272份辣椒資源的農(nóng)藝性狀分析

張國(guó)儒，唐亞萍，楊濤，帕提古麗·艾斯穆托拉，王柏柯，李 寧，王 娟，余慶輝，楊生保

(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】辣椒(CapsicumannuumL.)屬于茄科，為1年生或多年生。其作為重要的蔬菜和辛辣香料作物，以其果實(shí)特有的色澤、辣味、香味，特別是維生素、礦物質(zhì)和類胡蘿卜素等豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[1]。我國(guó)辣椒年播種面積占全國(guó)蔬菜總面積的8%～10%。國(guó)內(nèi)育成的辣椒新品種提高了抗病性和產(chǎn)量[2]。新疆種植辣椒品種主要包括羊角椒、線椒和部分燈籠椒。近幾年，新疆辣椒種植產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，得天獨(dú)厚的自然條件使得生產(chǎn)的辣椒干成熟上市早、品質(zhì) 和產(chǎn)量?jī)?yōu)于內(nèi)地其他省區(qū)，在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)具有很高的知名度和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力[3]。在我國(guó)栽培辣椒種質(zhì)資源十分豐富，至少有3個(gè)種的栽培辣椒種質(zhì)資源，其中大多數(shù)為C.annuum(普通1年生栽培辣椒)，存在少數(shù)的C.chinense(中國(guó)辣椒)和C.frutescens(灌木叢狀辣椒)[4]。種質(zhì)資源是遺傳改良、種質(zhì)創(chuàng)新和品種選育的基礎(chǔ)。資源評(píng)價(jià)是種質(zhì)資源有效利用的前提。評(píng)價(jià)辣椒種質(zhì)資源，了解辣椒材料不同性狀之間相互關(guān)系和關(guān)聯(lián)程度，以及不同辣椒材料間優(yōu)劣差異，對(duì)辣椒遺傳育種和種質(zhì)資源創(chuàng)新具有非常重要的意義。【前人研究進(jìn)展】目前，在辣椒種質(zhì)資源遺傳多樣性分析方面有一定的研究基礎(chǔ)[5-8]。如李寧等[9]對(duì)國(guó)內(nèi)外857份辣椒種質(zhì)資源表型性狀多樣性及相關(guān)性分析，結(jié)果表明，辣椒資源的 23 個(gè)表型性狀的遺傳多樣性指數(shù)平均值為1.75，平均變異系數(shù)為75.95，表明 857 份辣椒種質(zhì)具有豐富的遺傳多樣性。趙紅等[10]對(duì)331份國(guó)內(nèi)辣椒核心種質(zhì)資源對(duì)43個(gè)重要農(nóng)藝性狀進(jìn)行了初步研究。二是基于不斷更新的分子標(biāo)記技術(shù)，如SRAP和SCOT[11]、SSR[12]等分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)辣椒種質(zhì)資源進(jìn)行分析和研究。農(nóng)藝性狀的研究是表征種質(zhì)特點(diǎn)和相關(guān)性的基礎(chǔ)，通過(guò)表型差異研究基因型的差異變化具有重要的意義[13-14]。【本研究切入點(diǎn)】盡管有研究對(duì)辣椒種質(zhì)資源表型分析和相關(guān)性分析，但隨著辣椒種質(zhì)資源的不斷創(chuàng)新和辣椒遺傳育種的需要以及新疆辣椒新種質(zhì)的不斷引進(jìn)，仍需對(duì)辣椒種質(zhì)資源進(jìn)行分析研究。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】研究對(duì)保存的272份不同來(lái)源的辣椒種質(zhì)資源的表型性狀進(jìn)行標(biāo)實(shí)地測(cè)量，對(duì)其表型多樣性及相關(guān)性進(jìn)行分析，為進(jìn)一步開(kāi)展辣椒優(yōu)良種質(zhì)資源的保存和品種選育及相關(guān)研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試的辣椒材料共272份，由中國(guó)農(nóng)科院提供種質(zhì)資源，由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所保存。表1

表1 供試材料分類信息Table 1 Classification information for tested materials

性狀Traits描述Describe數(shù)量Quantity (份)性狀圖片Traits Image花冠顏色Corolla color白色239淺綠色24紫色4白色帶綠色斑點(diǎn)6花藥顏色Anther color白色1黃色58藍(lán)色72紫色142

1.2 方 法

試驗(yàn)于2018年在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院安寧區(qū)綜合試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤肥力中等，采用地膜覆蓋+膜下滴灌栽培模式，肥水管理與生產(chǎn)相同。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組，3次重復(fù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)。分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)按李寧等(2015)進(jìn)行分級(jí)。表2

表2 辣椒資源質(zhì)量性狀的描述分組Table 2 Description and grouping of quality traits of Pepper Resources

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用 SPSS 21. 0 軟件計(jì)算數(shù)值型性狀的最大值( Maximum，Max) 、最小值( Mini- mum，Min) 、平均值( Average) 、變幅( Range) 、和標(biāo)準(zhǔn)差( Standard deviation，SD) 。利用 SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)分析中的系統(tǒng)聚類離差平方和法，基于22個(gè)表型性狀的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值，對(duì) 272份辣椒種質(zhì)資源進(jìn)行聚類分析，用平方歐氏距離繪制出聚類結(jié)果的樹(shù)狀圖[15]。遺傳多樣性指數(shù)的計(jì)算公式為H’=-ΣPilnPi，其中i為某一性狀的分級(jí)，Pi為該性狀第i級(jí)內(nèi)材料分?jǐn)?shù)占總份數(shù)的百分比，ln為自然對(duì)數(shù)[16]。在遺傳多樣性指數(shù)計(jì)算中，質(zhì)量性狀的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)表1的描述，數(shù)量性狀的分級(jí)參照陳雪燕等[17]描述的分級(jí)方法，根據(jù)數(shù)據(jù)的平均值(M)和標(biāo)準(zhǔn)差(S)將數(shù)據(jù)分為10級(jí)，從第一級(jí)Xi<(M-2S)到第10級(jí)Xi≥(M +2S)，每0.5 S為1級(jí)，每一組的相對(duì)頻率用于計(jì)算多樣性指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 辣椒種資質(zhì)量性狀的分布頻率及變異系數(shù)

研究表明，22個(gè)性狀的分布頻率各不相同，其變異系數(shù)在12.3%～79.78%，其中果形有13種分布類型，其變異系數(shù)為41.13%，其遺傳多樣性指數(shù)也是最高為2.54。表3

2.2 272份辣椒數(shù)量性狀頻率分布和變異系數(shù)

研究表明，變異系數(shù)的平均值為47.59%，其中商品果縱徑、胎座大小、總果數(shù)、單株果數(shù)、單節(jié)葉腋著生花數(shù)和十果果重的變異系數(shù)均超過(guò)50%，其中十果果重達(dá)到了117%，這些與果實(shí)相關(guān)的性狀差異和單果重量差異較大。而株高、心室數(shù)、種子百粒重、葉片長(zhǎng)和葉片寬變異系數(shù)較小，且其遺傳多樣性指數(shù)均在2.0以上，這幾個(gè)性狀具有較穩(wěn)定的遺傳。這22個(gè)數(shù)量性狀的遺傳多樣性指數(shù)的平均數(shù)為1.9，且各性狀中變異系數(shù)高于平均值的形狀，其遺傳多樣性指數(shù)均低于平均值，其中單節(jié)葉腋著生花數(shù)性狀的多樣性指數(shù)最低，為0.44，而變異系數(shù)較高為99.57%，變異系數(shù)大的性狀，遺傳穩(wěn)定性越低。表4

表4 數(shù)量性狀頻率分布和變異系數(shù)Table 4 Frequency distribution and coefficient of variation of quantitative traits

2.3 辣椒種質(zhì)資源的22個(gè)表型形狀相關(guān)性

研究表明，各性狀存在互相相關(guān)關(guān)系，但個(gè)別形狀之間不相關(guān)。其中株高與葉柄長(zhǎng)、單節(jié)葉腋著生花數(shù)、果縱徑無(wú)顯著相關(guān)(P>0.05)，與其他形狀均極顯著相關(guān)(P<0.01)，株幅僅與商品果縱徑不相關(guān)；側(cè)枝數(shù)與葉片長(zhǎng)度、單產(chǎn)、總產(chǎn)量無(wú)顯著相關(guān)(P<0.05)，與其他形狀顯著相關(guān)(P<0.05)；側(cè)枝長(zhǎng)度與葉片長(zhǎng)、葉片寬、葉柄長(zhǎng)、單節(jié)葉腋著生花數(shù)、商品果縱徑、總產(chǎn)量、單產(chǎn)無(wú)顯著相關(guān)(P>0.05)；葉片大小與葉柄長(zhǎng)、著生花數(shù)、果實(shí)縱徑、產(chǎn)量和種子重?zé)o顯著相關(guān)(P>0.05)，而與果實(shí)橫徑、果梗大小、胎座大小、果肉厚、心室數(shù)、果重顯著相關(guān)(P<0.05)；葉柄長(zhǎng)度與株幅、側(cè)枝數(shù)、葉片寬、首花節(jié)位數(shù)、著生花數(shù)、果梗長(zhǎng)、果重和果數(shù)相關(guān)；首花節(jié)位數(shù)與各形狀均顯著相關(guān)(P<0.05)，其中與株高、株幅、側(cè)枝數(shù)、側(cè)枝長(zhǎng)度、葉片大小、葉柄長(zhǎng)、著生花數(shù)、果梗長(zhǎng)度、總果數(shù)正相關(guān)；著生花數(shù)與株高、側(cè)枝長(zhǎng)度、葉片大小、果梗長(zhǎng)度無(wú)顯著相關(guān)(P>0.05)；果實(shí)縱徑與側(cè)枝數(shù)、首花節(jié)位數(shù)、著生花數(shù)、果梗長(zhǎng)度、心室數(shù)、果重、果數(shù)、產(chǎn)量顯著相關(guān)(P<0.05)，而果實(shí)橫徑與大多數(shù)形狀相關(guān)。僅與葉柄長(zhǎng)、果實(shí)縱徑無(wú)顯著相關(guān)(P>0.05)；果梗長(zhǎng)度與著生花數(shù)、果肉厚、心室數(shù)、總果數(shù)、總產(chǎn)量、種子重不相關(guān)；胎座大小只與葉柄長(zhǎng)、果實(shí)縱徑不相關(guān)，與其他形狀極顯著相關(guān)(P<0.01)。果肉厚與葉柄長(zhǎng)、果實(shí)縱徑、果梗長(zhǎng)無(wú)顯著相關(guān)(P>0.05)；心室數(shù)與葉柄長(zhǎng)、果梗長(zhǎng)、產(chǎn)量無(wú)顯著相關(guān)(P>0.05)，與其他形狀顯著相關(guān)(P<0.05)，單果重與各形狀顯著相關(guān)(P<0.05)，總果數(shù)僅與果梗長(zhǎng)度無(wú)顯著相關(guān)(P>0.05)；單株果數(shù)與葉片長(zhǎng)、葉柄長(zhǎng)、果梗長(zhǎng)無(wú)顯著相關(guān)(P>0.05)；產(chǎn)量與側(cè)枝數(shù)、側(cè)枝長(zhǎng)度、葉片大小、果梗長(zhǎng)度、心室數(shù)無(wú)顯著相關(guān)(P>0.05)，與果實(shí)大小、胎座大小、果肉厚、果重、單產(chǎn)和種子重正相關(guān)，與其他形狀負(fù)相關(guān)；種子重與葉片大小、葉柄長(zhǎng)、果梗長(zhǎng)無(wú)顯著相關(guān)(P>0.05)，與其他形狀極顯著相關(guān)(P<0.01)。表5

2.4 272辣椒數(shù)量性狀回歸分析

研究表明，單產(chǎn)、商品果縱徑、胎座大小、總果數(shù)、單株果數(shù)、心室數(shù)與總產(chǎn)量存在線性關(guān)系，得到回歸方程為Y=0.202+0.042X10+0.340X13-0.175X15+0.002X17-0.01X18+4.09X19(R2=0.941，F(xiàn)=6.449，P=0.001)，X10、X13、X15、X17、X18、X19對(duì)產(chǎn)量Y的直接作用分別是0.088、0.120、-0.050、0.487、-0.467、0.839，顯著性結(jié)果顯示，X10、X13、X15、X17、X18、X19的偏回歸系數(shù)的顯著性均小于0.05。表6，表7

表6 通徑分析Table 6 Path analysis

表7 因子分析Table 7 Factor analysis

2.5 辣椒表型主要特征值

研究表明，提取前5個(gè)特征值大于1的主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到77.159%，基本可以反映全部指標(biāo)信息。表8

第一個(gè)主成分特征值最大，為8.403，貢獻(xiàn)率為38.195，載荷較高且符號(hào)為正的農(nóng)藝性狀有商品果橫徑、胎座大小、十單果重、十果種子重、果肉厚，特征向量分別為0.109、0.107、0.097、0.093、0.089，這些特征主要反映了辣椒果實(shí)的形態(tài)特征和重量大小。載荷較高且符號(hào)為負(fù)的農(nóng)藝性狀有株幅、株高、最長(zhǎng)側(cè)枝長(zhǎng)度、首花節(jié)位、側(cè)枝數(shù)、總果數(shù)、單株果數(shù)，特征向量分別為-0.071、-0.076、-0.077、-0.083、-0.086、-0.093、-0.096，這些特征主要反映了辣椒植株的外部形態(tài)和花、側(cè)枝以及果實(shí)的數(shù)量性狀。

第二個(gè)主成分特征值為2.95，貢獻(xiàn)率為13.408，載荷較高且符號(hào)為正的農(nóng)藝性狀有葉片寬、葉片長(zhǎng)、果梗長(zhǎng)度、葉柄長(zhǎng)、株高、株幅、最長(zhǎng)側(cè)枝長(zhǎng)度，特征向量值分別為0.275、0.268、0.195、0.19、0.183、0.138、0.133，這些特征值主要反映了植株的形態(tài)長(zhǎng)度。載荷較高且符號(hào)為負(fù)的農(nóng)藝性狀有十果種子重、單株果數(shù)、總果數(shù)，特征向量值分別為-0.002、-0.014、-0.03，在第二主成分中，種子重量和果實(shí)數(shù)量對(duì)植株的株高、葉片、側(cè)枝等的生長(zhǎng)有一定抑制作用。

第三主成分中載荷為正向較高的性狀有總產(chǎn)量、單產(chǎn)、商品果縱徑、果梗長(zhǎng)度、最長(zhǎng)側(cè)枝長(zhǎng)度，特征值分別為0.298、0.296、0.286、0.12、0.112，這些特征主要與果實(shí)產(chǎn)量相關(guān)，載荷為負(fù)向較高的性狀有心室數(shù)、葉片寬、葉片長(zhǎng)、單節(jié)葉腋著生花數(shù)，特征向量值分別為-0.102、-0.132、-0.134、-0.14，這些性狀主要與植株葉片長(zhǎng)勢(shì)相關(guān)。第四主成分中載荷正向較高的性狀有單節(jié)葉腋著生花數(shù)、葉柄長(zhǎng)、總果數(shù)、單株果數(shù)，載荷負(fù)向較高的性狀有心室數(shù)、株高、最長(zhǎng)側(cè)枝長(zhǎng)度、株幅，這些性狀與植株長(zhǎng)勢(shì)相關(guān)。第五主成分中載荷正向較高的性狀有側(cè)枝數(shù)、胎座大小、單產(chǎn)、單株果數(shù)，這些性狀主要與植株產(chǎn)量相關(guān)，載荷負(fù)向較高的性狀有單節(jié)葉腋著生花數(shù)、葉柄長(zhǎng)、果梗長(zhǎng)度、商品果縱徑，這些性狀主要反映了植株果實(shí)和葉片性狀。表8

表8 特征值Table 8 Eigenvalue

2.6 272份辣椒資源表型性狀聚類

研究表明，在歐式距離為7.5處將全部種質(zhì)資源分為6類，各組包含種質(zhì)資源分別為15、197、9、46、10、5份，對(duì)各分類的性狀的平均值進(jìn)行分析，可以看出第一聚類的15個(gè)辣椒品系果實(shí)為大果型，植株株高、株幅、側(cè)枝數(shù)、側(cè)枝長(zhǎng)度、首花結(jié)位及單株果數(shù)較低，但其果實(shí)相關(guān)性狀，如果實(shí)縱橫徑、胎座大小、果肉大小、心室數(shù)、單果重、單產(chǎn)及百粒重均較高，說(shuō)明該類辣椒材料為植株較矮，但其果實(shí)較大，單產(chǎn)較高。第二聚類為六類中品種數(shù)最多的一類，其各性狀都屬于中間值，為一般品種，其果實(shí)為大果型。第三聚類為小果型，其植株較高，側(cè)枝數(shù)多，但其果實(shí)較輕，單量低，百粒重低。第四聚類為大果型，其株高較高、株幅較大，果實(shí)為長(zhǎng)條形，平均單株果數(shù)220.62個(gè)，平均單株產(chǎn)量0.8 kg，其他各形狀指標(biāo)處于中間值；第五聚類為大果型，株型較低，果實(shí)為燈籠型，單株果數(shù)較少，但單果中，總產(chǎn)量高，葉片大，種子百粒重最大；第六聚類為小果型，株型最大，側(cè)枝多且長(zhǎng)，其單株果數(shù)較多，但單果重低，總產(chǎn)量低。圖1，表9

圖1 272份辣椒種資的聚類Fig.1 Cluster analysis of 272 capsicum species

表9 聚類分析Table 9 Statistical table of cluster analysis results

3 討 論

核心種質(zhì)資源收集的目的是在一個(gè)可管理的子集內(nèi)最大限度的增加一個(gè)大型種質(zhì)資源的遺傳多樣性，其操作將在有限的育種周期內(nèi)大大減少冗余勞動(dòng)力[18]。從種質(zhì)資源群體中對(duì)種質(zhì)資源的研究以及核心種資重要信息的掌握是育種的基礎(chǔ)。目前，對(duì)種質(zhì)資源的研究包括，形態(tài)學(xué)水平、細(xì)胞水平、生化水平、分子水平，其中形態(tài)學(xué)水平研究是最簡(jiǎn)單、直接的方法，但其易受環(huán)境影響，消耗勞動(dòng)力較大[19]。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，從分子水平研究的分子標(biāo)記作為一種輔助育種手段，與形態(tài)學(xué)研究相結(jié)合，可大大加快育種進(jìn)行，縮短育種周期。

研究對(duì)272份辣椒材料的表型性狀和數(shù)量性狀進(jìn)行了形態(tài)學(xué)的初步研究，研究發(fā)現(xiàn)其種內(nèi)遺傳多樣性豐富，種間差異較大。其中在表型性狀中果形變異系數(shù)和多樣性指數(shù)均最高，在數(shù)量性狀中，變異系數(shù)的平均值為47.59%的情況下，與果實(shí)相關(guān)性狀的變異系數(shù)最大均超過(guò)50%，這與李寧[9]、詹永發(fā)[20]等研究結(jié)果一致。從相關(guān)性分析可知，株高、株幅、首花節(jié)位數(shù)、商品果橫徑、胎座大小、果肉厚、單果重、單株果數(shù)、單株產(chǎn)量和種子重均與總產(chǎn)量極顯著相關(guān)。進(jìn)一步以總產(chǎn)量為因變量進(jìn)行逐步回歸分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，單株產(chǎn)量、商品果縱徑、胎座大小、總果數(shù)、單株果數(shù)、心室數(shù)與總產(chǎn)量存在顯著的線性關(guān)系，其中心室數(shù)和單株果數(shù)與總產(chǎn)量存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。從5個(gè)主成分分析中篩選出單株果數(shù)、單產(chǎn)、果重、商品果橫徑、葉片長(zhǎng)寬、果肉厚、胎座大小、種子百粒重、側(cè)枝數(shù)與總產(chǎn)量相關(guān)。利用聚類分析可將研究群體進(jìn)行聚類，現(xiàn)已有多種方法對(duì)種質(zhì)資源進(jìn)行聚類，如依據(jù)農(nóng)藝性狀進(jìn)行[21]、基于分子標(biāo)記[22]、隸屬度等[23]。該文依據(jù)22個(gè)農(nóng)藝性狀將272份辣椒種資進(jìn)行聚類分析，結(jié)果在歐式距離為7.5處可分為6類，據(jù)此可以在進(jìn)一步的種質(zhì)資源分析中提供參考。

4 結(jié) 論

4.1從各主成分中篩選出單株果數(shù)、單產(chǎn)、果重、商品果橫徑、葉片長(zhǎng)寬、果肉厚、胎座大小、種子百粒重、側(cè)枝數(shù)等可作為重要的評(píng)價(jià)和育種指標(biāo)。

4.2通過(guò)對(duì)272份辣椒種資的質(zhì)量性狀和數(shù)量性狀的不同角度分析，反映不同性狀的表型差異與總產(chǎn)量之間存在的直接與間接關(guān)系。其中22個(gè)質(zhì)量性狀的分布頻率不同，其變異系數(shù)在12.3%～79.78%，遺傳多樣性指數(shù)在0.8～2.4，其中果形分布類型最大，遺傳多樣性指數(shù)也最高。22個(gè)數(shù)量性狀分析表明，變異系數(shù)越高，遺傳穩(wěn)定性越低，反之，遺傳穩(wěn)定性越高。數(shù)量性狀中植株單株果數(shù)、單株產(chǎn)量、單果重、果實(shí)橫徑、胎座大小、種子重是與辣椒總產(chǎn)量直接相關(guān)的重要農(nóng)藝性狀。