基于主成分分析法的加工辣椒品種篩選與品質(zhì)指標分析

張慶銀，王子凡，王丹丹，李 燕，師建華，牛瑞生，齊連芬

（石家莊市農(nóng)林科學研究院，河北 石家莊 050041)

辣椒（L.）是我國種植面積和產(chǎn)值最高的重要經(jīng)濟作物之一。辣椒不僅可作為蔬菜食用，更是重要的工業(yè)原料，其加工產(chǎn)品辣椒紅色素、辣椒堿等在食品、飼料、保健藥品以及化妝品等領(lǐng)域被廣泛應用；辣椒素則可被用于軍事、醫(yī)藥等領(lǐng)域。近年來隨著辣椒用途的不斷開發(fā)，加工辣椒產(chǎn)業(yè)也得到不斷發(fā)展。

河北省作為京津冀的菜籃子，蔬菜生產(chǎn)一直備受重視。相關(guān)研究表明，土壤鹽漬化、病蟲害嚴重、本地品種退化、人工成本逐年增高等問題是制約河北省辣椒生產(chǎn)的主要因素。鑒于國內(nèi)辣椒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，提高辣椒的規(guī)?；N植水平和單產(chǎn)，加快品種的升級和換代，發(fā)展深加工，延長產(chǎn)業(yè)鏈等對策是提高辣椒產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展水平的有效舉措。因此，引進優(yōu)良品種、發(fā)展加工辣椒產(chǎn)業(yè)、提高附加值是提高河北省辣椒產(chǎn)業(yè)水平的重要途徑。辣椒產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵決定因素是品種，以望都、雞澤、冀州等為代表的河北省傳統(tǒng)辣椒產(chǎn)區(qū)，生產(chǎn)中一般以傳統(tǒng)品種為主，優(yōu)良品種引進和選育不足，現(xiàn)有品種和品質(zhì)退化嚴重?；诖?，石家莊市農(nóng)林科學研究院引進10份加工型辣椒品種，通過分析辣椒生長、產(chǎn)量及品質(zhì)等指標，以篩選出適合河北省露地栽培且經(jīng)濟效益較高的優(yōu)良品種，為改善地區(qū)品種結(jié)構(gòu)和增加農(nóng)民收入提供一定的參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試10個品種的名稱及來源具體見表1。

表1 供試辣椒品種及來源

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

試驗于2021年3—9月在石家莊市農(nóng)林科學研究院趙縣基地進行。采用大田起壟覆膜栽培方式，壟高30 cm、寬80 cm，株距40 cm，隨機區(qū)組排列，每個品種3次重復，小區(qū)面積3.5 m×8.0 m。于3月15日進行穴盤育苗，待幼苗長到3～4片真葉時進行定植，田間管理參照常規(guī)管理方式。

1.2.2 調(diào)查項目及方法

成熟期按小區(qū)計產(chǎn)。收獲前，每品種隨機選取5株樣本，用皮尺測量株高、株幅，用游標卡尺測量植株莖粗、辣椒果實縱徑和橫徑；用電子天平稱量辣椒單果質(zhì)量，統(tǒng)計單株產(chǎn)量、單株紅果數(shù)與綠果數(shù)。收獲后，選取每個品種果實樣本，交由北京市農(nóng)林科學院蔬菜研究中心營養(yǎng)品質(zhì)實驗室測定品質(zhì)指標?？扇苄缘鞍缀坎捎每捡R斯亮藍比色法測定，維生素C含量采用鉬藍比色法測定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，辣椒素總量及二氫辣椒素、降二氫辣椒素含量均采用高效液相色譜法（HPLC）測定。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2019進行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 26.0進行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同辣椒品種生長指標、果實性狀及產(chǎn)量指標比較

從表2可以看出，云辣素1號的株高、莖粗和株幅均最大，分別為102.16 cm、25.79 mm和113.12 cm，均顯著高于其他品種。天宇、內(nèi)黃新一代、艷紅、千金紅、湘辣702、朝地椒1號和二金條的株高之間無顯著差異，但均高于深紅8號和美紅9號，美紅9號最矮，為56.94 cm。各品種莖粗大小依次為云辣素1號＞天宇＞內(nèi)黃新一代＞美紅9號＞千金紅＞湘辣702＞艷紅＞深紅8號＞朝地椒1號＞二金條，其中二金條顯著小于除深紅8號、朝地椒1號以外所有品種。朝地椒1號株幅最小，顯著小于除內(nèi)黃新一代、千金紅以外所有品種。

表2 不同辣椒品種的生長指標、果實性狀及產(chǎn)量比較

表2中二金條的單果質(zhì)量最大，為13.75 g，其次是美紅9號和深紅8號，三者間無顯著差異，但均顯著高于其他品種。天宇單株結(jié)果數(shù)最多，為220.20個，顯著大于內(nèi)黃新一代、艷紅和湘辣702，且極顯著大于其余品種；二金條的單株結(jié)果數(shù)最少。二金條紅綠果比最大，湘辣702次之，二者差異不顯著，但均顯著高于其他品種，說明二金條和湘辣702比其他品種早熟性好。深紅8號的果實縱徑最大，為14.20 cm，其次是二金條，二者間差異不顯著，但均顯著大于其他品種；云辣素1號的果實縱徑最小。美紅9號的果實橫徑最大，顯著大于其他品種，朝地椒1號最小。667 m產(chǎn)量大小依次為天宇＞內(nèi)黃新一代＞美紅9號＞深紅8號＞湘辣702＞二金條＞千金紅＞朝地椒1號＞云辣素1號＞艷紅，其中天宇內(nèi)黃新一代、美紅9號差異不顯著，天宇和內(nèi)黃新一代均顯著高于其余品種（除美紅9號外）。

2.2 不同辣椒品種生長與產(chǎn)量指標主成分分析

對株高、莖粗、株幅、單株結(jié)果數(shù)、紅綠果比、單果質(zhì)量、果實縱徑、果實橫徑、667 m產(chǎn)量共9項指標進行主成分分析，其中原始數(shù)據(jù)的標準化向量如表3所示，主成分特征值、方差貢獻率和因子載荷矩陣分析結(jié)果如表4所示。選取特征值大于1和累計方差貢獻率大于80.00%的主要成分，其中前3個主成分中PC1方差貢獻率最大，為37.75%，PC2方差貢獻率為29.29%，PC3為16.77%，其累計方差貢獻率達到83.81%，因此可以較好地反映原始數(shù)據(jù)的信息。

表3 不同指標原始數(shù)據(jù)的標準化向量

表4 主成分特征值、方差貢獻率和因子載荷矩陣

在主成分PC1中，株幅、紅綠果比、單果質(zhì)量、果實縱徑和果實橫徑的載荷系數(shù)均為正值，其中紅綠果比例和果實縱徑載荷系數(shù)較大，分別為0.92和0.90，主要反映了辣椒的果實成熟度和形態(tài)特征；株高、莖粗、單株結(jié)果數(shù)和667 m產(chǎn)量的載荷系數(shù)均為負值，其中單株結(jié)果數(shù)為－0.87，主要反映了辣椒的產(chǎn)量特征，說明本試驗中單株結(jié)果數(shù)較少的辣椒品種的果徑和成熟度較高。在主成分PC2中，載荷系數(shù)較大且為正值的株高、莖粗、株幅和果實橫徑分別為0.68、0.77、0.76和0.73，主要反映了辣椒的植株形態(tài)特征，而667 m產(chǎn)量的載荷系數(shù)為負值（－0.12），說明本試驗中株型較大的辣椒品種產(chǎn)量并不高。在主成分PC3中，667 m產(chǎn)量的載荷系數(shù)較大且為正值（0.86），主要反映了辣椒的產(chǎn)量特征，而株高、株幅、單果質(zhì)量的載荷系數(shù)為負值，分別為－0.46、－0.28、－0.52，說明本試驗中株型小、單果質(zhì)量小的品種在667 m產(chǎn)量上會有所增加。

2.3 不同辣椒品種生長和產(chǎn)量指標綜合評價

根據(jù)林海明的主成分綜合分析方法以及SPSS統(tǒng)計分析結(jié)果，分別計算出3個主成分綜合評價函數(shù)公式，分別為：1＝0.571＋0.132－0.443＋0.924＋0.945－0.176－0.897－0.528＋0.449；2＝0.50x1＋0.532＋0.473－0.214＋0.215－0.086－0.257＋0.538－0.269；3＝0.471－0.402－0.673＋0.124＋0.215＋1.246＋0.087＋0.398－0.759，采用此線性組合計算出各主成分的值，然后使用綜合主成分函數(shù)＝0.381＋0.302＋0.173計算出各品種辣椒的綜合得分，見表5。其中，不同辣椒品種得分依次為云辣素1號＞天宇＞艷紅＞內(nèi)黃新一代＞千金紅＞二金條＞朝地椒1號＞湘辣702＞深紅8號＞美紅9號，說明云辣素1號、天宇、艷紅、內(nèi)黃新一代等品種在生長和產(chǎn)量指標上表現(xiàn)較好。

表5 主成分分析綜合評價

2.4 不同辣椒品種品質(zhì)指標比較

綜合不同辣椒品種的生長和產(chǎn)量指標、主成分分析和田間表現(xiàn)，選取了綜合指標較優(yōu)的深紅8號、美紅9號、天宇、內(nèi)黃新一代和湘辣702共5個品種進行品質(zhì)指標測定，結(jié)果見表6。5個品種的維生素C含量大小依次為深紅8號＞內(nèi)黃新一代＞美紅9號＞天宇＞湘辣702，深紅8號分別較內(nèi)黃新一代、美紅9號、天宇和湘辣702高出13.41%、22.53%、56.01%和63.68%，各品種間差異均達顯著水平，且深紅8號、內(nèi)黃新一代均極顯著高于其他3個品種。深紅8號可溶性糖含量最高，顯著高于除美紅9號外的其他品種。湘辣702的可溶性蛋白含量最高，與天宇、內(nèi)黃新一代間無顯著差異，但顯著高于美紅9號和深紅8號。內(nèi)黃新一代的辣椒素含量最高，不同品種間均達極顯著差異；其中，天宇的二氫辣椒素含量最高，深紅8號含量最低，不同品種間均達極顯著差異；天宇的降二氫辣椒素含量同樣最高，極顯著高于其他品種，其次是內(nèi)黃新一代和湘辣702，三者均極顯著高于美紅9號和深紅8號。

表6 不同辣椒品種品質(zhì)指標比較 mg/kg

3 討論與結(jié)論

多元統(tǒng)計分析法作為一種綜合分析方法，常用于在多個對象和多個指標互相關(guān)聯(lián)的情況下分析指標間的統(tǒng)計規(guī)律，一般在進行農(nóng)作物品種資源評價和遺傳育種時常用到此方法。王春萍等利用隸屬函數(shù)和主成分分析的方法，對苗期辣椒耐低氮水平進行大批量的初步鑒定。赫衛(wèi)等采用主成分分析法，從28個辣椒基本性狀中篩選出9個可以代表大多數(shù)辣椒特征的性狀，為辣椒育種提供了方向。韓暢等利用主成分分析法從14個辣椒品種中篩選出3個適合在貴州省種植的品種。王曉莉等采用主成分分析法篩選出提高辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)的最佳設施土壤處理方式。

本研究采用主成分分析法得出了不同辣椒品種性狀綜合得分，篩選出了適宜河北省栽培的加工辣椒品種。主成分分析得出：前3個主成分的特征值均大于1，并且累計方差貢獻率達83.81%，能綜合辣椒大部分指標；對各品種辣椒進行綜合評價，綜合得分結(jié)果為云辣素1號＞天宇＞艷紅＞內(nèi)黃新一代＞千金紅＞二金條＞朝地椒1號＞湘辣702＞深紅8號＞美紅9號。

隨著辣椒消費地域的擴大和食辣人群的增加，加工辣椒需求量飛速上升。高辣椒素含量、高色階是評價加工辣椒品質(zhì)的重要指標，也是品種篩選的重要指標之一。綜合考慮多元統(tǒng)計分析結(jié)果以及田間表現(xiàn)，選取了美紅8號、深紅9號、天宇、內(nèi)黃新一代以及湘辣702進行品質(zhì)測定。其中，天宇在可溶性蛋白含量、二氫辣椒素含量和降二氫辣椒素含量上最優(yōu)，并且667 m產(chǎn)量最高，深紅8號在維生素C和可溶性糖含量上最優(yōu)，內(nèi)黃新一代則在辣椒素含量上最優(yōu)。綜合考慮以上分析，天宇品種的各項指標較佳。

此外，河北省的辣椒栽培形式較多，主要有露地地膜覆蓋栽培、塑料大棚栽培、日光溫室栽培，辣椒生產(chǎn)基本上實現(xiàn)了周年供應。本試驗采用春露地越夏栽培，在10個引進辣椒品種中，天宇株型中等，適合未來機械化采收，其單株結(jié)果數(shù)最多，667 m產(chǎn)量最高，并且品質(zhì)較優(yōu)。因此，綜合得出天宇品種適合在河北省進行推廣。