17个鲜加工型辣椒品种农艺性状分析

王春勇, 王耐红, 闫 颖, 李 贺, 关怡卉, 金晓蕾, 孙 逊

(1.唐山市农业科学研究院, 河北 唐山 063021; 2.唐山园林科学研究所, 河北 唐山 063099;3.内蒙古自治区农牧业科学院, 呼和浩特 010031)

辣椒(CapsicumSPP.)起源于中南美州热带及亚热带地区的玻利维亚中南部,自引入中国以来逐渐形成3条传播路径,即华北路线、长江路线、福建路线[1-2]。辣椒用途多样,有干加工型辣椒、鲜加工型辣椒,用作辣椒酱及辣椒油等原材料,同时辣椒红素和辣椒素分别用来制作口红、催泪弹等,可见辣椒应用于工业、食品、军工等诸多领域,而且具有较高的药用、饲用、观赏价值,辣椒是加工方式、方法及产品最多的蔬菜[3]。目前国内随着生产力及生活水平的提高,辣椒育种急需向高品质、宜机化、高药用价值方向发展[4]。已有利用聚类分析和主成分分析对辣椒[5,7]、水稻[6]、小麦[8]等作物农艺性状、品质进行分析的报道,能够直观评判作物性状表现。本研究运用聚类分析、相关性分析、主成分分析等方法对17个鲜加工型辣椒品种的10个农艺性状调查结果统计分析,以期丰富冀东辣椒种质资源,为鲜加工型辣椒育种研究工作提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点和材料

1.1.1试验地概况

试验地点为唐山市农业科学研究院实验田,属暖温带大陆性半湿润气候,四季分明,年平均气温10.8 ℃,年降水量710 mm,无霜期230 d左右,壤土有机质11.72 g/kg,全氮0.60 g/kg,速效磷17.14 mg/kg,速效钾117.64 mg/kg。

1.1.2试验材料

供试17个鲜加工型辣椒品种来自新疆、湖南、黑龙江、山东、陕西、北京等6个省(区、市)的研究院所及种业公司(表1)。

表1 试验品种及来源Table 1 Varieties and sources

1.2 方 法

1.2.1试验设计

温室穴盘基质育苗,2022年4月10日播种,5月25日定植,株距20 cm,行距60 cm,每穴1苗,5 000株/667 m2。小区面积6.0 m×1.2 m,随机区组,5次重复。底肥施5 kg/667 m2生物菌肥(枯草芽孢杆菌有效活菌数≥50亿/g,中国农业科学院植保所),800 kg/667 m2有机肥(含氮量≤1.5%,有机质≥45%,湖北新洋丰肥业股份有限公司),90 kg/667 m2化肥(撒可富N∶P2O5∶K2O=17∶17∶17,总养分≥51.0%,中国-阿拉伯化肥有限公司),追肥使用浓度1.0 g/1.0 L水溶肥(N∶P2O5∶K2O=16∶8∶34,以色列海法化工工业公司)。

1.2.2调查项目及方法

依据《辣椒种质资源描述规范和标准》[9]对10个农艺性状进行调查,其中数量性状包括单株果数、果实横径、果实纵径、出苗率、单位面积产量;质量性状采用赋值法使指标量化,指标包括果形、光泽、熟性、辣味、病毒病抗性(表2)。单位面积产量为逐次采收小区累计产量折算单位面积商品果产量。单株果数为逐次采收单株累计商品果数。横径、纵径均为商品果的横、纵径。

表2 质量性状转化为标准化数据Table 2 Conversion of quality traits into standardized data

1.2.3数据分析方法

1) 主成分得分,按式(1)进行计算:

(1)

式中:yn为第n个主成分得分,λnj为品种j的第n个主成分矩阵系数,Znj为第n个主成分标准化后的数据。

2) 主成分及以每个主成分所对应的特征值占所提取主成分总的特征值之和的比例作为权重,计算品种综合得分按式(2)计算:

(2)

式中:Y为品种综合评价得分,Tn为第n个主成分特征值[10-12]。

3) 显著性分析中,变异系数按式(3)计算:

(3)

使用Excel2017软件整理数据,DPS2006软件进行相关性和差异显著性分析,SPSS25.0软件进行主成分分析、聚类分析。其中差异显著性分析采用Duncan新复极差法,聚类分析使用欧式距离标准的树状图。

2 结果与分析

2.1 农艺性状比较分析

通过农艺性状比较分析(表3)可知,数量性状方面,单株果数最多为宝椒1号(74.2个),与其余16个品种均呈显著差异;横径最大为中椒409(2.94 cm),与其余16个品种均呈显著差异;纵径最大为娇凤(15.80 cm),与园椒35(15.00 cm)两个品种之间差异不显著,与其余15个品种均呈显著差异;单位面积产量最大为娇凤(3 700 kg/667 m2),与其余16个品种差异显著;出苗率最高为FA4276-14-1(96.47%),与龙椒10号(96.13%)、园椒39(96.13%)、园椒40(95.17%)、龙椒20号(95.13%)、园椒35(94.87%)、FA4-15-1(93.27%)差异不显著,与其余10个品种均呈显著差异。

表3 鲜加工型辣椒农艺性状分析Table 3 Analysis of agronomic characters of fresh processed pepper

变异系数可以衡量各性状在不同环境中的相对变异程度,变异系数的大小随环境对该性状影响程度大小而变化[13],其中变异系数最大的是单位面积产量(51.87%),其余依次为单株果数(42.43%),出苗率(25.36%),横径(22.29%),纵径(21.67%);质量性状方面,变异系数最大为色泽(39.98%),其余依次为病毒病抗性(34.83%)、辣味(31.93%)、果形(21.59%)、熟性(19.33%)。说明17个品种的10个农艺性状各有特点。

2.2 农艺性状相关性分析

通过10个农艺性状的相关性分析(表4)可知,果形与横径呈极显著负相关,与单株果数呈极显著正相关;纵径与抗病性呈极显著负相关,与单位面积产量呈极显著正相关;色泽与熟性呈极显著正相关;单位面积产量与抗病性呈显著负相关;出苗率与辣味呈显著负相关。

表4 鲜加工型辣椒农艺性状相关性分析Table 4 Correlation analysis of agronomic traits of fresh processing pepper

2.3 主成分分析及综合评价

2.3.1主成分分析

通过主成分分析(表5)可知,前4个主成分特征值均大于1,累积方差贡献率达80.748%;结合主成分分析碎石图(图1)可直观地看出,从5开始连线趋于平稳,前4个方差百分比在16.079%～28.961%之间,累积贡献率由28.961%上升至80.748%,5～10的方差百分比在1.114%～5.794%之间,故提取前4个主成分来表征原始数据大部分信息[14]。

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

表5 总方差解释Table 5 Interpretation of total variance

通过主成分因子载荷矩阵(表6)可知,第一主成分主要综合了单株果数、纵径、单位面积产量、病毒病抗性、果形,其中病毒病抗性为负,即单株果数越多,纵径越大,病毒病抗性越强,单位面积产量越高;第二主成分主要综合了色泽、辣味,其中辣味为负,即色泽越亮,辣味越重;第三主成分主要综合了病毒病抗性、色泽、熟性,均为正值,即抗病毒病越差,色泽越亮,成熟越晚;第四主成分主要综合了出苗率,取值为负。前4个主成分包括的单株果数、纵径、单位面积产量、出苗率、病毒病抗性、色泽、果形、熟性、辣味等9个农艺性状可以作为种质资源主要鉴定指标。

表6 主成分因子载荷矩阵Table 6 Main component factor load matrix

2.3.2综合评价

根据贡献率(表5)的大小可知,y1～y4权重分别为0.359,0.225,0219,0.200,通过式(1)和式(2)求得17个品种综合得分(表7),得分由高到低依次为:娇凤、龙椒17号、园椒35、龙椒10号、宝椒1号、园椒40、兴蔬208、德红1号、龙椒15号、FA276-14-1、龙椒20号、FA3-22-1、XY19-124、园椒39、中椒409、FA4-15-1、龙椒18号。

2.4 聚类分析

通过对17个品种10个农艺性状聚类分析(图2)可知,当欧氏距离为5时可分为五大类:Ⅰ类为娇凤;Ⅱ类为龙椒10号;Ⅲ类为龙椒15号、兴蔬208、德红1号;Ⅳ类为中椒409、FA276-14-1、FA3-22-1、龙椒17号、园椒40;Ⅴ类为XY19-124、园椒35、园椒39、龙椒18号、龙椒20号、FA4-15-1、宝椒1号。

图2 17个鲜加工型辣椒品种农艺性状聚类分析 Fig.2 Cluster analysis of agronomic traits of 17 fresh processing pepper varieties

第Ⅰ类:果形12,单株果数47.8个,横径1.72 cm,纵径15.8 cm,单位面积产量3 700 kg/667 m2、出苗率92.67%,病毒病抗性1、色泽2,熟性3,辣味1,可作为长线形高产、高抗病毒病、中熟、味辣种质资源;第Ⅱ类:果形7,横径2.06 cm,纵径12.60 cm,单株果数36.4个,单位面积产量2 610 kg/667 m2,出苗率96.13%,病毒病抗性7,色泽2,熟性2,辣味2,可作为长牛角形,早熟品种,辣味中等种质资源;第Ⅲ类:果形7～11,单株果数31.8～42.6个,横径1.26～2.56 cm,纵径11.8～13.0 cm,单位面积产量1 870～2 140 kg/667 m2,出苗率9.67%～83.00%,病毒病抗性7～9,色泽1～2,辣味2～3,熟性2～3,可作为果形较长、单株果数较多、色泽中等、中早熟种质资源,典型品种为兴蔬208、德红1号;第Ⅳ类:果形6～9,单株果数19.4～51.4个,横径2.06～2.94 cm,纵径11.20～12.24 cm,单位面积产量1 490～1 690 kg/667 m2,出苗率73.67%～96.47%,病毒病抗性3～9,色泽1～3,辣味1～2,熟性2～3,可作为果形较长,早熟,中抗病毒病种质资源,典型品质为园椒40、FA3-22-1;第Ⅴ类:果形6～12,单株果数15.4～74.2,横径1.18～2.26 cm,纵径6.04～15.00 cm,单位面积产量570～1 110 kg/667 m2,出苗率85.90%～96.13%,病毒病抗性5～9,色泽1～3,辣味1～3,熟性2～3,可作为果形较长、色泽中亮、中熟、中辣种质资源,典型品种为园椒35、宝椒1号。

3 结论与讨论

农艺性状中的数量性状结合对质量性状的赋值并利用主成分分析、聚类分析、相关性分析等数理统计方法,可以简单、直观、全面地分析辣椒品种特性及各品种在种植地的适应性,也是鉴定和描述种质资源研究最基本的方法和途径[15-18],为目标育种提供参考依据。邹学校等[19]在研究中发现,辣椒品种的分类使用聚类分析中类平均法较最短距离法、最长距离法和重心法等方法效果好。黄晨晨等[20]利用主成分分析和聚类分析对27个小麦品种的12个指标进行分析,初步将27个小麦品种分为3种磷效率类型,并作出综合评价。本次研究的17个辣椒品种的10个农艺性状的变异系数在19.33%～51.87%之间,均大于10%,说明上述品种有较大潜力和改良空间[21],可进一步研究。产量始终作为辣椒育种的主要目标,单株果数、单位面积产量等产量相关的农艺性状是分析品种时考虑的主要性状[22],近些年辣椒的熟性、辣味、抗病性、果形、色泽等性状根据实际需求成为辣椒育种的重要目标[18]。

本次通过对17个鲜加工型辣椒品种的10个农艺性状的比较、相关性分析、主成分分析、聚类分析。结果表明,数量性状中变异系数最大的是单位面积产量(51.87%),单株果数、出苗率、横径、纵径在21.67%～42.43%之间,质量性状中变异系数最大为色泽(39.98%),辣味、病毒病抗性、果形、熟性在19.33%～34.83%之间;相关性分析表明,果形与横径呈极显著负相关,与单株果数呈极显著正相关;纵径与抗病性呈极显著负相关,与单位面积产量呈极显著正相关;色泽与熟性呈极显著正相关;单位面积产量与抗病性呈显著负相关;出苗率与辣味呈显著负相关;主成分分析表明,前4个主成分特征值均大于1,累积贡献率达80.748%。主成分综合得分由高到低是娇凤、龙椒17号、园椒35、龙椒10号、宝椒1号、园椒40、兴蔬208、德红1号、龙椒15号、FA276-14-1、龙椒20号、FA3-22-1、XY19-124、园椒39、中椒409、FA4-15-1、龙椒18号;聚类分析结果表明,当欧氏距离为5时可分为五大类:Ⅰ类娇凤为长线形高产、高抗病毒病、中熟、味辣大类;Ⅱ类龙椒10号为长牛角形,早熟,辣味中等大类;Ⅲ类龙椒15号、兴蔬208、德红1号为果形较长,单株果数较多,色泽中等,中早熟大类;Ⅳ类中椒409、FA276-14-1、FA3-22-1、龙椒17号、园椒40,为果形较长,早熟,中抗病毒病大类;Ⅴ类XY19-124、园椒35、园椒39、龙椒18号、龙椒20号、FA4-15-1、宝椒1号,为果形较长,色泽中亮,中熟,中辣大类。

综上所述,娇凤可作为长线形、高产、高抗病毒病、中熟、味辣种质资源;龙椒10号可作为长牛角形,早熟,辣味中等种质资源;兴蔬208可作为果形较长,单株果数较多,色泽中等,中早熟种质资源;园椒40可作为果形较长,早熟,中抗病毒病种质资源。其他品种有出苗率、产量较低或抗病性较差等情况,是否可以引入冀东地区生产种植有待进一步试验观察。