基于主成分分析與聚類分析的辣椒品種生長適應性研究

中圖分類號：S641.3 文獻標志碼：A 文章編號：1008-1038（2025）04-0041-07

DOI：10.19590/j.cnki.1008-1038.2025.04.007

Growth Adaptation of Pepper Varieties Based on Principal Component Analysis and Cluster Analysis

WEN Yinhua'， XIE Shuqin'， GUO Zijun'， WEI Yongpin'， CAO Liqiang'， CHEN Liping2， LIU Kun'， WANG Panpan'，WANG Jiaominl* （1. Dingxi Academy of Agricultural Sciences， Dingxi 743000， China； 2.People's Govermment of Fengxiang Town， Anding District， Dingxi 743000， China）

Abstract： In order to more accurately screen out high-quality pepper varieties suitable for cultivation in Dingxi region，this paper used principalcomponent analysis and cluster analysis to conduct acomprehensive evaluation of 10 indicators of25 introducedpepper varieties.Theresults showed thatthequantitativefunction model，constructed based on threeprincipalcomponent factors，indicated thatthesixvarieties， including“Tianjiao20'‘Yunchi‘‘Sujiu 19′‘Sujiu 22'“Tianjiao 16'，and‘2774'had the highest comprehensive trait scores.By using the cluster dendrogram to systematically classify different pepper varieties，the 25 varieties were clustered into three major categories basedon10traitindicators.Among them，the six varieties of“Tianjiao16’‘274'‘Yunchi’“Sujiu 19' ‘Sujiu 22’“Tianjiao 16'hadlongerfruit lengths，larger singlefruit weights，higher yields，and good comprehensive traits.This result was basically consistent with thefield growth situation，indicating thatthe reliability of the compreensive evaluation results was relatively high. The comprehensive analysis showed that‘Tianjiao 16' ‘2774'‘Yunchi’“Sujiu 19'“Sujiu 22'，and‘Tianjiao 20' weresuitableforcultivation in Dingxiregion and were varieties with market potential.

Keywords： Pepper； principal component analysis； cluster analysis； comprehensive evaluation

辣椒（CapsicumannunmL.）是茄科辣椒屬蔬菜，果皮含有辣椒素而有辣味，能增強食欲，具有很好的抗衰老作用，而且營養價值高，能提供人體所需的維生素 C，β 胡蘿卜素、葉酸等營養物質[-2]。我國是世界上辣椒栽培范圍最廣的國家，據聯合國糧食及農業組織（FAO）統計，截至2022年，我國辣椒種植面積達76萬 ，居全球首位。我國也是辣椒出口最多的國家。辣椒成為我國市場消費量最大、加工方式最多和種植風險較小的蔬菜產業，具有良好的產業前景。近年來，甘肅省定西地區辣椒栽培面積不斷擴大，據統計，定西地區辣椒種植面積2015年 年 ，增幅達 25.5% 0同時，栽培辣椒的科技含量不斷提升，貯運設施逐步強大，市場營銷體系不斷形成，但辣椒的選育進程跟不上更新換代的步伐，嚴重制約著辣椒產業的發展。加快高產、穩產、優質、抗逆等具有優良性狀的辣椒新品種的引進篩選，仍然是解決當地辣椒品種多而雜、產量低而不穩、品質參差不齊、主栽品種不突出等重要問題的措施，因此，引進優質的辣椒品種是當前實際生產的迫切需要。

近年來，辣椒品種引進篩選研究多以品質、抗逆性和產量指標作為評價因子89，此類分析方法不能綜合評價品種的所有特性，而對品種綜合性狀的疊加評價，涉及多個有關品質、產量性狀指標，進而增加了分析的復雜性，因此需要探索更好的多性狀綜合選擇的方法\"。主成分分析和聚類分析方法是采用降維的分析方法，通過數學運算剔除次要內容保留重要信息，用少量綜合指標代替原來多個指標絕大部分信息\"-12。聚類分析是對給定對象應用數學方法進行研究和處理的分類3，該綜合評價方法已用于分析辣椒番茄蜜橘獼猴桃等果蔬產品的多樣性、多指標的品質分析，并已取得很好的效果，然而采用該方法對辣椒品質、產量的綜合評價報道較少。本文借助主成分分析與聚類分析等多元統計分析方法，對不同辣椒品種的門椒高度、株高等指標進行綜合評價，以期構建一種有效的辣椒引種篩選體系，為引進適合當地種植的優良品種提供理論依據。

1材料與方法

1.1 試驗材料

供試品種共有25個，分別為‘布蘭妮’‘黃歐寶2號'“運馳”，由先正達種子公司引進；‘天椒20”天椒16”，由天水市農業科學研究所引進；‘隴椒9'‘隴椒10’‘隴椒11'‘隴椒12”‘隴椒16’，由甘肅省農業科學院引進；‘肅椒22號\"肅椒19號\"肅椒18號’肅椒16號’肅椒15號\"肅椒12號\"肅椒8號\"2776\"‘2774\"‘長豐\"‘豐收線’‘長美’‘嬌美’‘紅龍 紫色螺旋椒'，均由甘肅隴歡種業有限責任公司引進。

1.2試驗方法

試驗在甘肅省定西市農業科學研究院設施農業創新園（東經 ，北緯 ）內進行。試驗采取小區比較，不設重復。小區面積 采用高壟覆白膜栽培，株行距為 50cm×50cm ，每 種植2668株。

2023年3月8日在溫室播種育苗，播種前用 溫水處理種子后催芽，種子露白 70% 后單粒點播到穴盤。栽前每 施生物有機肥 320kg ，黑金氮磷鉀復合肥 40kg ，中微量元素 5kg5 月15日辣椒幼苗移栽到大田，澆透保苗水，后期根據土壤干濕情況適時澆水。

在初花期每 隨水追施磷酸二銨 20～30kg 開花結果期，隨水追施氮磷鉀三元復合肥，每 用量為 15～20kg 同時，葉面噴施 0.3% 磷酸二氫鉀、 0.2% 硼砂，每隔半個月噴施1次。7月中旬青熟果顏色深綠、果面發亮后開始采摘，9月底采摘結束。其他管理同常規田間管理。試驗區土壤為中黏土，土壤初始pH為8.05，0～20cm 耕層土壤有機質、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別是 14.2 g/kg.1.1g/kg.79.5mg/kg.27.4 mg/kg. 58.3mg/kg 。試驗地前茬種植芹菜。

1.3 測定項目

各小區隨機選取5個點，每個點選3株掛牌標記，記錄各品種的單果質量和單株累計產量、農藝性狀、果實成熟期。每個處理選取具有代表性且形狀均一的10個果實進行長度及直徑等數據的測定。

用卷尺測量門椒高度 、辣椒株高 始花節位 冠幅 果長 指標，用游標卡尺測量果肩直徑 、果肉厚度 指標，用天平測量單果質量 等指標，同時調查不同辣椒品種的單株結果數 果形、果色、果面性狀和辣味。按選取的點將整個生育期內每次采收辣椒產量進行記錄，換算成每 產量 O

1.4數據分析

采用Excel2020進行數據整理，利用SPSS25.0對所測數據進行統計分析，采用降維-因子分析法、系統聚類-平方歐氏距離法對各性狀指標進行主成分分析及聚類分析[181。

2 結果與分析

2.1供試辣椒主要植株性狀指標

從表1可以看出，不同品種辣椒的門椒高度差異較大，為 6.8～23.7cm ，其中‘肅椒22號'的門椒最高，與“運馳”‘隴椒 “肅椒19號'和‘2776'差異不顯著；‘黃歐寶2號'的門椒最低，顯著低于其他品種。不同品種辣椒的株高為 82.1～111.9cm ，其中‘運馳'最高，與‘布蘭妮’肅椒19號’肅椒18號\"肅椒12號'和‘豐收線'差異不顯著，顯著高于其他品種；隴椒9號'最矮，為 82.1cm 與‘天椒20'差異不顯著，這兩個品種顯著低于其他品種。不同品種辣椒的始花節位差異性較小，為 8.7～13.2 cm，其中‘布蘭妮'最高，為 13.2cm ，‘豐收線'最低，為8.7cm 。不同品種辣椒的冠幅為 73.1～94.2cm ，其中‘肅椒19號'最高，‘天椒20'最低。辣椒的單株結果數為 7.4～ 40.6，‘天椒20”最多，其次是‘肅椒22號”，這兩個品種顯著高于其他品種，兩品種間無顯著性差異，‘黃歐寶2號'單株結果數最少?？梢?，肅椒22號’運馳'等品種植株長勢較好，單株結果數較多，表現較好。

2.2供試辣椒果實性狀及產量比較

從表2可以看出，不同品種辣椒的果肩直徑為 2.4～ 7.9cm ，除‘布蘭妮'和‘黃歐寶2號'外，其他品種之間無顯著性差異。不同品種辣椒的果長差異性顯著，最高的為肅椒16號” （26.8cm） ，最低的為‘黃歐寶2號’ （8.4cm） ，其中“肅椒16號’‘肅椒8號’紫色螺旋椒’隴椒 肅椒18號'和‘隴椒16'顯著高于其他處理，屬長羊角型螺絲椒。單果質量方面，各品種的差異較顯著，最大的品種為“黃歐寶2號' .162.8g. ），顯著高于其他品種，屬于甜椒，無辣味，單果質量最小的品種為‘豐收線” 39.9g ，為線椒，辣味足；在長羊角型螺絲椒中，單果質量最高的品種為‘天椒 ，顯著高于其他螺絲椒。

不同品種辣椒的果肉厚度為 1.4～3.3mm ，最高為‘布蘭妮’，最低的為‘隴椒 。不同品種辣椒的產量差異較大，每 產量最高的是‘天椒 ，為 4936.5kg 顯著高于其他品種；‘肅椒19號’‘運馳’肅椒22號'分別位居第二、三、四位，產量分別為4790.0、4767.3、4724.3kg ，這3個品種差異不顯著；‘天椒16”‘2774'產量也較高，僅次于前四個品種，‘紫色螺旋椒'產量最低，每 產量僅為 可見，‘天椒 肅椒19號\"運馳'等6個品種不僅果長較長，單果質量較大，產量也較高。

2.3主要性狀指標的主成分分析

為了去除余信息，對研究對象更加客觀地進行描述，對25個辣椒品種的10個性狀指標進行Bartlett球形檢驗，結果見表3。由表可知，卡方值為 240.094，P 值為0.0018。當KMO取值大于0.5，且Sig值小于0.05，說明各指標具有較強的關聯性，數據可適用主成分分析方法處理。

特征向量值的大小可評價主成分中不同性狀指標影響力的高低與方向，采用DPS降維處理對性狀指標進行主成分分析，結果見表4。由表可知，依據其特征值 gt;1.0 的提取標準選取了前3個主成分。主成分1的貢獻率為 45.884% ，載荷量從大到小依次為株高、冠幅、始花節位、單株結果數、果長、果肉厚度、門椒高度，主成分2的貢獻率為 22.570% ，載荷量較大的為果肩直徑、單果質量、產量，主成分3的貢獻率為 13.128% ，載荷量較大的為產量、單果質量、果肩直徑，前3個主成分的累計貢獻率為 81.582% ，涵蓋了辣椒10個性狀指標絕大部分的信息，說明前3個主成分的載荷量越大，辣椒當地栽培適應性越強?？梢娪绊懤苯吩耘噙m應性的主要因素依次是株高、冠幅、始花節位、單株結果數、果長、果肉厚度、門椒高度、果肩直徑、單果質量和產量，因此前3個主成分可以作為定西地區辣椒品種栽培適應性評價的綜合指標。

為定量化的描述各品種，根據10個性狀3個主成分因子得分結果，構建主成分PC1～PC3的因子關系式和綜合評價函數模型F。

×F3

計算得到評價函數式 F=0.562F1+0.277F2+0.161F3 O

其中，1、2和3分別為PC1～PC3對應的特征值，綜合得分見表5。由表知，P4（天椒 ）得分最高，其次為P3（運馳'）P12（肅椒19號'）P11（肅椒22號'）P5（‘天椒16'）P19（“2774'）；結合農藝性狀發現，得分越高，說明品種綜合性狀越突出，各因子協調程度越高。

2.4不同辣椒品種聚類分析

依據主成分分析中10個性狀指標結果，對25個不同辣椒品種進行系統分類，聚類譜系圖分析見圖1。歐氏距離為5時，25個品種依據10個性狀指標聚成三大類，I類包括‘隴椒16”‘豐收線”‘隴椒10’‘隴椒11’‘布蘭妮’‘長豐\"‘長美”肅椒16號’‘黃歐寶2號’‘肅椒8號”

肅椒18號”‘紅龍 ‘隴椒12'和‘紫色螺旋椒'14個品種，表現為門椒高度、果長、單株結果數、果肩直徑、單果質量表現為中下等，產量較低，和其他類別差別較大；Ⅱ類包括‘隴椒9號’‘肅椒15號’‘嬌美’‘肅椒12號’“2776'等5個品種，表現為品種單株結果數、單果質量表現為中上等，產量適中；Ⅱ類包括‘天椒16”‘2774”‘運馳'肅椒19號’肅椒22號’天椒20”等6個品種，表現為果長較長，單果質量大，產量高，綜合性狀好，顯著好于其他類別。結果證明，聚類分析和主成分分析結果基本一致，主成分分析得分相近的品種基本歸為同類。

注：圖中 Δy 軸數字1～25依次代表‘布蘭妮’黃歐寶2號’‘運馳”天椒20”‘天椒16”隴椒9”隴椒 隴椒11'隴椒12'‘隴椒16\"肅椒22號”肅椒19號’肅椒18號’肅椒16號’“肅椒15號”肅椒12號”‘肅椒8號”‘2776”‘2774”‘長豐”‘豐收線”長美”嬌美”紅龍 紫色螺旋椒’。

3討論與結論

基于主成分分析、聚類分析、相關性分析的農藝性狀鑒定是評價辣椒品種最基礎的方法，可以簡單、直觀、全面地分析辣椒品種特性及各品種在種植地的適應性，也是鑒定和描述種質資源研究最基本的方法和途徑[19-20不僅為目標育種提供參考依據，更為品種篩選提供參考依據。本研究對25個辣椒品種的10個性狀指標進行主成分分析和聚類分析。主成分分析結果表明，得分前6位的品種依次是‘天椒20’‘運馳’‘肅椒19號”“肅椒22號’‘天椒16'‘2774'，這6個品種綜合性狀突出，產量均較高。對10個性狀指標結果繪制聚類分析，將25品種分為3類，其中Ⅱ類包含的6個品種‘天椒16'‘2774”‘運馳”‘肅椒19號”‘肅椒22號”‘天椒20'聚為一類，表現為果長較長，單果質量大，產量高，綜合性狀好；該結果與田間生長情況基本一致，說明綜合評價結果的可靠性較高。I類包含的14個辣椒品種為‘隴椒16”‘豐收線’‘隴椒 隴椒11’‘布蘭妮’‘長豐’‘長美'“肅椒16號’‘黃歐寶2號”‘肅椒8號”‘肅椒18號’‘紅龍23’‘隴椒12'和‘紫色螺旋椒'，表現為產量水平較低，各農藝指標表現差，種植經濟價值不高，不建議在本地推廣種植。綜合分析表明，‘天椒16”‘2774”‘運馳”‘肅椒19號’‘肅椒22號’‘天椒20'6個品種表現為綜合性狀優，產量高，綜合得分高，說明各因子之間的協調性較好，適合定西地區栽培，是適宜推廣并具有應用潛力的品種。

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