雞澤辣椒果實品質評價研究

張哲，張紅肖，2，嚴立斌，3*，孟雅寧，范妍芹

（1.河北省農林科學院經濟作物研究所，河北 石家莊 050051；2.河北科技師范學院園藝科技學院，河北 秦皇島 066600；3.河北省蔬菜技術創新中心，河北 石家莊 050051）

雞澤辣椒果實色澤紫紅、表皮光滑，形狀細長、尖上帶鉤，風味獨特，具有皮薄、肉厚、色鮮、味香、辣度適中、Vc 含量高等特點，廣受消費者的喜愛[1]。雞澤辣椒常年栽培面積為5 333.33 hm2以上，占河北省辣椒栽培總面積的近20%[2]。雞澤縣年加工鮮椒60萬t，占河北省辣椒加工總量的78.9%；當地辣椒產業年產值達40 億元以上，占全省辣椒產業年產值的55.5%，在河北省辣椒產業中具有重要地位[2]。但由于雞澤縣辣椒地方品種混雜，且不同類型的新品種不斷增多，導致當地辣椒果實品質參差不齊，嚴重影響雞澤縣辣椒產業的健康發展。因此，建立一個科學、客觀的辣椒品質評價方法具有重要意義。

隸屬函數值法通過將各品質指標轉化為無量綱數值，再求出其平均值對果實品質進行評定，該方法能夠較客觀地反映品質測評結果，已廣泛應用于辣椒、獼猴桃等作物的品質評價上[3-8]。但隸屬函數值法比較的是平均值，忽略了樣本內指標間的差異，這容易造成篩選的樣本綜合隸屬函數值高而樣本內品質指標高低不齊，最終可能導致單項指標有缺陷的品種被保留，而各指標均衡、品質優異的品種被舍棄。

利用變異系數（CV）可以比較不同樣本的相對變異程度[9]。前人在進行品質評價時，多通過計算同一指標、不同樣本間的CV來反映品種間的遺傳多樣性[10-12]，很少進行同一樣本內不同指標之間的CV研究。而通過對同一樣本內不同指標之間CV進行比較分析，可以有效鑒別樣本內品質指標間的差異程度，彌補隸屬函數值法忽略樣本內指標間差異的缺陷。因此，結合隸屬函數值和樣本內品質指標的CV，便可以篩選出綜合隸屬函數值高、樣本內各品質指標均勻的個體。

本研究以收集、鑒定的53 份雞澤辣椒種質資源為試驗群體，對其營養物質含量進行測定，通過計算各品質指標的隸屬函數值，將各指標進行歸一化處理，再比較同一樣本內不同指標之間的CV，利用隸屬函數值法和變異系數方法對樣本進行綜合評價，以篩選到各項指標均衡、品質優異的雞澤辣椒資源，并建立一套科學的品質評價方法，旨為今后辣椒品質育種和品質評價提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用雞澤辣椒為河北省農林科學院經濟作物研究所科研人員收集、鑒定的種質資源，共計53 份，編號為1～53。

1.2 試驗方法

1.2.1 田間試驗設計 田間試驗在河北省農林科學院河北現代農業試驗園區（北緯38.065°，東經114.455°）進行。2022 年2 月21 日在育苗溫室內播種辣椒種子，采用穴盤育苗；4 月18 日露地大小行高壟定植，大行距80 cm，小行距40 cm，株距40 cm；8 月5 日采收。試驗采用品種小區，隨機區組排列，3 次重復，每小區定植30 株。辣椒田間栽培管理措施同常規。

1.2.2 測定項目與方法 采收時，每小區均隨機選取3 個單株，每株均選取大小和著色均勻一致的辣椒鮮果混合留樣，室內統一測定果實品質指標，項目包括可溶性糖、Vc、可溶性蛋白、粗脂肪、纖維素和辣椒堿含量。其中，可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法[13]；Vc 含量測定采用2，6-二氯酚靛酚滴定法[14]；可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍法[15]；粗脂肪含量測定采用索氏抽提法[16]；纖維素和辣椒堿含量測定均采用國標法[17，18]。

1.2.3 果實品質評價 采用隸屬函數值法、變異系數法和聚類分析方法，對辣椒種質資源的果實品質進行評價。首先，計算出各樣本的綜合隸屬函數值及樣本內各品質指標隸屬函數值的CV（為區分某指標樣本間的CV，將樣本內各品質指標隸屬函數值的CV簡稱為“SDCV”）；然后，分別對綜合隸屬函數值和SDCV進行聚類分析；最后，根據聚類分析結果劃分等級，并繪制雷達圖。具體步驟為：

1.2.3.1 指標計算。（1）綜合隸屬函數值。首先，采用隸屬函數值法，計算果實可溶性糖含量、Vc 含量、可溶性蛋白含量、粗脂肪含量、纖維素含量和辣椒堿含量的隸屬函數值；然后，通過對雞澤辣椒各品質指標的隸屬函數值求平均數，獲得綜合隸屬函數值。

隸屬函數值計算公式[13]為：

如果某項指標對辣椒品質為負影響，需利用反隸屬函數進行轉換。本研究中，纖維素含量對辣椒品質為負影響，其隸屬函數值計算公式[13]為：

式中，D（Xij）為i樣本j指標的隸屬函數值，Xij為i樣本j指標的測定值，Xjmin、Xjmax分別為所有材料中j指標的最小值和最大值。

（2）SDCV。樣本內不同品質指標的單位不同，需根據公式（1）和（2）先求出各指標的隸屬函數值，然后再計算其CV，即SDCV，計算公式[9]為：

式中，Si為i樣本各品質指標隸屬函數值的標準差，Di為i樣本所有品質隸屬函數值的平均數，SDCV為變異系數。

樣本內各品質指標隸屬函數值的標準差（Si）計算公式[9]為：

式中，Si為i樣本內各品質指標隸屬函數值的標準差，Dij為i樣本j生理指標的隸屬函數值，Di為i樣本所有品質生理指標的平均隸屬函數值，n為品質指標的個數。

i樣本各品質隸屬函數值的平均數計算公式[9]為：

式中，各參數含義同公式（4）。

1.2.3.2 聚類分析。為了更好地對雞澤辣椒種質資源的果實品質進行評價，采用SPSS v22.0 數據處理軟件，分別對綜合隸屬函數值和SDCV進行聚類分析。

1.2.3.3 雷達圖繪制。根據綜合隸屬函數值和SDCV聚類分析結果，利用Excel 軟件繪制果實品質指標雷達圖。

2 結果與分析

2.1 雞澤辣椒的果實品質分析

參試雞澤辣椒果實的可溶性糖含量為3.02%～6.70%，平均值為5.12%，CV為16.67%；可溶性蛋白含量為8.48%～11.60%，平均值為9.87%，CV為6.50%；纖維素含量為39.33%～50.00%，平均值為44.49%，CV為4.87%；粗脂肪含量為11.02%～14.00%，平均值為12.06%，CV為5.74%；辣椒堿含量為19.9～139.7 mg/kg，平均值為71.7 mg/kg，CV為33.68%；Vc含量為931.8～1 665.3 mg/kg，平均值為1 310.9 mg/kg，CV為11.02%（表1）。前人研究認為，樣本間CV＞10%即有較大差異[3]。本研究中，辣椒素、可溶性糖和Vc含量的CV均＞10%，表明參試雞澤辣椒的果實品質存在較大差異。因此，有必要對雞澤辣椒種質資源進行品質評價。

表1 參試雞澤辣椒的果實品質Table 1 Fruit quality of Jize peppers tested

2.2 雞澤辣椒果實品質的隸屬函數值分析

綜合隸屬函數值可以客觀地反映果實品質的優劣，而SDCV代表的是樣本內各品質指標整齊度的高低。參試雞澤辣椒果實品質的綜合隸屬函數值為0.26～0.71，SDCV為8.27%～78.23%，差異均較大（表2）。表明雞澤辣椒不僅果實綜合品質存在較大差異，且樣本內各品質指標的整齊度也存在較大差異。其中，綜合隸屬函數值＞0.60 的材料有10 個，SDCV為12.33%～57.06%；綜合隸屬函數值為0.40～0.60 的材料有28 個，SDCV為8.27%～78.23%；綜合隸屬函數值＜0.40 的材料有15 個，SDCV為9.05%～65.67%。可以看出，雞澤辣椒果實品質綜合隸屬函數值分布的各個梯度內，其樣本內各品質指標的整齊度也存在較大差異。因此，隸屬函數值和SDCV都需要進行分級。

表2 參試雞澤辣椒果實品質的綜合隸屬函數值以及樣本內各品質指標隸屬函數值的變異系數（SDCV）Table 2 The comprehensive membership function values of fruit quality of Jize peppers tested and the coefficient of variation of the membership function values of various quality indicators within the sample（SDCV）

2.3 雞澤辣椒果實品質綜合隸屬函數值和SDCV 的聚類分析

為了更好地對雞澤辣椒不同種質資源的果實品質進行評價，分別對綜合隸屬函數值和SDCV進行聚類分析。果實品質綜合隸屬函數值聚類分析結果（圖1）顯示，在歐氏距離5.5 處，參試的53 份雞澤辣椒種質資源聚為三大類群：第玉類群有11 份材料，占試材總數的20.75%，綜合隸屬函數值最低為0.59；第域類群有29 份材料，占試材總數的54.72%，綜合隸屬函數值最低為0.39；第芋類群有13 份材料，占試材總數的24.53%，綜合隸屬函數值最低為0.26。SDCV聚類分析結果（圖2）顯示，在歐氏距離5.5 處，參試的53 份雞澤辣椒種質資源聚為三大類群：第玉類群有13 份材料，占試材總數的24.53%，SDCV最低為8.27%；第域類群有28 份材料，占試材總數的52.83%，SDCV最低為27.11%；第芋類群有12 份材料，占試材總數的22.64%，SDCV最低為56.62%。

圖1 參試雞澤辣椒果實品質綜合隸屬函數值的聚類分析Fig.1 Cluster analysis of the comprehensive membership function values of the fruit quality of Jize peppers tested

圖2 參試雞澤辣椒樣本內不同品質指標隸屬函數值變異系數（SDCV）的聚類分析Fig.2 Cluster analysis of the coefficient of variation（SDCV）of membership function values for different quality indicators of Jize peppers tested

依據上述聚類分析結果，將所有材料果實品質的綜合隸屬函數值和SDCV均劃分為3 個等級。按照綜合隸屬函數值分類，第玉類綜合隸屬函數值≥0.59，該類群總體品質最好，品質分級定為優；第域類綜合隸屬函數值為0.39（含）～0.59，該類群綜合品質中等，品質分級定為中；第芋類綜合隸屬函數值＜0.39，該類群綜合品質整體較差，品質分級定為差。根據SDCV分類，第玉類SDCV＜27.11%，樣本內各項指標品質均較高或者均較低，整齊度較好，變異等級定為低；第域類SDCV為27.11%（含）～56.62%，樣本內品質指標隸屬函數值之間有所差異，整齊度次之，變異等級定為中；第芋類SDCV≥56.62%，樣本內品質指標的隸屬函數值之間差異較大，整齊度最差，變異等級定為高。

2.3 雞澤辣椒果實品質評價方法研究與應用

從上述研究可知，雞澤辣椒果實品質的綜合隸屬函數值分布的各個梯度內，SDCV值均存在較大差異，因此，將綜合隸屬函數值依據聚類分析結果分為3 級后，每一級又根據SDCV聚類分析結果再分為3 個小級，即53 份雞澤辣椒的果實品質共分為9 個等級（表3），并分等級繪制果實品質指標雷達圖（圖3）。

圖3 雞澤辣椒不同等級材料的果實品質指標隸屬函數值分布雷達圖Fig.3 Radar chart of the distribution of membership function values for fruit quality indicators of different grades of Jize pepper

表3 雞澤辣椒果實品質評價標準Table 3 Fruit quality evaluation standards for Jize peppers

一、二、三等雞澤辣椒的果實品質綜合隸屬函數值均≥0.59，其中，綜合品質最好的一等材料有4 個，為25 號、32 號、37 號和40 號，6 個品質指標的隸屬函數值為0.6～0.8，SDCV＜27.11%，各指標在雷達圖上分布均勻；二等材料有6 個，為16 號、27 號、47 號、50 號、51 號和52號，6 個品質指標中有1～2 個品質指標值較高或者較低，SDCV為27.11%（含）～56.62%，各指標在雷達圖上分布較不均勻；三等材料有1 個，為14 號，6 個品質指標的隸屬函數值為0.1～1.0，差異較大，SDCV≥56.62%，各指標在雷達圖上分布極不均勻。

四、五、六等雞澤辣椒的果實品質綜合隸屬函數值為0.39～0.59，其中，四等材料有5 個，為20 號、24 號、33 號、34 號和53 號，6 個品質指標的隸屬函數值為0.4～0.6，SDCV＜27.11%，各指標在雷達圖上分布均勻；五等材料有17 個，為6 號、10 號、11 號、13 號、15 號、18 號、22 號、23 號、26 號、29 號、30 號、35 號、39 號、42 號、43 號、45 號和48 號，6個品質指標中有3～4 個品質指標隸屬函數值較高，1 ～2 個品質指標較低，SDCV為27.11%（含）～56.62%，各指標在雷達圖上分布較不均勻；六等材料有7 個，為3 號、8 號、19 號、21 號、36 號、38 號和41 號，6 個品質指標中有2～3 個品質指標隸屬函數值較高，同時有1～2 個隸屬函數值較低，極差較大，SDCV≥56.62%，各品質指標在雷達圖上分布不均勻。

七、八、九等雞澤辣椒果實品質的綜合隸屬函數值＜0.39，其中，七等材料有4 個，為4 號、7 號、31 號和44號，6 個品質指標中有1～2 個品質指標值較高，同時有2～3 個品質指標隸屬函數值很低，極差較大，SDCV≥56.62%，可以根據實際需求篩選有特異性狀的種質資源；八等、九等材料分別有5 個和4 個，這2 個等級的辣椒綜合品質和單項品質都較低，利用價值較小。

3 結論與討論

雞澤辣椒為河北省特色加工型辣椒，在河北省辣椒產業中占有重要地位[1，2]，但截至目前，有關雞澤辣椒品質的研究較少。本研究結果表明，樣本間辣椒素、可溶性糖和Vc 含量的CV分別為33.68%、16.67%和11.02%，均＞10%，不同雞澤辣椒種質的品質存在較大差異。因此，有必要建立一套雞澤辣椒果實品質評價方法，以篩選優質種質資源。

綜合隸屬函數值法通過將所有數據進行歸一化處理，利用平均值對品種進行綜合評價，是一項較為客觀的評價方法，目前已在多種作物的品質和抗逆性評價上得到應用[3，7，10，11，19，20]。CV是樣本變量的相對變異量，用CV可以比較不同樣本相對變異程度的大小[8]，但是樣本內不同品質指標單位不同，無法直接計算比較，因此需要先求出樣本內各品質指標的隸屬函數值，再計算CV，以確定樣本內各品質指標的整齊度。本研究雞澤辣椒種質資源中，果實品質綜合隸屬函數值＞0.60 的材料有10 個，其樣本內各品質指標隸屬函數值的CV（SDCV）為12.33%～57.06%；綜合隸屬函數值為0.40～0.60 的材料有28 個，其SDCV為8.27%～78.23%；綜合隸屬函數值＜0.40 的材料有15 個，其SDCV為9.05%～65.67%。說明綜合隸屬函數值無論高低，其SDCV變化幅度均較大。因此，在進行品質評價時，需同時考慮果實品質綜合隸屬函數值和SDCV。

綜合隸屬函數值是各品質指標隸屬函數值的平均值，數值越大，代表樣本的綜合品質越高；而SDCV代表的是樣本內各品質指標的變異程度，數值越小，代表樣本內各品質指標的整齊度越高[8]。本研究中分別對綜合隸屬函數值和SDCV進行了系統聚類分析，依據聚類分析結果將雞澤辣椒分為了9 個等級，并分等級繪制了指標分布雷達圖。其中，一等雞澤辣椒品質最好，共有4 個，分別為25 號、32 號、37 號和40號，其綜合隸屬函數值≥0.59，SDCV＜27.11%，各品質指標在雷達圖上分布均勻；七等雞澤辣椒綜合隸屬函數值較低，SDCV≥56.62%，有1～2 個品質性狀較為突出，可以根據育種目標對該等級的種質材料進行選擇；而綜合隸屬函數值和SDCV均低的樣本，雖然各品質指標表現均勻，但由于各項指標值均較低，應用價值較小，因此將其劃分為第九等。前人在對作物品質評價時，僅比較了品質綜合隸屬函數值[3-7]，而忽略了SDCV，這可能會篩選出綜合評分高、單項品質差的個體，淘汰各品質指標均衡的樣本。而通過利用綜合隸屬函數值和SDCV對樣本進行二維評價的方法則可以篩選出綜合隸屬函數值高、各品質指標分布均勻的雞澤辣椒，結合品質雷達圖，可以更為直觀地篩選出目標樣本，避免指標表現突出的個體被忽略，這為今后種質資源的選擇和應用以及新品種的選育提供了一個參考思路。本研究中，由于資源有限、樣本量較小，因此，各等級的劃分標準尚有待于進一步優化。

其他作物的品質評價也需要運用多個指標進行綜合評判，而不同作物品質指標的隸屬函數值、SDCV以及聚類分析的計算方法一致，因此，該方法在其他作物的品質評價上具有一定的適用性。由于不同種類作物的主要品質特征不同，對應的一些特異性指標可能需要賦以權重，但截至目前尚無統一標準確定權重的比例[7，21]，因此，關于賦權重對果實品質評價的影響有待于進一步研究。

本研究建立了雞澤辣椒品質評價方法：先求出各待測樣本的綜合隸屬函數值及SDCV，然后對綜合隸屬函數值和SDCV分別進行聚類分析，再根據聚類結果來劃分等級并繪制雷達圖。采用該評價方法，利用可溶性糖、可溶性蛋白、粗脂肪、辣椒堿、Vc 和纖維素含量6 個果實品質指標，對河北省農林科學院經濟作物研究所科研人員收集、鑒定的53 份雞澤辣椒種質資源進行綜合品質評價，共篩選出一等雞澤辣椒種質資源4 份，分別為25 號、32 號、37 號和40 號，其品質綜合隸屬函數值≥0.59，SDCV＜27.11%，各品質指標在雷達圖上分布均勻，綜合品質最好。