基于形变距离和受压质量混合...莓果实硬度的方法建立和优化 沈朱俐.pdf

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果树学报
JournalofFruitScience
ISSN1009-9980,CN41-1308/S
《果树学报》网络首发论文
题目:基于形变距离和受压质量混合模式测定蓝莓果实硬度的方法建立和优化
作者:沈朱俐,顾莉莉,李晓谊,李永强,宗宇,徐丽珊,郭卫东
DOI:.
收稿日期:2022-06-08
网络首发日期:2022-08-01
引用格式:沈朱俐,顾莉莉,李晓谊,李永强,宗宇,徐丽珊,
和受压质量混合模式测定蓝莓果实硬度的方法建立和优化[J/OL].果树学报.
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췸싧쫗랢쪱볤ꎺ2022-08-0115:53:08
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DOI:.
基于形变距离和受压质量混合模式测定蓝莓果实硬度的方法建
立和优化*
1111,21,2*1,2*1,2
沈朱俐,顾莉莉,李晓谊,李永强,宗宇,徐丽珊,郭卫东
(1浙江师范大学化学与生命科学学院,浙江金华321004;2浙江省特色经济植物生物技术重点实验室,
浙江金华321004)
摘要:【目的】探究不同发育时期蓝莓果实在不同测量模式下的硬度差异,建立和优化蓝莓果实硬度测定
的方法,分析蓝莓果实硬度育种的趋势。【方法】以蓝莓品种‘O’Neal’的果实为试材,利用不同形变阈值
和压力阈值模式对发育期的果实硬度进行了测定分析,基于优化的方法测定36个蓝莓品种成熟果的果实硬
度。【结果】当蓝莓果实取样量超过45个时可以获得稳定的果实硬度测量值,取样量为60-75个时测定的
果实硬度更适合作为品种的特征值。在形变测定模式下,
和S4果实,-S8果实;在压力测定模式下,400g压
力阈值更适用于测定S3到S8时期的果实硬度。蓝莓果实硬度随品种选育时间逐渐增大,高丛蓝莓近期育
成品种的果实硬度一般大于老品种,该特征在南高丛蓝莓中表现更为突出。【结论】在蓝莓果实硬度测定中
,
莓果实的硬度。南高丛蓝莓‘Star’和‘Misty’、北高丛蓝莓‘Draper’、兔眼蓝莓‘Vernon’和‘Tifblue’
可以作为硬肉型蓝莓品种选育的优良亲本。
关键词:蓝莓;果实硬度;形变;受力
中图分类号::A文章编号:1009-9980(2022)12-0001-08
Foundationandoptimizationofblueberryfruitfirmnessmeasurement
protocolundermixmodeofdeflectiondistanceandpressureweight
SHENZhuli1,GULili1,LIXiaoyi1,LIYongqiang1,2,ZONGYu1,2*,XULishan1,2*,GUOWeidong1,2
(1CollegeofChemistryandLifeSciences,ZhejiangNormalUniversity,Jinhua321004,Zhejiang,
China;2ZhejiangProvincialKeyLaboratoryofBiotechnologyonSpecialtyEconomicPlants,
Jinhua321004,Zhejiang,China)
Abstract:【Objective】Fruitfirmnessofblueberryatdifferentdevelopmentalstagesweremeasured

,wealsowanttosummarizethebreedingtendency
ofblueberryfruitfirmness.【Methods】Assumingthesamplesizeisanimportantelementforstudy
designandvalidationoffruitfirmness,weassessedhowthemeanfirmnessvariedacrossdifferent
收稿日期:2022-06-08接受日期:2022-07-26
基金项目:浙江省农业新品种选育重大科技专项(2021C02066-9);浙江省科技厅重点研发计划项目
(2018C02007);浙江省大学生科技创新活动计划暨新苗人才计划(2021R404079)
作者简介:沈朱俐,女,在读硕士研究生,研究方向:果树分子生物学,Tel:**********,E-mail:
******@
*:**********,E-mail:******@;E-mail:******@:.
samplesizesusingtheripefruitsoffourblueberrycultivars‘Emerald’,‘Jewel’,‘O’Neal’and
‘Sharpblue’.Theoptimalsamplingamountforblueberryfruitfirmnessmeasurementwas
(fromS3toS8)stages
byusingdifferentdeflectionthresholdandforcethresholdmodesusingthefruitsofblueberry
cultivar‘O’Neal’.Optimizedmeasurementswereconstructedforfirmnessdetectionofblueberry
,weestimatedthefruitfirmnessofripefruitsfrom36

analyzedbycombingthecorrelationcoefficientbetweenfruitfirmnessandreleaseyearofblueberry
cultivar,andbyconsideringthecultivarphylogeny.【Results】Samplesizesshowedpivotaleffect

firmness,thevaluesoutoftheconfidenceintervals,andthecoefficientofvariationoffruitfirmness
underdifferentsamplesizesintoaccount,wefoundstableandreliableobservationvalueoffruit
,a
samplingamountthatrangingfrom60to75wasadvisedtostandforthecharacteristicfruitfirmness

stages,

mode,thecorrelationcoefficientbetweenthefruitfirmnessandtheprocessdeflectiondistanceat
stagesS3andS4issignificantlyhigherthanthatinotherstageswhenthefruitdeflectionthresholds
,thecorrelation
coefficientwithprocessdeflectiondistanceandfruitfirmnessofS5toS8weresignificantlyhigher

measuringthefirmnessofblueberryfruitsattheS3andS4stageswithhigherfirmness,

,thecorrelationcoefficients
betweenthemeasuredvalueoffruitfirmnessandthevalueofprocessforceattheforcethreshold

correlationcoefficientbetweenthefruitfirmnessandtheprocessforcevalueatdifferentstages
showedanupwardtrendwiththeincreaseofthepressurethreshold,andthelargestcorrelation


valueofthemode400gwassignificantlylargerthanthatofthemodes200and300g,andthe
,the400gforcethresholdmodeissuitableforthe

firmnessdetectionincluded18southernhighbushblueberry(SHB)cultivars,9northernhighbush
blueberry(NHB)cultivarsand9rabbiteyeblueberry(REB)
·mm-‘Draper’showedthehighestfruit
firmness(·mm-1)and‘Elizabeth’·:.
mm-,,,·mm-1,

thanthatofoldcultivars,especiallyforthosecultivarsthatbelongtosouthernhighbushblueberries.
Thefruitfirmnessshowedarelease-timebasedincrementtendencyamongblueberrycultivars.
【Conclusion】Asamplingamountof75fruitsisfantasticformeasuringblueberryfruitfirmness

,


cultivars‘Star’and‘Misty’,northernhighbushblueberrycultivar‘Draper’,rabbiteyeblueberry
cultivars‘Vernon’and‘Tifblue’probablycanbeusedasoutstandingparentsfortheselectionof
firm-fleshblueberrycultivarsinthecomingbreedingprojects.
Keywords:Blueberry;FruitFirmness;Deflection;Force
果实硬度是果树非常重要的育种性状,它对果实的机械采收、内在品质、可运输性和货
架期都有直接影响[1]。果实硬度与细胞壁结构、细胞膨压和角质层等的生理生化变化密切相
关[2-4],一般会随着果实的发育、成熟或储藏时间延长而逐渐下降。软化是肉质果实最典型
的成熟特征之一,合适的成熟硬度可以提升果实的消费口感,而过度软化不仅会降低果实内
在品质,还会增加采收、运输和储藏过程中的果实损耗[5]。虽然在自然情况下伴随果实成熟
的硬度下降不可避免,但发育期拥有更高硬度的果实在成熟时倾向于保持其硬度特征[6,7]。
果实硬度的测定在番茄属[4,8]、苹果属[9,10]、草莓属[11,12]、猕猴桃属[13,14]等植物的大果
型果实方面已有较多报道。量化测定包括质构分析法、近红外光谱技术、高光谱成像技术、
声特征检测法等方法[15],质构分析法是将果实去皮后使用硬度计或质构仪对果实进行穿刺
或挤压测定其硬度,是实验室常用的果实硬度量化方法;穿刺式硬度测定使用的探针存在直
径和长度的差异,测定结果通常受果实类型、测定模式和参数条件等因素的影响较大[1,15],
在葡萄、樱桃和蓝莓等小果型硬度测定中表现尤为明显。若照搬穿刺式方法测定小果型果实
的硬度,不仅会造成测定结果不准确,也会影响同一类果实硬度测定标准的制定。
蓝莓是杜鹃花科越桔属植物,因其果实中富含花青苷且具有很高的保健价值而被广泛栽
培,目前已成为全球发展最快的果树之一。全世界蓝莓总产量的70%为鲜食果[16],果实硬度
对鲜食蓝莓的消费起关键作用,它直接反映了果实的新鲜程度。高硬度的蓝莓果实在咀嚼时
有更大的回弹力,给消费者带来更好的脆度口感[1,17]。虽然已有基于质构仪[17-21]、硬度检测
仪[22]、无损伤预测模型[23-25]等方式测定蓝莓果实硬度的报道,但前人的研究主要关注蓝莓的
成熟时期和采后储藏阶段,果实发育期硬度的报道较少;而近期的研究结果表明果实的早期
发育阶段对硬度有非常重要的影响[7]。此外,无论采用哪种测量方式,取样数量和测定模式
仍然是蓝莓果实硬度测定中尚未明确的问题。
本研究分析了不同取样量对蓝莓果实硬度测定的影响,基于不同形变距离和受压质量两:.
种模式测定了蓝莓发育时期的果实硬度,建立了准确度高和重复性好的蓝莓果实硬度测定方
法;在此基础上对我国主栽蓝莓品种的果实硬度进行了测定。本研究建立和优化的方法可以
为蓝莓及其他小果型果实硬度标准化测定提供参考,为硬肉型蓝莓新品种的选育打下基础。
1材料与方法

蓝莓果实采自浙江师范大学蓝莓种质资源圃。选择长江中下游地区主栽的‘Emerald’
(‘艾美瑞’)、‘Jewel’(‘巨优’)、‘O’Neal’(‘奥尼尔’)和‘Sharpblue’(‘夏普蓝’)4个
蓝莓品种,每个品种选择10株长势相近的6年生蓝莓树,于5月中旬采集健康的成熟果实
各600个。在室温条件下放置1h去除田间热,挑选大小和成熟状态相似的400个果实用于
硬度测定。参考Zifkin等[8]对蓝莓果实发育时期的划分方式,依据果实大小和果面颜色采集
‘O’Neal’6个发育时期(图1)的足量(≥150个)果实,室温条件下放置1h去除田间热,
各时期挑选出大小和发育状态相似的100个果实用于硬度测定。
图1‘O’Neal’蓝莓不同发育时期的果实
‘O’Neal’fruitsatdifferentstages

使用FirmtechFT7果实硬度检测仪(UPGmbHFirmensitz,德国)测定‘Emerald’‘Jewel’
‘O’Neal’和‘Sharpblue’4个蓝莓品种成熟果实的硬度。选择形变阈值(Deflectionthreshold)
模式,设置2mm为硬度检测仪挤压果实产生形变的阈值,其他参数保持默认。将测定的400
个成熟果实的硬度平均值作为“真值”,对400个测量值进行随机再抽样,设置抽样量分别
为5、10、15、25、35、45、60、75、90和200个果实的分组。每个抽样量随机重复抽样1000
次,每次再抽样的平均值作为该样本量情况下的一个虚拟测定值,以“真值”的±5%误差作
为置信区间,记录每组抽样量虚拟测定值落入置信区间的比例,统计分析后确定满足可重复
性和准确度的最优采样量。

取‘O’Neal’蓝莓S3到S8共6个发育时期的足量果实,使用FirmtechFT7果实硬度检
测仪测定不同发育时期果实的硬度,采用形变阈值(Deflectionthreshold)和压力阈值(Force
threshold)两种测定模式。形变阈值模式是指预设果实受压后赤道面产生垂直形变的距离最
大值,、、。压力阈值模式是指预设果实受压质量的最大值,:.
分别设置为200、300和400g。硬度检测仪探头垂直于果实的赤道面进行测量,利用FT7
Control软件(UPGmbHFirmensitz,德国)记录果实形变距离和受压质量并绘制回归曲线,
分别计算果实硬度与形变距离(形变阈值模式)和受压质量(压力阈值模式)的相关性。

采集36个蓝莓品种(表1)的足量果实,
式进行果实硬度测量。

使用MicrosoftExcel2013软件(Microsoft,美国)对数据进行初步处理并作图,利用
(IBM,美国)进行方差和相关性分析。
2结果与分析

测定了筛选后的‘Emerald’‘Jewel’‘O’Neal’和‘Sharpblue’各400个果实的硬度,
、、·mm-1,将该平均值作为每个品种果实硬度的
“真值”。对每个品种400个硬度测定值的随机再抽样,当抽样量为5时,果实硬度测定值
的上下四分位数相差最大,数据离散值多(图2);‘Jewel’‘O’Neal’和‘Sharpblue’约50%
的果实硬度数据不属于“真值”95%的置信区间,‘Emerald’有超过25%的数据不满足准确
度要求(图3)。随着抽样量增加,测定值的离散值逐渐减少,精确度增加(图2)。当抽样
量超过60时,离散值和异常值的数量趋于饱和。在抽样量为75时,4个蓝莓品种果实硬度
测定值在“真值”95%的置信区间的比例超过99%。虽然抽样量为90和200时的测定值精
确度更好,准确度更高,但在实际测定过程中会显著增加测定的时间和成本。
:.
图2不同样本量下蓝莓果实硬度离散程度

图3不同抽样量下蓝莓果实硬度属于“真值”置信区间的比例
‘true’meanparametersofblueberryfruit
firmnessatdifferentsamplesizes
对不同抽样量的测定值进行了变异系数分析,结果表明随着抽样量的增加,果实硬度测
量值的变异系数快速降低。果实抽样量为5个时,硬度测量值的变异系数最大,4个品种均
。当抽样量为10到25个时,变异系数迅速下降,当抽样量为25个时,‘Jewel’
‘O’Neal’和‘Sharpblue’,‘Emerald’变异系数最低,。
当抽样量是35到60时,变异系数下降趋势变缓,除‘Emerald’,其他3个品
。当抽样量≥60个时,,并且抽样量增加至
90个(含)之前,变异系数没有显著性差异。当抽样量为200个时,‘Emerald’果实硬度
测定值的变异系数最低,,‘O’Neal’最高,,。综
合考虑品种多样性、准确度、精确度和测量成本等因素,蓝莓果实硬度测定的取样量应设置
为60-75个。
:.
艾美瑞Emerald巨优Jewel奥尼尔O'Neal夏普蓝Sharpblue




Coefficientvariation


51015253545607590200
抽样数量
Samplingamount
图4不同样本量下蓝莓果实硬度测定值的变异系数


以不同形变阈值(、、)对‘O’Neal’不同发育时期果实(图1)的
硬度进行了测定,对形变距离和果实硬度进行相关性分析(图5)。结果表明,当形变阈值为
、,S3时期的果实硬度与形变距离的相关系数无显著差异,形变阈值为
。,其硬度显著低于
。S4期果实硬度的测定值和相关系数都随着形变阈
值的增加呈现下降趋势,硬度测定值在4种形变距离下存在显著差异。随着形变阈值的增
加,S5到S8期果实硬度测量值及其与形变距离之间的相关系数呈现上升趋势,在形变阈值
≥。,S5到S8期的硬度测量值与形变距离之间
的相关系数显著低于其他形变距离,当形变阈值≥,S5、S7和S8期果实硬度和形
变距离之间的相关系数无显著差异。果实硬度测量值变化较大,
,,S5到
S8期果实硬度测量值无显著差异。