81份辣椒种质资源表型性状的遗传多样性分析

刘林娅　黄亚成　杨那　刘维侠　赵艳妹　龙彩凤　党选民

关键词：辣椒；种质资源；表型性状；遗传多样性

中图分类号：S641.3 文献标识码：A

辣椒（Capsicum annuum L.）原产于美洲的热带和亚热带地区[1-2]，为茄科（Solanaceae）辣椒属（Capsicum）一年生或多年生草本植物[3]。辣椒是我国第二大蔬菜作物，种植面积广，以营养丰富、产值高、经济效益好等优点，广受消费者的青睐[4-5]。作物种质资源是选育新作物、新品种的基础，也是实现各个育种途径的重要材料，对其进行深入研究，有助于提高育种的成效[6]。遗传多样性分析是作物种质资源研究的主要内容之一[7]，对作物种质资源遗传多样性进行研究，有利于了解材料的遗传背景，为种质资源的开发、利用及品种选育提供重要信息[8]。通过表型性状指标研究植物的遗传多样性，已在甘薯[Ipomoeabatatas （L.） Lam.]、小麦（Triticum aestivum L.）、软枣猕猴桃（ Actinidia arguta ）、樱桃番茄（Lycopersivon esculentum Mill.）、冬瓜（Beincasehispida Cogn.）、桄榔（Arenga pinnata）、白木香（Aquilaria sinensis）等物種中广泛应用[9-15]，其变异特点可反映植物性状的遗传变异，为从细胞水平和分子水平研究植物遗传多样性提供重要参考[11]。目前，关于辣椒种质资源遗传多样性的研究报道较多。蒋向辉等[16]利用形态标记和RAPD标记对9 份观赏辣椒种质资源进行了遗传多样性研究，结果表明，形态标记与RAPD 标记对亲缘关系较近的品种聚类分析结果相似，2 种方法对物种进行区分鉴定切实可行。刘林娅等[17]利用ISSR 分子标记对22 份国内外黄灯笼辣椒种质进行遗传多样性分析，结果表明，可将参试材料划分为4 个类群，不同亲缘关系的种质明显分开。MONGKOLPORN 等[18]利用10 个SSR 位点对230份辣椒种质进行了遗传多样性研究，结果将230份辣椒资源分为一年生辣椒和栽培种辣椒两大类，综合应用SSR 数据，构建了包含28 份核心品种的辣椒核心种质。张曼等[19]利用SSR 标记对112 份西南地区朝天椒种质资源进行遗传多样性分析，结果将供试材料分为4 类，种质间的遗传相似性相对较高，表明112 份朝天椒材料的总体情况与地理分布有一定相关性。种质资源表型性状的评价与分子评价相比，更加直接且不可替代，已被广泛应用于亲缘关系鉴定和核心种质构建[7， 9-15， 20]。因此，本研究以81 份辣椒种质资源为材料，基于20 个表型性状对辣椒种质资源进行遗传多样性分析，以期筛选出具有优良性状的种质资源，为品种选育及资源利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

81份辣椒种质由中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所蔬菜研究中心提供，包括53 份海南本地种质、8份山西引进资源、9份河南引进资源、1份云南引进资源和10 份国外引进资源（表1）。按随机区组设计种植于中国热带作物品种资源研究所蔬菜基地，3次重复，株行距为50 cm×70 cm。

1.2 方法

性状调查参照《辣椒种质资源描述规范和数据标准》[21]提供的辣椒表型性状描述及赋值标准，对20 项表型性状进行观察和测量。各个性状的调查时期参照表2 进行，花的性状在上午7：00—9：00 时观察，每株取5 朵花记录；全生育期每份材料随机选取10株进行观测。

2 结果与分析

2.1 辣椒种质资源数量性状与质量性状的多样性分析

通过对81份辣椒种质资源1个数量性状（首花节位）的遗传多样性进行分析，结果表明，首花节位的遗传多样性指数（H）为6.20，变异系数为29.28%，变异范围为5.40～16.00。81份辣椒种质资源首花节位的变异系数大于10%，说明供试材料在此性状上存在着较大程度的变异。遗传多样性指数越大，表明该性状的表型多样性越丰富[23]。由此可见，首花节位的表型多样性比较丰富。

对81份辣椒种质资源的19 个质量性状进行遗传多样性分析（表3），结果表明遗传多样性指数H的变化范围为5.91～6.32。H最大的是叶形，大多数为长卵形，分布频率为82.7%；果形的H′最小，以扁灯笼形和方灯笼形为主，分布频率为21.0%和22.2%；子叶颜色以深绿色居多， 占39.5%，绿色占37.0%；下胚轴颜色主要以紫色为主，占60.5%；分枝性大多表现为中等，占67.9%；主茎色多为绿带紫条纹，占72.8%；参试材料中有70.4%无茎茸毛，61.7%的叶面是平滑的，54.3%的花柱长度长于雄蕊；花冠色和花柱颜色以白色居多，分别占65.4%和88.9%；花药颜色以蓝色为主，占54.3%；青熟果色多为绿色，占42.0%；供试材料中有49.4%的果肩形状为微凹近平，44.4%的果顶形状为细尖形，45.7%的果实表面光滑，85.2%的果姿向下；老熟果色主要以橙黄和鲜红为主，分别占34.6%和39.5%；辣味多为无辣味，占42.0%，辣占24.7%。

2.2 辣椒种质资源表型性状的相关性分析

对辣椒种质资源的20 个表型性状进行相关性分析（表4），结果显示，辣椒种质资源各表型性状间有65 对性状存在显著或极显著相关性。首花节位与花冠色、花柱长度、果实表面光滑度和辣味极显著正相关，相关系数分别为0.531、0.369、0.546 和0.738；首花节位与子叶颜色、花柱颜色、青熟果色、果形呈极显著或显著负相关。子叶颜色与青熟果色、果形呈显著或极显著正相关，相关系数为0.266 和0.410；子叶颜色与花冠色、果实表面光滑度、果姿、辣味呈显著或极显著负相关。下胚轴颜色与主茎色、叶形、花药颜色、花柱长度、青熟果色、果形呈显著或极显著正相关，相关系数为0.275～0.410；下胚轴颜色与叶面特征、果肩形状呈极显著负相关。分枝性与果肩形状、果顶形状呈极显著或显著正相关，相关系数分别为0.468 和0.241；分枝性与叶形、花柱长度、果形呈极显著负相关。主茎色与花药颜色呈极显著正相关，相关系数为0.322；主茎色与果姿呈显著负相关。茎茸毛与叶形、辣味呈极显著或显著正相关，相关系数分别为0.316 和0.261。叶形与花柱长度、青熟果色、果形、辣味呈极显著或显著正相关，相关系数分别为0.299、0.294、0.578 和0.238；叶形与叶面特征、果肩形状、果顶形状、果实表面光滑度、果姿呈显著或极显著负相关。叶面特征与果肩形状、果顶形状呈极显著正相关，相关系数分别为0.413 和0.410；叶面特征与花柱长度、青熟果色、辣味呈极显著负相关。花冠色与花柱长度、果实表面光滑度、辣味呈显著或极显著正相关，相关系数分别为0.259、0.577 和0.413；花冠色与果形呈极显著负相关。花药颜色与花柱长度呈显著相关，相关系数为0.268。花柱长度与果形、辣味呈极显著正相关，相关系数分别为0.349 和0.500；花柱长度与果肩形状呈极显著负相关。青熟果色与果色表明光滑度呈极显著负相关。果形与果肩形状、果顶形状、果实表面光滑度、果姿呈极显著负相关。果肩形状与果顶形状、果实表面光滑度、果姿呈显著或极显著正相关，相关系数分别为0.570、0.228 和0.372；果肩形状、果顶形状与辣味呈极显著负相关。果实表面光滑度与果姿、辣味呈极显著正相关，相关系数分别为0.368 和0.466。可见，辣椒种质大部分表型性状间表现为相互影响与相互促进。

2.3 主成分分析

对81份辣椒种质资源表型性状进行主成分分析（表5），由表可知，从20 个表型性状中提取特征值大于1.0 的前4 个主成分，贡献率分别为22.030%、18.472%、9.091%和7.933%，累计贡献率达57.526%，前4 个主成分代表了辣椒表型性状的主要信息量，说明这4 个主成分可反映20 个表型性状的基本特征。其中，第1 主成分的特征值为4.406，贡献率为22.030%，特征向量绝对值较高的有果形、果肩形状和叶形，特征向量分别为0.867、–0.874 和0.756，主要反映果实和叶的形状；第2 主成分的特征值3.690，贡献率向量分别为0.876、0.831、0.796 和–0.724；第3 主成分的特征值1.818，贡献率为9.091%，主茎色、花药颜色、下胚轴颜色的特征向量较高，分别为0.696、0.632、0.605，反映主茎、花药和下胚轴的颜色；第4 主成分的特征值为1.587，贡献率为7.933%，反映花柱颜色，特征值为0.619。从特征值和贡献率来看，果形、果肩形状、叶形、首花节位、辣味、果實表面光滑度、子叶颜色、主茎色、花药颜色、下胚轴颜色和花柱颜色共11 个表型性状是引起辣椒种质表型差异的主要因素，对辣椒种质的利用、创新与资源的评价具有一定参考依据。

2.4 聚类分析

对81份辣椒种质资源的20个表型性状进行聚类分析，结果如图1 所示，在遗传距离为16.0处可将其划分为五大类群。

第Ⅰ类群共包括21 份材料，均为黄灯笼辣椒，引自英国、巴西和中国海南、云南，占供试种质总数的25.9%。其主要特征是子叶颜色以浅绿为主，分枝性多为中等，花冠色为浅绿，花柱颜色为白色，大部分辣椒种质的叶形为长卵圆形、果肩形状为微凹近平、果实表面光滑度为皱缩、果形为扁灯笼形，果姿向下，辣味以极辣为主，首花节位的平均值为13.2，高于其他类群。

第Ⅱ类群共38份材料，包含31份灯笼椒及7份长形椒，其中灯笼椒引自山西、海南、河南，长形椒引自海南，是总数最大的一类，占供试种质总数的46.9%。其主要特征是果形以灯笼形为主，叶形为长卵形，无茎茸毛，分枝性中等，主茎色多为绿带紫条纹，花柱颜色和花冠色以白色为主，果姿向下，无辣味。

第Ⅲ类群共20份材料，包含13份长形椒和7 份簇生椒，长形椒引自泰国和中国山西、海南，簇生椒引自中国河南，占供试种质的24.7%。其主要特征是下胚轴颜色以紫色为主，叶面特征多为平滑，花柱颜色为白色，花药颜色以蓝色为主，花柱长度多为长于雄蕊，大部分辣椒种质无果肩、果顶形状为细尖形、老熟果色为鲜红，辣味以辣为主。

第Ⅳ类群只有L262 一份材料，其主要特征为子叶颜色为绿色，分枝性弱，花冠色绿白相间，花药颜色为黄色，花柱颜色为紫色，青熟果色为白紫色，果实表面光度为光滑，果姿不定，极轻微辣。

第Ⅴ类群仅有1份黄灯笼辣椒L508，来自海南，是海南本地黄灯笼辣椒与普通辣椒杂交后代分离得到的自交系。其主要特征为子叶颜色为深绿，分枝性强，主茎色为浅绿，花冠色呈绿白相间，花药颜色为浅黄，青熟果色为浅绿，无辣味，与其他黄灯笼辣椒种质有较大的差异，所以单独聚为一类。

3 讨论

种质资源是作物遗传改良和相关研究的物质基础[24]。优异种质资源的发现与利用是未来作物育种上重大突破的关键，拥有种质资源的数量和质量，以及对所拥有种质资源的研究程度，将决定其育种工作的成败及其在遗传育种领域的地位[6]。因此，对种质资源进行表型性状调查及遗传多样性分析，可为育种工作提供重要信息[7]。本研究通过对81 份辣椒种质的20个表型性状进行遗传多样性分析，发现首花节位的变异系数为29.28%，变异范围为 5.40～16.00，说明供试材料在该性状上存在较大程度的变异，与张强强等[25]和赫卫等[26]的研究结果一致。此外，本研究中的20个表型性状的遗传多样性指数（H′）均超过5.9，而潘宝贵等[27]的研究结果显示，在辣味、叶形、主茎色、花柱长度等性状的遗传多样性指数（H′）较低（H′<1），甚至辣味的遗传多样性指数（H′）为0。这主要是因为潘宝贵等[27]的研究材料来自江苏省的不同市县，遗传背景差异较小，而本研究的试验材料来自国内外的不同地区，遗传背景差异较大。

表型性状间的相关性分析能揭示性状之间的关联性，通过重要性状的表观选择和遗传改良间接地同步改良次要性状，从而加速育种进程[28]。表型性状相关性分析表明，果肩形状与果顶形状呈极显著正相关，与林子翔[29]和裴红霞等[30]的研究结果一致。观测的3 个与果形相关的性状（果形、果肩形状和果顶形状）与叶形呈极显著相关，因此，若改变辣椒的果形，则需要关注叶形。调查的8 个与颜色相关的性状（子叶颜色、下胚轴颜色、主茎色、花冠色、花药颜色、花柱颜色、青熟果色和老熟果色），除了老熟果色，其他7个颜色相关性状之间存在一定的联系，这与白健君等[31]的研究结果略有不同，究其原因可能是观测的老熟果色受环境条件及观测时间的影响较大。而辣味与首花节位、茎茸毛、叶形、花冠色、花柱长度和果实表面光滑度6 个性状呈显著正相关，与子叶颜色、叶面特征、果肩性状和果顶形状4个性状呈显著负相关。结果表明辣味是一个综合的性状，要改善辣椒的辣味，可以以这10个性状为主进行选育。

根据各指标间的相互关系进行主成分分析，利用降维的方式将几种主要的农作指数转化为较少的几个主要成分，能够清楚地显示辣椒各性状的重要程度[12]。本研究提取的前4个主成分贡献率达57.526%，基本能反映20个表型性状的基本特征，其中果形、果肩形状、叶形、首花节位、主茎色等11个表型性状可作为评价辣椒表型遗传多样性和辣椒品种遗传改良的重要指标。通过聚类分析，在遗传距离为16.0 处将81 份种质资源分成了5类，各类群之间存在明显的表型差异。其中第Ⅰ类均为黄灯笼辣椒，具有果形为扁灯笼形、辣味极辣、子叶颜色为浅绿色等特点；第Ⅱ类包含31份灯笼椒及7 份长形椒，具有无茎茸毛、分枝性中等、无辣味等特点；第Ⅲ类包含13 份长形椒和7 份簇生椒，具有无果肩、叶面平滑、辣味辣等特点。此外，聚类结果也显示不同地区的辣椒种质也可以聚为一类，说明不同的原始生境并不是造成辣椒种质表型差异的唯一因素，种质表型的差异还与种质的遗传分化和基因交流相关。其中第Ⅳ类群和第Ⅴ类群均由1 份种质材料组成，说明L262和L508与其他种质亲缘关系较远，可用于辣椒育种的亲本选配，这一结果与已发表的研究结果一致[17]。本研究结果表明，81份辣椒种质的遗传多样性比较丰富，为辣椒资源的利用、创新和品种的选育提供了重要参考。