王丹丹 師建華 李燕 張慶銀 齊連芬 董靈迪
摘? ? 要:為了篩選出適宜石家莊地區(qū)早春塑料大棚栽培的辣椒品種,對(duì)來(lái)自不同地區(qū)的14個(gè)辣椒品種的11個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行了相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析。結(jié)果表明:?jiǎn)喂|(zhì)量與果形、商品果縱徑呈極顯著負(fù)相關(guān),與商品果橫徑呈極顯著正相關(guān);單產(chǎn)與熟性呈極顯著負(fù)相關(guān);商品果縱徑與商品果橫徑、商品果肉厚、辣味呈極顯著負(fù)相關(guān),與果形呈極顯著正相關(guān),與青熟果色呈顯著負(fù)相關(guān);商品果橫徑與商品果肉厚、辣味呈極顯著正相關(guān),與果形呈極顯著負(fù)相關(guān),與青熟果色呈顯著正相關(guān);商品果肉厚與果形呈極顯著負(fù)相關(guān),與辣味呈極顯著正相關(guān);果形與青熟果色呈顯著負(fù)相關(guān);熟性與光澤呈顯著負(fù)相關(guān)。經(jīng)主成分分析,前3個(gè)主成分的特征值均大于1,累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)84.865%,能綜合辣椒農(nóng)藝性狀的的大部分信息。經(jīng)聚類分析,在類間距離為10時(shí),14個(gè)品種分為五大類。第Ⅰ類為燈籠形黃果,表皮光澤;第Ⅱ類為方燈籠形甜椒;第Ⅲ類為大果型辣椒,單果質(zhì)量較大;第Ⅳ類為薄果肉的牛角椒,口感好,病毒病抗性強(qiáng);第Ⅴ類為長(zhǎng)果形的薄果肉長(zhǎng)羊角椒。經(jīng)相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析3項(xiàng)綜合分析,確定‘峰冠單果質(zhì)量較大,但病毒病抗性較差,建議在石家莊地區(qū)早春種植;‘尊虎六號(hào)‘改良大果虎皮椒為薄果肉的牛角椒,口感好,病毒病抗性強(qiáng),產(chǎn)量也較高,適宜在石家莊地區(qū)種植;其余品種產(chǎn)量較低、病毒病抗性較差及辣度較大(石家莊地區(qū)不喜歡太辣的品種),因此均不適宜在石家莊地區(qū)種植。
關(guān)鍵詞:辣椒;農(nóng)藝性狀;主成分分析;聚類分析;相關(guān)性
中圖分類號(hào):S641.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1673-2871(2021)02-047-007
Evaluation of main agronomic traits of pepper based on principal component and cluster analysis
WANG Dandan1, SHI Jianhua1, LI Yan1, ZHANG Qingyin1, QI Lianfen1, DONG Lingdi2
(1. Shijiazhuang Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Shijiazhuang 050041, Hebei, China; 2. Institute of Cash Crops, Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Shijiazhuang 050051, Hebei, China)
Abstract: In order to screen out the varieties of peppers suitable for cultivation in plasic greenhouse in early spring in Shijiazhuang area, the correlation analysis, principal component analysis and cluster analysis of 11 agronomic traits of 14 pepper materials from different regions were carried out in this research. The results showed that single fruit weight was found a significant negative correlation with fruit shape and longitudinal diameter of commercial fruit, and a significant positive correlation with horizontal diameter of commercial fruit. Yield was extremely negatively correlated with maturity. Vertical diameter of commercial fruit was observed a significant negative correlation with transverse diameter of commercial fruit, thickness of commercial fruit, and spicy taste, which it was discovered a significant positive correlation with fruit shape. Transverse diameter of commercial fruit was exhibited a significant positive correlation with thickness of commercial fruit and spicy taste, but it was found? a significant negative correlation with fruit shape. Thickness of commercial fruit was extremely negatively correlated with fruit shape, but it was extremely positively correlated with spicy taste. Fruit shape was showed a significant negative correlation with color of immature fruit. Maturity was found a significant negative correlation with degree of gloss. Principal component analysis showed that the eigenvalues of the first three principal components were all higher than 1, and the cumulative variance contribution rate was 84.865%, which could synthesize most of the information of agronomic traits of pepper. According to the cluster analysis, when the distance between classes was 10, the 14 varieties were divided into five categories. The first class was lantern-shaped yellow fruit with shiny skin; the second was square-shaped bell pepper; the third was large-fruited pepper; the fourth was thin flesh horn-shaped pepper with a good taste and strong resistance to viral diseases; the fifth type was long fruit type thin flesh long-horned pepper. It was? summarized that ‘Fengguan was adapted to cultivate in early spring in Shijiazhuang because its bigger single fruit weight ‘Zunhu No. 6 and ‘Improved big fruit tiger pepper exhibited thin pulp, good taste, strong resistance to virus disease, and high yield, they were recommended to plant in Shijiazhuang. Other varieties were not suitable for cultivation in Shijiazhuang area because of the low yield, weak virus disease resistance and high spicy degree.
Key words: Pepper; Agronomic traits; Principal component analysis; Cluster analysis; Correlation
辣椒(Capsicum frutescent L.)是茄科(Solanaceae)辣椒屬(Capsicum)一年生或多年生草本植物。辣椒作為主要的調(diào)味品蔬菜之一[1],因其獨(dú)特的口味和豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值深受人們的喜愛(ài),在全世界廣泛種植[2-3],也是我國(guó)種植面積最大的蔬菜作物之一,尤其是湖南、四川等省份種植面積較大[4]。辣椒的田間農(nóng)藝性狀表現(xiàn)是栽培及育種等科研人員關(guān)注的首要問(wèn)題,盡管育種中各種分子標(biāo)記和同工酶標(biāo)記已廣泛應(yīng)用于植物種質(zhì)資源的鑒定和分類研究中,但田間農(nóng)藝性狀的鑒定和描述仍然是辣椒種質(zhì)資源最基本的方法和途徑[5],可為辣椒的高產(chǎn)栽培和優(yōu)質(zhì)育種提供便利條件。
我國(guó)科研人員對(duì)辣椒新品種的抗病性、高產(chǎn)性、抗逆性等方面的研究已達(dá)到相當(dāng)高的水平[6]。利用簡(jiǎn)單、直觀、實(shí)用的形態(tài)學(xué)評(píng)價(jià)方法,借助多元統(tǒng)計(jì)分析,能從不同視角對(duì)農(nóng)作物的田間農(nóng)藝性狀表現(xiàn)作全面客觀的分析[7]。前人應(yīng)用主成分分析和聚類分析進(jìn)行了不同作物的品質(zhì)、產(chǎn)量、品種、土壤養(yǎng)分等方面的評(píng)價(jià)[8-14]。布洪鳳等[15]對(duì)26個(gè)辣椒品種主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行了分析與測(cè)評(píng),篩選出了適于常德春露地栽培的辣椒品種。喬迺妮等[16]對(duì)常德20個(gè)辣椒品系的主要農(nóng)藝性狀作了相關(guān)性及通徑分析,評(píng)價(jià)了各性狀之間的相關(guān)性及幾個(gè)農(nóng)藝性狀對(duì)產(chǎn)量的相對(duì)重要性。王安樂(lè)等[17]分析了湖南16個(gè)辣椒品種產(chǎn)量與主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)系數(shù)及通徑系數(shù),以探討湖南辣椒品種主要農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量間的相關(guān)性。聶楚楚等[18]對(duì)57份辣椒材料進(jìn)行了聚類分析和主成分分析,旨在為辣椒資源分類以及親本篩選提供依據(jù)。
2018年河北省種子管理總站征集了京津冀滬渝五省市通過(guò)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部登記的非主要農(nóng)作物辣椒品種14個(gè),筆者單位受河北省種子管理總站委托,運(yùn)用相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析等方法,對(duì)這14個(gè)辣椒品種的11個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行了篩選試驗(yàn),以期篩選出適宜石家莊地區(qū)種植的辣椒品種,為育種和栽培提供理論依據(jù),為選擇適宜本地生產(chǎn)的辣椒品種提供參考。
1 材料與方法
1.1 材料
參試材料共計(jì)14個(gè)品種,分別來(lái)自北京、天津、河北、上海、重慶等地(表 1)。
1.2 方法
1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)在石家莊市農(nóng)林科學(xué)研究院趙縣基地冷棚內(nèi)進(jìn)行,土壤類型為壤土。試驗(yàn)小區(qū)長(zhǎng)4.5 m,寬1.6 m,面積7.2 m2,隨機(jī)排列,3次重復(fù)。行距50 cm/90 cm(小行距/大行距),株距50 cm,每穴1株,每小區(qū)定植44株。2019年1月24日播種,采用穴盤基質(zhì)方式育苗。2019年4月1日定植。供試材料為從國(guó)內(nèi)收集的14個(gè)辣椒品種(表1)。底肥施入2 000 kg沼液,追肥施入5 L EM菌劑、5 kg大量元素水溶肥1次。有機(jī)肥為養(yǎng)豬場(chǎng)發(fā)酵3年以上的沼液,主要成分為豬糞、豬尿;EM菌劑由臨汾市堯都區(qū)汾河氨基酸廠提供,主要成分為有效活菌數(shù)≥2×1019個(gè)·mL-1;大量元素水溶肥由石家莊市復(fù)混肥廠提供,總養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥50%,硼質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥2‰,鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥2‰,N、P2O5、K2O養(yǎng)分質(zhì)量比為13∶7∶30。
1.2.2 調(diào)查項(xiàng)目及方法 以李錫香等[19]編寫的《辣椒種質(zhì)資源描述規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)》為依據(jù),對(duì)12項(xiàng)農(nóng)藝性狀進(jìn)行調(diào)查,農(nóng)藝性狀包括2種類型:第1種為數(shù)量性狀,第2種為質(zhì)量性狀。數(shù)量性狀包括商品果縱徑、商品果橫徑、商品果肉厚、單果質(zhì)量、單產(chǎn);質(zhì)量性狀包括果形、青熟果色、光澤、熟性、辣味、病毒病抗性。
6月6日開(kāi)始采收青椒,7月2日結(jié)束采收,以小區(qū)的逐次累計(jì)產(chǎn)量為小區(qū)產(chǎn)量,再換算成單位面積產(chǎn)量(單產(chǎn))。
1.2.3 數(shù)據(jù)分析 采用 Microsoft Excel 2010對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。將質(zhì)量性狀轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)(表2),然后利用SPSS18.0軟件對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析、person相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析。聚類分析采用系統(tǒng)聚類和組間聯(lián)接法,度量標(biāo)準(zhǔn)為歐式距離,然后制作為樹(shù)狀聚類圖。
變異系數(shù)/%=標(biāo)準(zhǔn)差/均值×100。
2 結(jié)果與分析
2.1 主要農(nóng)藝性狀分析
通過(guò)對(duì)14個(gè)品種的11個(gè)性狀進(jìn)行分析(表3),結(jié)果表明,商品果縱徑最大的是4號(hào)(‘津椒30),為21.57 cm,除5號(hào)(‘津豐椒三號(hào),20.87 cm)外,其余的品種與其差異顯著;商品果橫徑最大的是9號(hào)(‘峰冠),為7.93 cm,除7號(hào)(‘津彩3號(hào),7.80 cm)與其差異不顯著外,其他品種的商品果橫徑均顯著小于9號(hào);商品果肉厚最厚的是3號(hào)(‘蘇菲),為5.37 mm,最薄的是14號(hào)(‘改良大果虎皮椒),為2.67 mm;9號(hào)(‘峰冠)的單果質(zhì)量最大,為197.10 g,顯著高于其他各個(gè)品種,最小的是4號(hào)(‘津椒30),為50.53 g;單產(chǎn)最高的是14號(hào)(‘改良大果虎皮椒),38.41 t·hm-2,與其他品種差異顯著,單產(chǎn)最低的是6號(hào)(‘津彩2號(hào)),2.46? t·hm-2;病毒病抗性最強(qiáng)的是3號(hào)(‘蘇菲),其次是1號(hào)(‘國(guó)禧105)、5號(hào)(‘津豐椒三號(hào))和13號(hào)(‘尊虎六號(hào))。質(zhì)量性狀中,病毒病抗性和果形的變異系數(shù)較大,分別為74.97%和72.52%,青熟果色、光澤、熟性和辣味的變異系數(shù)較小,為26.96%~41.15%。數(shù)量性狀中,單產(chǎn)的變異系數(shù)最大,為61.94%,其次是商品果縱徑,為48.61%,商品果橫徑、商品果肉厚和單果質(zhì)量的變異系數(shù)較小,為22.57%~31.10%。由此可知,14個(gè)品種的農(nóng)藝性狀互不相同,各有特點(diǎn)。
2.2 主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析
由表4可知,單果質(zhì)量與果形、商品果縱徑呈極顯著負(fù)相關(guān),與商品果橫徑呈極顯著正相關(guān);單產(chǎn)與熟性呈極顯著負(fù)相關(guān);商品果縱徑與商品果橫徑、商品果肉厚、辣味呈極顯著負(fù)相關(guān),與果形呈極顯著正相關(guān),與青熟果色呈顯著負(fù)相關(guān);商品果橫徑與商品果肉厚、辣味呈極顯著正相關(guān),與果形呈極顯著負(fù)相關(guān),與青熟果色呈顯著正相關(guān);商品果肉厚與果形呈極顯著負(fù)相關(guān),與辣味呈極顯著正相關(guān);果形與青熟果色呈顯著負(fù)相關(guān);熟性與光澤呈顯著負(fù)相關(guān);其他農(nóng)藝性狀之間的相關(guān)性見(jiàn)表4。
2.3 主成分分析
采用主成分分析法對(duì)14個(gè)辣椒品種的11種農(nóng)藝性狀進(jìn)行分析,結(jié)果表明,前3個(gè)主成分的特征值較大,累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)84.865%(表5),已能綜合辣椒農(nóng)藝性狀的的大部分信息。
主成分分析碎石圖(圖1)中主成分特征值的連線陡峭部分即為應(yīng)取的主成分?jǐn)?shù)目。前3個(gè)主成分的特征值較大,連線較為陡峭,即前3個(gè)主成分對(duì)解釋變量的貢獻(xiàn)最大。由表3可知,前3個(gè)主成分特征值>1,提取3個(gè)主成分最合適,綜合了辣椒農(nóng)藝性狀的大部分信息。
由表6可知,第一主成分主要綜合了商品果縱徑、商品果橫徑、商品果肉厚、果形、單果質(zhì)量、辣味的信息,其中,商品果縱徑、果形在第一主成分上呈負(fù)向分布,商品果橫徑、商品果肉厚、單果質(zhì)量、辣味在第一主成分上呈正向分布,即在PC1坐標(biāo)正向,PC1越大,商品果橫徑、商品果肉厚、單果質(zhì)量、辣味的取值越大,商品果縱徑、果形的取值越小。PC1可命名為外形辣味因子。第二主成分主要綜合了單產(chǎn)、熟性的信息,即在PC2坐標(biāo)正向,PC2的值越大,單產(chǎn)越高,熟性取值越小。PC2可命名為產(chǎn)量熟性因子。第三主成分主要綜合了光澤的信息,即在PC3坐標(biāo)負(fù)向,PC3的值越大,表明辣椒光澤程度越高越亮,反之則越暗。PC3可命名為光澤因子。
本研究中第一主成分PC1、PC2、PC3分別包含了原來(lái)信息量的52.303%、19.934%、12.628%。許多研究者采用PCA得分圖反映品種與品質(zhì)指標(biāo)之間的關(guān)系,由圖2能夠更直觀地看出各辣椒品種與PC1、PC2、PC3的關(guān)系:3、6、7、10(‘蘇菲‘津彩2號(hào)‘津彩3號(hào)‘申椒一號(hào))落在PC1的正向、PC3的負(fù)向區(qū)間,表明這4個(gè)辣椒品種的商品果橫徑、商品果肉厚、單果質(zhì)量的值較大,表面光澤程度高,是辣味較弱(或是較甜)的方燈籠形辣椒品種;1、2、8、11、12(‘國(guó)禧105‘中椒107號(hào)‘倍利特888‘申椒二號(hào)‘申椒二號(hào))落在PC2的正向、PC1的負(fù)向區(qū)間,表明這5個(gè)辣椒品種的單產(chǎn)高,成熟早,辣度取值小,因此這5個(gè)辣椒是早熟品種且口感較辣;4、5(‘津椒30‘津豐椒三號(hào))落在PC2的負(fù)向、PC3的正向區(qū)間,說(shuō)明這2個(gè)品種成熟較晚,單產(chǎn)較低,且外表不光澤、較暗,因此這2個(gè)品種不適宜本地種植;9(‘峰冠)落在PC1和PC2的正向區(qū)間,表明這個(gè)商品果橫徑、商品果肉厚、單果質(zhì)量的值較大,單產(chǎn)高,辣度取值大,因此這個(gè)品種是早熟的甜椒;13、14(‘尊虎六號(hào)‘改良大果虎皮椒)落在PC2的正向、PC3的負(fù)向區(qū)間,單產(chǎn)越高,熟性取值越小,表明光澤程度高,因此這2個(gè)品種是具光澤的早熟性高產(chǎn)品種。
2.4 聚類分析
從聚類分析結(jié)果可知,在類間距離為10時(shí),14個(gè)品種可分為五大類(圖3)。第Ⅰ類聚集了5個(gè)品種,分別為1、2、8、11、12(‘國(guó)禧105‘中椒107號(hào)‘倍利特888‘申椒二號(hào)‘申椒三號(hào));第Ⅱ類聚集了4個(gè)品種,分別為3、6、7、10(‘蘇菲‘津彩2號(hào)‘津彩3號(hào)‘申椒一號(hào));第Ⅲ類只有1個(gè)品種9(‘峰冠),第Ⅳ類聚集了2個(gè)品種,13和14(‘尊虎六號(hào)‘改良大果虎皮椒);第Ⅴ類也聚集了2個(gè)品種,4和5(‘津椒30‘津豐椒三號(hào))。第Ⅰ類為燈籠形黃果,表皮光澤;第Ⅱ類為方燈籠形甜椒;第Ⅲ類為大果型辣椒,單果質(zhì)量較大;第Ⅳ類為薄果肉的牛角椒,口感好,病毒病抗性強(qiáng);第Ⅴ類為長(zhǎng)果形的薄果肉長(zhǎng)羊角椒。因此,在聚類分析類間距離為10時(shí),結(jié)果與主成分分析一致。
3 討論與結(jié)論
主成分分析是采用少量綜合指標(biāo)代替原來(lái)多個(gè)指標(biāo)大部分信息的一種降維的分析方法。聚類分析是將研究對(duì)象關(guān)系更接近的合并為一類,明確分類界限,但不會(huì)對(duì)信息進(jìn)行刪減、不會(huì)區(qū)分元素重要性,類別間的重要性是等同的。近年來(lái),多元統(tǒng)計(jì)分析法是進(jìn)行農(nóng)作物品種資源評(píng)價(jià)和遺傳育種[20-26]等工作的重要方法。鄒學(xué)校等[27]采用主成分分析及數(shù)量分類估算了36個(gè)辣椒地方品種的主要病害抗性、果實(shí)養(yǎng)分含量和農(nóng)藝性狀等15個(gè)指標(biāo),結(jié)果基本反映了辣椒品種間的遺傳差異,符合實(shí)際情況。楊志剛等[28]采用聚類分析法對(duì)92份辣椒資源的色價(jià)值及形狀指標(biāo)進(jìn)行分析,從中篩選出了用于干制紅辣椒的優(yōu)良種質(zhì)材料17份。夏碧波等[29]對(duì)從國(guó)外引進(jìn)的30份辣椒種質(zhì)資源的39個(gè)表型性狀進(jìn)行了遺傳多樣性分析,結(jié)果表明單果質(zhì)量的變異系數(shù)最大,并聚類分為2大類。步洪鳳等[15]對(duì)26個(gè)辣椒品種的13個(gè)主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行了相關(guān)性和聚類分析,表明果形和產(chǎn)量是影響聚類結(jié)果的重要因素,并評(píng)選出了適于當(dāng)?shù)卦耘嗟钠贩N‘湘研青翠‘豐抗21‘更新8號(hào)‘興蔬201等。
本研究對(duì)14個(gè)辣椒品種的11個(gè)主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行了相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析,結(jié)果與前人研究結(jié)果相似,單果質(zhì)量和病毒病抗性是影響品種選擇的重要因素。相關(guān)性分析結(jié)果表明:?jiǎn)喂|(zhì)量與果形、商品果縱徑呈極顯著負(fù)相關(guān),與商品果橫徑呈極顯著正相關(guān);單產(chǎn)與熟性呈極顯著負(fù)相關(guān);商品果縱徑與商品果橫徑、商品果肉厚、辣味呈極顯著負(fù)相關(guān),與果形呈極顯著正相關(guān),與青熟果色呈顯著負(fù)相關(guān);商品果橫徑與商品果肉厚、辣味呈極顯著正相關(guān),與果形呈極顯著負(fù)相關(guān),與青熟果色呈顯著正相關(guān);商品果肉厚與果形呈極顯著負(fù)相關(guān),與辣味呈極顯著正相關(guān);果形與青熟果色呈顯著負(fù)相關(guān);熟性與光澤呈顯著負(fù)相關(guān)。主成分分析表明,前3個(gè)主成分的特征值均大于1,累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)84.865%,能綜合辣椒農(nóng)藝性狀的的大部分信息。聚類分析結(jié)果表明,在類間距離為10時(shí),14個(gè)品種分為五大類:第Ⅰ類(‘國(guó)禧105‘中椒107號(hào)‘倍利特888‘申椒二號(hào)‘申椒三號(hào))為燈籠形黃果,表皮光澤;第Ⅱ類(‘蘇菲‘津彩2號(hào)‘津彩3號(hào)‘申椒一號(hào))為方燈籠形甜椒;第Ⅲ類(‘峰冠)為大果型辣椒,單果質(zhì)量較大;第Ⅳ類(‘尊虎六號(hào)‘改良大果虎皮椒)為薄果肉的牛角椒,口感好,病毒病抗性強(qiáng);第Ⅴ類(‘津椒30‘津豐椒三號(hào))為長(zhǎng)果形的薄果肉長(zhǎng)羊角椒。本研究結(jié)果表明,‘峰冠單果質(zhì)量較大,但病毒病抗性較差,由于近年來(lái)秋冬茬辣椒病毒病發(fā)生較嚴(yán)重,因此建議該品種在石家莊地區(qū)早春種植;‘尊虎六號(hào)‘改良大果虎皮椒為薄果肉的牛角椒,口感好,病毒病抗性強(qiáng),產(chǎn)量也較高,適宜在石家莊地區(qū)種植。本研究是在石家莊農(nóng)林科學(xué)研究院趙縣試驗(yàn)基地進(jìn)行的春茬番茄試驗(yàn),但是秋茬抗病毒性的強(qiáng)弱還有待試驗(yàn)觀察;其余品種或是產(chǎn)量較低,或是病毒病抗性差(病毒病抗性差會(huì)直接導(dǎo)致產(chǎn)量下降),或是辣度較大,均不建議在石家莊地區(qū)種植。
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