江蘇沿海地區(qū)羊角椒種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀的綜合分析與評(píng)價(jià)

朱 麗，任榮榮，陳 鐳，顧閩峰，晏 軍，費(fèi)月躍

（江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所 新洋試驗(yàn)站，江蘇 鹽城 224049）

0 引言

辣椒(Capsicum annuum L.)是一種口感多樣、風(fēng)味濃郁，且種植范圍廣泛的蔬菜作物之一，其營養(yǎng)豐富，維生素含量高，可以鮮食，也可加工成產(chǎn)品，深受廣大群眾的喜愛［1］。然而辣椒的品種紛雜繁多，在實(shí)際栽培中，根據(jù)園藝學(xué)描述將辣椒分為了7大類，羊角椒是其中之一［2］。

我國保存的辣椒種質(zhì)資源豐富，除了收集野生資源和引進(jìn)國外資源外，還有直接利用地方品種資源或創(chuàng)建新的種質(zhì)資源，如通過雜交育種、誘變育種、分子標(biāo)記育種和轉(zhuǎn)基因育種等方式［3］。1970年前，我國主要對(duì)地方資源進(jìn)行栽培，包括北京的鐵把黑、浙江的雞爪椒、湖南的潘家大辣椒、四川的二金條、貴州的綏陽子彈頭等［4］。自1950年起，我國辣椒育種工作已經(jīng)起步，主要方式是通過傳統(tǒng)雜交育種，父母本則分別選擇當(dāng)?shù)貎?yōu)秀的地方品種，如江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所利用本地品種南京早辣椒進(jìn)行傳統(tǒng)雜交，進(jìn)而育成了辣椒早豐系列和蘇椒系列［5］。目前，中國蔬菜種業(yè)仍面臨較多嚴(yán)峻問題，如優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源保護(hù)不足［6］、部分蔬菜品種依賴國外種質(zhì)資源等難題［7］。受農(nóng)村土地耕種人口流失，勞動(dòng)力削弱，土地種植面積不斷減少等多種因素的影響［8］，蔬菜產(chǎn)業(yè)對(duì)種業(yè)的發(fā)展提出了更高的要求［9］，優(yōu)良品種能為產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來突出產(chǎn)能，進(jìn)一步帶動(dòng)地方發(fā)展。因此，探究種質(zhì)資源和優(yōu)良品種的選育迫在眉睫。

羊角椒作為辣椒品種之一，由于其特殊的優(yōu)良品質(zhì)和獨(dú)特風(fēng)味深受江蘇沿海地區(qū)人們的喜愛，以江蘇省鹽城市鹽東鎮(zhèn)為代表，該地區(qū)成立的羊角椒現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)示范園已獲得國家地理標(biāo)志稱號(hào)，實(shí)現(xiàn)了栽培管理加工一體化，羊角椒也逐步發(fā)展成當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、農(nóng)業(yè)種植模式創(chuàng)新、農(nóng)民增收的主要作物［10］。而隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，當(dāng)?shù)匮蚪墙贩N植對(duì)品種的需求也越來越高，因此優(yōu)良品種的篩選和改良必不可少。本研究將江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所選育的15份羊角椒品種與沿海地區(qū)5份優(yōu)勢主栽品種進(jìn)行田間農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)分析、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)分析、相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析，比較同品種間的表征差異［11］，分別進(jìn)行系統(tǒng)分類，以期為后續(xù)優(yōu)良品種選育和遺傳性狀改良提供理論基礎(chǔ)，以此加強(qiáng)育種工作，促進(jìn)羊角椒產(chǎn)業(yè)化發(fā)展［12］。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試羊角椒品種為江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所選育的15份羊角椒品種（以下編號(hào)XY1~XY15）和5份沿海地區(qū)的優(yōu)勢主栽品種（分別編號(hào)為CSD、SM、DH401、YC、JZM）。詳情見表1。

表1 供試羊角椒品種及來源

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于鹽城市新洋農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站的塑料大棚內(nèi)進(jìn)行，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，基質(zhì)栽培，基質(zhì)的理化性質(zhì)如下：pH值5.5~7.5，EC值＜2 ms/cm，有機(jī)質(zhì)含量≥50%，N+P2O5+K2O含量1.50%。小區(qū)面積6 m2，定植2行，行距50 cm，株距45 cm。肥、水、病害正常管理。

1.3 項(xiàng)目測定

根據(jù)《辣椒種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》［13］，調(diào)查選育羊角椒品種的株高、莖粗、葉長、葉寬、株幅、株型、首花節(jié)位、主莖色、莖節(jié)茸毛密度、葉形、葉色、葉緣、葉面茸毛密度、葉面特征、花冠顏色、花藥顏色、花柱顏色、柱頭相對(duì)于花藥位置、花梗著生狀態(tài)、青熟果色、老熟果色、果面棱溝、果面光澤、果面皺縮程度、果肩形狀、果頂形狀、果臍附屬物、果實(shí)宿存花萼、果實(shí)橫切面形狀、果實(shí)縱徑、果實(shí)橫徑、果肉厚度、心室數(shù)量、單果重和辣度，共計(jì)35個(gè)性狀。

1.4 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用Microsoft Excel 2016軟件整理數(shù)據(jù)，利用SPSS 21.0軟件計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、分布頻率和變異系數(shù)，并進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析。

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)的計(jì)算公式為：

H=-∑Piln Pi

式中，i為某一性狀的分級(jí)，Pi為該性狀第i級(jí)內(nèi)材料份數(shù)占總份數(shù)的百分比［14］。在Shannon-Wiener多樣性指數(shù)計(jì)算中，數(shù)量性狀的分級(jí)從第1級(jí)Xi＜(M-2S)到第10級(jí)Xi≥(M+2S)，每0.5個(gè)S為1級(jí)，其中Xi為第i級(jí)的級(jí)數(shù)，其中M為平均數(shù)，S為標(biāo)準(zhǔn)差［15］，質(zhì)量性狀的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參照《辣椒種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》［13］。

2 結(jié)果與分析

2.1 數(shù)量性狀分析

20份羊角椒種質(zhì)資源的數(shù)量性狀變異情況如表2所示，11個(gè)數(shù)量性狀在不同羊角椒種質(zhì)資源間Shannon-Wiener多樣性指數(shù)有所不同，其中葉長的多樣性指數(shù)最大為2.01，葉寬次之為1.97，心室數(shù)最小為1.59。各數(shù)量性狀的變異系數(shù)也有不同差異，變異系數(shù)最大為株高，達(dá)到31.39%，變異系數(shù)最小為葉寬，達(dá)到9.06%。其中莖粗、葉長、葉寬、株幅、首花節(jié)位、果縱徑、果橫徑和心室數(shù)8個(gè)性狀變異系數(shù)之間區(qū)別也不明顯，變異系數(shù)范圍在9.06%~14.58%，而株高、果肉厚和單果重等3個(gè)數(shù)量性狀的變異系數(shù)較前述8個(gè)性狀的更高，系數(shù)范圍在20.89%~31.39%。除葉長和葉寬外，其他9個(gè)性狀的變異系數(shù)均大于10%，這說明該批羊角椒種質(zhì)之間存在一定差異，有利于后期特異種質(zhì)的篩選與鑒定。

表2 羊角椒種質(zhì)資源數(shù)量性狀的遺傳變異

2.2 質(zhì)量性狀分析

羊角椒種質(zhì)材料的質(zhì)量性狀分析結(jié)果如表3所示。由各性狀的品種數(shù)和分布頻率可知，20份羊角椒種質(zhì)資源的株型主要以半直立生長為主；主莖色以綠色為主；莖茸毛以稀為主；葉形以長卵形為主；葉片綠色程度以綠色為主；葉片邊緣以全緣為主；葉面茸毛以無為主；葉面皺縮程度以平滑為主，微皺次之；花冠顏色全為白色；花藥顏色以淺黃色為主；花柱顏色以白色為主；花柱長度以長于雄蕊為主，與雄蕊近等長次之；花梗著生狀態(tài)以下垂為主；果實(shí)青熟顏色以淺綠、綠和深綠3種顏色為主；果實(shí)老熟顏色以鮮紅為主；果面棱溝以淺為主；果面均有光澤；果面均有微皺特征；果肩形狀以無果肩為主；果頂形狀全為細(xì)尖；果臍附屬物均無；果基部宿存花萼以下包為主；果實(shí)橫切面形狀以近四邊形為主，近三角形次之；果實(shí)辣味以微辣為主。在Shannon-Wiener多樣性指數(shù)上，24個(gè)質(zhì)量性狀的多樣性指數(shù)在0~1.24范圍之內(nèi)，其中果實(shí)青熟果色的多樣性指數(shù)最大，為1.24，這表明青熟果色的遺傳多樣性最豐富，可根據(jù)需要在后期羊角椒育種工作中進(jìn)行相應(yīng)的性狀選擇。

表3 羊角椒種質(zhì)資源的質(zhì)量性狀的多樣性分析

2.3 相關(guān)性分析

羊角椒種質(zhì)材料的數(shù)量性狀經(jīng)相關(guān)性分析結(jié)果表明（表4）：在植株長勢方面，株高與莖粗、首花節(jié)位呈顯著正相關(guān)，且與首花節(jié)位的正相關(guān)性指數(shù)最高，而株高與果橫徑、果縱徑呈顯著負(fù)相關(guān)，與單果重呈極顯著負(fù)相關(guān)，負(fù)相關(guān)性指數(shù)達(dá)到-0.783；葉長與葉寬呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)性指數(shù)達(dá)到0.829；葉寬與首花節(jié)位呈顯著負(fù)相關(guān)，負(fù)相關(guān)系數(shù)達(dá)到-0.496；首花節(jié)位與單果重呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)，負(fù)相關(guān)性指數(shù)達(dá)到-0.563；果實(shí)性狀方面，果縱徑與單果重呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.550；果橫徑與果肉厚、心室數(shù)、單果重均呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.732、0.672、0.735；果肉厚與心室數(shù)呈顯著正相關(guān)，與單果重呈極顯著正相關(guān)。綜合上述數(shù)量性狀的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，在羊角椒種質(zhì)資源的植株長勢和果實(shí)形狀變化中，株高、葉長、首花節(jié)位、果橫徑和果肉厚起到?jīng)Q定性作用，在今后的遺傳改良過程中，可重點(diǎn)關(guān)注這幾個(gè)性狀。

表4 羊角椒種質(zhì)資源的主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

2.4 主成分分析

對(duì)羊角椒種質(zhì)資源的11個(gè)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析（表5），其中特征值大于1的主成分有4個(gè)（圖1）。第1主成分特征值為4.076，貢獻(xiàn)率為37.055%，其中載荷較高的性狀有果橫徑、果肉厚、心室數(shù)和單果重，特征向量值分別為0.768、0.770、0.521和0.946，主要反映了果實(shí)大小和質(zhì)量等農(nóng)藝性狀構(gòu)成因素，該主成分與羊角椒的產(chǎn)量密切相關(guān)；第2主成分的特征值為2.162，貢獻(xiàn)率為19.657%，其中載荷較高的性狀有莖粗、果橫徑、果肉厚和心室數(shù)，特征向量值分別為0.326、0.443、0.295和0.506，主要反映了羊角椒莖粗和果實(shí)形態(tài)等農(nóng)藝性狀構(gòu)成因素；第3主成分的特征值為1.473，貢獻(xiàn)率為13.393%，其中載荷較高的性狀主要有株高、莖粗、葉長、葉寬和心室數(shù)，特征向量值分別為0.311、0.604、0.440、0.346和0.371，主要反映了羊角椒植株長勢和果實(shí)心室數(shù)等農(nóng)藝性狀構(gòu)成因素；第4主成分的特征值為1.194，貢獻(xiàn)率為10.854%，其中載荷較高的性狀主要包括莖粗和株幅，特征值分別為0.402和0.884，主要反映了羊角椒植株表型形態(tài)的農(nóng)藝性狀構(gòu)成因素。這4個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到了80.960%，說明這4個(gè)主成分能夠反映原始指標(biāo)80.960%的信息。

圖1 主成分分析碎石圖

表5 羊角椒種質(zhì)資源的主要農(nóng)藝性狀的主成分分析

2.5 聚類分析

對(duì)20份羊角椒種質(zhì)材料進(jìn)行聚類分析，采用系統(tǒng)聚類組間聚合的方法在遺傳距離為12.5處分為5個(gè)類群（圖2）。結(jié)合表6的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析得出：第1類群有5個(gè)品種，分別為CSD、JZM、YC、SM和DH401，該類群的5個(gè)羊角椒品種的株高、首花節(jié)位較高，而其株幅、果縱徑、果橫徑、果肉厚和單果重較低，這說明該類羊角椒材料為植株高大，但果實(shí)較小、產(chǎn)量較低；第2類群有2個(gè)品種，分別為XY12和XY14，該類群的2個(gè)羊角椒品種的果縱徑、果橫徑、心室數(shù)和單果重較高，但株高、莖粗、株幅和首花節(jié)位較低，這說明該類羊角椒材料果實(shí)較大、產(chǎn)量較高、株型較??；第3類群有4個(gè)品種，分別為XY8、XY15、XY11和XY3，該類群的葉長、葉寬、株幅、果縱徑和果肉厚較高，株高、莖粗、果橫徑、心室數(shù)較低，這說明該類羊角椒材料的羊角椒果實(shí)細(xì)長、株型較矮壯；第4類群有7個(gè)品種，分別為XY7、XY10、XY13、XY2、XY6、XY5和XY9，該類群的7個(gè)羊角椒品種的莖粗、葉長、葉寬、果橫徑和果肉厚較高，首花節(jié)位較低，這說明該類羊角椒材料果實(shí)粗壯、株型矮壯；第5類群有2個(gè)品種，分別為XY1和XY4，該類群的2個(gè)羊角椒品種的果橫徑、果縱徑、果肉厚和心室數(shù)較高，株高、葉長、葉寬和首花節(jié)位較低，這說明該類羊角椒材料果實(shí)較大、株型較矮、葉片較小。

圖2 不同羊角椒種質(zhì)資源的聚類分析

表6 羊角椒種質(zhì)資源的主要農(nóng)藝性狀的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

3 討論

種質(zhì)資源是遺傳育種和雜交組合選配的基礎(chǔ)，農(nóng)藝性狀是描述種質(zhì)遺傳變化的最直接和簡易的方法［16］。通過相關(guān)性分析和聚類分析等方法，對(duì)大量復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)能夠有效厘清多個(gè)農(nóng)藝性狀的特點(diǎn)與優(yōu)勢，通過特征表現(xiàn)分類保管不同特性的種質(zhì)資源，對(duì)后期育種工作可以進(jìn)行有效指導(dǎo)，較大程度提高育種的效率和質(zhì)量［17］。本試驗(yàn)收集了20份羊角椒種質(zhì)材料，田間栽培后分別進(jìn)行性狀調(diào)研分析。

通過對(duì)不同性狀進(jìn)行變異分析和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)分析得知，數(shù)量性狀指標(biāo)中以株高的變異系數(shù)最大，葉寬最小。李寧等［18-19］研究表明變異系數(shù)越大則該性狀的遺傳穩(wěn)定性越小，越易受環(huán)境影響，而變異系數(shù)越大的性狀其獨(dú)特性也越大，在品種間的重復(fù)性越小，更具有挖掘優(yōu)異種質(zhì)資源的潛在特性。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)是用來判斷生物群落結(jié)構(gòu)變化或生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的指標(biāo)，指數(shù)越大，多樣性越大，穩(wěn)定性越大［20］。本研究中，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)以葉長最高，心室數(shù)最低。質(zhì)量性狀中Shannon-Wiener多樣性指數(shù)較高有果實(shí)青熟顏色和辣味2個(gè)性狀，可選擇性佳，表現(xiàn)出豐富的性狀特點(diǎn)，可用于育種過程中的性狀比較和篩選，為優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的優(yōu)良品種的選育提供理論指導(dǎo)，同時(shí)根據(jù)性狀表征也可為不同地域引入適宜適栽品種提供參考。

為了探究各品種表型特征的相關(guān)關(guān)系，本研究還對(duì)羊角椒品種數(shù)量性狀進(jìn)行了相關(guān)性分析。結(jié)果表明，葉長與葉寬呈極顯著正相關(guān)，株高、首花節(jié)位與單果重均呈極顯著負(fù)相關(guān)，果橫徑、果肉厚與單果重均呈極顯著正相關(guān)。關(guān)于果實(shí)性狀的相關(guān)性研究結(jié)果與王丹丹等［21］的一致。從整體性狀看，與果縱徑、果橫徑、果肉厚和單果重等大部分果實(shí)性狀指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)的指標(biāo)有株高、莖粗和首花節(jié)位等植株生長指標(biāo)。因此，在選育優(yōu)質(zhì)果品時(shí)需著重考慮與目標(biāo)性狀呈負(fù)相關(guān)的指標(biāo)對(duì)育種目標(biāo)的影響，例如加強(qiáng)營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)變成生殖生長的機(jī)理研究。

從羊角椒種質(zhì)材料的主成分分析結(jié)果得出，累計(jì)貢獻(xiàn)率高80%的有4個(gè)主成分，分別反映了羊角椒產(chǎn)量構(gòu)成因素的特征、果實(shí)形態(tài)的特征、植株長勢的特征和植株形態(tài)的特征，其能夠直觀有效地綜合羊角椒農(nóng)藝性狀的大部分信息，前人已多次運(yùn)用此類方法進(jìn)行辣椒種質(zhì)資源的分析報(bào)道［22-23］，由于種質(zhì)材料之間存在差異，本研究與前人研究相似但不完全重合。

聚類分析可用于反映種質(zhì)資源的親緣關(guān)系和遺傳距離［24］，通過聚類分析將試驗(yàn)材料進(jìn)行初步分類，針對(duì)不同育種目標(biāo)對(duì)相應(yīng)類型的材料進(jìn)行選擇，可起到提高育種效率的作用。應(yīng)用聚類分析將20份羊角椒種質(zhì)資源劃分為5個(gè)類群，其中第1類群植株高大，但果實(shí)較?。坏?類群和第5類群均為株型矮小植株型且果實(shí)較大，但第2類群的產(chǎn)量較第5類群的更高；第3類群和第4類群均為株型矮壯植株，但第3類群的果實(shí)細(xì)長，第4類群的果實(shí)粗壯。這些資源特點(diǎn)均具有較大的利用價(jià)值，可為羊角椒育種中優(yōu)質(zhì)親本材料選擇提供指導(dǎo)［25］。

本試驗(yàn)對(duì)20份羊角椒種質(zhì)資源的主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行了調(diào)查和多元分析，其結(jié)果可為羊角椒遺傳育種提供一定的參考。因作物生長易受環(huán)境因素影響，結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)一定的偏差，且本試驗(yàn)所選取的調(diào)查指標(biāo)也相對(duì)有限，計(jì)劃在后續(xù)試驗(yàn)中適當(dāng)增加試驗(yàn)?zāi)晗藓托誀钪笜?biāo)來提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度。