基于主成分分析法的加工辣椒品種篩選與品質指標分析

張慶銀，王子凡，王丹丹，李 燕，師建華，牛瑞生，齊連芬

（石家莊市農林科學研究院，河北 石家莊 050041)

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

河北省作為京津冀的菜籃子，蔬菜生產一直備受重視。相關研究表明，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的主要因素。鑒于國內辣椒產業的發展現狀，提高辣椒的規模化種植水平和單產，加快品種的升級和換代，發展深加工，延長產業鏈等對策是提高辣椒產業整體發展水平的有效舉措。因此，引進優良品種、發展加工辣椒產業、提高附加值是提高河北省辣椒產業水平的重要途徑。辣椒產量和質量的關鍵決定因素是品種，以望都、雞澤、冀州等為代表的河北省傳統辣椒產區，生產中一般以傳統品種為主，優良品種引進和選育不足，現有品種和品質退化嚴重。基于此，石家莊市農林科學研究院引進10份加工型辣椒品種，通過分析辣椒生長、產量及品質等指標，以篩選出適合河北省露地栽培且經濟效益較高的優良品種，為改善地區品種結構和增加農民收入提供一定的參考依據。

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，隨機區組排列，每個品種3次重復，小區面積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，田間管理參照常規管理方式。

1.2.2 調查項目及方法

成熟期按小區計產。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量，統計單株產量、單株紅果數與綠果數。收獲后，選取每個品種果實樣本，交由北京市農林科學院蔬菜研究中心營養品質實驗室測定品質指標。可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍比色法測定，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 數據分析

采用Excel 2019進行數據處理，采用SPSS 26.0進行主成分分析。

2 結果與分析

2.1 不同辣椒品種生長指標、果實性狀及產量指標比較

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、果實性狀及產量比較

表2中二金條的單果質量最大，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。天宇單株結果數最多，為220.20個，顯著大于內黃新一代、艷紅和湘辣702，且極顯著大于其余品種；二金條的單株結果數最少。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產量大小依次為天宇＞內黃新一代＞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，其中天宇內黃新一代、美紅9號差異不顯著，天宇和內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量指標主成分分析

對株高、莖粗、株幅、單株結果數、紅綠果比、單果質量、果實縱徑、果實橫徑、667 m產量共9項指標進行主成分分析，其中原始數據的標準化向量如表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據的信息。

表3 不同指標原始數據的標準化向量

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、單果質量、果實縱徑和果實橫徑的載荷系數均為正值，其中紅綠果比例和果實縱徑載荷系數較大，分別為0.92和0.90，主要反映了辣椒的果實成熟度和形態特征；株高、莖粗、單株結果數和667 m產量的載荷系數均為負值，其中單株結果數為－0.87，主要反映了辣椒的產量特征，說明本試驗中單株結果數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特征，而667 m產量的載荷系數為負值（－0.12），說明本試驗中株型較大的辣椒品種產量并不高。在主成分PC3中，667 m產量的載荷系數較大且為正值（0.86），主要反映了辣椒的產量特征，而株高、株幅、單果質量的載荷系數為負值，分別為－0.46、－0.28、－0.52，說明本試驗中株型小、單果質量小的品種在667 m產量上會有所增加。

2.3 不同辣椒品種生長和產量指標綜合評價

根據林海明的主成分綜合分析方法以及SPSS統計分析結果，分別計算出3個主成分綜合評價函數公式，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＝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、內黃新一代等品種在生長和產量指標上表現較好。

表5 主成分分析綜合評價

2.4 不同辣椒品種品質指標比較

綜合不同辣椒品種的生長和產量指標、主成分分析和田間表現，選取了綜合指標較優的深紅8號、美紅9號、天宇、內黃新一代和湘辣702共5個品種進行品質指標測定，結果見表6。5個品種的維生素C含量大小依次為深紅8號＞內黃新一代＞美紅9號＞天宇＞湘辣702，深紅8號分別較內黃新一代、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 不同辣椒品種品質指標比較 mg/kg

3 討論與結論

多元統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聯的情況下分析指標間的統計規律，一般在進行農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量和品質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，綜合得分結果為云辣素1號＞天宇＞艷紅＞內黃新一代＞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。綜合考慮多元統計分析結果以及田間表現，選取了美紅8號、深紅9號、天宇、內黃新一代以及湘辣702進行品質測定。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，并且667 m產量最高，深紅8號在維生素C和可溶性糖含量上最優，內黃新一代則在辣椒素含量上最優。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，辣椒生產基本上實現了周年供應。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，其單株結果數最多，667 m產量最高，并且品質較優。因此，綜合得出天宇品種適合在河北省進行推廣。