.01，0.817）. 叶厚与叶柄长存在极显著负相关关系（<0.01，-0.175），如表2所示. 另外，实验结果表明：株高、株幅与材料质量（单株质量、地上部质量）及叶片指标（叶片长、叶片宽、叶柄长、叶柄粗）均存在极显著正相关关系.

综合各植物学性状发现，Sp031的整体外观和叶片综合指标是最为优良的，其叶片硬度及叶片长/叶柄长是最大的，叶柄长是最小的，表明其在植物学性状优良的同时，在进行机械化加工的过程中也能最大限度地保持叶片的完整性.

表1 不同菠菜品种农艺性状的差异性分析

品種

株高/

cm

株幅/

cm

单株质量/g

地上部质量/g

叶片长/cm

叶宽/cm

叶厚/（10 mm）

叶柄长/cm

叶柄粗/mm

叶片长

/叶柄长

叶片硬度/g

Sp001

27.26±4.75

11.96±3.37

20.82±11.66

20.16±11.10

5.87±1.33

5.09±1.27

44.29±11.70

10.90±2.83

2.75±0.56

0.56±0.14

149.77±33.54

Sp002

38.74±6.58

16.97±4.06

28.47±17.00

28.28±16.08

7.59±1.38

6.47±1.21

36.90±10.74

14.98±4.40

2.94±0.54

0.58±0.17

153.95±24.16

Sp021

31.33±5.44

15.17±4.48

23.11±15.14

22.46±14.55

7.16±1.27

5.97±1.27

39.22±11.99

11.42±3.02

2.96±0.62

0.64±0.14

159.91±38.74

Sp031

29.55±7.07

15.68±3.82

25.11±19.19

24.72±18.71

7.55±1.33

5.67±1.24

45.55±13.93

10.75±3.61

3.16±0.51

0.69±0.19

175.57±35.81

Sp061

32.03±6.91

13.3±6.01b

11.54±4.65

11.23±4.55

6.36±1.06

5.05±1.08

37.09±13.65

14.03±4.37

2.51±0.63

0.51±0.17

175.29±35.41

皇10-3

30.37±4.79

13.76±2.54

15.51±9.08

15.13±8.22

6.58±1.06

5.32±1.45

37.58±10.81

12.02±3.86

2.89±0.57

0.55±0.15

141.30±28.99

均值

32.75

15.03

19.82

19.34

7.04

5.58

37.45

12.10

2.87

0.59

157.66

变异率/%

24.75

29.82

56.39

55.80

18.14

22.28

22.34

23.00

16.43

28.63

16.87

注：表中同列数据后上标不同小写字母表示差异显著（<0.05）.

表2 不同菠菜品种农艺性状的相关性分析

指标

株高

株幅

叶片长

叶宽

叶厚

叶柄长

叶柄粗

单株质量

地上部质量

叶片硬度

株高

1

-

-

-

-

-

-

-

-

-

株幅

0.516

1

-

-

-

-

-

-

-

-

叶片长

0.475^**

0.609

1

-

-

-

-

-

-

-

叶宽

0.482

0.415

0.695

1

-

-

-

-

-

-

叶厚

-0.176

-0.094

-0.177

-0.146

1

-

-

-

-

-

叶柄长

0.188

0.171

0.124

0.099

-0.175

1

-

-

-

-

叶柄粗

0.311

0.495

0.626

0.548

-0.001

0.259

1

-

-

-

单株质量

0.338

0.291

0.268

0.293

0.034

-0.061

0.261

1

-

-

地上部质量

0.339

0.297

0.271

0.302

0.029

-0.054

0.266

0.961

1

-

葉片硬度

-0.002

0.071

0.041

-0.013

0.817

-0.142

0.044

-0.029

-0.016

1

注：表示相关性达到极显著水平（<0.01）; 表示相关性达到显著水平（<0.05）.

不同菠菜品种营养品质的比较

营养品质差异性分析表明（表3），不同品种间抗坏血酸、类胡萝卜素、可溶性糖、可溶性蛋白和硝态氮含量存在显著差异，变异率在10.37%～19.16%.硝态氮的变异率最大，其中，Sp061的硝态氮质量分数最高，达到1 028.67 mg∙kg.供试的6个菠菜品种抗坏血酸的平均质量分数为169.57 mg∙（100 g），变异率为12.02%，其中Sp031抗坏血酸质量分数最高，为204.65 mg∙（100 g）;类胡萝卜素平均质量分数为305 μg∙g，变异率为10.37%，Sp021的类胡萝卜素含量显著低于其他品种;可溶性糖平均质量分数为8.57%，变异率为16.95%，其中Sp021可溶性糖质量分数最高，为10.16%;可溶性蛋白平均质量分数为52.83 mg∙g，变异率为11.52%，Sp061的可溶性蛋白含量显著低于其他品种;硝态氮平均质量分数为754.82 mg∙kg，变异率为19.16%，其中Sp061硝态氮质量分数最高，为1 028.67 mg∙kg.

叶片硬度与营养品质的相关性分析如表4所示，叶片硬度与纤维素存在显著正相关关系（<0.05，0.290），與草酸存在显著负相关关系（<0.05，-0.257）.同时发现抗坏血酸与可溶性蛋白存在显著正相关关系（<0.05，0.387），与硝态氮存在极显著负相关关系（<0.01，-0.522）;草酸与纤维素存在极显著负相关关系（<0.01，-0.372）;类胡萝卜素与可溶性糖存在极显著负相关关系（<0.01，-0.542）;硝态氮与可溶性糖、可溶性蛋白存在显著负相关关系（<0.05，-0.277，-0.402），与纤维素存在显著正相关关系（<0.05，0.268）.

表3 不同菠菜品种品质性状的差异性分析

品种

质量分数

抗坏血酸/[mg∙（100 g）]

草酸/（mg∙g）

类胡萝卜素/

（μg∙g）

可溶性糖/%

可溶性蛋白/（mg∙g）

硝态氮/（mg∙kg）

纤维素/（mg∙g）

Sp001

163.30±14.47

24.34±0.06

291.61±28.50

8.74±0.95

52.81±6.24

742.52±96.48

125.32±4.91

Sp002

175.48±28.56

24.34±0.08

318.18±23.41

8.05±2.02

52.66±5.33

793.34±112.41

123.48±7.46

Sp021

168.58±18.69

24.41±0.21

262.21±28.98

10.16±1.12

54.09±7.94

627.55±41.54

125.14±8.98

Sp031

204.65±32.21

24.41±0.13

304.41±25.14

6.72±1.27

54.20±5.07

688.86±82.93

125.12±12.08

Sp061

147.31±24.82

24.34±0.16

329.47±33.73

7.29±1.29

45.35±4.06

1028.67±99.93

126.23±5.54

皇10-3

180.49±21.84

24.44±0.18

318.03±15.71

7.85±1.24

54.94±4.40

774.83±95.97

122.32±7.61

均值

169.57

24.40

305.00

8.57

52.83

754.82

124.60

变异率 /%

12.02

0.75

10.37

16.95

11.52

19.16

6.37

注：表中同列数据后上标不同小写字母表示差异显著（<0.05）.

表4 不同菠菜品种营养品质的相关性分析

指标

抗坏血酸

草酸

类胡萝卜素

可溶性糖

可溶性蛋白

硝态氮

叶片硬度

纤维素

抗坏血酸

1

—

—

—

—

—

—

—

草酸

0.149

1

—

—

—

—

—

—

类胡萝卜素

0.019

-0.095

1

—

—

—

—

—

可溶性糖

-0.064

-0.016

-0.542

1

—

—

—

—

可溶性蛋白

0.387

0.194

0.072

0.125

1

—

—

—

硝态氮

-0.522

-0.200

0.181

-0.277

-0.402

1

—

—

叶片硬度

-0.173

-0.257

-0.002

0.005

-0.173

0.203

1

—

纤维素

-0.173

-0.372

0.010

0.077

-0.033

0.268

0.290

1

注：表示相关性达到极显著水平（<0.01）; 表示相关性达到显著水平（<0.05）.

综合性状的主成分分析

综合性状的主成分如表5所示，共提取到了5个主成分，累计贡献率为84.105%，且特征值都大于1，即5个主成分可以解释84.105%的变异.由表5可知：主成分1的贡献率最大为42.542%，特征值为7.657，表明主成分1在评价分析中起着主导作用，第2～5主成分的重要性依次降低.在主成分1中，叶片长为载荷较高的特征向量，表明叶片长度因子是评定菠菜综合品质的重要农艺性状. 主成分2的贡献率为14.030%，特征值为2.525，第2主成分上载荷较大的是可溶性蛋白.主成分3的贡献率为13.312%，特征值为2.396，纤维素为主成分3中载荷较高的特征向量.主成分4的贡献率为8.432%，特征值为1.518，第4主成分上载荷较大的是草酸和叶片硬度.主成分5的贡献率为5.790%，特征值为1.042，第5主成分上载荷较大的是硝态氮.

将提取到的5个主成分划分为叶片因子和营养品质因子，代表了所考察的17个性状的信息，包括了菠菜产量和品质两个方面.因此，可对叶片因子和营养品质因子进行分析，筛选出理想的菠菜品种. 叶片因子的关键指标为叶片长及叶片硬度，营养品质因子的关键指标为可溶性蛋白、纤维素、草酸及硝态氮.

表5 不同菠菜品种农艺性状及营养品质的主成分分析

供试指标

主成分

1

2

3

4

5

株高

0.814

-0.060

0.045

0.363

-0.253

株幅

0.874

-0.122

0.153

-0.192

-0.006

叶片长

0.958

-0.008

-0.144

-0.014

-0.008

叶宽

0.865

-0.261

-0.149

0.170

-0.164

叶厚

-0.574

-0.275

-0.618

0.157

-0.164

葉柄长

0.617

-0.220

-0.588

-0.030

0.231

叶柄粗

0.894

0.243

-0.226

0.040

0.183

单株质量

0.859

0.115

0.267

0.148

-0.217

地上部质量

0.856

0.113

0.266

0.153

-0.214

硬度

0.338

0.220

0.047

0.639

0.495

抗坏血酸

0.135

0.790

-0.299

0.365

0.146

草酸

-0.461

-0.182

0.439

0.644

-0.336

类胡萝卜素

0.390

-0.713

-0.246

0.154

0.195

可溶性糖

0.563

0.228

0.037

-0.388

-0.162

可溶性蛋白

-0.060

0.877

-0.068

-0.144

0.048

硝态氮

0.214

-0.434

0.479

-0.108

0.499

纤维素

-0.315

0.076

0.823

0.055

0.219

特征值

7.657

2.525

2.396

1.518

1.042

贡献率/%

42.542

14.030

13.312

8.432

5.790

累计贡献率/%

42.542

56.572

69.884

78.315

84.105

3  讨 论

在本实验中，6个菠菜品种的栽培环境、水肥管理以及各性状指标测定方法均一致，因此，调查分析得出的性状指标差异能够体现不同品种间的差异. 通过分析发现，6个菠菜品种质量性状无显著性差异，体现了市场消费菠菜类型的取向为裂刻较浅的戟形叶，尖型叶尖，平叶基，深绿色叶表面微皱. 比较结果表明，不同菠菜品种的数量性状存在显著性差异，其中单株质量差异最大.

果蔬在受到碰撞和跌落冲击时会产生冲击损伤，是因为冲击力超过了果蔬自身的硬度. 对于硬质水果，如薯芋类作物、苹果等，自身硬度与机械损伤敏感性呈反比，由此可以得出，硬度是机械损伤的敏感性因素之一.而对于叶菜类作物，其叶片厚度和叶片硬度共同影响着其机械韧性.叶片组织厚度与叶片抗逆性、水分保持、CO传输以及叶片的光合效力都存在密切关系.SUN等的研究表明，植物的水分传输能力和CO传输能力与植物光合速率正相关，而植物所制造的有机物主要有两个去向，植物正常消耗和增加抗逆性（如增加叶片的物理和机械韧性）.因此叶片厚度越大的植物，其叶片的机械韧性也就越大.在本实验中，叶片厚度最大的品种Sp031，其叶片硬度也最大.

叶柄与机械损伤也存在密切的关系.叶柄是连接植物叶片和茎干的通道，水分从茎干传输到叶片层必须经过叶柄导管.因此，叶柄导管直径决定了叶片的水分供应状况.在本实验中，Sp031的叶柄粗为最大，叶柄长为最小，使得水分供应到叶片的效率最高，提高了叶片制造有机物的量，进而提高了叶片的韧性. 同时，叶柄长的菠菜品种在进行机械加工时更加容易折断，因此叶片长与叶柄长的比值也是评价菠菜机械属性的一个重要指标.

由于实验中所测得的性状存在相关性关系，直接用其指标进行综合评价，会受到信息叠加的影响，造成结果的偏差.而主成分分析法能够在最大程度保存原有信息的前提下，把原来个数较多且彼此相关的指标转化为个数较少且彼此独立或相关性较小的综合指标，可避免重复信息的干扰并简化选择程序，便于综合评价候选个体，具有准确性和科学性.本实验将6个菠菜品种的植物学性状和营养指标转化为了5个主成分，分别为叶片长度因子、可溶性蛋白因子、纤维素因子、草酸和叶片硬度因子以及硝态氮因子.EBADI-SEGHELOO等通过对伊朗121种菠菜地方品种进行了主成分分析，提取到了第2个主成分与叶片特性有关，其叶片特性包括叶宽、葉柄长度、叶柄直径和叶面积，与本实验所得到的叶片长度因子对菠菜评分分析起主导作用的结果一致.表明本实验所得出的主成分分析具有科学性.ZHANG等通过对崇明有机栽培的菠菜的品质指标进行主成分分析，第1个主成分中包括叶片长度因子，第2个主成分中包括可溶性蛋白指标，与本实验所得出的结论一致.TIAN等以14个来自不同地区的菠菜品种为材料，对菠菜的主要农艺性状进行主成分分析.最终得到株幅和叶长为重要的产量指标构成因素，维生素C含量为重要的质量指标构成因素.本实验筛选出的Sp031品种在耐机械损伤的同时，其株幅和叶片长表现是最为优良的.表明本实验所筛选出的材料是可靠的.

4  結 论

在本实验生态环境条件和栽培条件下，综合比较分析了10个质量性状、10个数量性状及7个营养指标的表现，结果表明，Sp031的质量性状符合市场消费菠菜类型，其叶片综合指标最为优良，叶片硬度、叶片长/叶柄长和叶柄粗均是最大的，符合机械化加工的要求.另外，Sp031的抗坏血酸含量最高，硝态氮含量较低，综合营养指标表现优异.最终确定6个品种中Sp031为适宜机械化生产和加工，且植物学性状和营养品质优良的品种，可以作为优质的种质资源，且具有较高的推广价值.

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（責任编辑：顾浩然，郁慧）

收稿日期： 2021-12-05

基金项目： 上海市部分地方院校能力建设专项（19070502600）;上海植物种质资源工程技术研究中心项目（17DZ2252700）;上海市协同创新中心项目（ZF1205）

作者简介： 孔 猛（1996—），男，硕士研究生，主要从事菠菜种质资源评价和遗传育种方面的研究. E-mail：18731235087@163.com

* 通信作者： 徐晨曦（1982—），女，博士，副教授，主要从事菠菜遗传育种及分子生物学等方面的研究. E-mail：chenxixu@shnu.edu.cn

引用格式： 孔猛， 葛晨辉， 任丽， 等. 耐机械损伤菠菜品种的比较实验 [J]. 上海师范大学学报（自然科学版），2022，51（1）：101‒109.

 KONG M， GE C H， REN L， et al. Comparative test on identification of spinach varieties resistant to mechanical damage [J]. Journal of Shanghai Normal University（Natural Sciences），2022，51（1）：101‒109.