基于表型性狀和SRAP標記的觀賞用辣椒種質資源遺傳多樣性分析

赫 衛，張 慧

（1.貴州中醫藥大學藥學院 貴州貴安 550025； 2.黑龍江省農業科學院園藝分院 哈爾濱 150069）

觀賞辣椒起源于南美洲熱帶，在明朝時傳入中國，最早作為觀賞花卉。辣椒色彩豐富、果形奇特，果形有羊角形、牛角形、球形、櫻桃形、風鈴形、指天形、線形、燈籠形等，果色有紅、紫、黃、橙、黑、白、綠等，極具觀賞價值。觀賞辣椒可應用于家庭園藝、花壇及現代農業觀光園，也可開發為禮品蔬菜、辣椒工藝品等。王學工等探討了觀賞辣椒的應用開發前景，認為其可用于醫藥化工產品、辣椒加工產品和辣椒工藝品等。陳紅娜等報道了觀賞辣椒的應用，表明其可用于庭院和室內的擺放，還可用于學校科普植物實物教材。種質資源篩選是觀賞辣椒應用和新品種選育的關鍵環節。王佳敏等應用AHP 法和灰色關聯法評價了12 份觀賞辣椒果實的外觀品質。趙東風等利用隸屬函數法結合生理測定評價9 份觀賞辣椒種質資源的耐熱性。余文中等分析了50 份觀賞椒種質材料的主要農藝性狀差異性。目前，觀賞辣椒的研究主要集中在國內外新品種選育、栽培技術、生理指標測定等方面。采用表型性狀評價的方法，對觀賞辣椒種質資源的農藝性狀和觀賞性的研究較少。筆者調查了20 份辣椒材料的33 個農藝性狀，作了相關性分析，并進一步采用相關序列擴增多態性（Sequence-related amplified polymorphism，SRAP）分子標記研究了辣椒間的遺傳關系，希望為觀賞用辣椒的品種選育提供更為廣泛的親本來源。

1 材料與方法

1.1 材料

選用了20 份辣椒材料（表1，圖1），由黑龍江省農業科學院園藝分院提供。

圖1 20 份辣椒材料結果期成株照片

表1 20 份辣椒材料的類型

1.2 性狀調查

辣椒材料于2014 年在黑龍江省農業科學院園藝分院試驗基地種植，3 月18 日催芽，3 月25 日穴盤育苗，穴盤規格12 cm×6 cm；5 月25 日定植于大棚中，每個品種30 株，常規水肥管理。依據《辣椒種質資源描述規范和數據標準》，共選取33 個農藝性狀進行統計分析。其中，數量性狀9 個，分別為株高、株幅、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；質量性狀24 個，分別為株型、分枝性、葉節色、主莖色、莖茸毛、葉形、葉色、花冠色、花藥色、花柱色、花柱長度、花梗著生狀態、熟性、青熟果色、老熟果色、果形、果面棱溝、果面特征、果肩形狀、果頂形狀、果基部宿存花萼、外果皮厚薄、胎座大小、果實橫切面形狀（表2），發現葉色中有綠葉帶紫脈的新類型。首花節位、葉節色、主莖色、莖茸毛、葉形、葉色、花冠色、花藥色、花柱色、花柱長度、花梗著生狀態在6 月調查，株高、株幅、株型、分枝性、單株果數、青熟果色、果形、果面棱溝、果面特征、果肩形狀、果頂形狀、果基部宿存花萼、熟性在9 月調查，老熟果色、外果皮厚薄、胎座大小、果實橫切面形狀、商品果縱徑、商品果橫徑、果梗長度、果肉厚、單果質量在10 月收獲時調查。

1.3 SRAP標記分析

采用CTAB 法提取辣椒葉片基因組DNA，從已報道文獻的SRAP 標記序列中選取26 對引物（me1- em2、me1- em3、me1- em4、me1- em5、me1-em6、me1-em7、me1-em11、me2-em2、me2-em4、me2-em7、me2-em9、me2-em10、me3-em1、me3-em7、me4-em4、me5-em2、me5-em5、me5-em7、me6-em3、me7-em4、me7-em6、me8-em1、me8-em3、me8-em5、me9-em1 和me12-em5）

PCR 總反應體系20 μL：引物0.30 μmol·L，酶 0.75 U，dNTP 0.20 mmol · L，Mg2.50 mmol · L，模 板DNA 50 ng，ddHO 補 齊20 μL。反應程序：94 ℃預變性5 min；94 ℃變性1 min，35 ℃復性1 min，72 ℃延伸1 min，5 個循環；94 ℃變性1 min，50 ℃復性1 min，72 ℃延伸1 min，35 個循環；72 ℃延伸10 min。采用6%變性聚丙烯酰胺凝膠電泳，銀染法染色。

1.4 數據分析

變異系數CV=SD/AVG×100%，SD 是標準差，AVG 是均值。多樣性指數Shannon-Weave公式為=－ΣPlnP其中，P是某一表型（比如果形）的第個性狀值出現的頻率。質量性狀的頻率根據表2 的描述，數量性狀的頻率根據平均值（）和標準差（）將數據分為10 級，0.5為1 級，從第1 級X＜（-2）到10 級≥（+2），每一級的相對頻率用于計算多樣性指數。SRAP 引物的擴增產物電泳圖譜上同一位置擴增條帶的有和無分別記為“1”和“0”。應用Ntsys 2.01 軟件和UPGMA 法進行聚類分析，利用SPSS 18.0 和Excel 2017 進行相關性分析和PIC 值統計。

表2 辣椒質量性狀描述

2 結果與分析

2.1 數量性狀的多樣性分析

對20 份材料的9 個數量性狀進行分析（表3），平均變異系數為52.81%。其中，單果質量（116.32%）的變異系數最大，表明單果質量的表現型變異范圍廣，本試驗中單果質量最大的是一個短牛角果形的品種，最小的是一個圓球果形的品種。變異系數最小的是株幅（19.89%），表明株幅的人工選擇面窄。其余性狀變異系數分布范圍為29.08%～80.01% ，性狀間變異幅度差別大。9 個數量性狀的平均遺傳多樣性指數為1.74，分布范圍為1.40～1.97。其中，多樣性指數最大的是株高，最小的是單果質量。所選材料中，單果質量變化范圍很大，為1.61～75.53 g，但平均值只有15.34 g，說明絕大部分材料的單果質量小，單果質量分布不均勻，這可能是導致單果質量多樣性指數較低的原因。

表3 辣椒數量性狀統計

2.2 質量性狀的多樣性分析

分析20 份材料的24 個質量性狀（表4），多樣性指數范圍為0.50～1.89，平均值為0.97。其中，多樣性指數最高的是青熟果色（1.89），其次是果形（1.88），最低的是花冠色（0.50）。根據多樣性指數的意義，發現辣椒的青熟果色的表現型最多，果形其次，20 份材料共展示了8 種青熟果色和7 種果形。

表4 辣椒質量性狀統計

多樣性指數與分布頻率有關。大部分性狀的分布頻率相對均勻，包括果形和果色。幾個性狀的分布頻率不均勻：花冠色以白色為主，紫色分布頻率為20%；葉色和主莖色以各種深度的綠色為主，紫色分布頻率分別僅為5%；而葉節色以紫色和淺紫色為主，綠色分布頻率僅為5%；果肩形狀、果頂形狀、果實橫切面形狀、分枝性、莖茸毛、花柱長度的分布頻率不均勻。花冠色只有2 個表現型，且分布不均勻，因此多樣性指數最低。花柱色也是2 個表現型，分布十分均勻（白色占50%，紫色占50%）。因此，多樣性指數較高（0.69）。莖茸毛雖有3 個性狀，但分布不均勻，這也是其多樣性指數（0.52）較低的原因。由以上分析可知，所收集資源的果色和果形雖沒有囊括已知的所有表現型，但表現型多樣且分布均勻，多樣性指數較高，可滿足品種選育的需求。

2.3 主要農藝性狀的相關性分析

不同組織器官顏色是觀賞用辣椒重要性狀之一。顏色性狀有8 個，分別為葉節色、主莖色、葉色、花冠色、花柱色、花藥色、青熟果色和老熟果色。對33 個主要農藝性狀進行相關性分析（圖2）表明，花冠色、主莖色、葉色與青熟果色四者彼此呈顯著正相關（相關系數＞0.583），花冠色越淺，主莖色、葉色和青熟果色顏色越淺。當幾個品種的花冠色是紫色時，主莖色以紫色或綠帶紫條紋為主，葉色是紫或綠帶紫脈，青熟果色是紫色。推測這些品種與其他品種，在花青素的代謝上有所不同。花柱色與老熟果色呈顯著負相關（-0.599）；花藥色與主莖色呈顯著正相關（0.678）；葉節色與其他顏色性狀無顯著相關。

圖2 辣椒主要農藝性狀相關性

果形是觀賞用辣椒又一重要性狀。調查了果實形態的13 個性狀（圖2）。結果表明，果形與果頂形狀（-0.487）、商品果縱徑（-0.593）、果梗長度（-0.458）呈顯著負相關；商品果縱徑（0.484）、果梗長度（0.618）與果面特征呈顯著正相關；果頂形狀與果面棱溝（0.499）、果肩形狀（0.476）呈顯著正相關；果面棱溝與商品果橫徑（0.573）、果實橫切面形狀（0.725）呈顯著正相關；果肩形狀也與商品果橫徑（0.552）、果實橫切面形狀（0.685）呈顯著正相關；果基部宿存花萼與果肩形狀（-0.565）、商品果橫徑（-0.633）、果肉厚（-0.538）、果實橫切面形狀（-0.493）呈顯著負相關，與果面特征（0.502）、商品果縱徑（0.463）呈顯著正相關；外果皮厚薄與果面棱溝（-0.629）呈顯著負相關，與胎座大小（0.614）呈顯著正相關。

由上述分析可知，在篩選辣椒種質資源時，需要注重各主要農藝性狀之間的相關性。綜合各性狀來提高辣椒觀賞性，以求得到兼具多種優良性狀的種質資源，為觀賞用辣椒品種選育奠定基礎。

2.4 辣椒品種間的遺傳關系分析

以20 份辣椒種質資源為材料，進行了相關序列擴增多態性（SRAP）分析（表5）。結果表明，26個引物組合共擴增出305 條清晰條帶。其中，多態性條帶為82 條，每一引物組合擴增到5～20 條，平均11.7 條；其中，有多態性條帶為1～8 條，平均3.2條，位點多態性信息含量PIC 變幅為0.093～0.935，平均為0.641。表現多態性的條帶占總擴增條帶的26.89%。引物me2-em9、me1-em6 擴增的條帶多，多態性豐富，可以有效地區分材料的差異。

表5 SRAP 標記統計

20 份材料的農藝性狀差異很大。因此，通過分子標記來分析它們之間的親緣關系。根據26 對SRAP 引物的擴增結果進行聚類分析（圖3），表明辣椒材料相互分開，在相似系數0.64 處可以將20份供試材料分為5 個類群。

圖3 20 個辣椒品種聚類圖

Ⅰ類，5 個品種聚在這一類，主要表現為單果質量偏小，果實偏小，無莖茸毛，花柱長于雄蕊，果面光滑，果頂鈍圓。

Ⅱ類包括3 個品種，主要表現為無莖茸毛，白色花冠和花柱，果面光滑，果頂鈍圓，果基部宿存花萼平展，商品果橫徑長，果實橫切面不規則，老熟果紅色。

Ⅲ類，9 個品種，其農藝性狀包括了絕大部分表現型。

Ⅳ類，2 個品種，綠葉藍花藥，花梗下垂，無果肩，鈍圓果頂，果基部宿存花萼下包，商品果縱徑長，果實羊角形，果實橫切面近圓形。ICPN21-07（編號16）是青熟果乳黃色，單果較重、熟期最晚；B1436（編號13）是青熟果墨綠色。

Ⅴ類，1 份材料為丑妞（編號19），青熟果色黃綠，老熟果色橙黃，果實橫切面不規則，果面棱溝深，果形似長錐形呈皺縮形態。

3 討論與結論

辣椒主要農藝性狀的變異系數分析表明，單果質量變異系數最大，果實的大小是主要觀賞點之一，可以利用性狀的變異幅度選育新品種。多樣性分析表明，20 份辣椒種質具有較豐富的形態多樣性，其33 個性狀的遺傳多樣性指數平均為1.16。數量性狀的多樣性指數數值相對比較集中，分布范圍為1.40～1.97。其中，多樣性指數最大的是株高，最小的是單果質量。說明了變異系數和多樣性指數沒有絕對的正負相關關系，與李寧等得出的結論一致。質量性狀的多樣性指數中最高的是青熟果色（1.89），表現型最豐富，其次是果形（1.88），最低的是花冠色（0.50）。徐睿等也得出相似結果，對40 份觀賞辣椒種質資源的主要農藝性狀進行遺傳多樣性分析發現，質量性狀中果形的多樣性指數最高，表現型最豐富。果色和果形也都是主要的觀賞點，豐富多樣的性狀可滿足人們的觀賞需求。辣椒作為觀賞品種，選育的主要觀賞性狀是果形和顏色，果形和青熟果色多樣性指數高，揭示所選材料多樣性豐富，有選育和改良的空間。性狀間的相關性分析結果表明，果形、果肩形狀、果基部宿存花萼、商品果縱徑、商品果橫徑、果實橫切面形狀與多種性狀顯著相關，性狀之間聯系緊密。因此，要提高辣椒的觀賞性，特別是果形的觀賞性，可以以這6個性狀為主進行選育；要提高辣椒的果色的觀賞性，若育種目標是改變青熟果色，需要關注花冠色、主莖色、葉色；若育種目標是改變老熟果色，需要關注花柱色。在觀賞用辣椒品種選育過程中，可將上述性狀作為優先篩選目標。

筆者采用SRAP 標記明確區分了20 個辣椒品種，有研究表明，SRAP 標記可以用來進行辣椒種質資源間的遺傳多樣性分析或品種鑒定。SRAP標記揭示了品種間的親緣關系，對20 份辣椒種質資源聚類分析發現，遺傳相似系數為0.54，遺傳進化關系比較遠，可以應用雜交技術選育品種。西安市農業技術推廣中心已經經過收集、自交純化、篩選和雜交這一過程培育出觀賞椒雜交新品種。本文的品種已經經過收集和純化，在篩選后可通過雜交技術培育新品種。如紫簇星（編號4）和B144（編號19）的相似系數最高，遺傳進化關系最近，兩個品種都是紫色花冠，紫色青熟果，鮮紅色老熟果。丑妞（編號17）的花冠是紫色，青熟果是黃綠色，老熟果是橙黃色。丑妞與紫簇星或B144 的遺傳關系最遠，可以通過雜交改良花冠色和果色。20 份辣椒種質資源材料的多樣性指數說明了觀賞性相關辣椒品種有較豐富的遺傳多樣性，聚類分析也表明亞組間和亞組內的表現型豐富，多樣性高。余文中等同樣通過50 份材料的遺傳多樣性分析，結果表明觀賞性辣椒種質材料的性狀存在較大的差異性。說明觀賞辣椒多樣性豐富，為品種選育提供了較多的選擇。筆者用26 對具有多態性SRAP 標記進行聚類分析，鑒定區分辣椒品種，并建立品種間的親緣關系，為觀賞用辣椒品種選育提供理論支持。