41 份辣椒種質(zhì)資源果形果色及其相關性狀的聚類分析

白健君，郭詠梅，段旭東，郭妮妮，王軍娥

（山西農(nóng)業(yè)大學 園藝學院，山西 太谷 030801）

辣椒（Capsicum annuumL.），茄科辣椒屬植物，又名彩椒、甜椒、菜椒、小米辣、簇生椒，是重要的蔬菜和調(diào)味品［1，2］。辣椒果實營養(yǎng)豐富，富含維生素C、糖類、蛋白質(zhì)以及辣椒素等多種營養(yǎng)物質(zhì)，在餐桌中占很重要的位置。中國辣椒年產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的50% 以上，播種面積和產(chǎn)值均居蔬菜首位［3］。辣椒品種繁多，果形、果色、株形等多種多樣，特別是觀賞辣椒既可供觀賞又可供食用，隨著我國人民生活水平的提高，觀賞辣椒在觀光生態(tài)農(nóng)業(yè)、都市農(nóng)業(yè)和家庭種植中都具有舉足輕重的地位［3，4］。

國內(nèi)外在辣椒的選種、引種、抗逆性、品質(zhì)研究以及分子育種等方面均取得了較大的進展［4］。利用形態(tài)學評價方法并借助多元統(tǒng)計分析不僅簡單、直觀、實用，還可以從不同角度對植株的表型作較為全面客觀的分析［4］。前人應用主成分分析、聚類分析、相關性分析以及通徑分析進行了不同作物的品質(zhì)、產(chǎn)量、品種、土壤養(yǎng)分等方面的評價［4～12］。蔣向輝等［9］采用形態(tài)學標記，運用譜系聚類分析方法對9 份觀賞辣椒種質(zhì)資源進行了植物學性狀比較和遺傳多樣性研究，為觀賞辣椒種質(zhì)收集、鑒定、創(chuàng)新、合理利用和雜交育種中的親本選配提供了科學依據(jù)。朱曉林等［10］以培育的29 份無限生長型番茄為材料，采用相關性、通徑與主成分為主的評價方法從番茄內(nèi)在品質(zhì)與外在特征等方面綜合分析其12 個農(nóng)藝性狀指標，為番茄品種選育提供了一定的理論指導。王丹丹等［11］對來自不同地區(qū)的14 個辣椒品種的11 個農(nóng)藝性狀進行了相關性分析、主成分分析和聚類分析，篩選出了適宜石家莊地區(qū)早春塑料大棚栽培的辣椒品種。Lawali 等［12］對尼日利亞西北部的10 種高粱（雙色高粱）進行了評估，確定了與生物質(zhì)量改善直接相關的高粱特征之間的相關性，為傳統(tǒng)育種方案的選擇奠定了基礎。

本試驗對41 份辣椒種質(zhì)資源依據(jù)果形和果色進行了分類，并對其主要的農(nóng)藝性狀進行了相關性分析和聚類分析，旨在對現(xiàn)有辣椒種質(zhì)資源的表型特征進行分析，為今后辣椒的果形分類、選種以及應用提供參考。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

供試材料為山西農(nóng)業(yè)大學園藝學院保存的41份辣椒種質(zhì)，主要包括已經(jīng)純化的自交系材料、部分雜交種資源材料以及從其它地方引進的材料，見表1。

表1 供試辣椒材料Table 1 Test pepper materials

1. 2 試驗設計

試驗在山西農(nóng)業(yè)大學園藝學院完成。2019 年2 月播種，采用穴盤育苗方式；2019 年5 月定植于園藝站試驗地，進行正常的栽培管理。采用隨機區(qū)組排列，3 次重復，每個小區(qū)定植18 株，株距30 cm，行距50 cm。試驗地光照充足，栽培管理措施和水肥條件均相同，病蟲害防治按常規(guī)條件進行。

1. 3 測定指標及方法

1. 3. 1 農(nóng)藝性狀

根據(jù)李錫香［13］《辣椒種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》，采用目測的方法對辣椒的25 個表型指標進行觀察記錄，主要包括：子葉顏色、下胚軸顏色、株型、分枝性、主莖色、莖茸毛、葉形、葉色、葉緣、葉面茸毛、葉面特征、花冠顏色、花藥顏色、花柱顏色、花柱長度、花梗著生狀態(tài)、青熟果色、果面棱溝、果面光澤、果面特征、果肩形狀、果頂形狀、果臍附屬物、果基部宿存花萼和老熟果色，并于定植后至開花前進行株高、株幅、葉長、葉寬、葉柄長的觀測記錄。數(shù)據(jù)每兩周進行一次記錄，每個品種隨機取5 株進行測量，取平均值。

1. 3. 2 果形指標

分別取生長期為10、30、40、50 d 的果實進行觀測，測定指標包括：果實橫徑、果實縱徑、單果重、果梗長度、果肉厚、心室數(shù)、胎座大小、外果皮厚薄、果肩形狀和果頂形狀。單果質(zhì)量用電子天平稱量（精度為0. 000 1 g），果實橫徑、果實縱徑、果梗長度、果肉厚用游標卡尺測量（精度為0. 01 mm），其余指標根據(jù)李錫香［13］的《辣椒種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》采用目測法進行觀測。每個品種隨機取5 株上的5 個辣椒果實進行測量，取平均值。

1. 4 數(shù)據(jù)分析

所有測定數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2019 進行統(tǒng)計。先對辣椒種質(zhì)資源進行了果色分析及果形的分類，然后對表型進行變異系數(shù)和相關性分析，并對所測的10 個與果形相關的指標進行聚類分析；根據(jù)李錫香［13］《辣椒種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》對測定數(shù)據(jù)進行標準化處理，用軟件IBM SPSS Statistics 26 進行數(shù)據(jù)整理，采用可變類平均法進行聚類分析，種質(zhì)指標間的距離為歐氏距離（D）。

2 結果與分析

2. 1 辣椒種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀的變異

從表2 可以看出，33 個農(nóng)藝性狀的平均變異系數(shù)為57. 25%。其中，葉面絨毛的變異系數(shù)最大，達到360. 32%，其次為果臍附屬物和莖絨毛，變異系數(shù)分別為148. 58% 和106. 67%。果肩形狀和單果重的變異系數(shù)也均超過了90%，下胚軸顏色、花冠顏色、花柱顏色、花梗著生狀態(tài)、果面棱溝、果頂形狀、外果皮厚薄、商品果縱徑、果肉厚的變異系數(shù)均超過了50%。果面光澤的變異系數(shù)最小，為0，說明供試材料的果面光澤都是一樣的，沒有變化，均為果面有光澤。以上試驗結果分析表明：葉面絨毛、果臍附屬物、莖絨毛、果肩形狀、單果重、下胚軸顏色、花冠顏色、花柱顏色、花梗著生狀態(tài)、果面棱溝、果頂形狀、外果皮厚薄、果實縱徑和果肉厚這些性狀具有很好的多樣性和較強的選擇潛力。

表2 辣椒種質(zhì)資源的變異Table 2 Variation of pepper germplasm resources

2. 2 辣椒種質(zhì)資源的果形分類

對不同發(fā)育時期辣椒果實性狀進行觀測記錄，并根據(jù)果形特征進行了分類（表3，圖1）?，F(xiàn)有的辣椒材料果形豐富，包含了風鈴椒和螺絲椒在內(nèi)的11 種果形。其中，包括O1、O3、O7 等品種在內(nèi)的短錐形辣椒最多，有15 個品種，此類辣椒株型比較矮小，顏色鮮艷，可食用亦可觀賞；其次為短羊角形和短牛角形的辣椒品種較多，此類辣椒株型相比于短錐形辣椒較高，果實肉質(zhì)較厚，風味濃，辣味也足，宜食用；品種O24 及其變種O23 果形為線性，此品種辣椒果形為長線性，單果重量較大，果面光澤度好，辣味濃，品質(zhì)佳，單株果數(shù)多，果面較硬，適合長途運輸，亦鮮食和加工栽培，而且此品種辣椒栽培適應性廣，屬早中熟品種，抗病性良好，適合做生產(chǎn)用種；而果形較為特殊的O17（圓形）、O16（燈籠螺絲椒）和O26（風鈴椒）株型適中且較緊湊，顏色鮮艷，品質(zhì)良好，可觀賞也可食用，觀賞價值較高。

圖1 辣椒果形Fig.1 Pepper fruit shape

表3 辣椒的果形分類Table 3 Fruit shape classification of pepper

2. 3 辣椒種質(zhì)資源的果色變化

表4 記錄了不同發(fā)育時期辣椒果實的果色變化，結果表明：在果實發(fā)育初期（膨大期）辣椒材料的果實顏色多呈現(xiàn)黃綠色、淺綠色、綠色和紫色，成熟期則多為鮮紅或暗紅色，少數(shù)品種在果實發(fā)育后期會變成橙黃色。在綠熟期果實顏色呈乳黃色、淺綠色、綠色和紫色，其中紫色辣椒因富含花青素而呈現(xiàn)紫色，此類辣椒營養(yǎng)較為豐富，觀賞價值也極高。材料O12-3 在綠熟期極為特殊，它的果實顏色一半為紫色，一半為綠色，其形成原因有待進一步探究。在轉色期（40 d 左右）所有辣椒材料的果實顏色均為橙色。通過觀察記錄辣椒材料在不同發(fā)育時期的果實顏色變化，可以看出辣椒材料具有豐富的果色。

表4 辣椒在不同發(fā)育時期的果色變化Table 4 Fruit color changes of peppers at different developmental stages

2. 4 辣椒種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀的相關性分析

表5 是辣椒種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀的相關性分析結果，可以看出每個性狀均至少與2 個其它性狀極顯著相關。通過相關性可以構建一個基于性狀的網(wǎng)絡，分析發(fā)現(xiàn)：與果色和果形相關的性狀不僅極顯著相關的性狀多，且位于依據(jù)相關性所構建網(wǎng)絡的關鍵節(jié)點。子葉顏色、下胚軸顏色、主莖色、葉色、花冠顏色、花藥顏色、花柱長度、果面棱溝和單果重是關鍵性狀。

表5 辣椒種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀的相關性分析Table 5 Correlation analysis of main agronomic traits of pepper germplasm resources

與單果重顯著相關的性狀最多，達到13 個，覆蓋了莖、葉、花、果及植株整體的形態(tài)性狀，可以說植株的各個方面均間接影響著產(chǎn)量。單果重與果形相關的性狀，包括果實橫徑（0. 839＊＊）、心室數(shù)（0. 691＊＊）、果肉厚（0. 622＊＊ ）、胎 座大小（0. 515＊＊）、果頂形狀（0. 436＊＊）、果肩形狀（0. 405＊＊）呈極顯著相關，表明果形對于果實重量有極大的影響，間接影響著辣椒的產(chǎn)量。果形與果實縱徑（0. 503＊＊）、分枝性（-0. 427＊＊）和子葉顏色（-0. 405＊＊）3 個性狀呈極顯著相關。

觀測的8 個與顏色相關的性狀，分別為子葉顏色、下胚軸顏色、主莖色、葉色、花冠顏色、花藥顏色、青熟果色和老熟果色，與葉形、株型、果面特征、果面棱溝、花柱長度等性狀極顯著相關，且這8 個與顏色相關的性狀之間也存在一定的相關性；調(diào)查的15 個與果形相關的性狀（果面棱溝、果面特征、果肩形狀、果頂形狀、果臍附屬物、果基部宿存花萼、心室數(shù)、胎座大小、外果皮厚薄、果實橫徑、果實縱徑、單果重、果梗長、果肉厚和果形）與子葉顏色、主莖色、葉色、花冠顏色、花柱顏色等性狀極顯著相關。以上結果說明辣椒果形性狀間存在著相關性，且辣椒材料的顏色性狀和果形性狀間也存在一定相關性。

2. 5 辣椒種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀的聚類分析

將統(tǒng)計到的辣椒種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)進行標準化處理后，使用類平均法進行聚類分析（圖2）。由圖2 可知：在歐式距離為3. 5 處可以將41份辣椒資源分為5 個組群：

圖2 辣椒種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀的聚類分析譜系圖Fig.2 The pedigree diagram of the cluster analysis of the main agronomic traits of pepper germplasm resources

第1 組群性狀差異較大，包括O25、O31 等29 份辣椒材料，此群組辣椒材料多為短錐形、短羊角形以及短牛角形，株型直立或半直立，分支性較強，莖上有少許茸毛或無茸毛，青熟果色多為綠色或紫色，老熟果色為鮮紅或暗紅，外果皮較薄，果面光滑，果肩平直或鈍圓，早中熟性，單果重量較輕。此類辣椒種質(zhì)資源可食用，也有部分品種植株矮小，色彩艷麗，可做盆栽觀賞。

第2 組群包括O26、O16 和O16-1 三份材料，包括螺絲椒和風鈴椒。螺絲椒株型較直立，分支性較弱，莖上無茸毛，葉面微皺，花冠多為白色，青熟時為綠色，果面棱溝較為明顯，果頂鈍圓甚至凹陷，老熟時為鮮紅（偶有變種呈現(xiàn)橙色），果實較大，坐果能力強，辣味濃品質(zhì)較佳，宜食用；而風鈴椒植株較大，莖干粗壯，分枝較強，冠幅可達1 m 以上，葉片綠色、卵形，葉柄長3～4. 8 cm，葉片長8～9 cm，每葉腋處著生一朵花，花為白色，果實奇特，果長5 cm 左右，燈籠型，果四周有不規(guī)則凹凸，中間突出如乳頭狀，單果重3. 5～6 g，幼果綠色，成熟后深紅色，宛如一只只倒掛金鐘，非常艷麗，單株結果數(shù)可達上百個。可觀賞也可食用，觀賞期達半年之久，屬晚熟品種。

第3 組群有O20 和O24 兩份材料，中早熟，長勢強，株型緊湊，果實長線形，果面較皺，果色由綠色轉鮮紅色，光澤度好，果長10 cm 左右，果徑1～2 cm，單果重10 g 左右，辣度較高，宜鮮食或做其他辣椒產(chǎn)品。

第4 組群包括O4、O5、O6 等6 份材料，此類辣椒長勢強，株型較為緊湊，果面有淺棱溝，無果肩，果頂細尖，外果皮較薄，單果重2～3 g，果長4. 5～6. 0 cm，辣味濃，宜鮮食。

第5 組群只有O23 一個辣椒材料，此辣椒品種為O24 的變種，與O24 相比，葉色較深，花柱較短，果實更長。

3 討論

農(nóng)藝性狀的鑒定和描述是種質(zhì)資源研究最基本的方法與途徑，具有直觀、簡便、易行、快速等特點［8］。相關性分析和聚類分析等多元分析方法能較好地處理大量復雜數(shù)據(jù)，并找出相關規(guī)律，特別是針對大量材料和多個農(nóng)藝性狀考察有優(yōu)勢，可以有效的指導育種工作［14，15］。

種質(zhì)資源是遺傳育種和雜交組合選配的基礎，本試驗對41 份辣椒種質(zhì)資源的主要農(nóng)藝性狀進行了觀測記錄，并對其進行了變異系數(shù)分析，結果說明辣椒材料多個性狀具有很強的多樣性，可選擇性較強，具有豐富的遺傳變異，在雜交和自交育種時可著重關注這些性狀，從而選擇出優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、可觀賞性強的優(yōu)良品種。同時，多個研究結果表明，在眾多果實性狀中單果重的變異系數(shù)都較大，說明其遺傳最不穩(wěn)定，易受環(huán)境影響。因此，在觀賞辣椒的栽培及推廣上應注意對環(huán)境田間的把控，盡量減少優(yōu)良觀賞性狀的變異程度以提高果實的觀賞價值［15～17］。

通過對辣椒品種發(fā)育時期果色和果形變化的觀測記錄，并對主要農(nóng)藝性狀進行了相關性分析和聚類分析，了解了各品種的表型特征，明確了各性狀間的相關關系，也為性狀的選擇和育種方向的多元化提供了思路。在本試驗農(nóng)藝性狀相關性分析中，果橫徑與單果重呈極顯著正相關，單果重與果頂形狀呈顯著正相關，這與徐睿等［15］的研究結果一致；而果縱徑與果梗長、果肩形狀與果頂形狀呈極顯著正相關與林子翔等［18］的研究結果一致，但以上兩位學者關于果實性狀方面的研究中也存在一些研究結果與本試驗略有不同，這可能與供試材料類型和栽培條件的差異有關。從整體來看，果縱徑、果形指數(shù)、果梗長、果形和其他大部分性狀指標呈負相關。因此，在果實優(yōu)質(zhì)品質(zhì)選育時要考慮與目標性狀呈負相關性狀的指標對育種目標的影響。在聚類分析時，對主要農(nóng)藝性狀進行了系統(tǒng)分析，可以為辣椒的品種選育、栽培管理及其應用提供一定理論依據(jù)；從觀賞角度講，可以選擇果色鮮艷、果形奇特的材料，如O1 顏色艷麗、植株矮小、成熟期較短、果期較長，可做盆栽觀賞用；O26 果形奇特，宛如倒掛的金鐘，可做觀賞用，但成熟期較晚，種植時要考慮種植時間和氣候條件；從食用角度講，單株果數(shù)多、辣味濃的O4、O24、O16 等均宜鮮食或制作其他辣椒產(chǎn)品；從色素加工角度講，O8、O27、O33等辣椒綠熟期時果實呈紫色，富含大量的花青素，其營養(yǎng)價值較高，亦可鮮食或進行色素加工。在新品種選育過程中，應根據(jù)育種目標，適當調(diào)控各主成分的大小，從而選育適合市場需求的優(yōu)良品種。另外，41 份辣椒種質(zhì)資源的聚類分析結果與其植物學分類存在一定關系，植物學分類是根據(jù)植物的特征、植物間的親緣關系、演化的順序對植物進行的分類，而聚類分析結果不僅綜合考慮了這些辣椒材料的植物學特征，同時結合其果形、果色、觀賞性、食用性等諸多特征進行聚類，屬于園藝學分類，對辣椒材料的選育及應用具有重要的意義［19］。

本研究將辣椒果實依據(jù)其果色和果形進行系統(tǒng)分類，應用多元統(tǒng)計分析的方法對辣椒種質(zhì)資源的主要農(nóng)藝性狀進行變異系數(shù)分析、相關性分析及聚類分析，較全面的對辣椒的主要農(nóng)藝性狀進行了描述與分析。然而，相關性分析只是一種反映各性狀間的密切程度的分析方法，并不能真正反映各性狀對辣椒是否存在直接作用，若想進一步評價各個性狀對辣椒觀賞性的貢獻大小，則需要開展各個性狀與觀賞性之間的通徑分析［20］。

4 結論

本研究分析了41 份辣椒種質(zhì)資源的遺傳多樣性，結果表明：現(xiàn)有辣椒材料共有11 種果形，各辣椒材料在不同發(fā)育時期的果色變化也極為豐富；通過對變異系數(shù)進行分析，發(fā)現(xiàn)葉面絨毛、果臍附屬物、莖絨毛、果肩形狀、單果重、下胚軸顏色、花冠顏色、花柱顏色、花梗著生狀態(tài)、果面棱溝、果頂形狀、外果皮厚薄、果縱徑和果肉厚的變異系數(shù)較高，說明其具有良好的遺傳變異性；辣椒形態(tài)學性狀間存在較高相關性，與果色和果形顯著相關的性狀多。此外辣椒材料與果形相關的性狀之間、與顏色相關的性狀之間存在著相關性，且辣椒材料的顏色性狀和果形性狀間也存在著相關性。