81份辣椒種質資源表型性狀的遺傳多樣性分析

劉林婭　黃亞成　楊那　劉維俠　趙艷妹　龍彩鳳　黨選民

關鍵詞：辣椒；種質資源；表型性狀；遺傳多樣性

中圖分類號：S641.3 文獻標識碼：A

辣椒（Capsicum annuum L.）原產于美洲的熱帶和亞熱帶地區[1-2]，為茄科（Solanaceae）辣椒屬（Capsicum）一年生或多年生草本植物[3]。辣椒是我國第二大蔬菜作物，種植面積廣，以營養豐富、產值高、經濟效益好等優點，廣受消費者的青睞[4-5]。作物種質資源是選育新作物、新品種的基礎，也是實現各個育種途徑的重要材料，對其進行深入研究，有助于提高育種的成效[6]。遺傳多樣性分析是作物種質資源研究的主要內容之一[7]，對作物種質資源遺傳多樣性進行研究，有利于了解材料的遺傳背景，為種質資源的開發、利用及品種選育提供重要信息[8]。通過表型性狀指標研究植物的遺傳多樣性，已在甘薯[Ipomoeabatatas （L.） Lam.]、小麥（Triticum aestivum L.）、軟棗獼猴桃（ Actinidia arguta ）、櫻桃番茄（Lycopersivon esculentum Mill.）、冬瓜（Beincasehispida Cogn.）、桄榔（Arenga pinnata）、白木香（Aquilaria sinensis）等物種中廣泛應用[9-15]，其變異特點可反映植物性狀的遺傳變異，為從細胞水平和分子水平研究植物遺傳多樣性提供重要參考[11]。目前，關于辣椒種質資源遺傳多樣性的研究報道較多。蔣向輝等[16]利用形態標記和RAPD標記對9 份觀賞辣椒種質資源進行了遺傳多樣性研究，結果表明，形態標記與RAPD 標記對親緣關系較近的品種聚類分析結果相似，2 種方法對物種進行區分鑒定切實可行。劉林婭等[17]利用ISSR 分子標記對22 份國內外黃燈籠辣椒種質進行遺傳多樣性分析，結果表明，可將參試材料劃分為4 個類群，不同親緣關系的種質明顯分開。MONGKOLPORN 等[18]利用10 個SSR 位點對230份辣椒種質進行了遺傳多樣性研究，結果將230份辣椒資源分為一年生辣椒和栽培種辣椒兩大類，綜合應用SSR 數據，構建了包含28 份核心品種的辣椒核心種質。張曼等[19]利用SSR 標記對112 份西南地區朝天椒種質資源進行遺傳多樣性分析，結果將供試材料分為4 類，種質間的遺傳相似性相對較高，表明112 份朝天椒材料的總體情況與地理分布有一定相關性。種質資源表型性狀的評價與分子評價相比，更加直接且不可替代，已被廣泛應用于親緣關系鑒定和核心種質構建[7， 9-15， 20]。因此，本研究以81 份辣椒種質資源為材料，基于20 個表型性狀對辣椒種質資源進行遺傳多樣性分析，以期篩選出具有優良性狀的種質資源，為品種選育及資源利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

81份辣椒種質由中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所蔬菜研究中心提供，包括53 份海南本地種質、8份山西引進資源、9份河南引進資源、1份云南引進資源和10 份國外引進資源（表1）。按隨機區組設計種植于中國熱帶作物品種資源研究所蔬菜基地，3次重復，株行距為50 cm×70 cm。

1.2 方法

性狀調查參照《辣椒種質資源描述規范和數據標準》[21]提供的辣椒表型性狀描述及賦值標準，對20 項表型性狀進行觀察和測量。各個性狀的調查時期參照表2 進行，花的性狀在上午7：00—9：00 時觀察，每株取5 朵花記錄；全生育期每份材料隨機選取10株進行觀測。

2 結果與分析

2.1 辣椒種質資源數量性狀與質量性狀的多樣性分析

通過對81份辣椒種質資源1個數量性狀（首花節位）的遺傳多樣性進行分析，結果表明，首花節位的遺傳多樣性指數（H）為6.20，變異系數為29.28%，變異范圍為5.40～16.00。81份辣椒種質資源首花節位的變異系數大于10%，說明供試材料在此性狀上存在著較大程度的變異。遺傳多樣性指數越大，表明該性狀的表型多樣性越豐富[23]。由此可見，首花節位的表型多樣性比較豐富。

對81份辣椒種質資源的19 個質量性狀進行遺傳多樣性分析（表3），結果表明遺傳多樣性指數H的變化范圍為5.91～6.32。H最大的是葉形，大多數為長卵形，分布頻率為82.7%；果形的H′最小，以扁燈籠形和方燈籠形為主，分布頻率為21.0%和22.2%；子葉顏色以深綠色居多， 占39.5%，綠色占37.0%；下胚軸顏色主要以紫色為主，占60.5%；分枝性大多表現為中等，占67.9%；主莖色多為綠帶紫條紋，占72.8%；參試材料中有70.4%無莖茸毛，61.7%的葉面是平滑的，54.3%的花柱長度長于雄蕊；花冠色和花柱顏色以白色居多，分別占65.4%和88.9%；花藥顏色以藍色為主，占54.3%；青熟果色多為綠色，占42.0%；供試材料中有49.4%的果肩形狀為微凹近平，44.4%的果頂形狀為細尖形，45.7%的果實表面光滑，85.2%的果姿向下；老熟果色主要以橙黃和鮮紅為主，分別占34.6%和39.5%；辣味多為無辣味，占42.0%，辣占24.7%。

2.2 辣椒種質資源表型性狀的相關性分析

對辣椒種質資源的20 個表型性狀進行相關性分析（表4），結果顯示，辣椒種質資源各表型性狀間有65 對性狀存在顯著或極顯著相關性。首花節位與花冠色、花柱長度、果實表面光滑度和辣味極顯著正相關，相關系數分別為0.531、0.369、0.546 和0.738；首花節位與子葉顏色、花柱顏色、青熟果色、果形呈極顯著或顯著負相關。子葉顏色與青熟果色、果形呈顯著或極顯著正相關，相關系數為0.266 和0.410；子葉顏色與花冠色、果實表面光滑度、果姿、辣味呈顯著或極顯著負相關。下胚軸顏色與主莖色、葉形、花藥顏色、花柱長度、青熟果色、果形呈顯著或極顯著正相關，相關系數為0.275～0.410；下胚軸顏色與葉面特征、果肩形狀呈極顯著負相關。分枝性與果肩形狀、果頂形狀呈極顯著或顯著正相關，相關系數分別為0.468 和0.241；分枝性與葉形、花柱長度、果形呈極顯著負相關。主莖色與花藥顏色呈極顯著正相關，相關系數為0.322；主莖色與果姿呈顯著負相關。莖茸毛與葉形、辣味呈極顯著或顯著正相關，相關系數分別為0.316 和0.261。葉形與花柱長度、青熟果色、果形、辣味呈極顯著或顯著正相關，相關系數分別為0.299、0.294、0.578 和0.238；葉形與葉面特征、果肩形狀、果頂形狀、果實表面光滑度、果姿呈顯著或極顯著負相關。葉面特征與果肩形狀、果頂形狀呈極顯著正相關，相關系數分別為0.413 和0.410；葉面特征與花柱長度、青熟果色、辣味呈極顯著負相關?；ü谏c花柱長度、果實表面光滑度、辣味呈顯著或極顯著正相關，相關系數分別為0.259、0.577 和0.413；花冠色與果形呈極顯著負相關?；ㄋ庮伾c花柱長度呈顯著相關，相關系數為0.268?；ㄖL度與果形、辣味呈極顯著正相關，相關系數分別為0.349 和0.500；花柱長度與果肩形狀呈極顯著負相關。青熟果色與果色表明光滑度呈極顯著負相關。果形與果肩形狀、果頂形狀、果實表面光滑度、果姿呈極顯著負相關。果肩形狀與果頂形狀、果實表面光滑度、果姿呈顯著或極顯著正相關，相關系數分別為0.570、0.228 和0.372；果肩形狀、果頂形狀與辣味呈極顯著負相關。果實表面光滑度與果姿、辣味呈極顯著正相關，相關系數分別為0.368 和0.466?？梢?，辣椒種質大部分表型性狀間表現為相互影響與相互促進。

2.3 主成分分析

對81份辣椒種質資源表型性狀進行主成分分析（表5），由表可知，從20 個表型性狀中提取特征值大于1.0 的前4 個主成分，貢獻率分別為22.030%、18.472%、9.091%和7.933%，累計貢獻率達57.526%，前4 個主成分代表了辣椒表型性狀的主要信息量，說明這4 個主成分可反映20 個表型性狀的基本特征。其中，第1 主成分的特征值為4.406，貢獻率為22.030%，特征向量絕對值較高的有果形、果肩形狀和葉形，特征向量分別為0.867、–0.874 和0.756，主要反映果實和葉的形狀；第2 主成分的特征值3.690，貢獻率向量分別為0.876、0.831、0.796 和–0.724；第3 主成分的特征值1.818，貢獻率為9.091%，主莖色、花藥顏色、下胚軸顏色的特征向量較高，分別為0.696、0.632、0.605，反映主莖、花藥和下胚軸的顏色；第4 主成分的特征值為1.587，貢獻率為7.933%，反映花柱顏色，特征值為0.619。從特征值和貢獻率來看，果形、果肩形狀、葉形、首花節位、辣味、果實表面光滑度、子葉顏色、主莖色、花藥顏色、下胚軸顏色和花柱顏色共11 個表型性狀是引起辣椒種質表型差異的主要因素，對辣椒種質的利用、創新與資源的評價具有一定參考依據。

2.4 聚類分析

對81份辣椒種質資源的20個表型性狀進行聚類分析，結果如圖1 所示，在遺傳距離為16.0處可將其劃分為五大類群。

第Ⅰ類群共包括21 份材料，均為黃燈籠辣椒，引自英國、巴西和中國海南、云南，占供試種質總數的25.9%。其主要特征是子葉顏色以淺綠為主，分枝性多為中等，花冠色為淺綠，花柱顏色為白色，大部分辣椒種質的葉形為長卵圓形、果肩形狀為微凹近平、果實表面光滑度為皺縮、果形為扁燈籠形，果姿向下，辣味以極辣為主，首花節位的平均值為13.2，高于其他類群。

第Ⅱ類群共38份材料，包含31份燈籠椒及7份長形椒，其中燈籠椒引自山西、海南、河南，長形椒引自海南，是總數最大的一類，占供試種質總數的46.9%。其主要特征是果形以燈籠形為主，葉形為長卵形，無莖茸毛，分枝性中等，主莖色多為綠帶紫條紋，花柱顏色和花冠色以白色為主，果姿向下，無辣味。

第Ⅲ類群共20份材料，包含13份長形椒和7 份簇生椒，長形椒引自泰國和中國山西、海南，簇生椒引自中國河南，占供試種質的24.7%。其主要特征是下胚軸顏色以紫色為主，葉面特征多為平滑，花柱顏色為白色，花藥顏色以藍色為主，花柱長度多為長于雄蕊，大部分辣椒種質無果肩、果頂形狀為細尖形、老熟果色為鮮紅，辣味以辣為主。

第Ⅳ類群只有L262 一份材料，其主要特征為子葉顏色為綠色，分枝性弱，花冠色綠白相間，花藥顏色為黃色，花柱顏色為紫色，青熟果色為白紫色，果實表面光度為光滑，果姿不定，極輕微辣。

第Ⅴ類群僅有1份黃燈籠辣椒L508，來自海南，是海南本地黃燈籠辣椒與普通辣椒雜交后代分離得到的自交系。其主要特征為子葉顏色為深綠，分枝性強，主莖色為淺綠，花冠色呈綠白相間，花藥顏色為淺黃，青熟果色為淺綠，無辣味，與其他黃燈籠辣椒種質有較大的差異，所以單獨聚為一類。

3 討論

種質資源是作物遺傳改良和相關研究的物質基礎[24]。優異種質資源的發現與利用是未來作物育種上重大突破的關鍵，擁有種質資源的數量和質量，以及對所擁有種質資源的研究程度，將決定其育種工作的成敗及其在遺傳育種領域的地位[6]。因此，對種質資源進行表型性狀調查及遺傳多樣性分析，可為育種工作提供重要信息[7]。本研究通過對81 份辣椒種質的20個表型性狀進行遺傳多樣性分析，發現首花節位的變異系數為29.28%，變異范圍為 5.40～16.00，說明供試材料在該性狀上存在較大程度的變異，與張強強等[25]和赫衛等[26]的研究結果一致。此外，本研究中的20個表型性狀的遺傳多樣性指數（H′）均超過5.9，而潘寶貴等[27]的研究結果顯示，在辣味、葉形、主莖色、花柱長度等性狀的遺傳多樣性指數（H′）較低（H′<1），甚至辣味的遺傳多樣性指數（H′）為0。這主要是因為潘寶貴等[27]的研究材料來自江蘇省的不同市縣，遺傳背景差異較小，而本研究的試驗材料來自國內外的不同地區，遺傳背景差異較大。

表型性狀間的相關性分析能揭示性狀之間的關聯性，通過重要性狀的表觀選擇和遺傳改良間接地同步改良次要性狀，從而加速育種進程[28]。表型性狀相關性分析表明，果肩形狀與果頂形狀呈極顯著正相關，與林子翔[29]和裴紅霞等[30]的研究結果一致。觀測的3 個與果形相關的性狀（果形、果肩形狀和果頂形狀）與葉形呈極顯著相關，因此，若改變辣椒的果形，則需要關注葉形。調查的8 個與顏色相關的性狀（子葉顏色、下胚軸顏色、主莖色、花冠色、花藥顏色、花柱顏色、青熟果色和老熟果色），除了老熟果色，其他7個顏色相關性狀之間存在一定的聯系，這與白健君等[31]的研究結果略有不同，究其原因可能是觀測的老熟果色受環境條件及觀測時間的影響較大。而辣味與首花節位、莖茸毛、葉形、花冠色、花柱長度和果實表面光滑度6 個性狀呈顯著正相關，與子葉顏色、葉面特征、果肩性狀和果頂形狀4個性狀呈顯著負相關。結果表明辣味是一個綜合的性狀，要改善辣椒的辣味，可以以這10個性狀為主進行選育。

根據各指標間的相互關系進行主成分分析，利用降維的方式將幾種主要的農作指數轉化為較少的幾個主要成分，能夠清楚地顯示辣椒各性狀的重要程度[12]。本研究提取的前4個主成分貢獻率達57.526%，基本能反映20個表型性狀的基本特征，其中果形、果肩形狀、葉形、首花節位、主莖色等11個表型性狀可作為評價辣椒表型遺傳多樣性和辣椒品種遺傳改良的重要指標。通過聚類分析，在遺傳距離為16.0 處將81 份種質資源分成了5類，各類群之間存在明顯的表型差異。其中第Ⅰ類均為黃燈籠辣椒，具有果形為扁燈籠形、辣味極辣、子葉顏色為淺綠色等特點；第Ⅱ類包含31份燈籠椒及7 份長形椒，具有無莖茸毛、分枝性中等、無辣味等特點；第Ⅲ類包含13 份長形椒和7 份簇生椒，具有無果肩、葉面平滑、辣味辣等特點。此外，聚類結果也顯示不同地區的辣椒種質也可以聚為一類，說明不同的原始生境并不是造成辣椒種質表型差異的唯一因素，種質表型的差異還與種質的遺傳分化和基因交流相關。其中第Ⅳ類群和第Ⅴ類群均由1 份種質材料組成，說明L262和L508與其他種質親緣關系較遠，可用于辣椒育種的親本選配，這一結果與已發表的研究結果一致[17]。本研究結果表明，81份辣椒種質的遺傳多樣性比較豐富，為辣椒資源的利用、創新和品種的選育提供了重要參考。