甜椒核心种质遗传多样性与亲缘关系分析

刘子记++申龙斌++杨衍

摘要：以102份甜椒核心种质为研究材料，对8个农艺性状进行遗传多样性分析，并且基于基因型效应值进行性状间的相关性和种质间的亲缘关系分析。8个农艺性状的多样性指数分别为4.60、4.60、4.59、4.57、4.60、4.58、4.58和4.53，表明甜椒核心种质存在丰富的遗传多样性。首花节位与株高呈极显著正相关，相关系数为0.38；果纵径与株高呈极显著正相关，与首花节位呈显著相关，相关系数分别为0.37和0.23；果柄长与株高呈显著相关，相关系数为020；果肉厚与果纵径、果横径呈极显著正相关，相关系数分别为0.28和0.30；单果质量与果纵径、果横径、果肉厚呈极显著正相关，与首花节位呈显著正相关，相关系数分别为0.37、0.67、0.53和0.20。不同种质间遗传距离变幅为151～10.41，表明这些核心材料间遗传差异较大。在聚类重新标定距离为16.5时，102份甜椒核心种质被分为27个类群，其中20个类群分别由1份种质材料组成，表明这20份种质与其余种质亲缘关系较远。该研究明确了不同甜椒种质间的亲缘关系，为甜椒核心种质资源的有效利用和新品种选育提供了理论依据。

关键词：甜椒；基因型值；遗传多样性；相关性；亲缘关系

中图分类号： S641.303文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）05-0199-03

收稿日期：2015-04-22

基金项目：中国热带农业科学院院本级基本科研业务费专项（编号：1630032015003）。

作者简介：刘子记（1982—），男，博士，副研究员，研究方向：蔬菜分子生物学及遗传育种。E-mail：liuziji1982@163.com。

通信作者：曹振木，研究员，研究方向为蔬菜遗传育种。E-mail：catasvegetable@126.com。甜椒（Capsicum annuum var. grossum，2n=2x=24）原产于中南美洲，在植物学分类上属于茄科（Solanaceae）辣椒属（Capsicum）[1]。辣椒属包括5个栽培种[2]，甜椒属于一年生辣椒栽培种。甜椒果实不辣而略带甜味，大量研究表明甜椒果实中含有丰富的维生素A[3]、维生素C[4]、类胡萝卜素[5]及矿物质，可以保护生物有机体免受氧化伤害[6-7]、提高机体免疫力和预防坏血病。甜椒以果实特有的色泽和营养成分成为一种世界性的蔬菜作物。作物种质资源为栽培种遗传改良、新品种选育及遗传学研究提供丰富的遗传变异和基因资源[8]。加速新品种的选育和推广利用是科技兴农的关键，种质资源是实现各个育种途径的原始材料，对于原始材料的选择依赖于所掌握种质资源的广度及对其研究的深度[9]。亲缘关系分析是植物种质资源研究的主要内容之一。开展作物种质资源亲缘关系研究，有助于了解材料的遗传背景，为种质资源的创新利用与新品种选育提供重要信息[10]。以往辣椒种质资源亲缘关系分析多集中在有辣味的辣椒材料[11-15]，有关甜椒核心种质亲缘关系的研究鲜有报道。

作物种质的遗传多样性是其适应环境变化的表现，表型性状的遗传多样性研究为从整体上评价和利用种质资源奠定基础。但由于种质资源的形态特征是基因型、环境以及基因型与环境互作的综合表现[16]，仅根据农艺性状表型值难以鉴定其遗传背景的异同。为了排除环境条件、基因型与环境互作的影响，准确度量不同遗传材料间的遗传差异，本研究采用混合线性模型无偏预测性状的基因型值，基于基因型值进行性状间的相关性分析和材料间的亲缘关系分析，以期为甜椒种质资源的收集及遗传育种提供参考。

1材料与方法

1.1试验材料和基因型值预测

将102份甜椒核心种质按随机区组设计种植于中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所10队试验基地，3次重复，参考《辣椒种质资源描述规范与数据标准》调查株高、株幅、首花节位、果纵径、果横径、果柄长、果肉厚、单果质量。采用朱军提出的混合线性模型无偏预测性状的基因型值[17]。

1.2遗传多样性和相关性分析

采用SAS 9.0软件分析8个性状的最小值、最大值、平均值、极差、变异系数、方差和遗传多样性指数H′，基于性状的基因型值计算各性状之间的相关性系数。

1.3聚类分析

采用SPSS 9.0软件基于8个性状的基因型值对102份甜椒核心种质构建聚类图，样本间的遗传距离采用欧氏距离法计算，欧氏距离计算公式为EUCLID=∑ki=1（xi-yi）2，其中，k表示样本有k个变量，xi表示第1个样本在第i个变量上的取值，yi标示第2个样本在第i个变量上的取值，样本与小类之间的遗传距离采用最短距离法进行计算[18]。

2结果与分析

2.1甜椒农艺性状的遗传多样性分析

株幅、果纵径和单果质量的极差分别为57.90 cm、15.30 cm 和345.70 g，尤其是单果质量的极差，几乎是均值的2倍，远远大于其平均值，这说明甜椒核心种质的株幅、果纵径和单果质量表型值更为分散。单果质量的变异系数最大，为0.44，果纵径的变异系数次之，为0.33，进一步说明了甜椒核心种质的单果质量和果纵径表型值的离散程度较高，各种质之间的遗传差异较大。8个农艺性状的多样性指数分别为4.60、4.60、4.59、4.57、4.60、4.58、4.58和4.53，均超过了4.5，该结果表明甜椒核心种质存在丰富的遗传多样性（表1）。表1甜椒核心种质农艺性状遗传变异

性状最小值最大值平均值极差方差变异系数多样性指数株高（cm） 32.0099.9060.7267.90195.020.234.60株幅（cm） 14.1072.0045.0657.90102.840.234.60首花节位 413894.180.264.59果纵径（cm） 4.6019.9010.6715.3012.660.334.57果横径（cm） 3.4014.208.0010.803.550.244.60果柄长（cm） 1.207.104.245.901.690.314.58果肉厚（cm） 0.221.150.640.930.040.304.58单果质量（g） 40.40386.10179.09345.706 265.00.444.53

2.2甜椒农艺性状的相关性分析

性状的相关性可以通过对一种性状的选择间接达到选择另一种性状的效果，从而可以提高选择效率，加速育种进程。利用复合线性模型预测102份甜椒核心种质8个农艺性状的基因型效应值。基于基因型值进行性状间的相关性分析，结果表明，首花节位与株高呈极显著正相关，相关系数为0.38；果纵径与株高呈极显著正相关，与首花节位呈显著相关，相关系数分别为0.37和0.23；果柄长与株高呈显著相关，相关系数为0.20；果肉厚与果纵径、果横径呈极显著正相关，相关系数分别为0.28和0.30；单果质量与果纵径、果横径、果肉厚呈极显著正相关，与首花节位呈显著正相关，相关系数分别为0.37、0.67、0.53和0.20（表2）。在甜椒新品种选育过程中，筛选具有较大果纵径、果横径和果肉厚的育种材料可有效提高单果质量，筛选株高较低的育种材料有利于培育早熟品种。表2基于基因型值的甜椒农艺性状的相关性分析

性状相关系数株高株幅首花节位果纵径果横径果柄长果肉厚单果质量株高1.00株幅0.191.00首花节位0.38**-0.021.00果纵径0.37**-0.020.23*1.00果横径0.01-0.040.12-0.111.00果柄长0.20*-0.140.090.18-0.011.00果肉厚0.03-0.130.120.28**0.30**0.101.00单果质量-0.08-0.060.20*0.37**0.67**0.090.53**1.00注：*表示在0.05水平上差异显著；“**”表示在0.01水平上差异显著。

2.3甜椒核心种质聚类分析

利用欧氏距离法基于8个农艺性状的基因型效应值计算甜椒核心材料间的遗传距离，在供试的102份核心材料中，遗传距离变幅为1.51～10.41，表明这些核心材料间遗传差异较大。其中，SP165和SP106、SP106和SP76、SP225和SP177、SP214和SP206、SP196和SP214、SP165和SP219、SP106和SP257、SP219和SP160、SP131和SP177、SP206和SP68、SP165和SP76、SP106和SP79、SP76和SP257、SP219和SP106、SP225和SP131间遗传距离较小，遗传距离分别为1.51、158、1.60、1.62、1.69、1.76、1.78、1.79、1.81、1.83、1.84、185、1.85、1.91、1.95，表明这些材料间亲缘关系相对较近。另外，SP276和SP158、SP381和SP40、SP55和SP383、SP208和SP155、SP62和SP319、SP107和SP219、SP107和SP178、SP152和SP178、SP92和SP155、SP55和SP155、SP241和SP107、SP160和SP107、SP107和SP381、SP383和SP208、SP107和SP62、SP107和SP158、SP276和SP155、SP208和SP382、SP62和SP276、SP155和SP152、SP382和SP152、SP382和SP107、SP152和SP383、SP383和SP107、SP155和SP107间遗传距离较大，均超过了8.50，遗传距离分别为856、8.56、8.56、8.57、8.58、8.62、8.63、8.67、8.71、8.72、878、8.79、897、9.05、9.10、9.11、9.23、9.28、9.40、9.78、983、10.01、10.03、10.28、10.41，表明这些材料间亲缘关系较远。

在聚类重新标定距离为16.5时，102份甜椒核心种质被分为27个类群，第1个类群包括2份种质，分别为SP10和SP30，表明这2份种质亲缘关系相对较近；第2类群包括57份种质；第3类群包括1份种质，为SP31；第4类群包括3份种质，分别为SP36、SP50和SP40，表明这3份种质亲缘关系相对较近；第5类群包括1份种质，为SP37；第6类群包括1份种质，为SP55；第7类群包括14份种质，分别为SP361、SP365、SP315、SP399、SP355、SP261、SP346、SP259、SP301、SP93、SP142、SP92、SP391和SP266；第8类群包括1份种质，为SP104；第9类群包括1份种质，为SP107；第10类群包括2份种质，分别为SP108和SP152，表明这2份种质亲缘关系相对较近；第11类群包括1份种质，为SP143；第12类群包括1份种质，为SP155；第13类群包括1份种质，为SP158；第14类群包括1份种质，为SP208；第15类群包括1份种质，为SP237；第16类群包括1份种质，为SP270；第17类群包括1份种质，为SP275；第18类群包括1份种质，为SP276；第19类群包括2份种质，分别为SP279和SP368；第20类群包括2份种质，分别为SP285和SP359；第21类群包括1份种质，为SP314；第22类群包括1份种质，为SP318；第23类群包括1份种质，为SP354；第24类群包括1份种质，为SP381；第25类群包括1份种质，为SP382；第26类群包括1份种质，为SP383；第27类群包括1份种质，为SP393。从聚类结果可以看出，甜椒核心种质间遗传差异显著，存在丰富的遗传多样性，第3、5、6、8、9、11、12、13、14、15、16、17、18、21、22、23、24、25、26、27类群分别由1份种质材料组成，表明这20份种质与其余种质亲缘关系较远（图1）。

3讨论

作物种质资源的收集与保存对新品种选育、优异基因发掘以及种质创新具有重要意义[19]。世界各国相继建立了不同作物的种质资源库。随着种质资源的不断收集，种质库变得越来越大，极大地提高了种质资源的管理费用，增加了特异种质筛选发掘的难度[20]。在前期的工作中，笔者所在研究室从410份甜椒种质中抽取102份材料构建了甜椒核心种质库。对作物种质资源进行遗传多样性研究，可为育种工作提供重要的信息。本研究分析了102份甜椒核心种质8个农艺性状的遗传多样性，8个农艺性状的多样性指数均超过了45，该结果表明甜椒核心种质存在丰富的遗传多样性。

作物的农艺性状间往往存在错综复杂的相互关系。相关性分析能对不同数量性状两组变量间进行相关性研究，通过对一种性状的选择达到改良另一种性状的效果，这对于不容易鉴定的数量性状显得尤为重要，为开展多个数量性状综合选择提供依据[21]。本研究基于102份甜椒核心种质8个农艺性状的基因型值进行性状间的相关性分析，结果表明，首花节位与株高呈极显著正相关；果纵径与株高呈极显著正相关，与首花节位呈显著相关；果柄长与株高呈显著相关；果肉厚与果纵径、果横径呈极显著正相关；单果质量与果纵径、果横径、果肉厚呈极显著正相关，与首花节位呈显著正相关。

种质资源的性状特征受基因型、环境以及基因型与环境互作的影响[22]，单纯依靠农艺性状数据进行亲缘关系分析存在一定误差。如何准确地评价不同材料在遗传上的差异则是合理分析种质亲缘关系的前提。本研究采用混合线性模型无偏预测法预测性状的基因型值，基于性状的基因型值进行甜椒核心种质亲缘关系分析，排除了环境、基因型与环境互作及农业试验中不可控制的一些误差影响，分析结果更具可靠性。在聚类重新标定距离为16.5时，102份甜椒核心种质被分为27个类群，其中20个类群分别由1份种质材料组成，从聚类结果可以看出，甜椒核心种质间遗传差异显著，存在丰富的遗传多样性。本研究明确了不同甜椒核心材料间的亲缘关系，为甜椒种质资源的有效利用和新品种选育奠定了坚实基础。

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