螺絲椒種質多樣性分析及專項核心種質構建

焦禹順，任福森，郭志偉，陳昊放，劉賀娟，孫 強

(河南省新鄉(xiāng)市農業(yè)科學院/新鄉(xiāng)市甜、辣椒工程技術研究中心，河南 新鄉(xiāng) 453000)

螺絲椒是果面有褶皺、形似螺絲的辣椒(CapsicumannuumL.)品種，生產上以“豬大腸”類型居多。由于其口感好、品質優(yōu)良，螺絲椒在西北地區(qū)一直有較大種植規(guī)模，近年來在我國東部、南部地區(qū)也有發(fā)展趨勢[1]。螺絲椒的一些種質對辣椒疫病有較強的抗性[2]。市場上已經出現多個螺絲椒品種，但是關于螺絲椒的研究報道較少，并主要集中在栽培技術[3-5]、品種選育[6-8]、引種[9-10]和品種對比試驗[11-12]等方面，針對螺絲椒種質資源的研究未見報道。

種質資源一般規(guī)模龐大，給管理和利用帶來不便。針對這一問題，Frankel[13]提出了核心種質的概念，即從已有的種質庫中選擇一部分樣本，最大限度地代表整個種質庫的遺傳多樣性。我國已經在30多種園藝作物上構建了初級核心種質或核心種質[14]。雷剛等[15]利用表型標記，何建文等[16]、顧曉振[19]用分子標記分別構建了辣椒核心種質。專項核心種質是針對某一性狀進行研究的核心種質，為高效利用特定性狀的種質資源提供了解決方案，在針對特定性狀的品種改良中起著重要作用[18-19]。

表型性狀評價具有快速、直觀等優(yōu)點，在種質資源的鑒定、初步分類和構建初步核心種質方面應用廣泛。本研究以收集到的螺絲椒種質作為原始種質庫，對其20個表型性狀進行調查，計算各性狀的多樣性指數并進行聚類分析，根據聚類結果構建螺絲椒專項核心種質，以期能夠加快螺絲椒育種進程，提高螺絲椒種質資源的利用效率。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗材料為新鄉(xiāng)市農業(yè)科學院現代農業(yè)研究所近年來收集的45份螺絲椒種質，各種質的基本信息見表1。各種質材料分別于2016、2017年的1—7月以完全隨機排列方式種植在新鄉(xiāng)市農科院研發(fā)基地的溫室大棚中，按照常規(guī)方法進行田間管理[20]，并取2 a調查數據的平均值進行分析。

1.2 測定項目和方法

調查螺絲椒種質的園藝性狀，包括9個質量性狀(株型、分枝性、葉形、花冠色、花藥顏色、花柱顏色、花柱長度、青熟果色和果形)和11個數量性狀(株高、株幅、果縱徑、果橫徑、果梗長、葉片長、葉片寬、主莖高、主莖粗、果形指數、葉形指數)，其中果形指數=果縱徑/果橫徑，葉形指數=葉片長/葉片寬[21]。每個種質材料調查10株。

1.3 試驗方法和數據分析

表1 螺絲椒種質基本信息

專項核心種質構建采用最小距離逐步取樣法(Least distance stepwise sampling，LDSS)，根據系統聚類結果找出遺傳距離最小的聚類簇，選取有特殊表型性狀的材料1份，單獨成簇的材料直接入選，其余剔除，然后對所得的樣品再進行聚類分析，如此循環(huán)，直至達到所需樣品數量[23-24]。按照不同的取樣比例(10%、20%、30%、40%、50%)構建候選專項核心種質，使用多樣性指數、表型保留比例RPR(Radio of phenotype retained)、極差符合率CR(Coincidence rate of range)和變異系數CV(Coefficient of variation)對專項核心種質的園藝性狀進行檢驗[25-26]。

2 結果與分析

2.1 螺絲椒種質質量性狀多樣性分析

統計9個質量性狀的頻率分布，計算各性狀的多樣性指數，結果見表2。青熟果色的多樣性指數最高(1.343)，其次是果形(1.022)，其他質量性狀的多樣性指數均小于1。青熟果色有黃綠(31.11%)、淺綠(26.67%)、綠(28.89%)和深綠(13.33%)4種類型；果形以長指形為主(64.44%)，長羊角形(15.56%)和長牛角形(13.33%)次之；株型有半直立(62.22%)和直立(37.78%)兩種；分枝性以中 (73.33%)為主；葉形以長卵圓葉形為主(86.67%)；花冠色以白色為主(77.78%)；花藥顏色以黃色為主(71.11%)；花柱顏色以淺紫色為主(97.78%)。

2.2 螺絲椒種質數量性狀多樣性分析

對螺絲椒種質的11個數量性狀進行田間調查和統計分析，結果見表3。各數量性狀的多樣性指數普遍高于質量性狀，變幅為1.609～2.035，其中果縱徑的多樣性指數最高(2.035)，株幅(2.013)和主莖高(2.009)次之。變異系數最大的是果形指數(35.78%)，其次依次是葉片寬(23.22%)、主莖粗(21.73%)和果橫徑(21.26%)，變異比較明顯，其他數量性狀的變異系數介于10.75%～16.53%。

表3 螺絲椒種質數量性狀多樣性統計

2.3 螺絲椒種質表型性狀聚類分析

使用SPSS 22.0軟件對螺絲椒種質資源的20個園藝性狀進行系統聚類(圖1)，在遺傳距離20處可以將螺絲椒種質分為Ⅰ和Ⅱ 2個類群，在遺傳距離13處左右可將類群Ⅱ再分為2個子類群Ⅱ-1和Ⅱ-2[2]，各類群的主要園藝性狀如表4所示。

類群Ⅰ包含16份種質，類群Ⅱ包含29份種質。2個類群相比，類群Ⅰ的果縱徑、果形指數和葉形指數明顯大于類群Ⅱ，差異達到極顯著，而類群Ⅱ的果橫徑和葉片寬極顯著地大于類群Ⅰ，2個類群的其他性狀之間沒有明顯差異?？偟膩砜?，類群Ⅰ的主要特征是果實較長、較細，果形指數較大(9.09)，果實偏長指形，葉片較窄；而類群Ⅱ的主要特征是果實較短、較粗，果形指數較小(5.09)，果實偏長牛角形或長羊角形，葉片較寬。

在類群Ⅱ的2個子類群中，類群Ⅱ-1包含24份種質，類群Ⅱ-2包含5份種質。類群Ⅱ-1的果縱徑極顯著地大于類群Ⅱ-2，但是株高、葉片長和葉片寬極顯著地小于類群Ⅱ-2，主莖高和主莖粗顯著小于類群Ⅱ-2，其他性狀與類群Ⅱ-2無顯著差異?？傮w上，類群Ⅱ-1的主要特征是果實比較長，類群Ⅱ-2的主要特征是株高較高，葉片長且寬大，主莖較高、較粗，但是果實長度和果形指數較小。

2.4 螺絲椒種質候選專項核心種質的構建與檢驗

采用LDSS法，按照不同的取樣比例(10%、20%、30%、40%、50%)構建螺絲椒候選專項核心種質，用I、RPR、CR和CV作為檢驗指標對候選種質進行評價，結果見表5。I值以候選種質LDSS(50%)最高、LDSS(40%)次之、LDSS(10%)最低。LDSS(50%)和LDSS(40%)的RPR值都大于90%，LDSS(30%)的RPR值也接近90%，說明原種質質量性狀的表型和數量性狀的性狀級別絕大多數得到保留，而LDSS(10%)的RPR值只有58.47%，說明丟失了很多表型性狀。LDSS(50%)、LDSS(40%)和LDSS(30%)的CR值比較接近，都在94%左右。LDSS(10%)的CV值最大，LDSS(50%)的CV值最小。綜上所述，LDSS(50%)、LDSS(40%)和LDSS(30%)的遺傳多樣性比較豐富，89%以上的表型得到保留，CR值較高。由于LDSS(30%)的種質數量較少且變異系數較大，選擇LDSS(30%)作為螺絲椒專項核心種質比較合適。

圖1 基于園藝性狀的螺絲椒種質聚類分析

性狀項目種質類群ⅠⅡⅡ-1Ⅱ-2株高平均值/cm84.2890.5887.01107.69▲▲變異系數/%12.1512.538.1712.05株幅平均值/cm74.8479.1378.6481.51變異系數/%8.7313.6013.6614.42果縱徑平均值/cm24.34**19.6220.21▲▲16.79變異系數/%9.7913.3511.3214.42果橫徑平均值/cm2.783.91**3.923.84變異系數/%20.0412.4113.346.59果梗長平均值/cm4.454.494.504.44變異系數/%8.6611.8612.548.61葉片長平均值/cm11.8912.8112.4514.55▲▲變異系數/%18.9714.9215.036.33葉片寬平均值/cm5.426.70**6.457.88▲▲變異系數/%19.0721.8223.141.71主莖高平均值/cm19.4719.6519.1821.90▲變異系數/%21.3513.9214.077.73

續(xù)表4 螺絲椒種質各類群園藝性狀

注：*和**分別表示類群Ⅰ和類群Ⅱ在0.05和0.01水平上差異顯著和極顯著；▲和▲▲分別表示類群Ⅱ-1和類群Ⅱ-2在0.05和0.01水平上差異顯著和極顯著。

表5 不同取樣比例構建的專項核心種質檢驗指標比較

3 結論與討論

我國辣椒資源豐富，但其分類還沒有統一標準，王利群等[27]建議按照園藝學性狀中的果實形狀、果實辣味程度、熟性等對辣椒資源進行分類。鑒于螺絲椒的“螺絲”性狀主要由“果實表面皺縮程度”來描述，不妨以此作為一個分類依據，為螺絲椒的資源收集及科研交流工作提供參考。目前，關于辣椒果實表面皺縮程度的研究報道較少。蔣向輝等[28]用60Co-γ射線輻射懷椒6號，從后代中篩選到1株株高矮、側枝少且果皮皺縮的突變體，認為突變體性狀由隱性基因控制，并篩選到3個多態(tài)性RAPD標記。

本研究通過對收集到的45份螺絲椒資源的20個表型性狀進行多樣性分析，結果表明，螺絲椒種質的遺傳多樣性豐富，質量性狀中多樣性指數最高的2個性狀是青熟果色(1.343)和果形(1.022)；數量性狀中多樣性指數最高的3個性狀是果縱徑(2.035)、株幅(2.013)和主莖高(2.009)，變異系數最大的是果形指數(35.78%)，其次是葉片寬(23.22%)、主莖粗(21.73%)和果橫徑(21.26%)。數量性狀的多樣性普遍高于質量性狀，這與趙紅等[29]的研究結果一致。根據聚類分析結果可將螺絲椒種質分為2個類群，類群Ⅰ的主要特征是果實較長、較細，果形偏長指形，而類群Ⅱ的果實較短、較粗，果形偏長牛角形或長羊角形。赫衛(wèi)等[30]在對辣椒進行聚類分析時認為，果形是辣椒分類最重要的依據，本研究結果證實了這一觀點。類群Ⅱ可再分為2個子類群，其中類群Ⅱ-2的主要特征是植株高大，葉片寬大，但是果實長度和果形指數較小。類群Ⅰ和類群Ⅱ的螺絲椒種質可以分別用于不同果形的育種實踐，子類群Ⅱ-2中的植株高大性狀也可在株型育種中加以利用。

在構建核心種質時采用聚類法是較好的取樣方案。蘇艷[24]在聚類取樣法中比較了逐步聚類隨機取樣法(Stepwise cluster based on random sampling，SCR)和LDSS法，認為LDSS法的取樣次數多，工作量較大，但得到的核心樣本代表性強，優(yōu)于SCR法，所以本研究采用LDSS法，按照不同的取樣比例構建螺絲椒候選專項核心種質。結果表明，當取樣比例為30%時，候選種質的多樣性比較豐富(1.287)，89.83%的表型得到保留，CR較高(93.50%)，CV較大(23.23%)，適合作為螺絲椒專項核心種質。李自超等[31]研究認為，當原始種質庫中資源數量較多時其核心種質的取樣比例可小一些，但是總資源份數較少時取樣比例可以適當增大。本研究的原始種質數量不多，所以取樣比例相對較大，未來可以考慮加大種質資源的收集力度，尤其是一些特色種質，進一步加強引進和研究。

本研究構建的螺絲椒專項核心種質在針對辣椒“螺絲”性狀的改良和高效利用中意義重大，同時所構建的專項種質還可以作為辣椒核心種質的一個子集，與其他核心種質構成合成核心種質，為辣椒育種提供更多元化的選擇。

致謝：感謝新鄉(xiāng)市農牧局的蘇艷女士在專項核心種質構建中給予的指導和建議。