基于農(nóng)藝性狀解析樂都長辣椒種質(zhì)分化情況

沈吉成，趙彩霞,3，葉發(fā)慧,3，李亞鑫，劉德梅，劉瑞娟，沈?；ⅲ瑥垜褎?3，陳文杰

（1中國科學(xué)院高原生物適應(yīng)與進化重點實驗室/中國科學(xué)院西北高原生物研究所/中國科學(xué)院種子創(chuàng)新研究院，西寧 810008；2青海省作物分子育種重點實驗室，西寧 810008；3中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；4青海大學(xué)，西寧 810016）

0 引言

辣椒是國內(nèi)種植面積最大的蔬菜作物之一，其年種植面積持續(xù)穩(wěn)定在147萬hm2以上[1-2]，國內(nèi)辣椒平均年產(chǎn)量高達(dá)2800萬t，占到世界辣椒產(chǎn)量的46%，辣椒產(chǎn)業(yè)的年產(chǎn)值超過700億元[3-5]。海東市樂都地區(qū)年溫差和晝夜溫差較大，有利于蔬菜光合作用和光合產(chǎn)物的積累[6-7]，成為青海省的辣椒主產(chǎn)區(qū)，主栽辣椒品種主要為當(dāng)?shù)氐乩順?biāo)志農(nóng)產(chǎn)品——樂都長辣椒[8]。該品種具有抗病、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)及經(jīng)濟效益較好等特點，目前在青海辣椒產(chǎn)區(qū)廣泛種植[8]。近年來樂都長辣椒的產(chǎn)量和品質(zhì)出現(xiàn)了不同程度的分化和退化，致使其在當(dāng)?shù)赜兄饾u失去競爭優(yōu)勢的趨勢[9-10]。為更好地保護和開發(fā)樂都長辣椒這個青海地方特色蔬菜種質(zhì)資源，助推青海辣椒產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，筆者在同樣栽培條件下比較分析來自青海不同產(chǎn)區(qū)的4個樂都長辣椒品系的農(nóng)藝性狀，探究其種質(zhì)分化情況，以期為保持樂都長辣椒的高產(chǎn)等優(yōu)良種質(zhì)特性的提純復(fù)壯和改良育種工作提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

研究于2020年1—8月在位于青海省海東市樂都區(qū)的海東高原現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)試驗示范基地的日光溫室內(nèi)進行。日光溫室內(nèi)土壤容重1.31 g/cm3，持水孔隙31.51%，通氣孔隙10.99%，總孔隙度51.97%，pH 6.28。

1.2 試驗材料

供試的4個材料為青海目前生產(chǎn)上種植的4個樂都長辣椒品系，其中樂都1號(LD1)為海東高原現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)育苗中心（樂都）提供的樂都長辣椒，樂都2號(LD2)、樂都3號(LD3)和樂都4號(LD4)分別是在青海3個不同辣椒產(chǎn)區(qū)（互助、民和和湟源）種苗中心的3個不同的日光溫室大棚中隨機取樣的樂都長辣椒（表1）。將上述4份材料的種子在育苗盤中育苗，當(dāng)辣椒苗長到8～10片真葉時按材料分4個小區(qū)定植于海東高原現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)試驗示范基地的1號日光溫室大棚中，每個材料均設(shè)置3次重復(fù)。定植前施約15 m3的牛糞為底肥，深翻整平后，按照壟高度為20 cm、壟面寬度為50 cm、灌溉溝寬50 cm的標(biāo)準(zhǔn)進行起壟，然后覆蓋不透光黑色地膜，每壟栽植2行，株距為0.45 m，植株生長期間采用吊蔓栽培方式，同時進行多蔓整枝方式，按照去內(nèi)不去外、去老不去新、去弱不去強的原則，每株辣椒保留2～3個強壯側(cè)枝吊蔓。其余栽培技術(shù)按常規(guī)管理。

表1 供試材料

1.3 試驗方法

在辣椒收獲期隨機選取LD1、LD2、LD3和LD4各30株，共計120份材料，試驗以LD1作為對照，在辣椒收獲期進行相關(guān)指標(biāo)的測定及評價。

1.4 測定項目

分別利用卷尺和游標(biāo)卡尺對各品種辣椒植株的株高、商品果橫縱徑等形態(tài)指標(biāo)進行測量，測定指標(biāo)以隨機選取的10株作為1次重復(fù)，每個測定指標(biāo)均重復(fù)3次，株高指標(biāo)以土層表面至生長點的高度為標(biāo)準(zhǔn)。在辣椒收獲期間，使用電子秤稱量生產(chǎn)區(qū)域中的成熟綠色果實，并統(tǒng)計單株結(jié)果數(shù)量。

1.5 辣椒農(nóng)藝性狀綜合評價

對所選擇的各評價指標(biāo)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到辣椒各評價指標(biāo)的隸屬度值[11]。具體計算如式(1)。

式中，A(Xi)表示辣椒標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果之后的隸屬度值，Xi表示所要評價的辣椒各指標(biāo)的實驗室測定值，Ximax、Ximin分別代表第i項指標(biāo)中的2個最值。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用Excel繪制圖，SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進行顯著性檢驗及相關(guān)分析，不同處理間的比較采用Duncan’s新復(fù)極差法(P＜0.05)。

2 結(jié)果與分析

如表2所示，LD1株高最長為108.10 cm，LD4株高最低為97.65 cm，LD1株高較LD4顯著增加，增幅為11.00%(P＜0.05)。LD2單株果數(shù)最高為35.20個，其次為LD1（32.00個），LD2單株果數(shù)較LD1顯著增加，增幅為25.71%。LD3單果重最高(80.00 g)，LD1次之(67.25 g)，LD2 單果重最低(63.58 g)，LD3 單果重較LD2增加24.03%，且兩者差異顯著(P＜0.05)。

表2 樂都長辣椒基本農(nóng)藝性狀

由表2可知，不同品種辣椒果實橫徑表現(xiàn)為LD3＞LD1＞ LD2＞LD4。LD1和LD3果肉橫徑較LD4分別顯著增加7.06%和11.10%；LD2果實縱徑最大(188.70 g)，LD1次之(182.61 g)，LD2果實縱徑較LD3顯著增加4.77%；辣椒果肉厚度的變化為LD3＞LD2＞LD1＞LD4，LD3果肉厚度較LD4增加21.12%，兩者差異顯著(P＜0.05)。

如圖1，不同品種辣椒單株產(chǎn)量表現(xiàn)為LD2＞LD1＞LD3＞ LD4。其中LD2單株產(chǎn)量最高(2238.02 g)，LD1次之(2152.00 g)，LD4單株產(chǎn)量最低(1651.20 g)。LD1和LD2單株產(chǎn)量較LD4顯著提高30.33%和35.54%。

圖1 樂都長辣椒產(chǎn)量變化

由表3可知，有3個性狀與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)表現(xiàn)為單株果數(shù)(0.82)＞果肉厚度(0.50)＞單果重(0.34)。單果重與果肉厚度、商品果橫徑呈極顯著正相關(guān)性，同時果肉厚度與商品果橫徑呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)。

表3 樂都長辣椒農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析

如表4所示，由于表征辣椒農(nóng)藝性狀的各指標(biāo)間存在相關(guān)性，各變量之間存在信息上的重疊，使各因子含義不清楚，利用主成分分析可以把多個變量因子歸結(jié)為少數(shù)幾個綜合因子，在減少評價指標(biāo)的同時，還能最小程度減少原始信息損失，通過主成分分析可掌握各性狀在綜合性狀中的貢獻(xiàn)值，進一步篩選重點指標(biāo)[12-13]。

表4 解釋的總方差

將表2中各指標(biāo)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使用SPSS對數(shù)據(jù)進行主成分分析，得到辣椒各評價參數(shù)的相關(guān)矩陣，對初始因子載荷矩陣進行再轉(zhuǎn)換，使因子與原始變量間的關(guān)系進行重新分配，相關(guān)系數(shù)向0～1分化，從而使因子載荷矩陣中系數(shù)更加顯著[14-15]，結(jié)果見表5?？梢钥闯鲋鞒煞?綜合所有信息的40.25%，主要從辣椒單果重、果肉厚度、果實橫徑、單株產(chǎn)量反映辣椒的品質(zhì)；主成分2綜合所有信息的62.77%，主要從辣椒單株果數(shù)、果實縱徑反映辣椒的品質(zhì)；主成分3綜合所有信息的76.85%，主要從辣椒株高反映辣椒的品質(zhì)。

表5 旋轉(zhuǎn)后的成分載荷矩陣

為進一步確定主成分與不同因子之間的關(guān)系，分析主成分載荷矩陣，由成分得分矩陣（表6）可得4個主成分表達(dá)式，如式(2)～(5)。

表6 成分得分系數(shù)矩陣

以每個主成分所對應(yīng)的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比值作為權(quán)重，計算各品種辣椒前3個主要成分分值與相應(yīng)權(quán)重之積的累加之和，得到綜合分值F，然后對F值進行排序（表7）。其中LD1農(nóng)藝性狀綜合評價最高，LD2次之，LD3最低。

表7 不同品系樂都長辣椒綜合評價結(jié)果

由表8可知，不同品種辣椒的單株產(chǎn)量、單果重的變異系數(shù)較大，分別為19.61%、19.70%，果肉厚度為16.56%，說明樂都長辣椒在這些指標(biāo)上離散度較大；變異系數(shù)最小的指標(biāo)是果實縱徑(3.08%)，說明辣椒在這一指標(biāo)上的離散度較小，性狀相對穩(wěn)定。

表8 樂都長辣椒農(nóng)藝性狀變異分析

3 結(jié)論

與純種樂都長辣椒LD1相比，LD2、LD3、LD4已存在明顯的農(nóng)藝性狀變異，青海產(chǎn)區(qū)樂都長辣椒的種質(zhì)分化情況已十分嚴(yán)重，其中以單株產(chǎn)量、單果重的變異系數(shù)較大，分別為19.61%、19.70%，果肉厚度次之為16.56%，果實縱徑變異系數(shù)最小為3.08%。農(nóng)藝性狀綜合評價表明，LD1農(nóng)藝性狀綜合評價最高為0.55，需進一步采取有效措施對其種質(zhì)進行提純復(fù)壯和創(chuàng)新改良。建議采取的措施包括：（1）建立青海省統(tǒng)一規(guī)范的樂都長辣椒保種、制種以及種質(zhì)創(chuàng)新的措施和機制，同時針對農(nóng)戶自留種、多品種混種及田間管理不當(dāng)?shù)冗M行相應(yīng)的技術(shù)培訓(xùn)；（2）通過分子標(biāo)記技術(shù)對樂都長辣椒種質(zhì)進行遺傳多樣性分析和核心種質(zhì)資源庫的構(gòu)建。

4 討論

本研究利用主成分分析綜合評價4種辣椒的基本農(nóng)藝性狀，結(jié)果表明LD1農(nóng)藝性狀綜合評價最高為0.55，LD2次之為0.54，LD3最低為0.34。變異系數(shù)表示性狀離散程度，變異系數(shù)越大則表明離散程度越高[16]。不同品種辣椒的單株產(chǎn)量、單果重的變異系數(shù)較大，分別為19.61%、19.70%，果肉厚度次之為16.56%，果實縱徑變異系數(shù)最小為3.08%，因此辣椒單株產(chǎn)量相對性狀最不穩(wěn)定、變異較大，單果重、果肉厚度相對較小，而果實縱徑相對性狀最穩(wěn)定。當(dāng)然，更精細(xì)的樂都長辣椒種質(zhì)分化程度的鑒定尚需更多分子水平的工作。本研究結(jié)果顯示，與純種樂都長辣椒LD1相比，LD2、LD3、LD4已存在明顯的農(nóng)藝性狀變異，青海產(chǎn)區(qū)樂都長辣椒的種質(zhì)分化情況已十分嚴(yán)重。這可能是由于青海當(dāng)?shù)厣腥狈y(tǒng)一規(guī)范的樂都長辣椒保種、制種以及種質(zhì)創(chuàng)新的措施和機制[17]，致使種子質(zhì)量下降，品種退化嚴(yán)重[18-19]，同時青海各產(chǎn)區(qū)農(nóng)戶自留種、多品種混種及田間管理不當(dāng)?shù)仍蚋铀倭藰范奸L辣椒種質(zhì)的分化[20-21]。

辣椒的農(nóng)藝性狀包含了能夠反映品種特性的諸多指標(biāo)，在一定范圍內(nèi)植株高度、莖基粗壯及果實的大小均能反映植株的生長狀況[22-24]。本研究結(jié)果表明，樂都長辣椒產(chǎn)量與單株果數(shù)、果肉厚度和單果重呈極顯著正相關(guān)，其中單株果數(shù)的相關(guān)系數(shù)最高為0.82；樂都長辣椒單果重與果肉厚度、商品果橫徑呈極顯著正相關(guān)，這與李全輝等[25]、任朝輝等[26]研究結(jié)果一致，因此樂都長辣椒進一步的改良育種可優(yōu)先考慮在增加單株果數(shù)、果實橫徑及果肉厚度等方面著力，這樣更易獲得較高產(chǎn)的樂都長辣椒新品種。