王春勇, 王耐紅, 閆 穎, 李 賀, 關(guān)怡卉, 金曉蕾, 孫 遜

(1.唐山市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院, 河北 唐山 063021; 2.唐山園林科學(xué)研究所, 河北 唐山 063099;3.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院, 呼和浩特 010031)

辣椒(CapsicumSPP.)起源于中南美州熱帶及亞熱帶地區(qū)的玻利維亞中南部,自引入中國以來逐漸形成3條傳播路徑,即華北路線、長江路線、福建路線[1-2]。辣椒用途多樣,有干加工型辣椒、鮮加工型辣椒,用作辣椒醬及辣椒油等原材料,同時辣椒紅素和辣椒素分別用來制作口紅、催淚彈等,可見辣椒應(yīng)用于工業(yè)、食品、軍工等諸多領(lǐng)域,而且具有較高的藥用、飼用、觀賞價值,辣椒是加工方式、方法及產(chǎn)品最多的蔬菜[3]。目前國內(nèi)隨著生產(chǎn)力及生活水平的提高,辣椒育種急需向高品質(zhì)、宜機(jī)化、高藥用價值方向發(fā)展[4]。已有利用聚類分析和主成分分析對辣椒[5,7]、水稻[6]、小麥[8]等作物農(nóng)藝性狀、品質(zhì)進(jìn)行分析的報(bào)道,能夠直觀評判作物性狀表現(xiàn)。本研究運(yùn)用聚類分析、相關(guān)性分析、主成分分析等方法對17個鮮加工型辣椒品種的10個農(nóng)藝性狀調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析,以期豐富冀東辣椒種質(zhì)資源,為鮮加工型辣椒育種研究工作提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)和材料

1.1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地點(diǎn)為唐山市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)田,屬暖溫帶大陸性半濕潤氣候,四季分明,年平均氣溫10.8 ℃,年降水量710 mm,無霜期230 d左右,壤土有機(jī)質(zhì)11.72 g/kg,全氮0.60 g/kg,速效磷17.14 mg/kg,速效鉀117.64 mg/kg。

1.1.2試驗(yàn)材料

供試17個鮮加工型辣椒品種來自新疆、湖南、黑龍江、山東、陜西、北京等6個省(區(qū)、市)的研究院所及種業(yè)公司(表1)。

表1 試驗(yàn)品種及來源Table 1 Varieties and sources

1.2 方 法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

溫室穴盤基質(zhì)育苗,2022年4月10日播種,5月25日定植,株距20 cm,行距60 cm,每穴1苗,5 000株/667 m2。小區(qū)面積6.0 m×1.2 m,隨機(jī)區(qū)組,5次重復(fù)。底肥施5 kg/667 m2生物菌肥(枯草芽孢桿菌有效活菌數(shù)≥50億/g,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保所),800 kg/667 m2有機(jī)肥(含氮量≤1.5%,有機(jī)質(zhì)≥45%,湖北新洋豐肥業(yè)股份有限公司),90 kg/667 m2化肥(撒可富N∶P2O5∶K2O=17∶17∶17,總養(yǎng)分≥51.0%,中國-阿拉伯化肥有限公司),追肥使用濃度1.0 g/1.0 L水溶肥(N∶P2O5∶K2O=16∶8∶34,以色列海法化工工業(yè)公司)。

1.2.2調(diào)查項(xiàng)目及方法

依據(jù)《辣椒種質(zhì)資源描述規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)》[9]對10個農(nóng)藝性狀進(jìn)行調(diào)查,其中數(shù)量性狀包括單株果數(shù)、果實(shí)橫徑、果實(shí)縱徑、出苗率、單位面積產(chǎn)量;質(zhì)量性狀采用賦值法使指標(biāo)量化,指標(biāo)包括果形、光澤、熟性、辣味、病毒病抗性(表2)。單位面積產(chǎn)量為逐次采收小區(qū)累計(jì)產(chǎn)量折算單位面積商品果產(chǎn)量。單株果數(shù)為逐次采收單株累計(jì)商品果數(shù)。橫徑、縱徑均為商品果的橫、縱徑。

表2 質(zhì)量性狀轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)Table 2 Conversion of quality traits into standardized data

1.2.3數(shù)據(jù)分析方法

1) 主成分得分,按式(1)進(jìn)行計(jì)算:

(1)

式中:yn為第n個主成分得分,λnj為品種j的第n個主成分矩陣系數(shù),Znj為第n個主成分標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)。

2) 主成分及以每個主成分所對應(yīng)的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比例作為權(quán)重,計(jì)算品種綜合得分按式(2)計(jì)算:

(2)

式中:Y為品種綜合評價得分,Tn為第n個主成分特征值[10-12]。

3) 顯著性分析中,變異系數(shù)按式(3)計(jì)算:

(3)

使用Excel2017軟件整理數(shù)據(jù),DPS2006軟件進(jìn)行相關(guān)性和差異顯著性分析,SPSS25.0軟件進(jìn)行主成分分析、聚類分析。其中差異顯著性分析采用Duncan新復(fù)極差法,聚類分析使用歐式距離標(biāo)準(zhǔn)的樹狀圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)藝性狀比較分析

通過農(nóng)藝性狀比較分析(表3)可知,數(shù)量性狀方面,單株果數(shù)最多為寶椒1號(74.2個),與其余16個品種均呈顯著差異;橫徑最大為中椒409(2.94 cm),與其余16個品種均呈顯著差異;縱徑最大為嬌鳳(15.80 cm),與園椒35(15.00 cm)兩個品種之間差異不顯著,與其余15個品種均呈顯著差異;單位面積產(chǎn)量最大為嬌鳳(3 700 kg/667 m2),與其余16個品種差異顯著;出苗率最高為FA4276-14-1(96.47%),與龍椒10號(96.13%)、園椒39(96.13%)、園椒40(95.17%)、龍椒20號(95.13%)、園椒35(94.87%)、FA4-15-1(93.27%)差異不顯著,與其余10個品種均呈顯著差異。

表3 鮮加工型辣椒農(nóng)藝性狀分析Table 3 Analysis of agronomic characters of fresh processed pepper

變異系數(shù)可以衡量各性狀在不同環(huán)境中的相對變異程度,變異系數(shù)的大小隨環(huán)境對該性狀影響程度大小而變化[13],其中變異系數(shù)最大的是單位面積產(chǎn)量(51.87%),其余依次為單株果數(shù)(42.43%),出苗率(25.36%),橫徑(22.29%),縱徑(21.67%);質(zhì)量性狀方面,變異系數(shù)最大為色澤(39.98%),其余依次為病毒病抗性(34.83%)、辣味(31.93%)、果形(21.59%)、熟性(19.33%)。說明17個品種的10個農(nóng)藝性狀各有特點(diǎn)。

2.2 農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析

通過10個農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析(表4)可知,果形與橫徑呈極顯著負(fù)相關(guān),與單株果數(shù)呈極顯著正相關(guān);縱徑與抗病性呈極顯著負(fù)相關(guān),與單位面積產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān);色澤與熟性呈極顯著正相關(guān);單位面積產(chǎn)量與抗病性呈顯著負(fù)相關(guān);出苗率與辣味呈顯著負(fù)相關(guān)。

表4 鮮加工型辣椒農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of agronomic traits of fresh processing pepper

2.3 主成分分析及綜合評價

2.3.1主成分分析

通過主成分分析(表5)可知,前4個主成分特征值均大于1,累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)80.748%;結(jié)合主成分分析碎石圖(圖1)可直觀地看出,從5開始連線趨于平穩(wěn),前4個方差百分比在16.079%～28.961%之間,累積貢獻(xiàn)率由28.961%上升至80.748%,5～10的方差百分比在1.114%～5.794%之間,故提取前4個主成分來表征原始數(shù)據(jù)大部分信息[14]。

圖1 主成分分析Fig.1 Principal component analysis

表5 總方差解釋Table 5 Interpretation of total variance

通過主成分因子載荷矩陣(表6)可知,第一主成分主要綜合了單株果數(shù)、縱徑、單位面積產(chǎn)量、病毒病抗性、果形,其中病毒病抗性為負(fù),即單株果數(shù)越多,縱徑越大,病毒病抗性越強(qiáng),單位面積產(chǎn)量越高;第二主成分主要綜合了色澤、辣味,其中辣味為負(fù),即色澤越亮,辣味越重;第三主成分主要綜合了病毒病抗性、色澤、熟性,均為正值,即抗病毒病越差,色澤越亮,成熟越晚;第四主成分主要綜合了出苗率,取值為負(fù)。前4個主成分包括的單株果數(shù)、縱徑、單位面積產(chǎn)量、出苗率、病毒病抗性、色澤、果形、熟性、辣味等9個農(nóng)藝性狀可以作為種質(zhì)資源主要鑒定指標(biāo)。

表6 主成分因子載荷矩陣Table 6 Main component factor load matrix

2.3.2綜合評價

根據(jù)貢獻(xiàn)率(表5)的大小可知,y1～y4權(quán)重分別為0.359,0.225,0219,0.200,通過式(1)和式(2)求得17個品種綜合得分(表7),得分由高到低依次為:嬌鳳、龍椒17號、園椒35、龍椒10號、寶椒1號、園椒40、興蔬208、德紅1號、龍椒15號、FA276-14-1、龍椒20號、FA3-22-1、XY19-124、園椒39、中椒409、FA4-15-1、龍椒18號。

2.4 聚類分析

通過對17個品種10個農(nóng)藝性狀聚類分析(圖2)可知,當(dāng)歐氏距離為5時可分為五大類:Ⅰ類為嬌鳳;Ⅱ類為龍椒10號;Ⅲ類為龍椒15號、興蔬208、德紅1號;Ⅳ類為中椒409、FA276-14-1、FA3-22-1、龍椒17號、園椒40;Ⅴ類為XY19-124、園椒35、園椒39、龍椒18號、龍椒20號、FA4-15-1、寶椒1號。

圖2 17個鮮加工型辣椒品種農(nóng)藝性狀聚類分析 Fig.2 Cluster analysis of agronomic traits of 17 fresh processing pepper varieties

第Ⅰ類:果形12,單株果數(shù)47.8個,橫徑1.72 cm,縱徑15.8 cm,單位面積產(chǎn)量3 700 kg/667 m2、出苗率92.67%,病毒病抗性1、色澤2,熟性3,辣味1,可作為長線形高產(chǎn)、高抗病毒病、中熟、味辣種質(zhì)資源;第Ⅱ類:果形7,橫徑2.06 cm,縱徑12.60 cm,單株果數(shù)36.4個,單位面積產(chǎn)量2 610 kg/667 m2,出苗率96.13%,病毒病抗性7,色澤2,熟性2,辣味2,可作為長牛角形,早熟品種,辣味中等種質(zhì)資源;第Ⅲ類:果形7～11,單株果數(shù)31.8～42.6個,橫徑1.26～2.56 cm,縱徑11.8～13.0 cm,單位面積產(chǎn)量1 870～2 140 kg/667 m2,出苗率9.67%～83.00%,病毒病抗性7～9,色澤1～2,辣味2～3,熟性2～3,可作為果形較長、單株果數(shù)較多、色澤中等、中早熟種質(zhì)資源,典型品種為興蔬208、德紅1號;第Ⅳ類:果形6～9,單株果數(shù)19.4～51.4個,橫徑2.06～2.94 cm,縱徑11.20～12.24 cm,單位面積產(chǎn)量1 490～1 690 kg/667 m2,出苗率73.67%～96.47%,病毒病抗性3～9,色澤1～3,辣味1～2,熟性2～3,可作為果形較長,早熟,中抗病毒病種質(zhì)資源,典型品質(zhì)為園椒40、FA3-22-1;第Ⅴ類:果形6～12,單株果數(shù)15.4～74.2,橫徑1.18～2.26 cm,縱徑6.04～15.00 cm,單位面積產(chǎn)量570～1 110 kg/667 m2,出苗率85.90%～96.13%,病毒病抗性5～9,色澤1～3,辣味1～3,熟性2～3,可作為果形較長、色澤中亮、中熟、中辣種質(zhì)資源,典型品種為園椒35、寶椒1號。

3 結(jié)論與討論

農(nóng)藝性狀中的數(shù)量性狀結(jié)合對質(zhì)量性狀的賦值并利用主成分分析、聚類分析、相關(guān)性分析等數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法,可以簡單、直觀、全面地分析辣椒品種特性及各品種在種植地的適應(yīng)性,也是鑒定和描述種質(zhì)資源研究最基本的方法和途徑[15-18],為目標(biāo)育種提供參考依據(jù)。鄒學(xué)校等[19]在研究中發(fā)現(xiàn),辣椒品種的分類使用聚類分析中類平均法較最短距離法、最長距離法和重心法等方法效果好。黃晨晨等[20]利用主成分分析和聚類分析對27個小麥品種的12個指標(biāo)進(jìn)行分析,初步將27個小麥品種分為3種磷效率類型,并作出綜合評價。本次研究的17個辣椒品種的10個農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)在19.33%～51.87%之間,均大于10%,說明上述品種有較大潛力和改良空間[21],可進(jìn)一步研究。產(chǎn)量始終作為辣椒育種的主要目標(biāo),單株果數(shù)、單位面積產(chǎn)量等產(chǎn)量相關(guān)的農(nóng)藝性狀是分析品種時考慮的主要性狀[22],近些年辣椒的熟性、辣味、抗病性、果形、色澤等性狀根據(jù)實(shí)際需求成為辣椒育種的重要目標(biāo)[18]。

本次通過對17個鮮加工型辣椒品種的10個農(nóng)藝性狀的比較、相關(guān)性分析、主成分分析、聚類分析。結(jié)果表明,數(shù)量性狀中變異系數(shù)最大的是單位面積產(chǎn)量(51.87%),單株果數(shù)、出苗率、橫徑、縱徑在21.67%～42.43%之間,質(zhì)量性狀中變異系數(shù)最大為色澤(39.98%),辣味、病毒病抗性、果形、熟性在19.33%～34.83%之間;相關(guān)性分析表明,果形與橫徑呈極顯著負(fù)相關(guān),與單株果數(shù)呈極顯著正相關(guān);縱徑與抗病性呈極顯著負(fù)相關(guān),與單位面積產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān);色澤與熟性呈極顯著正相關(guān);單位面積產(chǎn)量與抗病性呈顯著負(fù)相關(guān);出苗率與辣味呈顯著負(fù)相關(guān);主成分分析表明,前4個主成分特征值均大于1,累積貢獻(xiàn)率達(dá)80.748%。主成分綜合得分由高到低是嬌鳳、龍椒17號、園椒35、龍椒10號、寶椒1號、園椒40、興蔬208、德紅1號、龍椒15號、FA276-14-1、龍椒20號、FA3-22-1、XY19-124、園椒39、中椒409、FA4-15-1、龍椒18號;聚類分析結(jié)果表明,當(dāng)歐氏距離為5時可分為五大類:Ⅰ類嬌鳳為長線形高產(chǎn)、高抗病毒病、中熟、味辣大類;Ⅱ類龍椒10號為長牛角形,早熟,辣味中等大類;Ⅲ類龍椒15號、興蔬208、德紅1號為果形較長,單株果數(shù)較多,色澤中等,中早熟大類;Ⅳ類中椒409、FA276-14-1、FA3-22-1、龍椒17號、園椒40,為果形較長,早熟,中抗病毒病大類;Ⅴ類XY19-124、園椒35、園椒39、龍椒18號、龍椒20號、FA4-15-1、寶椒1號,為果形較長,色澤中亮,中熟,中辣大類。

綜上所述,嬌鳳可作為長線形、高產(chǎn)、高抗病毒病、中熟、味辣種質(zhì)資源;龍椒10號可作為長牛角形,早熟,辣味中等種質(zhì)資源;興蔬208可作為果形較長,單株果數(shù)較多,色澤中等,中早熟種質(zhì)資源;園椒40可作為果形較長,早熟,中抗病毒病種質(zhì)資源。其他品種有出苗率、產(chǎn)量較低或抗病性較差等情況,是否可以引入冀東地區(qū)生產(chǎn)種植有待進(jìn)一步試驗(yàn)觀察。