基于主成分和聚類分析不同辣椒資源農(nóng)藝和品質(zhì)性狀的綜合評價

摘 " "要：為了探索不同辣椒資源的綜合品質(zhì)，對20份種質(zhì)資源的14個性狀進行差異性分析、相關性分析、主成分分析和聚類分析。結果表明，不同辣椒資源之間的各性狀指標差異較大，變異系數(shù)為11.63%～63.15%；農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀之間呈顯著相關性；主成分分析提取出5個主成分，累積貢獻率達84.488%；聚類分析將參試資源分為3種類型，以貴州大眾口味的飲食習慣來看，第Ⅰ類適用于加工糟辣椒、油辣椒和煳辣椒面，第Ⅱ類適用于鮮食以及加工糟辣椒、油辣椒和煳辣椒面，第Ⅲ類適用于辣味調(diào)味品。試驗結果為辣椒資源的挖掘利用和優(yōu)良品種的選育奠定了基礎。

關鍵詞：辣椒；農(nóng)藝性狀；品質(zhì)性狀；主成分分析；聚類分析

中圖分類號：S641.3 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2025）02-050-09

Comprehensive evaluation on agronomic and quality traits of different pepper resources based on principal component and cluster analysis

REN Chaohui1， HE Jianwen2， TIAN Huaizhi1， TIAN Hao1， LIAO Weiqin1

（1. Zunyi Academy of Agricultural Sciences， Zunyi 563100， Guizhou， China; 2. Pepper Research Institute， Guizhou Academy of Agricultural Sciences， Guiyang 550006， Guizhou， China）

Abstract： To explore the difference in the comprehensive quality of different pepper resources， 20 varieties were used as experimental materials to investigate genetic diversity of agronomic and quality traits with genetic diversity analysis， correlation analysis， principal component and cluster analysis. The results showed that there were rich genetic diversities. Coefficient of variation of quantitative traits ranged from 11.63% to 63.15%. There were significant correlations between agronomic traits and quality traits. The principal component analysis showed that 14 traits were integrated into 5 principal components making 84.488% cumulative contribution to the total variance. Cluster analysis divided the tested varieties into 3 types. Based on the dietary habits of the general public in Guizhou， the first type can be used for processing fermented pepper， oil pepper， and burnt pepper noodles. The second type can be used for fresh and processed fermented pepper， oil pepper， and burnt pepper noodles. The third type can be used for spicy seasoning. This research provided a foundation for the exploration and utilization of pepper resources and breeding of superior varieties.

Key words： Pepper; Agronomic traits; Quality traits; Principal component analysis; Cluster analysis

辣椒（Capsicum annuum L.）是一種重要的鮮食蔬菜和調(diào)味品，因其具有獨特的口味和豐富的營養(yǎng)品質(zhì)而深受消費者喜愛，在全世界廣泛種植[1-2]，也是我國種植面積最大的蔬菜作物之一，占全國蔬菜總播種面積的8%～10%，位居蔬菜首位[3]。尤其是貴州、湖南、四川等省份種植面積較大[4]。其中，貴州常年種植面積穩(wěn)定在33.3萬hm2以上，產(chǎn)量超600萬t，種植面積和產(chǎn)量均占全國的1/6和全球的1/10，產(chǎn)加銷均位居全國首位[5]。辣椒果實中富含辣椒素、維生素C、蛋白質(zhì)、脂肪、多糖等有效成分，具有頗高的營養(yǎng)價值和保健功能[6]，辣椒在貴州脫貧攻堅和鄉(xiāng)村振興中發(fā)揮了重要作用[7]。

隨著辣椒產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要以及嗜辣人群對生活品質(zhì)的不斷提高，消費者對辣椒品質(zhì)的要求也逐步提高。種質(zhì)資源營養(yǎng)品質(zhì)評價是種質(zhì)資源研究的重要組成部分，也是優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源挖掘和創(chuàng)新利用的基礎[8]。目前，不同辣椒種質(zhì)資源的品質(zhì)分析報道較多[9-13]，但針對不同辣椒種質(zhì)資源農(nóng)藝和品質(zhì)性狀的綜合評價較少。利用主成分和聚類分析的方法對不同辣椒資源農(nóng)藝和品質(zhì)性狀的綜合評價還未見報道。筆者以收集獲得的20份辣椒種質(zhì)資源為材料，對其單株掛果數(shù)、單果鮮質(zhì)量、果橫徑、果縱徑、果肉厚及辣椒素、二氫辣椒素、辣椒紅素、維生素C、蛋白質(zhì)、還原糖、粗脂肪、粗纖維和干物質(zhì)含量等14個農(nóng)藝和品質(zhì)性狀進行綜合評價，以期為優(yōu)質(zhì)辣椒種質(zhì)資源的挖掘利用以及新品種選育提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

20份辣椒資源的名稱及來源詳見表1，于2023年種植在貴州省遵義市新蒲新區(qū)蝦子鎮(zhèn)紅旗村遵義市農(nóng)業(yè)科學研究院辣椒研究所的試驗基地。試驗地地勢平整，中等肥力，光照充足，排灌方便。2023年3月22日，采用漂浮育苗播種。定植前，一次性施足底肥，采用高廂起壟、地膜覆蓋，小區(qū)按1.3 m連溝開廂，壟面寬70 cm，壟高20 cm，壟溝50 cm。5月12日雙行單株定植，株距40 cm，行距50 cm，小區(qū)面積14.4 m2，每小區(qū)種植50株，3次重復，完全隨機區(qū)組排列。

1.2 測定指標

待辣椒果實充分紅熟后，拔除雜株，并挑選生長狀況一致且無病害的紅椒果實，測量不同辣椒資源的單株掛果數(shù)、單果鮮質(zhì)量、果橫徑、果縱徑、果肉厚等5個農(nóng)藝性狀指標，測量標準參照李錫香等[14]《辣椒種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》，設3次重復，取平均值。并將紅椒果實用樣品采集袋密封好后迅速帶回實驗室，對鮮椒進行辣椒素、二氫辣椒素、辣椒紅素、維生素C、蛋白質(zhì)、還原糖、粗脂肪、粗纖維和干物質(zhì)含量等9個品質(zhì)指標進行測定，設3次重復，取平均值。采用GB/T 30388－2013高效液相色譜法測定辣椒素和二氫辣椒素含量[15]；參照韓曉嵐等[16]高效液相色譜法測定辣椒紅素含量；采用GB 5009.86－2016 2，6-二氯靛酚滴定法測定維生素C含量[17]；采用GB 5009.5－2016凱氏定氮法測定粗蛋白含量[18]；采用GB 5009.7－2016高效液相色譜法測定還原糖含量[19]；采用GB 5009.6－2016索氏抽提法測定粗脂肪含量[20]；采用GB/T 5009.10－2003測定粗纖維含量[21]；采用GB 5009.3－2016直接干燥法測定干物質(zhì)含量[22]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel對數(shù)據(jù)進行整理和統(tǒng)計；采用SPSS 27進行相關性分析、主成分分析和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 不同辣椒資源農(nóng)藝和品質(zhì)性狀的遺傳多樣性分析

不同辣椒資源農(nóng)藝和品質(zhì)性狀的遺傳多樣性分析結果如表2所示，各項農(nóng)藝和品質(zhì)性狀指標在不同辣椒資源之間的含量差異較大。其中，單株掛果數(shù)在34.27～161.48個，平均掛果數(shù)為100.59個；單果鮮質(zhì)量在2.71～12.82 g，平均鮮質(zhì)量為6.37 g；果縱徑在2.48～20.52 cm，平均縱徑為7.71 cm；果橫徑在0.91～3.95 cm，平均縱徑為1.85 cm；果肉厚在1.08～2.63 mm，平均果肉厚為1.75 mm。辣椒素含量（w，后同）在0.61～70.08 mg·100 g-1，平均含量為21.66 mg·100 g-1；二氫辣椒素含量在0.24～29.47 mg·100 g-1，平均含量為9.90 mg·100 g-1；辣椒紅素含量在0.21～0.89 mg·100 g-1，平均含量為0.46 mg·100 g-1；維生素C含量在61.71～115.75 mg·100 g-1，平均含量為85.24 mg·100 g-1；蛋白質(zhì)含量在12.87～18.52 g·100 g-1，平均含量為15.24 g·100 g-1；還原糖含量在0.11～0.43 g·100 g-1，平均含量為0.33 g·100 g-1；粗脂肪含量在12.17～20.90 g·100 g-1，平均含量為16.04 g·100 g-1；粗纖維含量在21.68～32.43 g·100 g-1，平均含量為26.89 g·100 g-1；干物質(zhì)含量在17.52%～31.33%，平均含量為25.09%。此外，不同辣椒資源農(nóng)藝和品質(zhì)性狀指標的變異系數(shù)也存在較大差異，其中以單果鮮質(zhì)量的變異系數(shù)最大，達63.15%，單果鮮質(zhì)量最大值是最小值的4.73倍，其他依次為辣椒素含量、二氫辣椒素含量、單株掛果數(shù)、辣椒紅素含量、維生素C含量、果肉厚、果橫徑、還原糖含量、果縱徑、粗纖維含量、粗脂肪含量、干物質(zhì)含量、蛋白質(zhì)含量，分別為54.81%、46.76%、43.03%、32.38%、27.31%、26.71%、24.63%、22.18%、21.72%、18.30%、15.78%、15.24%和11.63%。以上結果說明這20份辣椒資源具有豐富的遺傳多樣性。

2.2 不同辣椒資源農(nóng)藝和品質(zhì)性狀的相關性分析

不同辣椒資源的14個性狀指標的相關性分析結果如表3所示，單果鮮質(zhì)量與果橫徑、果肉厚呈極顯著正相關，果橫徑與果肉厚、蛋白質(zhì)含量均呈極顯著正相關，辣椒素含量與二氫辣椒素、干物質(zhì)含量均呈極顯著正相關，果縱徑與辣椒紅素含量、二氫辣椒素含量與干物質(zhì)含量均呈極顯著正相關；單株掛果數(shù)與辣椒素、二氫辣椒素含量均呈顯著正相關，單果鮮質(zhì)量與蛋白質(zhì)含量、粗纖維含量與干物質(zhì)含量均呈顯著正相關。單株掛果數(shù)與單果鮮質(zhì)量呈極顯著負相關，單果鮮質(zhì)量與辣椒素、二氫辣椒素、干物質(zhì)含量均呈極顯著負相關，果橫徑與二氫辣椒素、辣椒紅素含量均呈極顯著負相關，果肉厚與辣椒素、二氫辣椒素含量均呈極顯著負相關；單株掛果數(shù)與果橫徑呈顯著負相關，果縱徑與果橫徑、蛋白質(zhì)含量均呈顯著負相關，果橫徑與辣椒素、干物質(zhì)含量均呈顯著負相關，果肉厚與干物質(zhì)含量、二氫辣椒素含量與蛋白質(zhì)含量、蛋白質(zhì)含量與還原糖含量均呈顯著負相關。

2.3 不同辣椒資源農(nóng)藝和品質(zhì)性狀的主成分分析

不同辣椒資源農(nóng)藝和品質(zhì)性狀的主成分分析如表4所示，提取到特征值大于1的主成分共5個，累積方差貢獻率達到84.488%，說明所提取的5個主成分對不同辣椒資源的綜合評價具有一定的代表性，可作為辣椒選優(yōu)、評價的綜合指標。第一主成分的特征值為5.326，方差貢獻率最高，為38.044%，占比較高的指標為辣椒素和二氫辣椒素含量；第二主成分的特征值為2.814，方差貢獻率為20.099%，占比較高的指標為粗脂肪、粗纖維和干物質(zhì)含量；第三主成分的特征值為1.437，方差貢獻率為10.264%，占比較高的指標為維生素C含量；第一、第二和第三主成分累積方差貢獻率為68.407%，主要反映了辣椒的品質(zhì)指標因子。第四主成分的特征值為1.199，方差貢獻率為8.568%，占比較高的指標為單株掛果數(shù)，主要反映了辣椒的農(nóng)藝指標因子。第五主成分的特征值為1.052，方差貢獻率為7.513%，占比較高的指標為還原糖含量，主要反映了辣椒的品質(zhì)指標因子。

2.4 不同辣椒資源農(nóng)藝和品質(zhì)性狀的綜合評價

為了對辣椒資源主要農(nóng)藝與品質(zhì)性狀進行綜合評價，根據(jù)因子得分系數(shù)矩陣及其所對應的主成分，可得到如下5個主成分得分函數(shù)表達式：

F1=0.29X1-0.37X2+0.08X3-0.37X4-0.35X5+0.36X6+0.37X7+0.14X8-0.06X9-0.29X10+0.15X11+0.08X12+0.10X13+0.31X14；

F2=0.06X1-0.11X2-0.52X3+0.25X4+0.07X5+0.13X6+0.11X7-0.47X8+0.01X9+0.24X10-0.08X11+0.36X12+0.33X13+0.30X14；

F3=0.07X1 -0.16X2 -0.09X3 +0.01X4+0.29X5-

0.17X6-0.16X7-0.09X8+0.56X9-0.32X10+0.48X11+0.22X12-0.32X13+0.15X14；

F4=0.43X1+0.14X2-0.15X3+0.07X4+0.12X5+0.15X6+0.18X7+0.12X8-0.11X9-0.07X10-0.37X11+0.40X12-0.55X13-0.26X14；

F5=0.03X1+0.23X2+0.19X3+0.14X4+0.14X5+0.00X6+0.01X7-0.26X8-0.66X9-0.26X10+0.51X11+0.20X12+0.03X13-0.06X14。

式中，X1～X14分別表示單株掛果數(shù)、單果鮮質(zhì)量、果縱徑、果橫徑、果肉厚、辣椒素含量、二氫辣椒素含量、辣椒紅素含量、維生素C含量、蛋白質(zhì)含量、還原糖含量、粗脂肪含量、粗纖維含量、干物質(zhì)含量14個性狀指標；F1、F2、F3、F4、F5分別表示主成分1、2、3、4、5的得分。以各主成分特征值比率為權重，構建20個辣椒資源農(nóng)藝和品質(zhì)性狀綜合評價得分函數(shù)，F(xiàn)=0.45F1+0.24F2+0.12F3+0.10F4+0.09F5。分別計算出20份辣椒資源農(nóng)藝和品質(zhì)性狀的主成分得分和綜合得分，如表5所示，20份辣椒資源的綜合排名依次為：星悅、艷椒808、湘辣702、興蔬單生朝天椒、艷椒908、朝天椒6號、驕陽6號、川椒、艷椒425、黃楊小米辣、鳳岡珠子椒、務辣1號、遵辣1號、三櫻椒8號、朝陽1號、山堡辣椒、綏陽子彈頭、博辣15號、滿分215和湄潭燈籠椒。

2.5 不同辣椒資源農(nóng)藝和品質(zhì)性狀的聚類分析

采用歐氏距離和質(zhì)心聚類法對20份辣椒資源的主成分綜合得分進行聚類分析，聚類結果如圖1所示。在歐氏距離為10處，可將20份辣椒資源分為3大類。第I類包括的資源有朝天椒6號、驕陽6號、川椒、艷椒425、黃楊小米辣、鳳岡珠子椒、務辣1號和遵辣1號，編號分別為4、15、6、18、8、3、11和5，主要特征是維生素C和粗脂肪含量高，其他性狀指標均處于中等水平；第Ⅱ類包括的資源有朝陽1號、山堡辣椒、綏陽子彈頭、三櫻椒8號、博辣15號、滿分215和湄潭燈籠椒，編號分別為7、13、1、17、19、20和2，主要特征是果實大，單株掛果數(shù)少，干物質(zhì)含量最低，含水量大，蛋白質(zhì)含量高，維生素C、還原糖和粗纖維含量均處于中等水平，辣椒素、二氫辣椒素和辣椒紅素含量最低。第Ⅲ類包括的資源有艷椒808、星悅、艷椒908、興蔬單生朝天椒和湘辣702，編號分別為 9、10、12、14和16，主要特征是果實小，單株掛果數(shù)多，辣椒素、二氫辣椒素、辣椒紅素、還原糖、粗纖維和干物質(zhì)含量高，維生素C和蛋白質(zhì)含量低，粗脂肪含量處于中等水平。從貴州大眾口味的飲食習慣來看，第Ⅰ類適用于加工糟辣椒、油辣椒和煳辣椒面，第Ⅱ類適用于鮮食以及加工糟辣椒、油辣椒和煳辣椒面，第Ⅲ類適用于辣味調(diào)味品。

3 討論與結論

筆者對收集的20份辣椒資源進行了農(nóng)藝和品質(zhì)性狀的綜合評價分析，為遵義辣椒的品種選育奠定了基礎。從研究結果可以看出，20份辣椒資源的農(nóng)藝和品質(zhì)性狀表現(xiàn)出不同程度的多樣性。其中，農(nóng)藝性狀中單果鮮質(zhì)量的變異系數(shù)最大，果實性狀表現(xiàn)出較大的差異。常曉軻等[23]和張秀榮等[24]的研究也表明，單果質(zhì)量的變異系數(shù)較大。而各品質(zhì)性狀之間的變異系數(shù)也存在較大差異，其中，辣椒素含量的變異系數(shù)最大，最高含量是最小含量的114.89倍，這與付文婷等[9]、蓬桂華等[12]和任朝輝等[13]的研究結論一致。研究表明，在同一栽培和管理條件下，不同辣椒資源表現(xiàn)出了不同的遺傳多樣性，具有豐富的遺傳信息和較大的選擇潛力。

相關性分析可反映兩兩性狀之間的潛在關聯(lián)程度，本研究的相關性分析結果表明，農(nóng)藝性狀與品質(zhì)性狀之間形成了相關關系，有28對性狀的相關系數(shù)達到顯著水平，大部分性狀間存在著內(nèi)在的聯(lián)系，其中，單果鮮質(zhì)量與果橫徑、果肉厚呈極顯著正相關，這與常曉軻等[23]、彭澤等[25]得到的單果質(zhì)量與果橫徑、果肉厚呈極顯著正相關的研究結論相符。同時，單果鮮質(zhì)量與辣椒素含量、二氫辣椒素含量、單株掛果數(shù)呈極顯著負相關，而單株掛果數(shù)與辣椒素和二氫辣椒素含量呈顯著正相關，辣椒素含量與干物質(zhì)含量呈極顯著正相關，呈現(xiàn)出“掛果數(shù)多、果小味辣、干物質(zhì)含量高”的特征，說明這些農(nóng)藝性狀與農(nóng)藝性狀、農(nóng)藝性狀與品質(zhì)性狀以及品質(zhì)性狀與品質(zhì)性狀之間存在著相互影響、互相制約的關系，因此，在開展辣椒育種的實踐工作時，不能單純地只考慮某一個特征性狀指標，而是要綜合考量和評價種質(zhì)資源的綜合性狀，并協(xié)調(diào)好他們之間的關系，達到保產(chǎn)增質(zhì)的目的。

在多樣品多指標的綜合評價分析中，主成分分析與聚類分析得到了廣泛的應用。主成分分析是通過降維的方式，用少量綜合指標代替原來多個指標的大部分信息，以達到反映樣品基本特征信息的目的[26]。而因子分析用于綜合評價的優(yōu)點在于，因子之間不相關，每個因子中能反映變量之間的關系，有助于更客觀地描述多個變量對樣品聯(lián)系性的影響，因子方差貢獻率生成的信息量權數(shù)，比人為確定的權數(shù)工作量要少，有助于保證客觀性[27]。本研究結果表明，采用主成分分析從14個性狀指標中提取出5個主成分，分為農(nóng)藝因子和品質(zhì)因子兩類，因子1、因子2、因子3和因子5為品質(zhì)因子，有辣椒素、二氫辣椒素、粗脂肪、粗纖維、干物質(zhì)、蛋白質(zhì)、維生素C和還原糖含量等指標，累積方差貢獻率達76.320%。因子4為農(nóng)藝因子，主要指標為單株掛果數(shù)，方差貢獻率為8.568%。

聚類分析法是分類學與多元分析相結合的統(tǒng)計方法，能夠根據(jù)調(diào)查指標的相似性或差異性，定量確定不同品種間的親疏關系并進行分類[28]。筆者采用歐氏距離和質(zhì)心聚類法對20份辣椒資源的主成分綜合得分進行聚類分析，將20份辣椒資源劃分為3大類，性狀相近的聚為一類，各個類群具有一定的形態(tài)學特征。莫惠棟等[29]研究表明，利用多個性狀進行聚類時，某些性狀的差異可能會被另一些性狀的差異所掩蓋，導致出現(xiàn)部分組間差異模糊。因此，可在必要時對組內(nèi)材料再進行系統(tǒng)聚類，以便獲得更精確的聚類結果。

綜上所述，20份辣椒資源的各性狀指標差異較大，變異系數(shù)為11.63%～63.15%；農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀之間呈顯著相關性；主成分分析提取出5個主成分，累積貢獻率達84.488%；聚類分析將參試資源分為3種類型，從貴州大眾口味的飲食習慣來看，第Ⅰ類適用于加工糟辣椒、油辣椒和煳辣椒面，第Ⅱ類適用于鮮食以及加工糟辣椒、油辣椒和煳辣椒面，第Ⅲ類適用于辣味調(diào)味品。可根據(jù)不同辣椒類型的特征特點進行資源整合與歸類，在育種過程中將其作為種質(zhì)資源套袋純化后再進行優(yōu)化改良，為遵義早日建成“世界辣椒加工貿(mào)易基地”奠定基礎。

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