我國辣椒核心種質資源園藝性狀多樣性的分析和評價

趙 紅 曹亞從 張正海 張寶璽 白銳琴 趙園園 王立浩

（中國農業科學院蔬菜花卉研究所，農業部園藝作物生物學與種質創新重點實驗室，北京 100081）

辣椒（Capsicumspp.）屬于茄科辣椒屬一年生或多年生植物（王立浩 等，2012），是一種世界性的重要蔬菜和調味品，果實含有豐富的VC，還是提煉辣椒素和辣椒紅素的原料，具有重要的經濟價值（Reilly et al.，2001；Khan et al.，2014）。辣椒在我國的年栽培面積約150萬hm2，約占我國蔬菜種植面積的10%，對我國蔬菜市場的周年供應具有重要意義（王立浩 等，2016）。

辣椒起源于美洲的熱帶和亞熱帶地區（Davenport，2004；Mongkolporn & Taylor，2011），研究認為至少存在4個主要起源中心：① 美國和墨西哥南部至南美西部；② 巴西和委內瑞拉海岸東北部；③ 巴西東海岸；④ 玻利維亞和巴拉圭中部至阿根廷北部和中部。辣椒屬目前已經鑒定的種共有35個（Carvalho et al.，2014）；1983年國際植物遺傳資源委員會將辣椒栽培種劃分為5個，分別是一年生辣椒（Capsicum annuumL.）、灌木狀辣椒（Capsicum frutescensL.）、中國辣椒（Capsicum chinenseJacq）、 柔 毛 辣 椒（Capsicum pubesensRuiz & Pavon）和下垂辣椒（Capsicum baccatum var.PendulumL.）（IBPGR，1983）。其中一年生辣椒是世界上栽培最廣泛、經濟價值最高，同時也是育種工作中應用最多的栽培種（Rivera et al.，2016）。據報道這5個辣椒栽培種的馴化是獨立的（Andrews，1995），至少存在3個不同的馴化中心（Paran et al.，2007；Pickersgill，2007）。

近年來，國內外學者在辣椒種質表型性狀評價與相關性分析方面已開展了一些工作，為辣椒種質資源遺傳多樣性相關研究奠定了基礎（Geleta et al.，2005；Bozokalfa et al.，2009；Thul et al.，2009；蔣向輝 等，2010；許先松 等，2011）。植物的農藝性狀指標可以表征種質的特點和相關性狀，根據表型差異來反映基因型差異具有重要的意義（李斌 等，2002；李梅 等，2005；詹永發 等，2010；Naegele et al.，2016），因此對種質農藝性狀的分析是研究遺傳多樣性的基礎（Lefebvre et al.，2001）。

中國農業科學院蔬菜花卉研究所辣椒課題組前期在對我國1 907份辣椒資源分子標記分析的基礎上，建立了我國辣椒核心種質資源（待發表）。本試驗通過對331份我國辣椒核心種質資源的43個農藝性狀進行多樣性評價以及聚類分析，旨在了解辣椒核心種質資源的遺傳多樣性分布以及親緣關系，為辣椒種質資源的分子評價、基因深度挖掘及遺傳改良提供理論參考。

表1 辣椒種質資源質量性狀的描述分組

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用辣椒材料來源于顧曉振等構建的我國辣椒核心種質（待發表）中根據表型調查確定的249份辣椒材料，根據分子標記分析，代表了我國總體種質資源遺傳多樣性的75.6%，加上辣椒課題組從國內引進和選育的自交系材料57份以及國外引進材料25份，共331份（表4）。各材料于2016年春定植在中國農業科學院廊坊試驗基地的日光溫室中，雙行定植，每份材料定植8株。

1.2 試驗方法

1.2.1 農藝性狀調查 參照《辣椒種質資源描述規范和數據標準》（李錫香和張寶璽，2006）進行田間性狀調查，調查的農藝性狀分為質量性狀和數量性狀。其中質量性狀包括：株型、分枝性、主莖色、莖茸毛、葉形、葉色、葉緣、葉面茸毛、葉面特征、花冠色、花藥顏色、花柱顏色、花梗著生狀態、花柱長度、青熟果色、老熟果色、果面棱溝、果面特征、果肩形狀、果頂形狀、果臍附屬物、果基部宿存花萼、果形、熟性，共24個性狀；數量性狀包括：株高、開展度、葉片長、葉片寬、葉柄長、側枝數、最長側枝長度、花期、首花節位、商品果縱徑、商品果橫徑、果梗長度、果肉厚、單果質量、單株果數、單株產量、單果種子數、種子千粒重、干物質含量，共19個性狀。

1.2.2 試驗數據分析 利用SPSS 17.0軟件（Kang &Kim，2009）計算質量性狀的頻率分布和變異系數，數量性狀的極大值、極小值、變異幅度、均值、標準差和變異系數。各個性狀的Shannon信息指數（Shannon & Weaver，1949）由Bio-dap軟件計算得到，其中質量性狀的分級標準（表1）參照《辣椒種質資源描述規范和數據標準》和實際調查情況進行；數量性狀的分級標準根據各性狀數據的平均數（M）和標準差（S）將數據分為10級，從第1級Xi＜（M-2S）到第10級Xi≥（M+2S），每0.5S為1級，每一組的相對頻率用于計算多樣性指數（趙香娜 等，2008）。基于43個植物學性狀的聚類分析采用GGT軟件計算遺傳距離，采用UPGMA（unweighted pair-group method with arithmetic means）的方法在MEGA軟件（Tamura et al.，2007）中構建系統進化樹。

表2 331份辣椒種質資源質量性狀的分布頻率與變異系數

2 結果與分析

2.1 辣椒種質資源重要農藝性狀的多樣性分析

2.1.1 辣椒種質資源質量性狀多樣性 331份辣椒種質資源質量性狀的分布頻率和變異情況詳見表2。辣椒質量性狀的變異系數在13.29%～56.42%之間，Shannon信息指數在0.17～2.41之間。果形的Shannon信息指數最高，為2.41，其變異系數也較高，為47.08%，說明其性狀表現形式十分豐富，共有13種，其中長羊角和短羊角的果形所占比例最大，分別為16.9%和14.8%。其次是果肩形狀和熟性，Shannon信息指數均為1.27。但是果肩形狀的變異系數更大，為50.93%，其中無果肩的頻率分布最高，為41.9%。果實熟性主要以早熟和中熟為主，頻率分別為47.0%和29.2%。主莖色的Shannon信息指數只有0.17，變異系數也較低，為18.75%；其性狀表現主要是綠色，為96.1%。老熟果色以紅色為主，所占頻率為93.7%，其Shannon信息指數和變異系數也很低，分別為0.25和17.11%。株型以半直立為主，所占頻率為57.4%。分枝性以中等為主，所占頻率為79.0%。莖茸毛的Shannon信息指數也較高，為1.33，其表現形式以無茸毛和茸毛稀為主，所占頻率分別是34.9%和27.4%。葉形以長卵圓為主，所占頻率為75.8%。葉色以綠色為主，所占頻率為75.9%。葉緣以全緣為主，所占頻率為81.6%。葉茸毛表現形式以無茸毛和茸毛稀為主，所占頻率分別為39.2%和31.6%。葉面特征以平滑為主，所占頻率為73.2%。花冠色以白色為主，所占頻率為91.6%。花藥顏色以紫色為主，所占頻率為72.6%。花柱顏色以白色為主，所占頻率為82.5%。花梗著生狀態的分布比較平均，下垂、側生和直立的分布頻率分別是33.1%、31.9%和33.7%。青熟果色的性狀表現也比較豐富，主要以綠色為主，所占頻率為67.8%。果面棱溝以無棱溝為主，所占頻率為56.0%。果面特征以微皺為主，所占頻率為62.3%。果頂形狀以細尖和鈍圓為主，所占頻率分別為45.2%和35.5%。果臍附屬物絕大部分沒有，所占頻率為88.0%。果基部宿存花萼以平展和下包為主，所占頻率分別為43.1%和41.3%。

2.1.2 辣椒種質資源數量性狀多樣性 從表3可以看出，331份辣椒種質資源數量性狀的變異系數范圍為16.92%～140.18%，Shannon信息指數為1.48～2.08。Shannon信息指數最大的3個性狀依次是：株高、開展度以及葉柄長，但它們的變異系數都較小。同時，變異系數最大的兩個性狀單果質量和最長側枝長度的Shannon信息指數卻是最小的，只有1.48。商品果橫徑、果肉厚、單果種子數、單株果數以及單株產量的變異系數均超過了50%，Shannon信息指數也較高，在1.69～2.01之間。這說明辣椒資源果實的性狀表現變異十分豐富。

辣椒種質資源數量性狀的分布情況如圖1所示，其符合正態分布的性狀有：開展度、葉片長、果梗長度、單果種子數、果肉厚、單果質量以及干物質含量。

表3 辣椒種質資源數量性狀的描述及變異系數

圖1 331份辣椒種質資源數量性狀的分布檢驗

2.2 辣椒種質資源重要農藝性狀的聚類分析

基于43個農藝性狀對331份辣椒種質資源進行聚類（圖2），在遺傳距離為0.35時被分為兩大類（表4）。

圖2 331份辣椒種質資源的聚類分析

表4 331份辣椒種質資源的信息及分類

續表

群體Ⅰ共有40份材料，其中種間材料27份，一年生辣椒13份。其植物學性狀表現豐富，比如花冠色有白色、紫色、淺綠色以及白色帶綠色斑點；青熟果色有綠色、紫色等；果形小，果肉薄，果實成熟期一般極晚；辣椒素含量很高。根據各個材料不同性狀表現可以把群體Ⅰ細分為8個群體。群體Ⅰ-1包含1份材料，是海南黃燈籠椒，屬于中國辣椒（C. chinenseJacq）。其特點是老熟果色為黃色，果面皺縮，辣椒素含量高。群體Ⅰ-2含有2份材料，均是絨毛辣椒（C. pubesensRuiz & Pavon）。莖和葉面茸毛茂密，花冠顏色、花藥顏色以及花柱顏色均為紫色，花柱短于雄蕊，單節葉腋著生1～2朵花，花梗直立生長，果實成熟期極晚，并且種子種皮色為黑色。群體 Ⅰ-3含有9份材料，其中5份屬于中國辣椒（C. chinenseJacq），其余4份屬于下垂辣椒（C.baccatumvar.pendulumL.）。花冠顏色各異，有白色、淺綠色以及白色帶褐色斑點；花梗直立生長；果形小，果肉薄；青熟果色為黃綠色或淺綠色，老熟果色為黃、橘紅以及紅色；果實成熟期極晚；辣味極重。群體 Ⅰ-4包含3份材料，均為一年生辣椒（C.annuumL.），成熟期早，單株果數多，果形為長羊角形，果大，單果種子數多，有辣味。群體 Ⅰ-5只有1份材料，是引自韓國的紫葉小辣椒。植株高大，主莖色為綠色帶紫色條紋；花冠顏色、花藥顏色以及花柱顏色均為紫色；單果質量小，青熟果為紫色；辣味輕。群體 Ⅰ-6包含2份材料，均來自遼寧省。花冠顏色為白色，花藥顏色為藍色；果肉薄、果實大、單產高，果實成熟期適中。群體 Ⅰ-7包含4份材料，均為一年生辣椒（C. annuumL.）。分枝性弱，果基部宿存萼片平展。群體 Ⅰ-8包含18份材料，其中11份為灌木狀辣椒（C. frutescensL.），占61.1%。植株高大，分枝性中弱，葉片顏色為淺綠色；花冠色多為淺綠色，花藥為紫色，單節葉腋著生1～3朵花；果實成熟期極晚，果形多為短羊角形，果肉薄，果基部宿存萼片形態為下包，辣味重。

續表

群體Ⅱ共有291份材料，絕大多數為一年生辣椒（C. annuumL.），3份中國辣椒（C.chinenseJacq）和1份下垂辣椒（C. baccatumvar. pendulumL.），其植物學性狀主要表現為中度分枝性，主莖色為綠色，花冠顏色為白色，花藥顏色多數為紫色；花梗著生狀態有下垂、直立和側生；青熟果顏色各異，有黃白、黃綠、淺綠、綠、深綠、紫色；果實熟性多為早熟和中熟。根據各個材料的不同植物學性狀表現又可以將群體Ⅱ分為兩個群體。群體Ⅱ-1包含127份材料。果形多樣，其中燈籠椒占49.5%，羊角椒占22.1%；果形較大，單果質量大，單產高；果基部宿存萼片形態多為平展；絕大多數果實無辣味。群體 Ⅱ-2包含164份材料。植株較高，葉形多為長卵圓形（81.8%）；果形多為羊角形和指形，所占比例為90.5%；果臍多細尖，無果肩，果肉薄，單果質量輕；果基部宿存萼片形態多為下包；果實熟性多為早熟，并且95.2%的果實有辣味。

3 結論與討論

3.1 辣椒種質資源重要農藝性狀的多樣性

辣椒種質資源質量性狀的Shannon信息指數較大的依次為果形、莖茸毛、果肩形狀、熟性，其變異系數也較大。其中果形、果肩形狀以及熟性都與果實有關，說明果實的變異十分豐富。Shannon信息指數較低的有主莖色、老熟果色和果臍附屬物，其變異系數也較小，說明它們的遺傳較穩定。花柱顏色的變異系數是最大的，但是其Shannon信息指數卻很小，說明Shannon信息指數和變異系數并不是呈正相關的。數量性狀Shannon信息指數最大的3個性狀依次是：株高、開展度以及葉柄長；商品果橫徑、果肉厚、單果種子數、單株果數以及單株產量的變異系數均超過了50%。與質量性狀的變異相比，數量性狀的變異較大，遺傳資源較豐富；而質量性狀的遺傳較穩定，這與詹永發等（2008）、李寧等（2015）對辣椒資源多樣性的研究結果一致。但本試驗中株高、商品果橫徑、單果種子數以及種子千粒重的多樣性高于詹永發等（2008）的研究結果；在果形、花梗著生狀態、首花節位等11個性狀的多樣性高于李寧等（2015）的研究結果。本試驗結果表明，我國辣椒核心種質資源植物學性狀表現豐富，涵蓋變異類型廣，具有很高的育種價值。

3.2 辣椒種質資源植物學性狀的聚類與分類學比較

辣椒一年生栽培種的性狀表現相對單一，遺傳背景較為狹窄，多樣性指數低；而其余4個栽培種以及野生種材料的植物學性狀表現十分豐富，遺傳多樣性較高，比如花冠色涵蓋白、淺綠、紫色以及白色帶褐色斑點。依據辣椒植物學性狀的聚類分析結果基本可以將試驗材料按照材料來源以及所屬種區分為兩大群體，各群體間性狀表現差異明顯，群體Ⅰ的遺傳多樣性遠遠高于群體Ⅱ，其中群體Ⅰ大部分為除一年生栽培種之外的其他辣椒種，群體Ⅱ中絕大多數為一年生栽培種。這與夏碧波等（2017）對30份國外引進辣椒資源的形態學聚類分析結果一致。從聚類分析結果可以看出，一年生辣椒、中國辣椒以及灌木狀辣椒三者間的親緣關系更為相近，這一結論覃成等（2015）也曾提到過。聚類結果并沒有完全將同一種的材料聚類到一起，比如265號和267號（C. chinenseJacq）和一年生辣椒歸為一類，原因可能是在系統聚類時沒有將植物學性狀表現的主次區分或者由于栽培環境的影響使其性狀發生改變，以及某些材料部分性狀數據的缺失等等。

種質資源的遺傳多樣性是育種工作的基礎，而對種質資源遺傳多樣性的研究可以挖掘出優異資源，從而為育種者提供重要信息。本試驗采用表型調查的方法，具有簡單、方便、直觀的特點，但是在深度挖掘種質的優異基因方面有所欠缺，因此在后續的工作中有必要將農藝性狀調查與分子標記結合起來，更加精準地把握辣椒種質資源中的優異性狀，進一步為育種工作提供有力信息。

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