云南地方小米辣资源评价及遗传多样性分析

刘发万，罗绍康，龙荣华，秦 荣，李卫芬，李 帆，张丽琴，杨 东，肖凤梅， 顾维圣

(1.云南省农业科学院园艺作物研究所，云南 昆明 650205；2丘北县树皮乡农技站，云南 丘北 663200；3丘北县辣椒研究所，云南 丘北 663200；4.丘北县种子管理站，云南 丘北 663200)

【研究意义】小米辣(CapsicumfrutescensL.)，为茄科辣椒属1年生(冷凉地区)或多年生(热区)灌木状辣椒，花果直立或侧生，果实通常呈短指形或长指形，少部分果实米粒状(雀辣)。云南各少数民族有嗜辣习惯，小米辣栽培历史悠久，分布有较为丰富的小米辣种质资源，是全国小米辣遗传多样性中心和生态多样性中心，其种质资源数量和种类特别丰富。【前人研究进展】云南小米辣富含多种人体所需的矿质元素和微量元素[1]，因其辣味香浓，风味独特，已经得到了国内外市场的认可，引起了国内外研究机构的广泛关注。王利群，张西露，戴雄泽对小米辣进行了初步分类[2]，顾晓振，郑宇峰，张正海等基于小米辣园艺性状和分子标记对逸生小米辣(雀辣)进行了分类研究[3]，罗承良，陆显荣对逸生小米辣(雀辣)生长特性及人工栽培技术进行了初步研究[4]，王宝森, 白红丽, 郭俊明等对云南部分地区小米辣微量元素含量进行了测定[5-7]。近年来，在辣椒种质资源表型性状评价[8-9]与遗传多样性分析[10-11]方面已开展了大量工作，为小米辣种质资源遗传多样性分析奠定了基础。主成分分析法和聚类分析法是种质资源和遗传育种研究中常用的两种方法，已在大果型辣椒[12-14]、番茄[15]、白菜[16]等主要蔬菜作物资源研究中广泛应用。【本研究切入点】基于云南丰富的小米辣资源优势，利用聚类分析和主成分分析2种方法，综合评价、分析云南小米辣种质资源遗传多样性。【拟解决的关键问题】挖掘特异种质，确定小米辣核心亲本，培育优良小米辣新品种。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地点

供试材料共86份，来自于云南13个地州(市)29个县、市(表1)。试验地点丘北县树皮乡农技站试验基地位于103°54′E，23°56′N，海拔1502 m，年平均气温15.2 ℃，年降水量1100 mm，年日照时数1920 h，无霜期年平均295 d。试验地为红壤土，肥力中等。

表1 云南小米辣资源调查收集表

续表1 Continued table 1

编号Code种质名称Germplasm name来源地Source place种植民族Planting nation编号Code种质名称Germplasm name来源地Source place种植民族Planting nationP028小米辣建水县汉族P071小米辣澜沧县佤族P029小白辣沧源县傣族P072小米辣澜沧县哈尼族P030雀屎辣(小)沧源县哈尼族P073小米辣孟连县傣族P031雀屎辣(大)沧源县傣族P074雀屎辣孟连县傣族P032朝天辣沧源县佤族P075小米辣石屏县哈尼P033莲花滩辣椒河口县壮族P076小米辣石屏县彝族P034新街小米辣河口县傣族P077小米辣砚山县回族P035本地小米辣河口县傣族P078小米辣砚山县汉族P036顶坪小米辣河口县瑶族P079火山小米辣大姚县汉族P037小米辣罗平县哈尼P080朝天椒剑川县白族P038小米辣罗平县彝族P081朝天椒巧家县汉族P039朝天辣罗平县彝族P082小米辣瑞丽市傣族P040朝天辣罗平县汉族P083白壳小米辣西盟县佤族P041小米辣勐海县傣族P084小米辣新平县彝族P042小米辣勐海县傣族P085小米辣腾冲县彝族P043曼列小米辣勐海县傣族P086小米辣永德县景颇族

1.2 试验方法及性状观察记载

田间评价试验采用随机区组排列，3次重复。小区宽1.2 m包沟(沟宽30 cm)、长2.5 m包沟(沟宽30 cm)。田间鉴定评价标准按照中国农科院李锡香主编的《辣椒种质资源描述规范和数据标准》[17]执行。成株期目测观察株型、分枝性、主茎色、茎茸毛、叶形、叶色、叶缘、叶面特征、花冠色、花药色、果实着生方向、果色、果型、果肩形状、果顶形状、果面特征等性状；盛果期每小区随机取样10株调查株高、株幅、首花节位、单叶掖花数等，成熟后随机取样10株调查果长、果宽、果肉厚、单果重、单株果数、果实横切面形状等性状；熟性调查以每个材料定植日期到果实始收期计算。

1.3 数据分析

用Excel 2010计算平均数(X) 、标准差(S)、 极差(R)、变异系数(c.v.)和多样性指数(H′)，变异系数(c.v.)=(SD÷MN) ×100 %(式中SD为标准差，MN为平均数)，多样性指数(Shannon-Weiner index,H′)，H′=-∑Pi×lnPi，式中Pi=ni/N(Pi表示样品中第i个种的个体比例)。利用SPSS 19.0 软件进行聚类分析和主成分分析，聚类分析首先进行数值标准化转换，聚类方法采用离差平方和法，种质间遗传距离为欧氏距离。

2 结果与分析

2.1 小米辣数量性状遗传多样性分析

由表2可知，小米辣10个数量性状中果肉厚多样性指数最高，为4.445；其它依次为株幅>首花节位>熟性>株高>果实宽>单叶掖花数>果实长>单果重>单株果数；变异系数最大的是单株果数，为45.12 %，变幅54～539个；其次为单叶掖花数，变异系数39.27 %，变幅为1～3朵；果实长和单果重变异系数分别为38.07 %和36.86 %，变幅为0.4～11 cm和0.1～6.56 g；果实宽和株高变异系数分别为24.73 %和20.88 %，变幅为0.3～1.3和66.4～216 cm；首花节位和熟性变异系数分别为17.69 %和17.25 %，变幅为11～23节和60～130 d；株幅和果肉厚变异系数分别为15.59 %和13.80 %，变幅为52.4～101.8和0.07～0.14 cm。试验结果表明，供试材料中不同类型的小米辣种质间数量性状遗传差异较大，遗传多样性较为丰富，可为小米辣核心种质的选择提供丰富资源，对培育高产、优质、高抗小米辣新品种具有实际意义。

2.2 小米辣质量性状遗传多样性分析

由表3可知，小米辣17个质量性状中， 株型多直立或半直立，开展较少；分枝性普遍较强，分枝弱和分枝中等的较少；主茎色以深绿色为主，绿色次之，浅绿和紫色较少；茎茸毛稀少为主，茎无茸毛次之，茸毛中等较少；叶形以长卵圆为主，披针形次之，卵圆形叶较少；叶色以绿色为主，浅绿和紫色较少；叶缘以全缘为主，波状较少；叶面光滑或微皱；花冠色普遍白带绿，白色次之，紫色较少；花药以浅蓝色为主，浅黄、黄、蓝、紫色较少；果形以短指形为主，长指形次之，米粒状较少；青熟果颜色以浅绿、深绿为主，乳黄、黄绿、绿色次之，紫色、金黄色果较少；果实侧生或直立；果面微皱或光滑；果肩凸占多数，少数微凹近平；果顶钝圆或凹；果实横切面近圆形、近三角形或近不规则四边形。遗传多样性指数最高的是叶色为4.439，主茎色次之为4.437，茎茸毛遗传多样性指数最低为4.325。结果表明，不同质量性状在不同材料间遗传差异较大，表现出不同程度的多样性，为不同用途品种小米辣亲本选择提供了较为丰富的基础材料。

表2 小米辣数量性状变异

表3 小米辣质量性状变异

注：株型：1开展；2直立，3半直立；分枝性： 3强，5中，7弱；主茎色： 1 黄绿，2浅绿，3绿，4深绿，5绿带紫条纹，6紫；茎茸毛： 1无，2稀，3中，4密；叶形 ：1卵圆，2长卵圆，3披针形；叶色： 1黄绿，2浅绿，3绿，4深绿，5紫；叶缘：1全缘，2波状，3锯齿；叶面特征： 1平滑，2皱，3微皱；花冠色： 1白，2浅绿，3白带绿，4紫；花药色： 1白，2浅黄，3黄，4浅蓝，5蓝，6紫；果型： 1灯笼形，2短锥形，3长锥形，4短牛角形，5长牛角形，6短指形，7长指形，8米粒状；果色： 1黄白，2乳黄，3黄绿，4浅绿，5绿，6深绿，7紫，8金黄；果实着生方向： 1下垂，2侧生，3直立；果面特征： 1平滑，2皱，3微皱；果肩： 1无果肩，2凸，2微凹近平，3凹陷；果顶形状： 1细尖，2钝圆，3凹，4凹陷带尖；横切面形状： 1近圆形，2近三角形，3近四边形，4不规则形。

图1 小米辣种质资源基于27个性状的聚类图Fig.1 Cluster figure of millet germplasm resources by analysis of 27 traits

2.3 聚类分析

利用SPSS19.0软件，根据小米辣27 个性状在86份不同种质资源间的不同表现，聚类分析采用离差平方和法，以欧氏距离为遗传距离，在遗传距离10.0处将供试材料聚为6大类群(图1)，第Ⅰ类群包含32份材料，其主要特征是主茎绿色为主，叶形长卵圆，叶绿色、花冠绿带白，果实侧生，果形短指形，果色以浅绿、黄绿为主，株高平均172.05 cm，单株果数平均206.94个，果实长平均4.93 cm，果实宽平均0.9 cm，单果重平均3.68 g，熟性晚熟，为云南原生小米辣种质，栽培历史悠久，是云南大面积商品化种植的小米辣类型。第Ⅱ类群包含16份材料，其主要特征是主茎绿色，叶形长卵圆，叶浅绿色、花冠绿带白，果实侧生，果形短指形，果乳黄色，株高平均181.13 cm，株幅平均80.56 cm，单株果数平均206.18个，果实长平均4.46 cm，果实宽平均0.87 cm，单果重3.38 g，熟性晚熟，为云南热区原生小米辣生态类型，普遍为多年生，植株生长势旺，分枝能力强，由于是长期湿热环境选择保留种植，抗病虫能力相对较强。第Ⅲ类群包含28份材料，其主要特征是主茎深绿或绿，叶形披针形，叶绿色，花冠白色，果形长指形，果深绿或绿色，果实直立，株高平均138.5 cm，株幅平均74.91 cm，单株果数平均180.21个，果实长平均6.34 cm，果实宽平均1.04 cm，单果重4.26 g，熟性中熟，为典型的朝天椒类型，植株矮壮，分枝能力强，果实直且光滑。第Ⅳ类群包含6份材料，其主要特征是主茎深绿色，叶形卵圆，叶绿色，花冠绿带白，果形米粒形，果绿色，果实直立，株高平均199.37 cm，株幅平均78.89 cm，单株果数平均425个，果实长平均0.84 cm，果实宽平均0.36 cm，单果重0.19 g，熟性晚熟，为云南特有“雀辣”类型，多年生，采择期长，热区一年四季均可开花挂果，植株生长势旺，抗逆性强，单株挂果数多。第Ⅴ类群包含2份材料，其主要特征是主茎浅绿色，叶形铍针形，叶绿色，花冠白色，果形长指形，果金黄色，果实直立，株高平均91.5 cm，株幅平均82.95 cm，单株果数平均236.5个，果实长平均5.95 cm，果实宽平均1.25 cm，单果重4.1，熟性早熟，为云南藏区特有小米辣品种，株型紧凑，果金黄色。第Ⅵ类群包含2份材料，其主要特征是主茎紫色，叶形铍针，叶紫色，花冠紫色，果形长指形，果紫色，果实直立，株高平均71 cm，株幅平均68.95 cm，单株果数平均130个，果实长平均3.95 cm，果实宽平均0.75 cm，单果重2.3 g，熟性早熟，果紫黑色。

表4 不同小米辣类群性状分类

表5 小米辣主要性状特征值和贡献率

2.4 主成分分析

表5表明，在影响小米辣主要农艺性状的主成分构成中，前6个主成分累计贡献率达88.76 %，包含了小米辣主要农艺性状的巨大多数信息。主成分一贡献率最大为43.33 %，其它依次为主成分二、三、四、五、六，贡献率分别为13.72 %、10.56 %、8.66 %、7.17 %、5.33 %。第一主成分特征值为4.33、贡献率为43.33 %，特征向量较高的农艺性状有株高、首花节位、单株果数、熟性，其特征向量分别为0.726、0.677、0.567、0.53，株高、单株果数与小米辣单株产量构成相关，首花节位、熟性与小米辣生长熟性有直接关系，表明小米辣产量、熟性的影响因子主要集中在第一主成分。第二主成分特征值为1.37，贡献率为13.72，特征向量较高的农艺性状有熟性、株高、株幅，与小米辣株型直接相关，表明第二主成分是反应株型的主要因子；第三主成分特征值为1.06，贡献率为10.56 %，特征向量较高的农艺性状有果实长、果实宽、单果重，对小米辣果实性状起主要作用，表明第三主成分是反应果实性状的主要因子。第四主成分特征值为0.86，贡献率为8.66 %，特征值较高的农艺性状有首花节位、单叶掖花数、熟性，表明第四主成分是影响小米辣熟性的主要因子。第五、六主成分主要反应果实性状、株型、单株产量的综合影响。主成分分析结果揭示，在小米辣核心亲本材料的选择过程中，首先要考虑株高、单株果数，要选择株高适中、单株挂果数高的材料作为核心亲本材料，其次要选择株幅适中，直立或半直立紧凑株型材料做亲本材料。

3 讨 论

优异的种质资源是作物新品种选育的物质基础[18-19]，小米辣新品种选育的关键是小米辣种质资源的高效利用，挖掘优异小米辣种质是小米辣品种改良最为核心的工作。资源材料在田间鉴定评价时，栽培试验条件与内在遗传基因共同决定了每份材料各农艺性状田间的具体表现，在栽培条件相同且材料足够多的情况下，田间农艺性状表现可真实反映材料间不同的遗传差异[20]，观测的小米辣农艺性状指标可以表征小米辣种质的相关性状和特点，根据表型差异来选择亲本材料对小米辣品种改良具有重要的意义。

研究结果表明，云南小米辣资源遗传多样性丰富，多样性指数最高的是叶色为4.439，单株果数变异系数最大为45.12 %，变幅54～539个，果实性状资源范围大；单株挂果数超过300个的有15份材料，P030和P074单株挂果数都超过500个，其中P030植株长势强健，抗逆性强，单株挂果数达539个，远高于云南小米辣主产区主栽品种的单株果数，由于都是逸生的雀屎辣类型，保持了云南小米辣优良品质风味，可作为优异基因资源应用于小米辣新品种改良；P077和P085单株挂果数都超过了300个，是云南小米辣主栽类型，保持了云南小米辣优良品质风味，可作为小米辣新品种选育的亲本材料应用；P057果实金黄色、P060果实紫色，2份材料可作为特稀品种亲本材料选择利用。

主成分分析结果揭示，前6个主成分贡献率累计达88.76 %，基本反映了小米辣10个主要农艺性状的大部分信息，各主成分都在一定程度上体现了小米辣性状间的相关性。在小米辣核心亲本选择时，首先要注意株型，同时要考虑单株果数、果型、熟性，要选择株型紧凑、单株挂果数高、果实商品性状好的材料作为亲本，根据育种目标，结合这些性状对种质资源进行精准鉴定评价，为小米辣亲本选配提供基础数据。

利用SPSS19.0软件基于86份种质间形态性状的遗传差异，把86份小米辣种质聚类划分为6大类群。第Ⅰ类群为云南商品化栽培原生优势种群，分布范围广；第Ⅱ类群为云南热区生态种群，主要分布在低热河谷地带；第Ⅲ类群为朝天椒种群，果实直立、抗性强，分布最为普遍；第Ⅳ类群为云南特有雀辣，保持了小米辣典型特征，只有在云南局部地区有分布；第Ⅴ、Ⅵ类群为特稀小米辣类型。不同类群具有不同的农艺性状特征，明确了小米辣种质资源不同类型的特征、特性，为小米辣品种改良亲本选择提供了科学依据。

在育种工作中，亲本选择是极其重要的环节[21]，各地收集的小米辣材料其适应性不一，部分材料田间鉴评时有些优良性状不能表现，而亲本选择时多注重田间农艺性状具体表现，存在主观性、经验性的弊端，结合聚类分析和主成分分析结果选择亲本在一定程度上克服了亲本选择时的主观性和经验性，对于优异小米辣亲本的选择具有积极意义。

4 结 论

研究仅针对云南省小米辣种质资源的田间表型性状进行评价分析，鉴于农艺性状的表现受环境因素影响较大[22]，基于表型性状的分类会影响准确性。因此，为深入了解小米辣种质资源，还需对其内含物进一步进行测定，综合表型性状和内含物测定，才能更准确、全面地对云南省小米辣种质资源进行精准评价，科学掌握云南小米辣产生、发生、遗传、演化规律。