不同朝天椒品种果实性状评价及聚类分析

摘 要：为筛选适宜河南地区种植的农艺性状优良的朝天椒新品种，并为辣椒品种改良提供理论依据，对38个朝天椒品种的果实性状进行差异性分析、相关性分析、主成分分析和聚类分析。结果表明，品种间果实性状差异较大，变异系数范围为9.24%～53.03%，其中二氢辣椒素含量变异程度最大；果实性状间存在相关性，其中果实长度和果实横径与单果质量、果实长度与心室数、果皮厚度与烘干所需时间、辣椒素含量与二氢辣椒素含量均呈极显著正相关。主成分分析结果表明，共筛选出4个主成分，方差累积贡献率为70.287%，能反映辣椒农艺性状的大部分信息。通过表型聚类和液相芯片基因型数据聚类分析，明确了供试材料间的亲缘关系。综上，品种DKP-8418（P31）、好农515红绿（P28）和DO1844欧兰德（P24）综合表现优良，适宜在河南地区推广种植。

关键词：朝天椒；农艺性状；主成分分析；聚类分析

中图分类号：S641.3 文献标志码：A 文章编号：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，属于茄科辣椒属一年或多年生植物，是辣椒的一个重要亚种。我国朝天椒栽培历史悠久，产量和种植面积均居世界第一位，总产量占世界总产量的70%以上[1]。由于朝天椒口感独特、营养丰富，所以常被用于制作各种调味品，是制作辣椒面、辣椒酱等调味品的重要原料。朝天椒富含辣椒素，是辣椒中一种重要的生理活性物质，具有抗氧化、抗炎、抗菌、抗病毒、调节免疫等生理功能，在医药和食品工业中有着广泛的应用[2]。

近年来，河南省朝天椒生产规模化基地已经形成，在柘城、临颍、内黄等主产区，朝天椒已成为当地的主导产业。河南地区目前种植的朝天椒品种单一、辣味低，不能满足市场需求，市场急需综合性状优良的朝天椒品种[3]。朝天椒果实的脱水速度影响朝天椒的收获采摘和机械化采收，是衡量朝天椒果实特性的重要指标，但对该性状的评价研究较少。另外，目前朝天椒育种以传统常规方法为主，分子育种水平较低。基于SNP的靶向测序基因型检测（genotyping by target sequencing，GBTS）技术，也称为液相芯片技术，因为其高通量和低成本，在各个农作物育种中的应用越来越广泛[4]，辣椒液相芯片的开发使用，有助于深入了解辣椒品种间的亲缘关系，提高育种效率，对提高我国辣椒生物育种水平具有重要意义。

王丹丹等[5]对辣椒主要农艺性状相关性的研究表明，单果质量与商品果横径呈极显著正相关。张国儒等[6]将272份辣椒资源进行聚类分析，发现在欧式距离7.5处将全部种质资源分为6类。杨志刚等[7]采用聚类分析法对92份辣椒资源的色价值及性状指标进行分析，筛选出了用于干制红辣椒的优良种质材料17份。尽管对辣椒农艺性状已有相关方面的研究，但随着辣椒种质资源的不断创新和辣椒遗传育种的需要以及河南辣椒新种质的不断引进，仍需对辣椒种质资源进行评价研究。笔者对来源于22家公司及科研单位的38个朝天椒品种进行综合性状评价，对辣椒素含量、单果质量、果实长度、果实横径、果肉厚度等主要果实性状进行相关性分析、主成分分析以及液相芯片基因型聚类分析，以期筛选出适合河南地区露地栽培的优良朝天椒品种。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料来自22家育种单位提供的38个朝天椒新品种，均为杂交1代，品种来源信息见表1。

1.2 试验设计

试验材料于2022年种植于在河南省郑州市惠济区中原地展试验基地，露地栽培，5月1日用72孔穴盘播种育苗，6月5日定植，每份材料20株，株行距30 cm×50 cm，3次重复，完全随机分布。于11月12日上午进行果实采集。

1.3 果实性状及脱水速度评价

1.3.1 朝天椒果实性状评价 从每个品种测试果中取10个鲜果，对测试品种的单果质量、心室数、种子数量进行观察、测量、统计，用游标卡尺测量果实的长度，使用神眇电子光学数字显微镜测量果肉厚度、果实横径[8]。参考麦玉连[9]的方法测定辣椒素和二氢辣椒素含量。

1.3.2 果实脱水速度评价 每个品种随机取10个果实，先称取鲜椒的总质量，再放入烘箱60 ℃ 烘烤24 h，转入45 ℃后每24小时称质量1次，直到3次称质量稳定，作为果实干质量，并记录所需时间d（天），即烘干所需时间。

1.4 数据处理

采用Excel对数据进行统计与整理；采用 SPSS 进行相关性分析、主成分分析和聚类分析；利用与中国农业大学园艺学院、河南七度农业科技有限公司和石家庄博瑞迪生物技术有限公司合作开发的辣椒40 K液相芯片进行基因型分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 各品种果实性状的变异系数分析

变异系数反映变量之间的相对离散程度，对38个试验品种的其中10个指标进行了变异系数分析，从表2可以看出，在10个指标中，心室数的变异系数最小，二氢辣椒素含量的变异系数最大。变异系数从小到大依次为：心室数（9.24%）＜果实横径（12.90%）＜干鲜比（16.18%）＜果实长度（18.58%）＜烘干所需时间（21.20%）＜单果质量（25.26%）＜果肉厚度（26.32%）＜种子数量（27.00%）＜辣椒素含量（48.08%）＜二氢辣椒素含量（53.03%），38个朝天椒品种间性状差异较大，具有较为丰富的遗传多样性，适宜筛选优异朝天椒品种。

2.2 各品种果实性状的相关性分析

对38个试验品种的其中10个指标进行相关性分析，结果由表3所示，果实长度、果实横径与单果质量呈极显著正相关，果肉厚度、烘干所需时间与单果质量呈显著正相关，果肉厚度与烘干所需时间呈极显著正相关，果实长度与心室数呈极显著正相关；辣椒素含量与二氢辣椒素含量呈极显著正相关。

2.3 主成分分析及综合评价

为充分反映各因素中起主导作用的综合指标，进一步明确农艺性状对38个品种的影响，对9个农艺性状进行主成分分析，结果见表4，共筛选出特征值大于1的4个主成分，方差贡献率分别为25.473%、20.484%、12.680%、11.649%，方差累积贡献率达到了70.287%，能综合反映辣椒农艺性状的大部分信息。其中，第一主成分的特征值是2.293，以单果质量的特征向量值最大，其次为果实横径、果实长度和心室数，是果实性状因子；第二主成分的主要影响因子为辣椒素含量和二氢辣椒素含量，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；第四主成分种子数量的特征向量值最大，是单果种子数量因子。

根据因子得分系数矩阵及其所对应的主成分，可以计算出4个主成分因子得分。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分别表示单果质量、果实长度、果实横径、果肉厚度、心室数、种子数量、干鲜比、二氢辣椒素含量和辣椒素含量9个性状指标。

以各主成分特征值比率为权重，构建38个品种性状综合评价得分函数。F=0.362F1+0.292F2+0.180F3+0.165F4。其中，F为38个辣椒品种9个性状的综合评价得分。不同辣椒品种性状的综合得分及排名如表5所示，F值越大，表明该品种的综合品质性状越好。其中，编号P31（DKP-8418）综合得分122.04，排名第1；编号P28（好农515红绿）综合得分121.04，排名第2；编号P24（DO1844欧兰德）综合得分110.49，排名第 3。

2.4 基于果实性状的聚类分析

在主成分分析的基础上，用SPSS软件采用平方欧氏距离法对9个农艺性状进行聚类分析，在欧氏距离为20处，将38个品种分为3类，分别包含22、14和2个品种（图1）。由图1和表6可以看出，第I类群共有22个品种，占试验品种总数的57.9%，此类群二氢辣椒素含量最高，辣椒素含量次之，除干鲜比处，其他农艺性状值均最低，主要有P1、P3、P4、P5、P6等；第II类群共有14个品种，占试验品种总数的36.8%，此类群心室数和果肉厚度均为最高，主要有P2、P7、P9、P15等；第Ⅲ类群共有2个品种，占试验品种总数的5.3%，此类群单果质量、果实长度、果实横径、心室数、种子数量、干鲜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类分析

笔者利用液相芯片对38个朝天椒全基因组范围内的SNP进行检测，结果得到最小等位基因频率（MAF）为0.013 16，群体观察杂合度（Ho）最大值为1.000 0，最小值为0.026 3；期望杂合度（He）最大值为0.500 00，最小值0.025 97。选取的38个朝天椒品种的表型数据大部分品种间存在一定的遗传差异。为了探索该芯片所包含的基因型是否能够应用于亲缘关系的评价，对38个朝天椒品种进行了聚类分析，结果如图2所示，在欧式距离为 2 时，将38个品种分为3类，第I类群，共有7个品种，占试验品种总数的18.4%，均来自不同单位；第II类群共有18份种质，占试验品种总数的47.4%，其中有 4 个品种来源于河南农业大学园艺学院，有 3 个品种来源于昆明市华兴种业有限公司，京研益农（北京）种业科技有限公司和湖南湘研种业有限公司分别有2个品种，其他均来自不同公司；第Ⅲ类群共有13个品种，占试验品种总数的34.2%，其中有 3 个品种来源于河南红绿辣椒种业有限公司，其他均来自不同公司。部分公司存在交叉现象，同时被归到不同的类群中，例如京研益农（北京）种业科技有限公司的4个品种被归到I、II和Ⅲ类群中；河南农业大学园艺学院和北京大一韩日国际种业有限公司的品种被归到I和II类群中；欧兰德种业有限公司和内蒙古天红椒业股有限公司的品种被归到I和Ⅲ类群中；沈阳市辣伙伴农业有限公司的品种被归到II和Ⅲ类群中。

3 讨论与结论

农艺性状的观测调查是辣椒新品种培育和筛选的重要手段，通过变异度与多样性指数分析，能够了解不同品种性状的差异程度[10]。韩娅楠等[11]研究表明，24个农艺性状中株幅、果梗长度、果肉厚度的多样性指数较大，性状遗传较丰富；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%。在本研究的10个农艺指标中，变异系数最大的是二氢辣椒素含量，其次是辣椒素含量，与韩娅楠等[11]、李宁等[12]、詹永发等[13]的研究结果一致。说明这38个品种农艺性状的变异潜力较大，有助于筛选出优异的朝天椒品种。

相关性分析能反映不同性状间的关系，为制定育种目标和新品种选育提供参考。袁娟伟等[14]对275份辣椒种质资源表型性状进行相关性分析，结果表明，单果质量与果实横径、果肉厚度、心室数呈显著正相关。笔者在本研究中的结果表明，单果质量与果实长度、果实横径和果肉厚度呈极显著正相关，与袁娟伟等[14]的研究结果一致。同时本研究中果肉厚度与烘干所需时间呈极显著正相关，果实长度与心室数呈极显著正相关。很多作物的农艺性状间存在相关性，在进行育种工作时可以利用性状间的相关性对一些性状进行选择。因此，在今后辣椒的高产育种中，可以将果实形状、果肉厚度、单果质量等作为主要的参考性状。

主成分分析采取降维的方法，利用几个综合因子代表原来众多的变量，使这些综合因子尽可能地反映原来变量的信息量[15]。王春勇等[16]采用主成分分析、聚类分析等方法对17个鲜加工型辣椒品种农艺性状进行分析，结果表明，前4个主成分特征值均大于1，累积贡献率达80.748%，主成分综合得分由高到低是娇凤、龙椒17号、园椒35等。王丹丹等[5]对14个辣椒品种的11个农艺性状进行主成分分析，结果表明，前3个主成分的累积贡献率达84.865%，在欧氏距离为10时，将其分为5大类。笔者对38个朝天椒品种的9个主要农艺性状进行主成分分析，结果表明，特征值大于1的主成分有4个，累积贡献率达70.287%，第一主成分以单果质量的特征向量值最大；第二主成分主要影响因子是辣椒素含量和二氢辣椒素含量，第三主成分中，果肉厚度的特征向量值最大，第四主成分中种子数量的向量值最大；主成分综合得分前三名由高到低依次是P31、P28、P24。

聚类分析常用于类群间的相互关系研究，特别是作物品种资源的分类与遗传多样性分析。任朝辉等[17]、巩雪峰等[18]通过聚类分析将多份种质材料进行分类，并根据辣椒素含量筛选出优质类群。步洪凤等[19]对26个辣椒品种的13个主要农艺性状进行相关性和聚类分析，表明果形和产量是影响聚类结果的重要因素。在本研究中，基于果实性状调查结果，将38个朝天椒品种分为3类。第Ⅰ类群二氢辣椒素含量最高；第Ⅱ类群心室数和果肉厚度最高；第Ⅲ类群单果质量、果实长度、果实横径、心室数、种子数量、干鲜比和辣椒素含量最高。笔者在本研究中利用与中国农业大学共同开发的辣椒40 K液相芯片，对38个朝天椒品种进行基因型分析，用NTSYS软件对朝天椒基因型数据进行聚类分析，从聚类结果可以看出，各个品种在分子水平上有较好的多态性，说明各个公司的育种材料来源广泛，种质资源的遗传多样性较丰富，但个别单位也存在品种遗传多样性有限、遗传基础狭窄的问题。因此在辣椒育种中应该注重选用外来资源来拓展我国栽培辣椒的遗传基础。另外，辣椒45 K液相芯片还可以用于朝天椒遗传图谱构建、种质资源鉴定、功能基因定位、品种定向选育、全基因组关联分析等诸多方面，能够大幅度提高朝天椒育种效率和分子育种水平[20]。

综上所述，不同朝天椒品种间果实性状差异较大，变异系数范围为9.24%～53.03%，其中辣椒素性状变异程度最大；果实性状间存在相关性，其中果实长度、果实横径与单果质量，果实长度与心室数，果皮厚度与烘干所需时间，辣椒素含量与二氢辣椒素含量均呈极显著正相关。主成分分析结果表明，品种DKP-8418（P31）、好农515红绿（P28）和DO1844欧兰德（P24）综合表现优良，适宜在河南地区推广种植。

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