江蘇省辣椒地方種質(zhì)資源表型性狀的 遺傳多樣性評價

潘寶貴 郭廣君 刁衛(wèi)平 劉金兵 高長洲 顏 偉 王述彬*

（1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所， 江蘇省高效園藝作物遺傳改良重點實驗室， 南京 210014； 2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院種質(zhì)資源與生物技術(shù)研究所， 南京 210014）

辣椒屬（Capsicumspp.）起源于中南美洲，包含5個栽培種和22個野生種[1]。辣椒具有豐富的種質(zhì)資源，研究辣椒種質(zhì)資源的遺傳多樣性，有利于辣椒種質(zhì)資源的收集、保存、鑒定、創(chuàng)新和利用。在辣椒表型性狀的遺傳多樣性研究方面，基于種質(zhì)資源的植株、莖、葉、花、果、種子數(shù)量性狀和質(zhì)量性狀，可以將種質(zhì)資源按照屬種、地理分布劃分為不同的群體，各群體間表型性狀的差異明顯[2-4]。在分子標記應(yīng)用于辣椒種質(zhì)資源的遺傳多樣性研究方面，利用AFLP、ISSR、SSR、SNP等標記，同樣可以按照屬種、地區(qū)將種質(zhì)資源劃分為不同的群體，且與表型性狀的聚類結(jié)果具有較好的一致性[5-8]。

辣椒大約于明未清初傳入中國[9]，在江蘇省最早記載見于《江陰縣志》（1640年）[10]，在漫長歷史的生態(tài)環(huán)境適應(yīng)的過程中，形成了不同類型的地方品種。據(jù)《中國蔬菜品種資源目錄》，江蘇省辣椒地方種質(zhì)資源有南京早椒、海門小紅椒、蘇州蜜早椒等。在江蘇省地方種質(zhì)資源利用上，江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院等單位于1972年以南京早椒為母本、上海茄門為父本，育成我國第一個辣椒雜交一代品種早豐1號[11]；在此之后，我國利用南京早椒及其變異系、改良系等，育成了蘇椒5號（1994年）、贛豐5號（2002年）、江蔬7號（2005年）、蘇椒11號（2006年）、良嬌3313號（2012年）、蘇椒17號（2013年）、昌蔬2號（2018年）、蘇椒1614（2018年）、春早1號（2019年）等品種，推動了我國辣椒雜交一代品種的更新?lián)Q代。

2015年，國家啟動了“第三次全國農(nóng)作物種質(zhì)資源普查與收集行動”。2016—2018年，江蘇省調(diào)查了13個市、60個縣區(qū)，搜集到35份辣椒種質(zhì)資源，包含28份地方品種和7份商業(yè)品種。2019—2020年，江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所承擔(dān)了辣椒種質(zhì)資源的擴繁與鑒定工作。本文通過植株、葉片、花、果實等表型性狀，對28份辣椒地方種質(zhì)資源進行遺傳多樣性分析，以期為辣椒種質(zhì)資源的保護和利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

依托“第三次全國農(nóng)作物種質(zhì)資源普查與收集行動”，在江蘇省收集到的28份辣椒地方種質(zhì)資源，種質(zhì)名稱、采集編號、采集地等信息見 表1。

1.2 試驗方法

試驗在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合動物科學(xué)試驗基地（南京市六合區(qū)）進行。2019年試驗于1月3日播種育苗、3月27日定植；2020年試驗于1月13日播種育苗、3月23日定植。采用8 m寬塑料大棚栽培，單畦雙行，畦間距80 cm，行距50 cm，株距50 cm，小區(qū)面積4 m2，順序排列，不設(shè)重復(fù)。水、肥、藥等日常管理同生產(chǎn)。

根據(jù)《辣椒種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》[12]， 門椒成熟期調(diào)查株型、株高、株幅、分枝類型、分枝性、主莖色、首花節(jié)位等7個性狀，四門斗始花期調(diào)查葉形、葉色、葉片長、葉片寬、葉柄長等5個性狀，門椒始花期調(diào)查花梗著生狀態(tài)、花冠色、花冠斑點、花藥色、花柱色、花柱長度、單節(jié)葉腋著生花數(shù)等7個性狀，對椒成熟期調(diào)查果形、果面棱溝、果面特征、宿存花萼、果臍附屬物、果肩形狀、果頂形狀、青熟果皮色、單果質(zhì)量、商品果縱徑、商品果橫徑、果肉厚度、心室數(shù)、胎座大小、辣味等15個性狀，對椒老熟期調(diào)查老熟果皮色。

采用Microsoft Excel 2016軟件整理、歸納試驗數(shù)據(jù)。對于質(zhì)量性狀，按照分級標準統(tǒng)計分布頻率；對于數(shù)量性狀，調(diào)查10株或10果，根據(jù)平均值（M）和標準差（S）將所有材料分為10級并統(tǒng)計分布頻率，其中第1級性狀表型值＜M-2S，第10級性狀表型值≥M+2S，每級跨度0.5S；計算變異系數(shù)（CV）和Shannon指數(shù)（H′），H′= -∑PiLnPi，式中Pi表示具有第i個性狀類型的試驗材料的頻率[13]?；诨?、果實的23個性狀，采用DPS 7.05軟件進行辣椒種質(zhì)資源的聚類分析，聚類距離為歐氏距離，聚類方法為類平均法（UPGMA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 江蘇省辣椒地方種質(zhì)資源的分布

2016—2018年，調(diào)查了江蘇省13個市、60個縣區(qū)，共收集到28份辣椒地方種質(zhì)資源，見表1。泰州市收集到辣椒種質(zhì)資源6份，占比21.4%；鹽城市和宿遷市各收集到5份，各占比17.9%；徐州市、南通市和淮安市各收集到3份，各占比10.7%；鎮(zhèn)江市收集到2份，占比7.1%；揚州市收集到1份，占比3.6%。南京市、無錫市、常州市、蘇州市和連云港市等5市則沒有收集到辣椒種質(zhì)資源。

表1 江蘇省辣椒地方種質(zhì)資源信息

2.2 辣椒地方種質(zhì)資源質(zhì)量性狀的遺傳多樣性分析

辣椒地方種質(zhì)資源的23個質(zhì)量性狀表現(xiàn)出不同程度的多樣性（表2）。株型分為半直立（67.86%）和直立（32.14%）；分枝類型以無限生長為主（89.29%）；主莖色以綠色為主（92.86%）。葉形分為卵圓形（3.57%）和長卵圓形（96.43%）；葉色以綠色為主（89.29%），其次為深綠色（10.71%）?；ü谏譃榘咨?9.29%）和紫色（10.71%），其中1份（3.57%）種質(zhì)資源（2018321007）花冠具有斑點，為漿果狀辣椒（C.baccatumL.）的特征；花梗著生狀態(tài)包括下垂（32.14%）、側(cè)生（28.57%）和直立 （39.29%）。

表2 辣椒種質(zhì)資源質(zhì)量性狀的遺傳多樣性分析

果形以羊角形（46.43%）、牛角形（21.43%）、錐形（10.71%）為主，同時有燈籠（7.14%）、指形（7.14%）等，其中1份（3.57%）種質(zhì)資源（2018321007）果實冠形，為漿果狀辣椒的特征；青熟果皮色有綠色（78.57%）、淺綠色（7.14%）、紫色（7.14%）、紫黑色（3.57%），老熟果轉(zhuǎn)為紅色（89.29%）、橙黃色（7.14%）、橘紅色（3.57%）。

23個質(zhì)量性狀Shannon指數(shù)為0～1.54，變異系數(shù)0～64.62%。果形的Shannon指數(shù)為1.54，變異系數(shù)為41.89%；果肩形狀的Shannon指數(shù)為1.14，變異系數(shù)為61.97%；花梗著生狀態(tài)的Shannon指數(shù)為1.09，變異系數(shù)為41.40%，表明這些性狀具有較高的遺傳多樣性（H′＞ 1）。辣味、果臍附屬物、花冠斑點、葉形、主莖色、花柱長度等性狀的Shannon指數(shù)較低，其中辣味的Shannon指數(shù)為0，表明28份種質(zhì)資源均具有辣味。

2.3 辣椒地方種質(zhì)資源數(shù)量性狀的遺傳多樣性分析

從表3可以看出，12個數(shù)量性狀的Shannon指數(shù)為0.64 ～ 2.01，變異系數(shù)14.01% ～ 104.71%。株高等11個性狀具有較高的遺傳多樣性（H′＞ 1.5），其中株高平均為109.4 cm，Shannon指數(shù)最高為2.01；其次為首花節(jié)位平均為16.8節(jié)，Shannon指數(shù)為2.00；商品果縱徑平均為9.5 cm，Shannon指數(shù)為1.93；株幅平均為73.9 cm，Shannon指數(shù)為1.93。單節(jié)葉腋著生花數(shù)的Shannon指數(shù)為0.64，遺傳多樣性較小。單果質(zhì)量的變異系數(shù)最高為104.71%，其次為商品果橫徑46.95%、商品果縱徑42.39%；葉片長的變異系數(shù)最小為14.01%，其次為心室數(shù)15.42%和葉柄長15.42%。

表3 辣椒種質(zhì)資源數(shù)量性狀的多樣性分析

2.4 江蘇辣椒地方種質(zhì)資源的聚類分析

基于花、果實的23個農(nóng)藝性狀，采用類平均法（UPGMA）對28份辣椒地方種質(zhì)資源進行聚類分析，結(jié)果見圖1。在歐氏距離為11時，將28份地方種質(zhì)資源分成2個類群。類群I包含27份資源，花冠白色或紫色，果實燈籠形、羊角形、牛角形，屬于一年生辣椒（C.annuumL.）；類群II僅1份資源，花冠綠白色，具斑點，果實冠形，屬于漿果狀辣椒。在歐氏距離為8時，類群I又可以分為I-a、I-b和I-c等3個亞群。亞群I-a包含17份資源，果實羊角形、牛角形、錐形等，平均單果質(zhì)量6.4 g，果實縱徑7.7 cm，果實橫徑1.3 cm，為小果型種質(zhì)資源；亞群I-b包括9份資源，果實羊角形、牛角形、錐形等，平均單果質(zhì)量30.4 g，果實縱徑12.8 cm，果實橫徑 2.6 cm，為大果型種質(zhì)資源；亞群I-c僅包括1份表型特異資源，果實燈籠形，單果質(zhì)量7.5 g，果實縱徑2.3 cm，果實橫徑2.8 cm。

圖1 江蘇省辣椒地方種質(zhì)資源的聚類分析注：材料編號見表1。

2.5 江蘇辣椒地方種質(zhì)資源的用途與評價

根據(jù)辣椒種質(zhì)資源的調(diào)查信息，28份種質(zhì)資源主要分為3種用途。以鮮食為主的種質(zhì)資源有13份（46.43%），以亞群I-b為主，如燈籠 椒（2016321503）、新螺 絲 椒（2016322006）、土辣椒（2016323647）等，單果質(zhì)量、商品果縱徑、商品果橫徑較大，微辣。以調(diào)味為主的種質(zhì)資源有10份（35.71%），以亞群I-a為主，如釘子椒（2016321502）、小紅辣椒（2018322008）、佛手椒（2018321309）等，辣味較濃，當?shù)鼐用癯Ｓ糜谧袅?、干制、腌制等。觀賞為主的辣椒資源有5份（17.86%），如五色椒（2016321511）、花辣椒（2018321007）、紫辣椒（2018321008）等。在28份地方種質(zhì)資源中，五色椒（2016321511）表型性狀特異，株高86 cm，株幅43 cm，花冠7瓣，淺紫色，單株坐果數(shù)120個左右，果實燈籠形，青熟果紫色，老熟果紅色，單果質(zhì)量7.5 g，商品果縱徑2.3 cm，商品果橫徑2.8 cm，心室數(shù)3～6個，微辣（圖2）。

圖2 五色椒（2016321511）的花和果實

3 討論

辣椒傳入我國已有400多年歷史，在生態(tài)環(huán)境適應(yīng)和人工選擇過程中，形成了為數(shù)眾多的地方種質(zhì)資源?！暗谌稳珖r(nóng)作物種質(zhì)資源普查與收集行動”實施以來，湖北省收集到辣椒地方種質(zhì)資源120份[14]，廣西省144份[15]，江西省193份[16]。2016—2018年，江蘇省搜集到28份辣椒地方種質(zhì)資源，主要由部分自然村落的一些農(nóng)戶保留，屬于種質(zhì)資源較少的省份。根據(jù)調(diào)查與普查的結(jié)果，導(dǎo)致江蘇省辣椒地方種質(zhì)資源不多的原因可能有兩點：一是江蘇省位于東經(jīng)116°18′～121°57′、北緯30°45′～35°20′之間，以平原為主，生態(tài)環(huán)境相對單一；二是江蘇省辣椒生產(chǎn)規(guī)?；潭容^高，90%為設(shè)施生產(chǎn)、10%為露地生產(chǎn)，均采用雜交一代品種，間接或直接影響了當?shù)剞r(nóng)戶的種植習(xí)慣。

辣椒種質(zhì)資源遺傳多樣性是辣椒育種的基礎(chǔ)，是解決當前國內(nèi)辣椒育種優(yōu)異種質(zhì)資源缺乏、遺傳背景狹窄的前提與基礎(chǔ)[17]。對331份我國辣椒核心種質(zhì)資源的多樣性研究表明，質(zhì)量性狀Shannon指數(shù)0.17～2.41，較高的有果形、莖茸毛、果肩形狀、熟性等，數(shù)量性狀Shannon指數(shù)1.48～2.08，較高的有株高、開展度、葉柄長等[2]。對86份云南小米辣資源的多樣性研究表明，質(zhì)量性狀Shannon指數(shù)較高依次為葉色、莖茸毛，數(shù)量性狀Shannon指數(shù)較高的依次為果肉厚、株幅、首花節(jié)位、熟性、株高 等[3]。本文對江蘇省28份辣椒地方種質(zhì)資源的遺傳多樣性分析表明，果形、果肩形狀、花梗著生狀態(tài)的遺傳多樣性較高（H′＞ 1），株高、首花節(jié)位、商品果縱徑、株幅等11個數(shù)量性狀的遺傳多樣性較高（H′＞ 1.5）。從上述研究結(jié)果來看，由于研究者采用的試驗材料的來源、群體數(shù)量等差異較大，導(dǎo)致質(zhì)量性狀或數(shù)量性狀的遺傳多樣性表現(xiàn)不同程度的差異。

表型性狀是檢驗遺傳變異最直接、最簡便的方法，通過辣椒植株、葉片、花、果實等表型性狀的聚類分析，可以將種質(zhì)資源的來源、屬種等有效區(qū)分開來。趙紅等將我國331份辣椒核心種質(zhì)分為2個群體，群體I多數(shù)為中國辣椒、漿果狀辣椒、絨毛辣椒（C.pubescensRuiz.& Pav.）等，群體II大多數(shù)為一年生辣椒，群組之間表型差異明顯[2]；尹延旭等同樣將引進的97份辣椒資源分為2個類群，類群I為一年生辣椒和中國辣椒（C.chinense Jacq.），類群II為灌木狀辣椒（C.frutescensL.）[4]。本文在歐氏距離為11時，將28份辣椒分為類群I（一年生辣 椒，27份）和類群II（漿果狀辣椒，1份），與已發(fā)表的研究結(jié)果一致，通過表型性狀可將種質(zhì)資源按種屬區(qū)分開來。對主類群的細分上，由于不同研究者采用的試驗材料的來源、聚類性狀等不同，亞群間的差異較大。本文在歐氏距離為8時，按果實的大小將類群I細分為亞群I-a（小果型，平均單果質(zhì)量6.4 g）、亞群I-b（大果型，平均單果質(zhì)量 30.4 g）和亞群I-c（特異型）等3個亞群。

表型性狀聚類與分子標記聚類結(jié)果具有一定的一致性，其中表型性狀直觀，但受環(huán)境影響較大，且所需周期長，分子標記高效便捷，但受標記類型和數(shù)量影響，需要兩者互相結(jié)合和互相印證，以便更好分析辣椒種質(zhì)資源的親緣關(guān)系。在后續(xù)研究中，可以利用種間的特異性標記，對種質(zhì)資源的種屬進行精準鑒定[18]，利用GBS、SSR標記等分子生物學(xué)技術(shù)[7,19-20]，深入研究辣椒地方種質(zhì)資源的遺傳多樣性，從而為我國辣椒種質(zhì)資源的收集、鑒定、保存和利用提供有益支撐。

致謝：魯東大學(xué)園藝學(xué)院的索敏和張海亮兩位同學(xué)，參與了本文中辣椒種質(zhì)資源表型性狀的調(diào)查工作，在此表示感謝。