基于农艺性状解析乐都长辣椒种质分化情况

沈吉成，赵彩霞,3，叶发慧,3，李亚鑫，刘德梅，刘瑞娟，沈裕虎，张怀刚,3，陈文杰

（1中国科学院高原生物适应与进化重点实验室/中国科学院西北高原生物研究所/中国科学院种子创新研究院，西宁 810008；2青海省作物分子育种重点实验室，西宁 810008；3中国科学院大学，北京 100049；4青海大学，西宁 810016）

0 引言

辣椒是国内种植面积最大的蔬菜作物之一，其年种植面积持续稳定在147万hm2以上[1-2]，国内辣椒平均年产量高达2800万t，占到世界辣椒产量的46%，辣椒产业的年产值超过700亿元[3-5]。海东市乐都地区年温差和昼夜温差较大，有利于蔬菜光合作用和光合产物的积累[6-7]，成为青海省的辣椒主产区，主栽辣椒品种主要为当地地理标志农产品——乐都长辣椒[8]。该品种具有抗病、高产、优质及经济效益较好等特点，目前在青海辣椒产区广泛种植[8]。近年来乐都长辣椒的产量和品质出现了不同程度的分化和退化，致使其在当地有逐渐失去竞争优势的趋势[9-10]。为更好地保护和开发乐都长辣椒这个青海地方特色蔬菜种质资源，助推青海辣椒产业健康发展，笔者在同样栽培条件下比较分析来自青海不同产区的4个乐都长辣椒品系的农艺性状，探究其种质分化情况，以期为保持乐都长辣椒的高产等优良种质特性的提纯复壮和改良育种工作提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

研究于2020年1—8月在位于青海省海东市乐都区的海东高原现代农业园区设施农业试验示范基地的日光温室内进行。日光温室内土壤容重1.31 g/cm3，持水孔隙31.51%，通气孔隙10.99%，总孔隙度51.97%，pH 6.28。

1.2 试验材料

供试的4个材料为青海目前生产上种植的4个乐都长辣椒品系，其中乐都1号(LD1)为海东高原现代农业园区育苗中心（乐都）提供的乐都长辣椒，乐都2号(LD2)、乐都3号(LD3)和乐都4号(LD4)分别是在青海3个不同辣椒产区（互助、民和和湟源）种苗中心的3个不同的日光温室大棚中随机取样的乐都长辣椒（表1）。将上述4份材料的种子在育苗盘中育苗，当辣椒苗长到8～10片真叶时按材料分4个小区定植于海东高原现代农业园区设施农业试验示范基地的1号日光温室大棚中，每个材料均设置3次重复。定植前施约15 m3的牛粪为底肥，深翻整平后，按照垄高度为20 cm、垄面宽度为50 cm、灌溉沟宽50 cm的标准进行起垄，然后覆盖不透光黑色地膜，每垄栽植2行，株距为0.45 m，植株生长期间采用吊蔓栽培方式，同时进行多蔓整枝方式，按照去内不去外、去老不去新、去弱不去强的原则，每株辣椒保留2～3个强壮侧枝吊蔓。其余栽培技术按常规管理。

表1 供试材料

1.3 试验方法

在辣椒收获期随机选取LD1、LD2、LD3和LD4各30株，共计120份材料，试验以LD1作为对照，在辣椒收获期进行相关指标的测定及评价。

1.4 测定项目

分别利用卷尺和游标卡尺对各品种辣椒植株的株高、商品果横纵径等形态指标进行测量，测定指标以随机选取的10株作为1次重复，每个测定指标均重复3次，株高指标以土层表面至生长点的高度为标准。在辣椒收获期间，使用电子秤称量生产区域中的成熟绿色果实，并统计单株结果数量。

1.5 辣椒农艺性状综合评价

对所选择的各评价指标进行标准化处理，得到辣椒各评价指标的隶属度值[11]。具体计算如式(1)。

式中，A(Xi)表示辣椒标准化结果之后的隶属度值，Xi表示所要评价的辣椒各指标的实验室测定值，Ximax、Ximin分别代表第i项指标中的2个最值。

1.6 数据分析

采用Excel绘制图，SPSS 19.0对数据进行显著性检验及相关分析，不同处理间的比较采用Duncan’s新复极差法(P＜0.05)。

2 结果与分析

如表2所示，LD1株高最长为108.10 cm，LD4株高最低为97.65 cm，LD1株高较LD4显著增加，增幅为11.00%(P＜0.05)。LD2单株果数最高为35.20个，其次为LD1（32.00个），LD2单株果数较LD1显著增加，增幅为25.71%。LD3单果重最高(80.00 g)，LD1次之(67.25 g)，LD2 单果重最低(63.58 g)，LD3 单果重较LD2增加24.03%，且两者差异显著(P＜0.05)。

表2 乐都长辣椒基本农艺性状

由表2可知，不同品种辣椒果实横径表现为LD3＞LD1＞ LD2＞LD4。LD1和LD3果肉横径较LD4分别显著增加7.06%和11.10%；LD2果实纵径最大(188.70 g)，LD1次之(182.61 g)，LD2果实纵径较LD3显著增加4.77%；辣椒果肉厚度的变化为LD3＞LD2＞LD1＞LD4，LD3果肉厚度较LD4增加21.12%，两者差异显著(P＜0.05)。

如图1，不同品种辣椒单株产量表现为LD2＞LD1＞LD3＞ LD4。其中LD2单株产量最高(2238.02 g)，LD1次之(2152.00 g)，LD4单株产量最低(1651.20 g)。LD1和LD2单株产量较LD4显著提高30.33%和35.54%。

图1 乐都长辣椒产量变化

由表3可知，有3个性状与产量呈极显著正相关，相关系数表现为单株果数(0.82)＞果肉厚度(0.50)＞单果重(0.34)。单果重与果肉厚度、商品果横径呈极显著正相关性，同时果肉厚度与商品果横径呈极显著正相关(P＜0.01)。

表3 乐都长辣椒农艺性状相关性分析

如表4所示，由于表征辣椒农艺性状的各指标间存在相关性，各变量之间存在信息上的重叠，使各因子含义不清楚，利用主成分分析可以把多个变量因子归结为少数几个综合因子，在减少评价指标的同时，还能最小程度减少原始信息损失，通过主成分分析可掌握各性状在综合性状中的贡献值，进一步筛选重点指标[12-13]。

表4 解释的总方差

将表2中各指标进行标准化处理，使用SPSS对数据进行主成分分析，得到辣椒各评价参数的相关矩阵，对初始因子载荷矩阵进行再转换，使因子与原始变量间的关系进行重新分配，相关系数向0～1分化，从而使因子载荷矩阵中系数更加显著[14-15]，结果见表5。可以看出主成分1综合所有信息的40.25%，主要从辣椒单果重、果肉厚度、果实横径、单株产量反映辣椒的品质；主成分2综合所有信息的62.77%，主要从辣椒单株果数、果实纵径反映辣椒的品质；主成分3综合所有信息的76.85%，主要从辣椒株高反映辣椒的品质。

表5 旋转后的成分载荷矩阵

为进一步确定主成分与不同因子之间的关系，分析主成分载荷矩阵，由成分得分矩阵（表6）可得4个主成分表达式，如式(2)～(5)。

表6 成分得分系数矩阵

以每个主成分所对应的特征值占所提取主成分总的特征值之和的比值作为权重，计算各品种辣椒前3个主要成分分值与相应权重之积的累加之和，得到综合分值F，然后对F值进行排序（表7）。其中LD1农艺性状综合评价最高，LD2次之，LD3最低。

表7 不同品系乐都长辣椒综合评价结果

由表8可知，不同品种辣椒的单株产量、单果重的变异系数较大，分别为19.61%、19.70%，果肉厚度为16.56%，说明乐都长辣椒在这些指标上离散度较大；变异系数最小的指标是果实纵径(3.08%)，说明辣椒在这一指标上的离散度较小，性状相对稳定。

表8 乐都长辣椒农艺性状变异分析

3 结论

与纯种乐都长辣椒LD1相比，LD2、LD3、LD4已存在明显的农艺性状变异，青海产区乐都长辣椒的种质分化情况已十分严重，其中以单株产量、单果重的变异系数较大，分别为19.61%、19.70%，果肉厚度次之为16.56%，果实纵径变异系数最小为3.08%。农艺性状综合评价表明，LD1农艺性状综合评价最高为0.55，需进一步采取有效措施对其种质进行提纯复壮和创新改良。建议采取的措施包括：（1）建立青海省统一规范的乐都长辣椒保种、制种以及种质创新的措施和机制，同时针对农户自留种、多品种混种及田间管理不当等进行相应的技术培训；（2）通过分子标记技术对乐都长辣椒种质进行遗传多样性分析和核心种质资源库的构建。

4 讨论

本研究利用主成分分析综合评价4种辣椒的基本农艺性状，结果表明LD1农艺性状综合评价最高为0.55，LD2次之为0.54，LD3最低为0.34。变异系数表示性状离散程度，变异系数越大则表明离散程度越高[16]。不同品种辣椒的单株产量、单果重的变异系数较大，分别为19.61%、19.70%，果肉厚度次之为16.56%，果实纵径变异系数最小为3.08%，因此辣椒单株产量相对性状最不稳定、变异较大，单果重、果肉厚度相对较小，而果实纵径相对性状最稳定。当然，更精细的乐都长辣椒种质分化程度的鉴定尚需更多分子水平的工作。本研究结果显示，与纯种乐都长辣椒LD1相比，LD2、LD3、LD4已存在明显的农艺性状变异，青海产区乐都长辣椒的种质分化情况已十分严重。这可能是由于青海当地尚缺乏统一规范的乐都长辣椒保种、制种以及种质创新的措施和机制[17]，致使种子质量下降，品种退化严重[18-19]，同时青海各产区农户自留种、多品种混种及田间管理不当等原因更加速了乐都长辣椒种质的分化[20-21]。

辣椒的农艺性状包含了能够反映品种特性的诸多指标，在一定范围内植株高度、茎基粗壮及果实的大小均能反映植株的生长状况[22-24]。本研究结果表明，乐都长辣椒产量与单株果数、果肉厚度和单果重呈极显著正相关，其中单株果数的相关系数最高为0.82；乐都长辣椒单果重与果肉厚度、商品果横径呈极显著正相关，这与李全辉等[25]、任朝辉等[26]研究结果一致，因此乐都长辣椒进一步的改良育种可优先考虑在增加单株果数、果实横径及果肉厚度等方面着力，这样更易获得较高产的乐都长辣椒新品种。