81份辣椒種質(zhì)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(guān)鍵詞：辣椒；種質(zhì)資源；表型性狀；遺傳多樣性

中圖分類號(hào)：S641.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

辣椒（Capsicum annuum L.）原產(chǎn)于美洲的熱帶和亞熱帶地區(qū)[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(guó)第二大蔬菜作物，種植面積廣，以營(yíng)養(yǎng)豐富、產(chǎn)值高、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，廣受消費(fèi)者的青睞[4-5]。作物種質(zhì)資源是選育新作物、新品種的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)各個(gè)育種途徑的重要材料，對(duì)其進(jìn)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(zhì)資源研究的主要內(nèi)容之一[7]，對(duì)作物種質(zhì)資源遺傳多樣性進(jìn)行研究，有利于了解材料的遺傳背景，為種質(zhì)資源的開發(fā)、利用及品種選育提供重要信息[8]。通過(guò)表型性狀指標(biāo)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(yīng)用[9-15]，其變異特點(diǎn)可反映植物性狀的遺傳變異，為從細(xì)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(guān)于辣椒種質(zhì)資源遺傳多樣性的研究報(bào)道較多。蔣向輝等[16]利用形態(tài)標(biāo)記和RAPD標(biāo)記對(duì)9 份觀賞辣椒種質(zhì)資源進(jìn)行了遺傳多樣性研究，結(jié)果表明，形態(tài)標(biāo)記與RAPD 標(biāo)記對(duì)親緣關(guān)系較近的品種聚類分析結(jié)果相似，2 種方法對(duì)物種進(jìn)行區(qū)分鑒定切實(shí)可行。劉林婭等[17]利用ISSR 分子標(biāo)記對(duì)22 份國(guó)內(nèi)外黃燈籠辣椒種質(zhì)進(jìn)行遺傳多樣性分析，結(jié)果表明，可將參試材料劃分為4 個(gè)類群，不同親緣關(guān)系的種質(zhì)明顯分開。MONGKOLPORN 等[18]利用10 個(gè)SSR 位點(diǎn)對(duì)230份辣椒種質(zhì)進(jìn)行了遺傳多樣性研究，結(jié)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(yīng)用SSR 數(shù)據(jù)，構(gòu)建了包含28 份核心品種的辣椒核心種質(zhì)。張曼等[19]利用SSR 標(biāo)記對(duì)112 份西南地區(qū)朝天椒種質(zhì)資源進(jìn)行遺傳多樣性分析，結(jié)果將供試材料分為4 類，種質(zhì)間的遺傳相似性相對(duì)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(guān)性。種質(zhì)資源表型性狀的評(píng)價(jià)與分子評(píng)價(jià)相比，更加直接且不可替代，已被廣泛應(yīng)用于親緣關(guān)系鑒定和核心種質(zhì)構(gòu)建[7， 9-15， 20]。因此，本研究以81 份辣椒種質(zhì)資源為材料，基于20 個(gè)表型性狀對(duì)辣椒種質(zhì)資源進(jìn)行遺傳多樣性分析，以期篩選出具有優(yōu)良性狀的種質(zhì)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(zhì)由中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)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(zhì)、8份山西引進(jìn)資源、9份河南引進(jìn)資源、1份云南引進(jìn)資源和10 份國(guó)外引進(jìn)資源（表1）。按隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)種植于中國(guó)熱帶作物品種資源研究所蔬菜基地，3次重復(fù)，株行距為50 cm×70 cm。

1.2 方法

性狀調(diào)查參照《辣椒種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[21]提供的辣椒表型性狀描述及賦值標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)20 項(xiàng)表型性狀進(jìn)行觀察和測(cè)量。各個(gè)性狀的調(diào)查時(shí)期參照表2 進(jìn)行，花的性狀在上午7：00—9：00 時(shí)觀察，每株取5 朵花記錄；全生育期每份材料隨機(jī)選取10株進(jìn)行觀測(cè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 辣椒種質(zhì)資源數(shù)量性狀與質(zhì)量性狀的多樣性分析

通過(guò)對(duì)81份辣椒種質(zhì)資源1個(gè)數(shù)量性狀（首花節(jié)位）的遺傳多樣性進(jìn)行分析，結(jié)果表明，首花節(jié)位的遺傳多樣性指數(shù)（H）為6.20，變異系數(shù)為29.28%，變異范圍為5.40～16.00。81份辣椒種質(zhì)資源首花節(jié)位的變異系數(shù)大于10%，說(shuō)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(shù)越大，表明該性狀的表型多樣性越豐富[23]。由此可見，首花節(jié)位的表型多樣性比較豐富。

對(duì)81份辣椒種質(zhì)資源的19 個(gè)質(zhì)量性狀進(jìn)行遺傳多樣性分析（表3），結(jié)果表明遺傳多樣性指數(shù)H的變化范圍為5.91～6.32。H最大的是葉形，大多數(shù)為長(zhǎng)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(xiàn)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(wú)莖茸毛，61.7%的葉面是平滑的，54.3%的花柱長(zhǎng)度長(zhǎng)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(lán)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(xì)尖形，45.7%的果實(shí)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(wú)辣味，占42.0%，辣占24.7%。

2.2 辣椒種質(zhì)資源表型性狀的相關(guān)性分析

對(duì)辣椒種質(zhì)資源的20 個(gè)表型性狀進(jìn)行相關(guān)性分析（表4），結(jié)果顯示，辣椒種質(zhì)資源各表型性狀間有65 對(duì)性狀存在顯著或極顯著相關(guān)性。首花節(jié)位與花冠色、花柱長(zhǎng)度、果實(shí)表面光滑度和辣味極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.531、0.369、0.546 和0.738；首花節(jié)位與子葉顏色、花柱顏色、青熟果色、果形呈極顯著或顯著負(fù)相關(guān)。子葉顏色與青熟果色、果形呈顯著或極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.266 和0.410；子葉顏色與花冠色、果實(shí)表面光滑度、果姿、辣味呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。下胚軸顏色與主莖色、葉形、花藥顏色、花柱長(zhǎng)度、青熟果色、果形呈顯著或極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.275～0.410；下胚軸顏色與葉面特征、果肩形狀呈極顯著負(fù)相關(guān)。分枝性與果肩形狀、果頂形狀呈極顯著或顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.468 和0.241；分枝性與葉形、花柱長(zhǎng)度、果形呈極顯著負(fù)相關(guān)。主莖色與花藥顏色呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.322；主莖色與果姿呈顯著負(fù)相關(guān)。莖茸毛與葉形、辣味呈極顯著或顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.316 和0.261。葉形與花柱長(zhǎng)度、青熟果色、果形、辣味呈極顯著或顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)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(shí)表面光滑度、果姿呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。葉面特征與果肩形狀、果頂形狀呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.413 和0.410；葉面特征與花柱長(zhǎng)度、青熟果色、辣味呈極顯著負(fù)相關(guān)?；ü谏c花柱長(zhǎng)度、果實(shí)表面光滑度、辣味呈顯著或極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.259、0.577 和0.413；花冠色與果形呈極顯著負(fù)相關(guān)。花藥顏色與花柱長(zhǎng)度呈顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.268?；ㄖL(zhǎng)度與果形、辣味呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.349 和0.500；花柱長(zhǎng)度與果肩形狀呈極顯著負(fù)相關(guān)。青熟果色與果色表明光滑度呈極顯著負(fù)相關(guān)。果形與果肩形狀、果頂形狀、果實(shí)表面光滑度、果姿呈極顯著負(fù)相關(guān)。果肩形狀與果頂形狀、果實(shí)表面光滑度、果姿呈顯著或極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)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(fù)相關(guān)。果實(shí)表面光滑度與果姿、辣味呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.368 和0.466?？梢?，辣椒種質(zhì)大部分表型性狀間表現(xiàn)為相互影響與相互促進(jìn)。

2.3 主成分分析

對(duì)81份辣椒種質(zhì)資源表型性狀進(jìn)行主成分分析（表5），由表可知，從20 個(gè)表型性狀中提取特征值大于1.0 的前4 個(gè)主成分，貢獻(xiàn)率分別為22.030%、18.472%、9.091%和7.933%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)57.526%，前4 個(gè)主成分代表了辣椒表型性狀的主要信息量，說(shuō)明這4 個(gè)主成分可反映20 個(gè)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(xiàn)率為22.030%，特征向量絕對(duì)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(shí)和葉的形狀；第2 主成分的特征值3.690，貢獻(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)率為7.933%，反映花柱顏色，特征值為0.619。從特征值和貢獻(xiàn)率來(lái)看，果形、果肩形狀、葉形、首花節(jié)位、辣味、果實(shí)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(gè)表型性狀是引起辣椒種質(zhì)表型差異的主要因素，對(duì)辣椒種質(zhì)的利用、創(chuàng)新與資源的評(píng)價(jià)具有一定參考依據(jù)。

2.4 聚類分析

對(duì)81份辣椒種質(zhì)資源的20個(gè)表型性狀進(jìn)行聚類分析，結(jié)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(guó)、巴西和中國(guó)海南、云南，占供試種質(zhì)總數(shù)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(zhì)的葉形為長(zhǎng)卵圓形、果肩形狀為微凹近平、果實(shí)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(jié)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(zhǎng)形椒，其中燈籠椒引自山西、海南、河南，長(zhǎng)形椒引自海南，是總數(shù)最大的一類，占供試種質(zhì)總數(shù)的46.9%。其主要特征是果形以燈籠形為主，葉形為長(zhǎng)卵形，無(wú)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(wú)辣味。

第Ⅲ類群共20份材料，包含13份長(zhǎng)形椒和7 份簇生椒，長(zhǎng)形椒引自泰國(guó)和中國(guó)山西、海南，簇生椒引自中國(guó)河南，占供試種質(zhì)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(lán)色為主，花柱長(zhǎng)度多為長(zhǎng)于雄蕊，大部分辣椒種質(zhì)無(wú)果肩、果頂形狀為細(xì)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(shí)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(lái)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(qiáng)，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(wú)辣味，與其他黃燈籠辣椒種質(zhì)有較大的差異，所以單獨(dú)聚為一類。

3 討論

種質(zhì)資源是作物遺傳改良和相關(guān)研究的物質(zhì)基礎(chǔ)[24]。優(yōu)異種質(zhì)資源的發(fā)現(xiàn)與利用是未來(lái)作物育種上重大突破的關(guān)鍵，擁有種質(zhì)資源的數(shù)量和質(zhì)量，以及對(duì)所擁有種質(zhì)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(lǐng)域的地位[6]。因此，對(duì)種質(zhì)資源進(jìn)行表型性狀調(diào)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(guò)對(duì)81 份辣椒種質(zhì)的20個(gè)表型性狀進(jìn)行遺傳多樣性分析，發(fā)現(xiàn)首花節(jié)位的變異系數(shù)為29.28%，變異范圍為 5.40～16.00，說(shuō)明供試材料在該性狀上存在較大程度的變異，與張強(qiáng)強(qiáng)等[25]和赫衛(wèi)等[26]的研究結(jié)果一致。此外，本研究中的20個(gè)表型性狀的遺傳多樣性指數(shù)（H′）均超過(guò)5.9，而潘寶貴等[27]的研究結(jié)果顯示，在辣味、葉形、主莖色、花柱長(zhǎng)度等性狀的遺傳多樣性指數(shù)（H′）較低（H′<1），甚至辣味的遺傳多樣性指數(shù)（H′）為0。這主要是因?yàn)榕藢氋F等[27]的研究材料來(lái)自江蘇省的不同市縣，遺傳背景差異較小，而本研究的試驗(yàn)材料來(lái)自國(guó)內(nèi)外的不同地區(qū)，遺傳背景差異較大。

表型性狀間的相關(guān)性分析能揭示性狀之間的關(guān)聯(lián)性，通過(guò)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(jìn)程[28]。表型性狀相關(guān)性分析表明，果肩形狀與果頂形狀呈極顯著正相關(guān)，與林子翔[29]和裴紅霞等[30]的研究結(jié)果一致。觀測(cè)的3 個(gè)與果形相關(guān)的性狀（果形、果肩形狀和果頂形狀）與葉形呈極顯著相關(guān)，因此，若改變辣椒的果形，則需要關(guān)注葉形。調(diào)查的8 個(gè)與顏色相關(guān)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(gè)顏色相關(guān)性狀之間存在一定的聯(lián)系，這與白健君等[31]的研究結(jié)果略有不同，究其原因可能是觀測(cè)的老熟果色受環(huán)境條件及觀測(cè)時(shí)間的影響較大。而辣味與首花節(jié)位、莖茸毛、葉形、花冠色、花柱長(zhǎng)度和果實(shí)表面光滑度6 個(gè)性狀呈顯著正相關(guān)，與子葉顏色、葉面特征、果肩性狀和果頂形狀4個(gè)性狀呈顯著負(fù)相關(guān)。結(jié)果表明辣味是一個(gè)綜合的性狀，要改善辣椒的辣味，可以以這10個(gè)性狀為主進(jìn)行選育。

根據(jù)各指標(biāo)間的相互關(guān)系進(jìn)行主成分分析，利用降維的方式將幾種主要的農(nóng)作指數(shù)轉(zhuǎn)化為較少的幾個(gè)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(gè)主成分貢獻(xiàn)率達(dá)57.526%，基本能反映20個(gè)表型性狀的基本特征，其中果形、果肩形狀、葉形、首花節(jié)位、主莖色等11個(gè)表型性狀可作為評(píng)價(jià)辣椒表型遺傳多樣性和辣椒品種遺傳改良的重要指標(biāo)。通過(guò)聚類分析，在遺傳距離為16.0 處將81 份種質(zhì)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(diǎn)；第Ⅱ類包含31份燈籠椒及7 份長(zhǎng)形椒，具有無(wú)莖茸毛、分枝性中等、無(wú)辣味等特點(diǎn)；第Ⅲ類包含13 份長(zhǎng)形椒和7 份簇生椒，具有無(wú)果肩、葉面平滑、辣味辣等特點(diǎn)。此外，聚類結(jié)果也顯示不同地區(qū)的辣椒種質(zhì)也可以聚為一類，說(shuō)明不同的原始生境并不是造成辣椒種質(zhì)表型差異的唯一因素，種質(zhì)表型的差異還與種質(zhì)的遺傳分化和基因交流相關(guān)。其中第Ⅳ類群和第Ⅴ類群均由1 份種質(zhì)材料組成，說(shuō)明L262和L508與其他種質(zhì)親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，可用于辣椒育種的親本選配，這一結(jié)果與已發(fā)表的研究結(jié)果一致[17]。本研究結(jié)果表明，81份辣椒種質(zhì)的遺傳多樣性比較豐富，為辣椒資源的利用、創(chuàng)新和品種的選育提供了重要參考。