加工型辣椒种质资源遗传多样性分析

2024-04-01韩娅楠行文妍史艳艳程志芳常晓轲董晓宇姚秋菊

山东农业科学 2024年1期

韩娅楠行文妍史艳艳程志芳常晓轲董晓宇姚秋菊

摘要：为了解加工型辣椒种质资源的遗传多样性，本研究对３３份加工型辣椒种质的２４个农艺性状、８个品质性状和炭疽病抗性进行遗传多样性、相关性和聚类分析。结果表明，２４个农艺性状中株幅、果梗长度、果肉厚的Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ多样性指数（Ｈ′）较大，性状遗传较丰富；单株产量变异系数最大（７３.５５％），心室数变异系数最小（９.１８％）。单株产量与果肉厚、果纵径、果横径极显著正相关。８个品质性状中，辣椒素和二氢辣椒素含量的变异系数较大，分别为１０６.９８％和１１２.４４％。相关性分析表明，辣度与粗纤维和蛋白质含量显著正相关，与辣椒素和二氢辣椒素含量极显著正相关，与水分含量显著负相关。根据品质性状的隶属度将３３份加工型辣椒种质聚为三大类群（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ），平均隶属度分别为０.３２、０.４７、０.６４。炭疽病抗性与农艺、品质性状相关性分析表明，辣椒炭疽病抗性与水分含量、果纵径、心室数极显著正相关，与蛋白质、粗纤维含量极显著负相关。本研究结果可为加工型辣椒品种的应用及选育提供一定的理论依据。

关键词：加工型辣椒；种质资源；农艺性状；品质性状；遗传多样性

中图分类号：Ｓ６４１.３０３文献标识号：Ａ文章编号：１００１－４９４２（２０２４）０１－００３４－０９

辣椒（ＣａｐｓｉｃｕｍａｎｎｕｕｍＬ.）为茄科辣椒属草本植物，我国广泛栽培，目前年种植面积稳定在２１０万ｈｍ２以上，我国已成为世界上辣椒栽培面积最大的国家。加工型辣椒是我国种植业中重要的出口创汇作物，辣椒制品出口占国际市场的３０％[１－３] 。加工型辣椒除鲜食和加工制成调料外，还能提取其中的辣椒素、二氢辣椒素和辣椒红素等作为食品添加剂和化妆品原料。种植加工型辣椒已成为辣椒主产区农民的主要增收来源。相较于巨大的优质产品市场需求，加工型辣椒品种的研究进展较为缓慢[４] 。目前加工型辣椒品种选育主要依托于地方特色辣椒品种，面临品种结构单一、品质良莠不齐等发展问题。专有加工型辣椒品种培育与市场需求存在差距，已成为制约加工型辣椒生产的主要原因之一。

种质资源是实现育种途径的重要原始材料。辣椒种质资源遗传多样性分析，可为其合理开发与利用提供参考，是加速辣椒育种进度、促进辣椒品种更新、增速发展辣椒产业的前提。当前关于辣椒表型性状遗传多样性的相关研究大多集中在鲜食、观赏辣椒的农艺性状方面[５－１０] ，针对加工型辣椒开展的相关研究报道较少。本研究对３３份加工型辣椒种质材料的２４个农艺性状、８个品质性状和炭疽病抗性进行遗传多样性、相关性和聚类分析，以期为优良加工型辣椒新品种培育、育种效率提高及种质资源改良提供一定的理论依据。

１材料与方法

１.１试验材料

３３份加工型辣椒种质材料均为河南省农业科学院园艺研究所保存（表１）。尖孢炭疽菌（Ｃｏｌｌｅｔｏｔｒｉｃｈｕｍａｃｕｔａｔｕｍ）孢子悬浮液由河南农业大学园艺学院朴凤植教授团队提供。

１.２试验方法

１.２.１材料种植及农艺性状调查于２０２１年１月１９日在河南省农业科学院现代农业研究开发基地，对３３份加工型辣椒种质材料进行穴盘育苗。２０２１年３月１４日定植于大棚，行株距５５ｃｍ×３５ｃｍ。随机区组设计，重复３次。田间管理按辣椒常规栽培方法进行。参照相关标准[１１] 调查２４个表型性状，其中质量性状１１个，分别为株型、主茎色、叶面特征、花梗着生状态、青熟果色、果面光泽、果面特征、果顶形状、果基部宿存花萼、老熟果色、熟性，各性状描述及赋值见表２；数量性状１３个，分别为株高、株幅、叶长、叶宽、叶柄长、单果重、单株产量、果纵径、果横径、果形指数、果梗长度、果肉厚、心室数。

１.２.２材料品质性状测定辣椒果实红熟期采收形态发育正常且无病虫害的鲜果，送至农业农村部农产品质量监督检验测试中心（郑州）对７个品质性状（水分、蛋白质、粗纤维、抗坏血酸、可溶性糖、辣椒素和二氢辣椒素）进行检测。辣椒辣度由斯科威尔指数（ＳｃｏｖｉｌｌｅＨｅａｔＵｎｉｔ，ＳＨＵ）表示，计算公式[１２] 如下：

辣椒素总量＝（辣椒素＋二氢辣椒素） /０.９；

辣度＝（辣椒素＋二氢辣椒素）×１６１００＋辣椒

素总量×９３００×０.１。

式中：辣椒素及二氢辣椒素含量单位为ｇ/ ｋｇ。

１.２.３辣椒炭疽病接种鉴定参考孙春英[１３] 的方法并改进，采用离体果实微注射法接种病菌。每份材料在辣椒果实青熟期采收１０个样品，３次重复。采用微量注射器刺入果实表层约１ｍｍ，注入菌液１ μＬ，每个样品根据果实大小、长短分别接种３～６个点。接种后的样品放置在铺有４层滤纸（无菌水充分浸湿）的塑料托盘上，样品间隔约２ｃｍ且接种点朝上，塑料托盘覆上保鲜膜后置于人工气候箱内避光培养（温度２６ ℃，湿度９６％）。于第５天调查发病情况，采用总体病斑平均直径（Ｏ）统计辣椒炭疽病表型，计算公式[１３－１４] 如下：

总体病斑平均直径（Ｏ）＝所有病斑直径总和/ 接种点数。

１.３数据处理与分析

采用ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＥｘｃｅｌ２０１０对数据进行标准化处理，并计算变异系数与平均隶属度；使用ＳＰＳＳ２２软件对数据进行相关性分析，并利用平均隶属度进行系统聚类分析。用Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ多样性指数（Ｈ′）表示遗传多样性大小，计算公式[１５]如下：

Ｈ′＝－ΣＰｉｌｎＰｉ。

其中Ｐｉ是某一表型的第ｉ个性状值出现的频率。质量性狀的频率根据表２描述进行统计计算；数量性状的频率计算参考文献[１６]，根据平均数（Ｘ）与标准差（Ｓ）将每个性状分为１０个等级，从第１级Ｘｉ <（Ｘ－２Ｓ）到第１０级Ｘｉ ≥（Ｘ＋２Ｓ），每０.５Ｓ为１级，每一组的相对频率用于计算多样性指数。

２结果与分析

２.１３３份加工型辣椒种质材料质量性状和数量性状的多样性分析

由表３可知，在３３份加工型辣椒种质中，质量性状多样性指数范围为０.２３～１.３０，其中青熟果色和熟性的多样性指数（Ｈ′）较高，分别为１.３０和１.１５，说明这两个性状表现形式丰富。株型以直立为主（９３.９４％）；主茎色以绿（４５.４５％）和深绿（５１.５２％）为主；叶面特征以平滑（７５.７６％）为主；花梗着生状态以下垂（３９. ３９％）和直立（６０.６１％）为主；青熟果色以绿（５１.５２％）为主；大多数果实果面有光泽（９０.９１％）；果面特征以光滑（８７.８８％）为主；果顶形状以细尖（８４.８５％）为主；果基部宿存花萼以下包（６９.７０％）为主；老熟果色以暗红（６９.７０％）为主；熟性以中（４５.４５％）、晚（３３.３４％）熟为主。

３３份加工型辣椒种质１３个数量性状的遗传多样性分析结果见表４。表明，１３个数量性状的变异系数和多样性指数均存在较大差异，变异系数范围为９.１８％～７３.５５％，单株产量（７３.５５％）、果形指数（５７.０６％）、果纵径（４９.１１％）、单果重（４７.７２％）、果横径（３６.６４％）的变异系数均大于平均变异系数（３４. ８９％），心室数的变异系数（９.１８％）最小。１３个数量性状的多样性指数分布范围为１.３６～２.０２，其中株幅、果梗长度、果肉厚的多样性指数最大，分别为２.０２、２.０２、２.０１，果形指数的多样性指数最小，为１.３６。表明数量性状变异系数与多样性指数之间没有必然的正负相关关系。

２.２３３份加工型辣椒种质材料农艺性状的相关性分析

３３份加工型辣椒种质材料１２个主要农艺性状的相关性分析结果（表５）显示，株高与株幅极显著正相关（０.６７４），与叶宽显著正相关（０.４２４），与单果重显著负相关（－０.３９２）；株幅与果纵径显著正相关（０. ４３４），与叶柄长极显著负相关（－０.４７２），与单果重显著负相关（－０.３８９）；叶长与其他性状均无显著相关性；叶宽与叶柄长极显著正相关（０.４６８）；叶柄长与果梗长度极显著正相关（０.４８４）；单果重与果肉厚（－０.５６１）、果纵径（－０.５４６）、果横径（－０.４６１）极显著负相关，表明可通过协调植株和果实性状来提高单果重；单株产量与果横径（０.７１７）、果纵径（０.４９９）、果肉厚（０.４５１）极显著正相关；果纵径与果肉厚极显著正相关（０.５８８），与果横径显著正相关（０.３９３）；果横径与果肉厚极显著正相关（０.７４４）；果梗长度与心室数显著正相关（０.４１７）。以上结果表明，加工型辣椒产量育种应重点关注果肉厚、果纵径、果横径等性状。

２.３３３份加工型辣椒种质材料品质性状的变异特征分析

由表６可知，３３份加工型辣椒种质材料品质性状间差异较大，水分、蛋白质、粗纤维、抗坏血酸、可溶性糖、辣椒素、二氢辣椒素含量和辣度的平均值分别为７９７. １ｇ/ ｋｇ、３５. ９ｇ/ ｋｇ、３. ６５％、１.２４５ｇ/ ｋｇ、２.３９％、１２２.９２ｍｇ/ ｋｇ、８２.２２ｍｇ/ ｋｇ、３５１４.７５ＳＨＵ。不同材料各品质性状的变异系数差异较大，其中水分的变异系数最小，为６.３４％，而辣椒素、二氢辣椒素和辣度的变异系数较大，分别为１０６.９８％、１１２.４４％、１０６.９４％，这有利于辣味丰富的优质加工型辣椒资源筛选。

２.４３３份加工型辣椒种质材料品质性状的相关性分析

３３份加工型辣椒种质材料品质性状的相关性分析结果（表７）显示：水分含量与蛋白质（－０.８７５）、粗纤维（－０.８６６）、二氢辣椒素（－０.４７０）含量极显著负相关，与辣椒素含量（－０.４０２）、辣度（－０.４３９）显著负相关；蛋白质含量与粗纤维含量极显著正相关（０. ８６３），与二氢辣椒素含量（０.３８６）、辣度（０.３５１）显著正相关，与可溶性糖含量显著负相关（－０.３９８）；粗纤维含量与辣椒素含量（０. ３８０）、二氢辣椒素含量（０. ３９２）、辣度（０.３９３）显著正相关，与可溶性糖含量显著负相关（－０.３４７）；辣椒素含量与二氢辣椒素含量（０.９１７）、辣度（０.９８６）极显著正相关；二氢辣椒素含量与辣度极显著正相关（０.９７１）。以上结果表明，辣度主要由辣椒素和二氢辣椒素含量决定，同时受蛋白质、粗纤维含量的影响。

２.５３３份加工型辣椒种质材料品质性状的综合评价及聚类分析

为综合评价３３份加工型辣椒種质材料的品质，采用模糊数学隶属函数分析法对其水分、蛋白质、粗纤维、抗坏血酸、可溶性糖、辣椒素、二氢辣椒素和辣度共８个品质指标进行综合分析。由表８可看出，其平均隶属度范围在０.２５～０.６９之间，综合品质差异较大，其中４份材料（ＰＣ０５０Ｂ、ＰＣ０１７Ｂ、ＰＣ３３－１８－２Ｂ和ＰＣ０３５Ｂ）的平均隶属度达到或超过０.６０，综合品质比较优良。

基于平均隶属度，使用Ｅｕｃｌｉｄｅａｎ距离和组间连接法对３３份加工型辣椒种质材料进行聚类分析，在欧氏距离７.０处，可将３３份辣椒种质材料划分为三大类群（表９、图１）。第一类群共有２０份材料，占６０.６１％。平均隶属度（０.３２）最小，水分含量最高（８１９.００ｇ/ ｋｇ），蛋白质（３２.１１ｇ/ ｋｇ）、粗纤维（３.０４％）、抗坏血酸（１.２０ｇ/ ｋｇ）、辣椒素（４３.７７ｍｇ/ ｋｇ）、二氢辣椒素（２３.０７ｍｇ/ ｋｇ）含量和辣度（１１４５.０７ＳＨＵ）最低。第二类群共有９份材料，占２７.２７％。平均隶属度（０.４７）适中，抗坏血酸含量（１. ３６ｇ/ ｋｇ）最高，可溶性糖含量（２.１２％）最低。第三类群共有４份材料，占

１２.１２％。平均隶属度（０.６４）最大，水分含量（７４４.００ｇ/ ｋｇ）最低，蛋白质（４４.３８ｇ/ ｋｇ）、粗纤维（４.６５％）、可溶性糖（２.６６％）、辣椒素（３９２. ７５ｍｇ/ ｋｇ）、二氢辣椒素（２７６.５０ｍｇ/ ｋｇ）含量和辣度（１１４６６.４８ＳＨＵ）最高。综上得出，育种过程中和生产上可根据加工需要选择不同类群的辣椒种质资源。

２.６辣椒炭疽病抗性与主要农艺性状和品质性状的相关性分析

３３份种质材料的１３个数量性状与炭疽病抗性的相关性分析（表１０）表明，炭疽病抗性与果纵径（０.６００）、心室数（０.５３４）极显著正相关，与单果重（－０.４０４）显著负相关，与其他１０个性状无显著相关性。

３３份种质材料的８个品质性状与炭疽病抗性的相关性分析（表１１）表明，炭疽病抗性与水分含量（０.６１７）极显著正相关，与蛋白质（－０.５６５）、粗纤维（－０.５０７）含量极显著负相关，与其他品质性状无显著相关性。

３讨论与结论

３.１加工型辣椒种质资源遗传多样性分析

探究种质资源的遗传多样性有助于深入了解物种的起源与进化，是育种的基础；最直观便捷的方法仍是对其农艺性状进行观测调查，通过变异度与多样性指数的计算，得出不同性状间表现的多样性[１７－１８] 。本研究结果表明，质量性状中青熟果色和熟性的多样性指数（Ｈ′）较大，这与李宁等[１９] 和林子翔[２０] 的研究结果一致。数量性状中株幅、果梗长度、果肉厚的多样性指数较大，而单株产量、果形指数、果纵径的变异系数较大，表明数量性状的多样性指数与变异系数之间没有绝对的正负相关关系，这与徐睿等[７] 和张钟炎[２１] 的研究结果一致。

加工型辣椒品种选育对于辣椒品种的农艺性状有些特异性需求，但辣椒的数量性状复杂难以单独筛选，可利用不同性状间的相关性进行复合筛选，为育种工作提供便捷手段。王安乐[２２] 、王丹丹[２３] 等对辣椒主要农艺性状相关性的研究表明，辣椒产量与果宽密切相关。本研究相关分析结果与以上研究结论一致，说明可根据果横径性状筛选高产品种。另外本研究还发现株高与单果重显著负相关，株幅与果纵径显著正相关，而果纵径与单果重极显著负相关，说明植株整体性状和果实性状与辣椒产量关系密切。表明加工型辣椒品种选育，可按加工类型适当调控相关性状因子，从而选出适合市场需求的新型优质品种。

３.２加工型辣椒的品质需求分析

辣椒品种的辣度由其辣椒素和二氢辣椒素含量决定，而可溶性糖则是决定无辣品种品质的主要风味物质，加工型辣椒还会考察其营养价值及与保健功能等相关成分的提取与深加工，如蛋白质和维生素Ｃ（抗坏血酸）含量[２４－２５] 。初步鉴定辣椒中这些成分的含量，有利于快速筛选出选育特定需求品种（系）的亲本。生产中对加工型辣椒的品质需求往往是其多种性状的综合反映。对品质性状的平均隶属度进行聚类分析，可将辣椒资源分为不同类群，便于辣椒育种中亲本的选择。任朝辉[２６] 、巩雪峰[２７] 等通过聚类分析将多份辣椒种质材料进行分类，并根据辣椒素含量筛选出优质类群。本研究通过聚类分析将３３份供试材料分为三大类群：第一类群水分含量较高，蛋白质、粗纤维、抗坏血酸、辣椒素、二氢辣椒素含量和辣度较低；第二类群抗坏血酸含量较高，可溶性糖含量较低；第三类群水分含量较低，蛋白质、粗纤维、可溶性糖、辣椒素、二氢辣椒素含量和辣度较高。加工型辣椒的用途多样，对产品品质性状的要求由生产需求决定，生产上可根据加工需要选择不同类群的辣椒种质资源进行品种选育。

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