不同朝天椒品種果實性狀評價及聚類分析

摘 要：為篩選適宜河南地區種植的農藝性狀優良的朝天椒新品種，并為辣椒品種改良提供理論依據，對38個朝天椒品種的果實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，品種間果實性狀差異較大，變異系數范圍為9.24%～53.03%，其中二氫辣椒素含量變異程度最大；果實性狀間存在相關性，其中果實長度和果實橫徑與單果質量、果實長度與心室數、果皮厚度與烘干所需時間、辣椒素含量與二氫辣椒素含量均呈極顯著正相關。主成分分析結果表明，共篩選出4個主成分，方差累積貢獻率為70.287%，能反映辣椒農藝性狀的大部分信息。通過表型聚類和液相芯片基因型數據聚類分析，明確了供試材料間的親緣關系。綜上，品種DKP-8418（P31）、好農515紅綠（P28）和DO1844歐蘭德（P24）綜合表現優良，適宜在河南地區推廣種植。

關鍵詞：朝天椒；農藝性狀；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（2024）08-067-09

Fruit traits evaluation and cluster analysis of different Chaotian pepper varieties

Lü Mengyao1， WANG Panqiao1， LI Jisuo2， LIU Keke1， LI Ying1， LI Chen1， JIA Zhiqi1

（1. College of Horticulture， Henan Agricultural University， Zhengzhou 450046， Henan， China; 2. Henan Qidu Agricultural Technology Co.， Ltd， Zhengzhou 450000， Henan， China）

Abstract： In order to screen new varieties of Chaotian pepper with good agronomic characters suitable for planting in Henan， and provide theoretical basis for the improvement of pepper varieties， the difference analysis， correlation analysis， principal component analysis and cluster analysis of fruit characters of 38 Chaotian pepper varieties were carried out. The results showed that the variation coefficient of fruit traits was 9.24%-53.03%， and the variation degree of dihydrocapsaicin character was the largest. There was significant positive correlation between fruit length， fruit transverse diameter and single fruit mass， fruit length and ventricular number， peel thickness and time of drying， capsaicin content and dihydrocapsaicin content. The results of principal component analysis showed that four principal components were selected， and the cumulative contribution rate of variance was 70.287%， which could reflect most of the information of capsicum agronomic traits. Through phenotypic clustering and liquid chip genotypic data clustering analysis， the relationship between the tested materials was clarified. In summary， the varieties DKP-8418（P31）， Haonong 515 Red Green（P28）and DO1844 Olander（P24）showed excellent performance and were suitable for popularization and planting in Henan.

Key words： Pepper; Agronomic traits; Principal component analysis; Clustering analysis

朝天椒（Capsicum annuum L. var. conoides）是世界上重要的蔬菜作物之一，屬于茄科辣椒屬一年或多年生植物，是辣椒的一個重要亞種。我國朝天椒栽培歷史悠久，產量和種植面積均居世界第一位，總產量占世界總產量的70%以上[1]。由于朝天椒口感獨特、營養豐富，所以常被用于制作各種調味品，是制作辣椒面、辣椒醬等調味品的重要原料。朝天椒富含辣椒素，是辣椒中一種重要的生理活性物質，具有抗氧化、抗炎、抗菌、抗病毒、調節免疫等生理功能，在醫藥和食品工業中有著廣泛的應用[2]。

近年來，河南省朝天椒生產規模化基地已經形成，在柘城、臨潁、內黃等主產區，朝天椒已成為當地的主導產業。河南地區目前種植的朝天椒品種單一、辣味低，不能滿足市場需求，市場急需綜合性狀優良的朝天椒品種[3]。朝天椒果實的脫水速度影響朝天椒的收獲采摘和機械化采收，是衡量朝天椒果實特性的重要指標，但對該性狀的評價研究較少。另外，目前朝天椒育種以傳統常規方法為主，分子育種水平較低。基于SNP的靶向測序基因型檢測（genotyping by target sequencing，GBTS）技術，也稱為液相芯片技術，因為其高通量和低成本，在各個農作物育種中的應用越來越廣泛[4]，辣椒液相芯片的開發使用，有助于深入了解辣椒品種間的親緣關系，提高育種效率，對提高我國辣椒生物育種水平具有重要意義。

王丹丹等[5]對辣椒主要農藝性狀相關性的研究表明，單果質量與商品果橫徑呈極顯著正相關。張國儒等[6]將272份辣椒資源進行聚類分析，發現在歐式距離7.5處將全部種質資源分為6類。楊志剛等[7]采用聚類分析法對92份辣椒資源的色價值及性狀指標進行分析，篩選出了用于干制紅辣椒的優良種質材料17份。盡管對辣椒農藝性狀已有相關方面的研究，但隨著辣椒種質資源的不斷創新和辣椒遺傳育種的需要以及河南辣椒新種質的不斷引進，仍需對辣椒種質資源進行評價研究。筆者對來源于22家公司及科研單位的38個朝天椒品種進行綜合性狀評價，對辣椒素含量、單果質量、果實長度、果實橫徑、果肉厚度等主要果實性狀進行相關性分析、主成分分析以及液相芯片基因型聚類分析，以期篩選出適合河南地區露地栽培的優良朝天椒品種。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料來自22家育種單位提供的38個朝天椒新品種，均為雜交1代，品種來源信息見表1。

1.2 試驗設計

試驗材料于2022年種植于在河南省鄭州市惠濟區中原地展試驗基地，露地栽培，5月1日用72孔穴盤播種育苗，6月5日定植，每份材料20株，株行距30 cm×50 cm，3次重復，完全隨機分布。于11月12日上午進行果實采集。

1.3 果實性狀及脫水速度評價

1.3.1 朝天椒果實性狀評價 從每個品種測試果中取10個鮮果，對測試品種的單果質量、心室數、種子數量進行觀察、測量、統計，用游標卡尺測量果實的長度，使用神眇電子光學數字顯微鏡測量果肉厚度、果實橫徑[8]。參考麥玉連[9]的方法測定辣椒素和二氫辣椒素含量。

1.3.2 果實脫水速度評價 每個品種隨機取10個果實，先稱取鮮椒的總質量，再放入烘箱60 ℃ 烘烤24 h，轉入45 ℃后每24小時稱質量1次，直到3次稱質量穩定，作為果實干質量，并記錄所需時間d（天），即烘干所需時間。

1.4 數據處理

采用Excel對數據進行統計與整理；采用 SPSS 進行相關性分析、主成分分析和聚類分析；利用與中國農業大學園藝學院、河南七度農業科技有限公司和石家莊博瑞迪生物技術有限公司合作開發的辣椒40 K液相芯片進行基因型分析和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 各品種果實性狀的變異系數分析

變異系數反映變量之間的相對離散程度，對38個試驗品種的其中10個指標進行了變異系數分析，從表2可以看出，在10個指標中，心室數的變異系數最小，二氫辣椒素含量的變異系數最大。變異系數從小到大依次為：心室數（9.24%）＜果實橫徑（12.90%）＜干鮮比（16.18%）＜果實長度（18.58%）＜烘干所需時間（21.20%）＜單果質量（25.26%）＜果肉厚度（26.32%）＜種子數量（27.00%）＜辣椒素含量（48.08%）＜二氫辣椒素含量（53.03%），38個朝天椒品種間性狀差異較大，具有較為豐富的遺傳多樣性，適宜篩選優異朝天椒品種。

2.2 各品種果實性狀的相關性分析

對38個試驗品種的其中10個指標進行相關性分析，結果由表3所示，果實長度、果實橫徑與單果質量呈極顯著正相關，果肉厚度、烘干所需時間與單果質量呈顯著正相關，果肉厚度與烘干所需時間呈極顯著正相關，果實長度與心室數呈極顯著正相關；辣椒素含量與二氫辣椒素含量呈極顯著正相關。

2.3 主成分分析及綜合評價

為充分反映各因素中起主導作用的綜合指標，進一步明確農藝性狀對38個品種的影響，對9個農藝性狀進行主成分分析，結果見表4，共篩選出特征值大于1的4個主成分，方差貢獻率分別為25.473%、20.484%、12.680%、11.649%，方差累積貢獻率達到了70.287%，能綜合反映辣椒農藝性狀的大部分信息。其中，第一主成分的特征值是2.293，以單果質量的特征向量值最大，其次為果實橫徑、果實長度和心室數，是果實性狀因子；第二主成分的主要影響因子為辣椒素含量和二氫辣椒素含量，是辣度因子；在第三主成分中，果肉厚度的特征向量值最大，是果肉厚度因子；第四主成分種子數量的特征向量值最大，是單果種子數量因子。

根據因子得分系數矩陣及其所對應的主成分，可以計算出4個主成分因子得分。Fl=0.525X1+0.426X2+0.497X3+0.191X4+0.416X5+0.226X6+0.080X7-0.070X8-0.169X9；F2=0.089X1+0.205X2-

0.018X3+0.057X4+0.105X5-0.168X6+0.191X7+0.663X8+0.656X9；F3=0.184X1-0.364X2+0.013X3+0.737X4-0.221X5+0.219X6-0.374X7+0.222X8+0.002X9；

F4=0.068X1-0.320X2+0.152X3-0.220X4-0.269X5+0.685X6+0.524X7+0.086X8+0.091X9。

其中，X1～X9分別表示單果質量、果實長度、果實橫徑、果肉厚度、心室數、種子數量、干鮮比、二氫辣椒素含量和辣椒素含量9個性狀指標。

以各主成分特征值比率為權重，構建38個品種性狀綜合評價得分函數。F=0.362F1+0.292F2+0.180F3+0.165F4。其中，F為38個辣椒品種9個性狀的綜合評價得分。不同辣椒品種性狀的綜合得分及排名如表5所示，F值越大，表明該品種的綜合品質性狀越好。其中，編號P31（DKP-8418）綜合得分122.04，排名第1；編號P28（好農515紅綠）綜合得分121.04，排名第2；編號P24（DO1844歐蘭德）綜合得分110.49，排名第 3。

2.4 基于果實性狀的聚類分析

在主成分分析的基礎上，用SPSS軟件采用平方歐氏距離法對9個農藝性狀進行聚類分析，在歐氏距離為20處，將38個品種分為3類，分別包含22、14和2個品種（圖1）。由圖1和表6可以看出，第I類群共有22個品種，占試驗品種總數的57.9%，此類群二氫辣椒素含量最高，辣椒素含量次之，除干鮮比處，其他農藝性狀值均最低，主要有P1、P3、P4、P5、P6等；第II類群共有14個品種，占試驗品種總數的36.8%，此類群心室數和果肉厚度均為最高，主要有P2、P7、P9、P15等；第Ⅲ類群共有2個品種，占試驗品種總數的5.3%，此類群單果質量、果實長度、果實橫徑、心室數、種子數量、干鮮比和辣椒素含量均最大或最高，主要有P8和P28。

2.5 基于液相芯片的基因型聚類分析

筆者利用液相芯片對38個朝天椒全基因組范圍內的SNP進行檢測，結果得到最小等位基因頻率（MAF）為0.013 16，群體觀察雜合度（Ho）最大值為1.000 0，最小值為0.026 3；期望雜合度（He）最大值為0.500 00，最小值0.025 97。選取的38個朝天椒品種的表型數據大部分品種間存在一定的遺傳差異。為了探索該芯片所包含的基因型是否能夠應用于親緣關系的評價，對38個朝天椒品種進行了聚類分析，結果如圖2所示，在歐式距離為 2 時，將38個品種分為3類，第I類群，共有7個品種，占試驗品種總數的18.4%，均來自不同單位；第II類群共有18份種質，占試驗品種總數的47.4%，其中有 4 個品種來源于河南農業大學園藝學院，有 3 個品種來源于昆明市華興種業有限公司，京研益農（北京）種業科技有限公司和湖南湘研種業有限公司分別有2個品種，其他均來自不同公司；第Ⅲ類群共有13個品種，占試驗品種總數的34.2%，其中有 3 個品種來源于河南紅綠辣椒種業有限公司，其他均來自不同公司。部分公司存在交叉現象，同時被歸到不同的類群中，例如京研益農（北京）種業科技有限公司的4個品種被歸到I、II和Ⅲ類群中；河南農業大學園藝學院和北京大一韓日國際種業有限公司的品種被歸到I和II類群中；歐蘭德種業有限公司和內蒙古天紅椒業股有限公司的品種被歸到I和Ⅲ類群中；沈陽市辣伙伴農業有限公司的品種被歸到II和Ⅲ類群中。

3 討論與結論

農藝性狀的觀測調查是辣椒新品種培育和篩選的重要手段，通過變異度與多樣性指數分析，能夠了解不同品種性狀的差異程度[10]。韓婭楠等[11]研究表明，24個農藝性狀中株幅、果梗長度、果肉厚度的多樣性指數較大，性狀遺傳較豐富；8個品質性狀中，辣椒素和二氫辣椒素含量的變異系數較大，分別為106.98%和112.44%。在本研究的10個農藝指標中，變異系數最大的是二氫辣椒素含量，其次是辣椒素含量，與韓婭楠等[11]、李寧等[12]、詹永發等[13]的研究結果一致。說明這38個品種農藝性狀的變異潛力較大，有助于篩選出優異的朝天椒品種。

相關性分析能反映不同性狀間的關系，為制定育種目標和新品種選育提供參考。袁娟偉等[14]對275份辣椒種質資源表型性狀進行相關性分析，結果表明，單果質量與果實橫徑、果肉厚度、心室數呈顯著正相關。筆者在本研究中的結果表明，單果質量與果實長度、果實橫徑和果肉厚度呈極顯著正相關，與袁娟偉等[14]的研究結果一致。同時本研究中果肉厚度與烘干所需時間呈極顯著正相關，果實長度與心室數呈極顯著正相關。很多作物的農藝性狀間存在相關性，在進行育種工作時可以利用性狀間的相關性對一些性狀進行選擇。因此，在今后辣椒的高產育種中，可以將果實形狀、果肉厚度、單果質量等作為主要的參考性狀。

主成分分析采取降維的方法，利用幾個綜合因子代表原來眾多的變量，使這些綜合因子盡可能地反映原來變量的信息量[15]。王春勇等[16]采用主成分分析、聚類分析等方法對17個鮮加工型辣椒品種農藝性狀進行分析，結果表明，前4個主成分特征值均大于1，累積貢獻率達80.748%，主成分綜合得分由高到低是嬌鳳、龍椒17號、園椒35等。王丹丹等[5]對14個辣椒品種的11個農藝性狀進行主成分分析，結果表明，前3個主成分的累積貢獻率達84.865%，在歐氏距離為10時，將其分為5大類。筆者對38個朝天椒品種的9個主要農藝性狀進行主成分分析，結果表明，特征值大于1的主成分有4個，累積貢獻率達70.287%，第一主成分以單果質量的特征向量值最大；第二主成分主要影響因子是辣椒素含量和二氫辣椒素含量，第三主成分中，果肉厚度的特征向量值最大，第四主成分中種子數量的向量值最大；主成分綜合得分前三名由高到低依次是P31、P28、P24。

聚類分析常用于類群間的相互關系研究，特別是作物品種資源的分類與遺傳多樣性分析。任朝輝等[17]、鞏雪峰等[18]通過聚類分析將多份種質材料進行分類，并根據辣椒素含量篩選出優質類群。步洪鳳等[19]對26個辣椒品種的13個主要農藝性狀進行相關性和聚類分析，表明果形和產量是影響聚類結果的重要因素。在本研究中，基于果實性狀調查結果，將38個朝天椒品種分為3類。第Ⅰ類群二氫辣椒素含量最高；第Ⅱ類群心室數和果肉厚度最高；第Ⅲ類群單果質量、果實長度、果實橫徑、心室數、種子數量、干鮮比和辣椒素含量最高。筆者在本研究中利用與中國農業大學共同開發的辣椒40 K液相芯片，對38個朝天椒品種進行基因型分析，用NTSYS軟件對朝天椒基因型數據進行聚類分析，從聚類結果可以看出，各個品種在分子水平上有較好的多態性，說明各個公司的育種材料來源廣泛，種質資源的遺傳多樣性較豐富，但個別單位也存在品種遺傳多樣性有限、遺傳基礎狹窄的問題。因此在辣椒育種中應該注重選用外來資源來拓展我國栽培辣椒的遺傳基礎。另外，辣椒45 K液相芯片還可以用于朝天椒遺傳圖譜構建、種質資源鑒定、功能基因定位、品種定向選育、全基因組關聯分析等諸多方面，能夠大幅度提高朝天椒育種效率和分子育種水平[20]。

綜上所述，不同朝天椒品種間果實性狀差異較大，變異系數范圍為9.24%～53.03%，其中辣椒素性狀變異程度最大；果實性狀間存在相關性，其中果實長度、果實橫徑與單果質量，果實長度與心室數，果皮厚度與烘干所需時間，辣椒素含量與二氫辣椒素含量均呈極顯著正相關。主成分分析結果表明，品種DKP-8418（P31）、好農515紅綠（P28）和DO1844歐蘭德（P24）綜合表現優良，適宜在河南地區推廣種植。

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