袁 雷，吉雪花，张国儒，石林媛，3，郭河瑶，唐亚萍，杨 涛，杨生保

（1.新疆农业科学院园艺作物研究所,乌鲁木齐 830091；2.石河子大学农学院/特色果蔬栽培生理与种质资源利用兵团重点实验室，新疆石河子 832003；3.新疆农业职业技术学院，新疆昌吉 831100）

0 引言

【研究意义】辣椒（Capsicum annuumL.）属于茄科，一年或多年生草本，同花或异花授粉，由于其果实丰富的营养及特有的辣味，种植不受地域限制[1]。辣椒果实中还含有辣椒素、VC、蛋白质、胡萝卜素等丰富的营养成分。辣椒红素是口红和食品色素的天然原料来源；辣椒碱类物质广泛应用于农作物害虫防治[2-9]。近几年我国辣椒种植面积稳定在210×104hm2以上，已超过大白菜等成为中国种植面积最大的蔬菜作物，其总产量达6 400×104多t[10]，新疆由于独特的地理气候条件，年种植面积可达6.67×104hm2（100 万亩）左右，年产制干辣椒15×104～20×104t，辣椒相关制品品质优，已成为我国制干辣椒的重要产区之一[11，12]。新疆辣椒种质资源评价及资源整合效率低，进一步的种质资源评价及挖掘对新疆辣椒遗传改良和种质创新具有重要意义。【前人研究进展】采用2种方法对辣椒种质进行遗传多样性和聚类研究。一是农艺性状的统计分析，如通过统计分析辣椒种质的多个农艺性状，分别对湖南、四川、新疆、贵州和湖北等地保存的辣椒种质资源进行了资源评价和分类，并从中筛选出多个品质好，具有较大研究和生产应用价值的辣椒新种质[13-17]。还有通过对国外引进辣椒种质资源的农艺性状进行遗传多样性和聚类分析，发现辣椒种内和种间均存在丰富的遗传变异[18-20]。二是分子标记技术，随着生物技术的不断发展，各种分子标记技术不断成熟，利用不同类型分子标记技术对辣椒种质资源的分类和利用研究报道较多。如有利用RAPD分子标记技术分析了辣椒资源的遗传多样性[21，22]；有将SSR 标记技术应用于朝天椒、灌木椒和制干辣椒等辣椒种质资源的遗传多样性和聚类研究中[23-26]；有利用SNP 标记技术分别对来自不同国家的246 份、399 份和4652 份辣椒种质资源进行了种质资源评价及核心种质的挖掘工作[27-29]；还有利用RAPD和AELP、SRAP和SCoT及RAPD 和ISSR 等两种分子标记相结合的方式对辣椒种质进行了遗传多样性分析[30-32]。【本研究切入点】对于辣椒种质资源的评价与分类，2种研究方法各有优势且存在着不同作用。辣椒种质资源的评价分类是遗传改良的基础，果实是辣椒重要经济产品。【拟解决的关键问题】研究重点针对49份新疆本地保存的高代自交辣椒种质和3份引进辣椒种质资源的13个主要果实性状进行研究分析，其中对7个果实表型性状和6个果实品质性状分别采用常规实验技术和高效液相进行调查，并利用变异分析、相关性分析、主成分分析和聚类分析等多种统计分析方法，对52份辣椒种质资源进行评价与分类。评价与分类保存的辣椒种质资源、为丰富辣椒种质资源，挖掘优异辣椒种质资源和品种改良提供支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

材料共52份，其中中国种辣椒（C.chinenseL，ZL-280）1 份；灌木椒（C.frutescens，LA-111）1 份；鸟辣椒（C.frutescensL，X-260）1 份；一年生辣椒（C.chinense）合计49 份，其中线椒8 份，螺丝椒6份，板椒35份，板椒按果形又细分为牛角椒10份和羊角椒25份，供试材料均由新疆农业科学院园艺所收集保存。表1

表1 52份辣椒种质材料信息Table 1 Information of 52 pepper germplasms

1.2 方法

1.2.1 试验设计

田间试验于2019年3月开始，至2020年11月结束，分别在新疆和海南两地开展。2019年3～9月和2020年3～9月在新疆农业科学院安宁渠良种繁育场进行第一、三个种植季，2019年10月～2020年3月在新疆农业科学院三亚南繁中心进行第二个种植季，试验地肥力均中等，田间试验均采取随机区组设计，双行种植，株距40 cm，沟心距1.5 m，每小区单独种植一个品种，共计20 株，合计52个小区，并且全部采用膜下滴灌，栽培管理同大田[33]。

1.2.2 辣椒果实性状

在每一季度果实成熟期，在每一小区内，随机摘取辣椒4～6 节位的10个红熟果实。根据李锡香等[34]出版的《辣椒种质资源描述规范和数据标准》用游标卡尺、细线、直尺等工具对果实类型、果实纵径、果实横径、果梗长度等8个性状进行统计。

1.2.3 辣椒果实品质

对随机摘取的成熟度一致果实，经自然晾干、破碎和过筛等步骤后，将辣椒粉末封装保存，用于后续色价、辣椒素、辣椒红素等辣椒主要果实品质的测定。

1.2.3.1 辣椒色价

称取0.02 g 破碎处理过的辣椒粉末至10 ml离心管中，每个样品设置3个重复。然后向每管中加入5 mL丙酮，并放置在超声波清洗器内超声30 min。超声处理结束后离心5 min（转速不低于4 000 r/min）。吸取约2 mL的上层提取液，用丙酮定容至5 mL，再用分光光度计在460 nm 波长处，于1 cm 比色皿中测定稀释后提取液的吸光度值。计算色价：

式中A为实测标样的吸光度；f 为稀释倍数；m为样品质量，单位为g。

1.2.3.2 辣椒素类物质

辣椒素类物质的测定使用甲醇溶剂作为萃取剂，后使用高效液相色谱仪测定。称取0.5000 g的辣椒粉末至10 mL离心管中，后向管中加入5 mL 甲醇。然后放置在超声波清洗器中超声30 min，结束后在4 000 r/min下离心5 min，并将上清液转移至10 ml 容量瓶中。在滤渣中重新加入5 mL 甲醇，超声和离心结束后将2 次上清液合并，用甲醇定容至10 mL。将定容后的提取液倒入烧杯中，用带有0.22µm 有机滤膜的一次性注射器过滤后用于色谱分析。色谱柱采用SymmetryORC18（5µm，4.6 mm×250 mm）；流动相为7：3的甲醇与超纯水；流速为1.0 mL/min；检测波长为280 nm；进样量为5µL；柱温为35 ℃。

1.2.3.3 辣椒红素

称取0.200 0 g 的辣椒粉末至10 mL 离心管中，向管中加3 mL 丙酮，超声25 min，然后在3500 r/min 下离心5 min，再将上清液移至10 mL容量瓶。再依次向滤渣中加入3、4 mL丙酮，重复上述操作，并将3 次上清液合并后用丙酮定容至10 ml。将上清液倒入烧杯中，用带有0.45µm 有机滤膜的一次性注射器过滤后用于色谱分析。色谱柱采用waters-3（5µm，4.6 mm×250 mm）；流动相为甲醇和二氯甲烷（25：75）；流速为1 ml/min；进样量为5µL；色谱检测波长为474 nm；柱温为30 ℃。

辣椒类物质和辣椒红素均需要用标准样品绘制标准曲线，计算回归公式，从而将吸光度换算为含量值，总辣椒素类物质含量和辣度均采用GB/T 21266-2007 计算得到[35]。

1.3 数据处理

数据均采用Microsoft Excel 2019 和SPSS 25.0 进行统计分析，图形使用R 和Origin 2018 制作。果实表型性状的分级采用陈雪燕等[36]描述的分级方法，根据数据的平均值（M）和标准差（S）将数据分为10 级，第一级为Xi ＜（M- 2S）、第二级为（M- 2S）≤Xi ＜（M- 1.5S）、第三级为（M-1.5S）≤Xi ＜（M-S）、以此类推，每0.5 S 为1 级直至第10 级Xi ≥（M+2S），计算果实表型性状的频率分布。

2 结果与分析

2.1 52份辣椒种质遗传多样性

研究表明，13个指标的变异系数均值为58.19%，果实表型性状变异系数普遍较小，而果实品质性状变异系数普遍较大。

7个果实性状的平均变异系数29.38%。以变异系数从大到小排序，单果重（50.42%）＞胎座大小（39.36%）＞果实横径（30.54%）＞果实纵径（29.78%）＞果肉厚（21.58%）＞果梗长度（20.80%）＞心室数（13.15%）。其中单果重的变异幅度（60.92）和变异系数（50.42%）均最高，在此52 份辣椒种质中单果重存在丰富的遗传变异。

以变异系数的从大到小排序，辣椒素含量（143.15%）＞总辣椒素类物质含量（122.66%）＞二氢辣椒素含量（104.52%）＞辣度（102.54%）＞辣椒红素含量（43.61%）＞色价（34.38%）。其中辣椒素含量、二氢辣椒素含量、总辣椒素类物质含量和辣椒红素含量变异系数均在100%以上，52 份辣椒素种质中这4个指标的遗传多样性最为丰富，而辣椒红素含量和色价变异系数均低于50%，这2个指标在该份辣椒种质资源中丰富性不高。魔鬼椒（ZL-280）的辣椒素含量（35.54 g/kg）、二氢辣椒素含量（12.39 g/kg）、总辣椒素类物质含量（53.25 g/kg）和辣度（3134）均最高，但辣椒红素含量最低，仅为2.55 mg/kg。辣椒红素和辣素呈反相关。

7个性状均属于正态分布。其中果梗长度、胎座大小、单果重均在5级附近达到高峰，果实横径、果实纵径、果肉厚以及心室数均在7级附近出现高峰。7个性状的分布频率出现高峰时等级不一致，但每一等级的分布频率十分接近，7个指标相关性较强。表2，图1

表2 52份辣椒种质果实性状遗传变异Table 2 Genetic variation analysis of fruit characters in 52 pepper germplasms

图1 辣椒果实性状频率分布Fig.1 Frequency distribution of pepper fruit characters

2.2 辣椒果实性状相关性

研究表明，13个性状之间存在着不同程度的极显著或显著正负相关，相关系数介于-0.61 ～1。果实纵径与果梗长度呈极显著正相关，相关系数为0.46。果实横径与胎座大小呈极显著正相关，相关系数为0.93。果肉厚与果实横径、胎座大小呈极显著正相关，与果实纵径、果梗长度呈显著正相关，相关系数介于0.32 ～0.70。心室数与果实横径、胎座大小极显著正相关，与果肉厚显著正相关，相关系数分别为0.49、0.42、0.29。单果重与果实纵径、果实横径、胎座大小、果肉厚和心室数均呈极显著正相关，相关系数介于0.40 ～0.88。色价与果实纵、横径和辣椒红素均显著正相关，相关系数为0.29、0.30、0.26。辣椒素类物质含量与果实纵径均显著负相关，与色价均极显著负相关，相关性系数介于-0.39 ～-0.13。辣度与果实纵、横径等7个性状极显著负相关，相关性系数介于-0.61 ～-0.28，辣度又与辣椒素类物质含量呈极显著正相关，相关性系数介于0.660 ～0.675。图2

图2 13个辣椒果实指标的相关性Fig.2 Correlation analysis of 13 pepper fruit indexes

2.3 辣椒果实性状的主成分

研究表明，提取了特征值大于1 的4个主成分，其贡献率分别为38.39%、23.33%、11.30%、8.52%，累积贡献率为81.54%，已足以代表全部指标的大部分信息。

第一主成分的特征值为4.990，其贡献率最高，为38.39%。其中单果重载荷值最大，为0.785，果实横径、胎座大小载荷较高且为正值，载荷值分别为0.716 和0.667，主要反映果实重量。载荷较高且为负值的性状有辣椒红素含量、辣椒素含量、二氢辣椒素含量和总辣椒素含量，载荷值介于-0.852～-0.706。第二主成分的特征值为3.033，贡献率为23.33%。其中二氢辣椒素最高为0.654，辣椒素、总辣椒素等载荷均较高且为正值，主要反映果实辣度。第三主成分的特征值为1.469，贡献率为11.30%。其中果梗长和果实纵径载荷值较高，分别为0.876、0.637，主要反映果实长度，其余载荷值均较小。第四主成分的特征值为1.107，贡献率为8.52%。其中辣椒红素载荷值最大，为0.851，主要反映果实中辣椒红素含量。表3

表3 13个辣椒果实指标的主成分Table 3 Principal component analysis of 13 pepper fruit indexes

2.4 聚类分析

研究表明，在欧式距离5.0处，可以将这52份辣椒材料分为四个类群。第一类群只含有1份材料，为魔鬼椒，色价为3.57，总辣椒素类物质含量为53.25g/kg，该材料的独特性。第二类群包含2份材料，分别为鸟椒和灌木椒，平均色价为3.55，平均总辣椒素类物质含量为4.12 g/kg，该类群资源色价最低，但总辣椒素含量较高。第三类材料包含11 份材料，主要为一年生栽培辣椒种，其在阈值2.5 处，又可分为两个亚群，第一亚群ⅢA 含有6份材料，包含1份线椒、2份羊角椒和3份牛角椒，平均色价为20.98，平均总辣椒素类物质含量为0.67g/kg；第二亚群ⅢB 包含5 份材料，且全为羊角椒，平均色价为24.89，平均总辣椒素类物质含量为0.55g/kg。第三类群资源色价最高，但总辣椒素含量最低，第二亚群ⅢB 与第一亚群ⅢA相比，其色价更高，总辣素含量相对较低。第四类材料涵盖的种质资源最为丰富，共包含38份材料，平均色价为13.94，平均总辣椒素类物质含量为3.13 g/kg，该类群资源色价和总辣椒素含量均较高，当阈值为2.5 时，可分为三个亚群，第一亚群ⅣA共18份种质材料，共包含10份羊角椒，6份牛角椒，2 份线椒；第二亚群ⅣB 所含种质资源最为丰富，共19 份材料，其中6 份羊角椒，6 份螺丝椒，5份线椒，2份牛角椒；第三亚群ⅣC仅有一份材料，为羊角椒（GB-35），其色价为13.63，总辣椒素含量仅低于魔鬼椒为7.31，该份种质资源较为独特。图3

图3 52份辣椒种质资源聚类Fig.3 Cluster analysis of 52 pepper germplasm resources

3 讨论

3.1 辣椒种质资源遗传多样性评价

种质资源是作物遗传育种的重要基础，而种质资源的遗传多样性是评价种质资源是否丰富的重要指标，种质资源越丰富[37]。目前，采用形态学性状进行辣椒种质资源遗传多样性的研究很多，并且均取得了不错的研究成果[13，15-17，20]。分子标记技术利用基因进行遗传多样性研究，研究结果更为稳定和可靠，利用分子标记辅助育种技术的研究日益增多[21-32]。并且形态学标记性状易获得，且简单、直接[38，39]。52份辣椒种质资源的13个主要果实性状平均变异系数为58.19%，遗传多样性较为丰富，与前人研究结果相似[19]。研究中果实纵径、果实横径和果梗长度等7个主要果实表型性状的变异系数均值仅为29.38%，这52 份辣椒种质在果实表型方面种质资源类型不够丰富，而色价、辣椒红素含量、辣椒素含量等6个果实品质性状的变异系数均值高达91.81%，这52 份辣椒种质在果实品质方面具有丰富的遗传多样性。

3.2 各性状相关性与聚类分析

相关性分析是能够反映变量间关联密切程度的一种统计方法，目前也已广泛应用于辣椒研究中[14，15，20]。研究通过SPSS 25.0软件进行相关性分析表明，果实横径、胎座大小、果肉厚、心室数以及单果重两两之间均存在显著正相关；色价与辣椒素类物质含量和辣度之间呈极显著负相关；辣椒素类物质含量和辣度之间均呈极显著正相关，研究结果与前人相似[14，20]。

聚类分析是种质资源分类研究常用的一种统计方法，其在辣椒种质资源研究中也已被广泛应用[14-19，23-26，31]。研究主成分分析表明，单果重、果实大小、辣度及辣椒红素含量是辣椒果实的4个主要因子；52辣椒种质在果实品质方面遗传差异较大；并且在辣椒中，色价和辣度常作为辣椒品质的重要评判性状[14]。将52份辣椒种质分为4大类，并成功将魔鬼椒、鸟椒和灌木椒这3份特殊材料与一年生辣椒栽培种区分开来，与前人研究结果部分相似[16]。四大类群中，第三类群平均色价最高，其中又以第二亚群ⅢB 平均色价最高，达24.89，且全为羊角椒，可用于后期高色价制干辣椒的育种和色素研究中。在第四类材料中，GB-35被单独分离出来，其色价为13.63，总辣椒素含量为7.31 g/kg，可作为高色价、高辣素的遗传育种材料。

4 结论

52 份辣椒种质资源13个主要果实性状均存在不同程度的变异，变异系数介于13.15%～143.15%，变异系数均值为58.19%，这52 份辣椒种质资源遗传多样性比较丰富。其中果实品质相关性状遗传多样性最为丰富，变异系数均值达91.81%。在欧式距离7.5处，可将灌木椒、鸟椒和魔鬼椒与一年生辣椒区分开来；在欧式距离5.0处，可将52 份辣椒种质分为四大类，其中第三类群第二亚群ⅢB 的5 份羊角椒材料色价最高，第四类材料中存在一份高色价、高辣素的特殊材料，均可用于后期辣椒果实品质的品种改良。