基于主成分分析法的加工辣椒品种筛选与品质指标分析

张庆银，王子凡，王丹丹，李 燕，师建华，牛瑞生，齐连芬

（石家庄市农林科学研究院，河北 石家庄 050041)

辣椒（L.）是我国种植面积和产值最高的重要经济作物之一。辣椒不仅可作为蔬菜食用，更是重要的工业原料，其加工产品辣椒红色素、辣椒碱等在食品、饲料、保健药品以及化妆品等领域被广泛应用；辣椒素则可被用于军事、医药等领域。近年来随着辣椒用途的不断开发，加工辣椒产业也得到不断发展。

河北省作为京津冀的菜篮子，蔬菜生产一直备受重视。相关研究表明，土壤盐渍化、病虫害严重、本地品种退化、人工成本逐年增高等问题是制约河北省辣椒生产的主要因素。鉴于国内辣椒产业的发展现状，提高辣椒的规模化种植水平和单产，加快品种的升级和换代，发展深加工，延长产业链等对策是提高辣椒产业整体发展水平的有效举措。因此，引进优良品种、发展加工辣椒产业、提高附加值是提高河北省辣椒产业水平的重要途径。辣椒产量和质量的关键决定因素是品种，以望都、鸡泽、冀州等为代表的河北省传统辣椒产区，生产中一般以传统品种为主，优良品种引进和选育不足，现有品种和品质退化严重。基于此，石家庄市农林科学研究院引进10份加工型辣椒品种，通过分析辣椒生长、产量及品质等指标，以筛选出适合河北省露地栽培且经济效益较高的优良品种，为改善地区品种结构和增加农民收入提供一定的参考依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试10个品种的名称及来源具体见表1。

表1 供试辣椒品种及来源

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

试验于2021年3—9月在石家庄市农林科学研究院赵县基地进行。采用大田起垄覆膜栽培方式，垄高30 cm、宽80 cm，株距40 cm，随机区组排列，每个品种3次重复，小区面积3.5 m×8.0 m。于3月15日进行穴盘育苗，待幼苗长到3～4片真叶时进行定植，田间管理参照常规管理方式。

1.2.2 调查项目及方法

成熟期按小区计产。收获前，每品种随机选取5株样本，用皮尺测量株高、株幅，用游标卡尺测量植株茎粗、辣椒果实纵径和横径；用电子天平称量辣椒单果质量，统计单株产量、单株红果数与绿果数。收获后，选取每个品种果实样本，交由北京市农林科学院蔬菜研究中心营养品质实验室测定品质指标。可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝比色法测定，维生素C含量采用钼蓝比色法测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定，辣椒素总量及二氢辣椒素、降二氢辣椒素含量均采用高效液相色谱法（HPLC）测定。

1.2.3 数据分析

采用Excel 2019进行数据处理，采用SPSS 26.0进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 不同辣椒品种生长指标、果实性状及产量指标比较

从表2可以看出，云辣素1号的株高、茎粗和株幅均最大，分别为102.16 cm、25.79 mm和113.12 cm，均显著高于其他品种。天宇、内黄新一代、艳红、千金红、湘辣702、朝地椒1号和二金条的株高之间无显著差异，但均高于深红8号和美红9号，美红9号最矮，为56.94 cm。各品种茎粗大小依次为云辣素1号＞天宇＞内黄新一代＞美红9号＞千金红＞湘辣702＞艳红＞深红8号＞朝地椒1号＞二金条，其中二金条显著小于除深红8号、朝地椒1号以外所有品种。朝地椒1号株幅最小，显著小于除内黄新一代、千金红以外所有品种。

表2 不同辣椒品种的生长指标、果实性状及产量比较

表2中二金条的单果质量最大，为13.75 g，其次是美红9号和深红8号，三者间无显著差异，但均显著高于其他品种。天宇单株结果数最多，为220.20个，显著大于内黄新一代、艳红和湘辣702，且极显著大于其余品种；二金条的单株结果数最少。二金条红绿果比最大，湘辣702次之，二者差异不显著，但均显著高于其他品种，说明二金条和湘辣702比其他品种早熟性好。深红8号的果实纵径最大，为14.20 cm，其次是二金条，二者间差异不显著，但均显著大于其他品种；云辣素1号的果实纵径最小。美红9号的果实横径最大，显著大于其他品种，朝地椒1号最小。667 m产量大小依次为天宇＞内黄新一代＞美红9号＞深红8号＞湘辣702＞二金条＞千金红＞朝地椒1号＞云辣素1号＞艳红，其中天宇内黄新一代、美红9号差异不显著，天宇和内黄新一代均显著高于其余品种（除美红9号外）。

2.2 不同辣椒品种生长与产量指标主成分分析

对株高、茎粗、株幅、单株结果数、红绿果比、单果质量、果实纵径、果实横径、667 m产量共9项指标进行主成分分析，其中原始数据的标准化向量如表3所示，主成分特征值、方差贡献率和因子载荷矩阵分析结果如表4所示。选取特征值大于1和累计方差贡献率大于80.00%的主要成分，其中前3个主成分中PC1方差贡献率最大，为37.75%，PC2方差贡献率为29.29%，PC3为16.77%，其累计方差贡献率达到83.81%，因此可以较好地反映原始数据的信息。

表3 不同指标原始数据的标准化向量

表4 主成分特征值、方差贡献率和因子载荷矩阵

在主成分PC1中，株幅、红绿果比、单果质量、果实纵径和果实横径的载荷系数均为正值，其中红绿果比例和果实纵径载荷系数较大，分别为0.92和0.90，主要反映了辣椒的果实成熟度和形态特征；株高、茎粗、单株结果数和667 m产量的载荷系数均为负值，其中单株结果数为－0.87，主要反映了辣椒的产量特征，说明本试验中单株结果数较少的辣椒品种的果径和成熟度较高。在主成分PC2中，载荷系数较大且为正值的株高、茎粗、株幅和果实横径分别为0.68、0.77、0.76和0.73，主要反映了辣椒的植株形态特征，而667 m产量的载荷系数为负值（－0.12），说明本试验中株型较大的辣椒品种产量并不高。在主成分PC3中，667 m产量的载荷系数较大且为正值（0.86），主要反映了辣椒的产量特征，而株高、株幅、单果质量的载荷系数为负值，分别为－0.46、－0.28、－0.52，说明本试验中株型小、单果质量小的品种在667 m产量上会有所增加。

2.3 不同辣椒品种生长和产量指标综合评价

根据林海明的主成分综合分析方法以及SPSS统计分析结果，分别计算出3个主成分综合评价函数公式，分别为：1＝0.571＋0.132－0.443＋0.924＋0.945－0.176－0.897－0.528＋0.449；2＝0.50x1＋0.532＋0.473－0.214＋0.215－0.086－0.257＋0.538－0.269；3＝0.471－0.402－0.673＋0.124＋0.215＋1.246＋0.087＋0.398－0.759，采用此线性组合计算出各主成分的值，然后使用综合主成分函数＝0.381＋0.302＋0.173计算出各品种辣椒的综合得分，见表5。其中，不同辣椒品种得分依次为云辣素1号＞天宇＞艳红＞内黄新一代＞千金红＞二金条＞朝地椒1号＞湘辣702＞深红8号＞美红9号，说明云辣素1号、天宇、艳红、内黄新一代等品种在生长和产量指标上表现较好。

表5 主成分分析综合评价

2.4 不同辣椒品种品质指标比较

综合不同辣椒品种的生长和产量指标、主成分分析和田间表现，选取了综合指标较优的深红8号、美红9号、天宇、内黄新一代和湘辣702共5个品种进行品质指标测定，结果见表6。5个品种的维生素C含量大小依次为深红8号＞内黄新一代＞美红9号＞天宇＞湘辣702，深红8号分别较内黄新一代、美红9号、天宇和湘辣702高出13.41%、22.53%、56.01%和63.68%，各品种间差异均达显著水平，且深红8号、内黄新一代均极显著高于其他3个品种。深红8号可溶性糖含量最高，显著高于除美红9号外的其他品种。湘辣702的可溶性蛋白含量最高，与天宇、内黄新一代间无显著差异，但显著高于美红9号和深红8号。内黄新一代的辣椒素含量最高，不同品种间均达极显著差异；其中，天宇的二氢辣椒素含量最高，深红8号含量最低，不同品种间均达极显著差异；天宇的降二氢辣椒素含量同样最高，极显著高于其他品种，其次是内黄新一代和湘辣702，三者均极显著高于美红9号和深红8号。

表6 不同辣椒品种品质指标比较 mg/kg

3 讨论与结论

多元统计分析法作为一种综合分析方法，常用于在多个对象和多个指标互相关联的情况下分析指标间的统计规律，一般在进行农作物品种资源评价和遗传育种时常用到此方法。王春萍等利用隶属函数和主成分分析的方法，对苗期辣椒耐低氮水平进行大批量的初步鉴定。赫卫等采用主成分分析法，从28个辣椒基本性状中筛选出9个可以代表大多数辣椒特征的性状，为辣椒育种提供了方向。韩畅等利用主成分分析法从14个辣椒品种中筛选出3个适合在贵州省种植的品种。王晓莉等采用主成分分析法筛选出提高辣椒产量和品质的最佳设施土壤处理方式。

本研究采用主成分分析法得出了不同辣椒品种性状综合得分，筛选出了适宜河北省栽培的加工辣椒品种。主成分分析得出：前3个主成分的特征值均大于1，并且累计方差贡献率达83.81%，能综合辣椒大部分指标；对各品种辣椒进行综合评价，综合得分结果为云辣素1号＞天宇＞艳红＞内黄新一代＞千金红＞二金条＞朝地椒1号＞湘辣702＞深红8号＞美红9号。

随着辣椒消费地域的扩大和食辣人群的增加，加工辣椒需求量飞速上升。高辣椒素含量、高色阶是评价加工辣椒品质的重要指标，也是品种筛选的重要指标之一。综合考虑多元统计分析结果以及田间表现，选取了美红8号、深红9号、天宇、内黄新一代以及湘辣702进行品质测定。其中，天宇在可溶性蛋白含量、二氢辣椒素含量和降二氢辣椒素含量上最优，并且667 m产量最高，深红8号在维生素C和可溶性糖含量上最优，内黄新一代则在辣椒素含量上最优。综合考虑以上分析，天宇品种的各项指标较佳。

此外，河北省的辣椒栽培形式较多，主要有露地地膜覆盖栽培、塑料大棚栽培、日光温室栽培，辣椒生产基本上实现了周年供应。本试验采用春露地越夏栽培，在10个引进辣椒品种中，天宇株型中等，适合未来机械化采收，其单株结果数最多，667 m产量最高，并且品质较优。因此，综合得出天宇品种适合在河北省进行推广。