觀賞辣椒雜種優(yōu)勢及重要性狀遺傳規(guī)律分析

林子翔，馬嘯威，吳建國，朱祝軍，祝 彪

（浙江農(nóng)林大學 園藝科學學院 浙江省農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)改良技術(shù)研究重點實驗室，浙江 杭州 311300）

觀賞辣椒為辣椒屬Capsicum中一類主要作為觀賞用途的特殊類型，通常指那些果形奇特、果色斑斕、株型緊湊、適合盆栽的辣椒品種，既可用于日常食用，又可作園藝用途、花壇布置與家居裝飾，具有良好的開發(fā)應用前景[1]。多年來，國外育種者開始有針對性地對觀賞辣椒的表型性狀進行遺傳改良，培育出了很多具有新奇性狀的新品種。ASMA等[2]用雜交方式培育了營養(yǎng)價值高出普通辣椒12%且適合觀賞和盆栽種植的觀賞辣椒品種；METTUPALAYAM等[3]在研究辣椒果實提取物對糖尿病治療療效的過程中，發(fā)現(xiàn)多個觀賞辣椒品種果實提取物對糖尿病患者的療效要優(yōu)于普通辣椒果實；MANDARSARI等[4]發(fā)現(xiàn)：觀賞辣椒的遺傳特性明顯優(yōu)于普通辣椒，對高溫干旱環(huán)境的適應能力更強。中國學者對觀賞辣椒也進行了專門研究，如郭詠梅等[5]以3個紫色觀賞辣椒品種的果實為試材，進行花青素的提取工藝優(yōu)化以及pH示差法測定條件的確定，并進一步證實觀賞辣椒果實花青素含量與色差值存在顯著的相關(guān)性；王云梅等[6]通過雜交方式育成了6個適合涼山地區(qū)種植，耐寒且極具觀賞價值的觀賞辣椒品種。雜交育種是當前觀賞辣椒新品種培育中的常用方法。目前，針對普通辣椒果實品質(zhì)與辣椒素含量遺傳規(guī)律的研究較多，對于觀賞辣椒觀賞特性、營養(yǎng)特性和環(huán)境適應性方面的研究也見報道，但針對觀賞辣椒果實著生方式、葉形與株型以及辣椒花器等性狀的遺傳規(guī)律研究還未見報道。果實著生方式、葉形與株型等都是決定觀賞價值的重要特性，了解其遺傳規(guī)律將極大地提高育種效率。本研究以直立型簇生椒與開展型單生椒為材料，配置正反交組合及構(gòu)建F2群體，測量和統(tǒng)計親本、F1和F2的葉形、果實著生方式、株型性狀，研究其遺傳規(guī)律，為后續(xù)新品種選育提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究選用從美國進口單生椒Capsicum annuum‘Salsa Deep Orange’的高代自交系P6，簇生椒C.annuum‘Salsa XP Red’的高代自交系P15，雜交獲得F1，F(xiàn)1自交獲得F2。P6最顯著的特點為開展型株型，果實著生方式單生，披針形葉片，青熟果顏色黃色；P15最顯著的特點為直立型株型，果實著生方式簇生，卵圓形葉片，青熟果顏色綠色(表1)。

表1 觀賞辣椒親本及其正反交組合主要性狀特征Table 1 Main characteristics of ornamental pepper parents and their reciprocal cross combinations

1.2 試驗方法

試驗在浙江農(nóng)林大學實驗基地的塑料溫室內(nèi)進行。試驗材料于2019年8月12日播種，9月13日田間定植，10?12月觀察記錄。親本定植各20株，正反交F1各定植20株，正反交F2群體分別定植150株。株行距45 cm×50 cm，采取常規(guī)田間管理。材料進入果實成熟期后調(diào)查其表型性狀。

1.3 性狀調(diào)查

依據(jù)《辣椒種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》[7]選定13個農(nóng)藝性狀進行統(tǒng)計分析，其中品質(zhì)性狀4個，分別為果實著生方式、分枝類型、葉形、株型；數(shù)量性狀9個，分別為株高、株幅、側(cè)枝數(shù)、分枝級數(shù)、單株結(jié)果數(shù)、葉長、葉寬、葉柄長及單節(jié)葉腋著生花數(shù)；數(shù)量性狀使用美耐特游標卡尺測量，每個指標設(shè)置10次重復。使用Canon EOS30D單反相機拍攝記錄性狀。使用SPSS和Excel軟件對測量所得數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析、相關(guān)性分析、方差分析、性狀變異頻率和卡方檢驗分析。變異系數(shù)(VC)計算方法參考段曉銓[8]方法：VC=DS/NM×100%，DS為標準偏差，NM是平均值；中親優(yōu)勢=(F1?MP)/MP×100%，超親優(yōu)勢=(F1?HP)/HP×100%，F(xiàn)1為雜交組合F1代表型，Mp與Hp為雙親表型性狀的均值與高值親本的表型。

2 結(jié)果與分析

2.1 觀賞辣椒重要數(shù)量性狀方差分析

由表2可知：P6和P15在單株結(jié)果數(shù)、葉長、葉寬、葉柄長、株高、側(cè)枝數(shù)、分枝級數(shù)、單節(jié)葉腋著生花數(shù)等指標均存在顯著差異(P＜0.05)，P6×P15與P15×P6在葉長、株幅、側(cè)枝數(shù)、分枝級數(shù)4個性狀上存在顯著差異(P＜0.05)，正反交的F2代群體在分枝級數(shù)性狀上表現(xiàn)出顯著差異(P＜0.05)。

表2 觀賞辣椒親本、F1、F2各重要數(shù)量性狀方差分析Table 2 Comparative analysis of variance of different quantitative traits in parents, F1 and F2 generations of ornamental pepper

結(jié)合遺傳多樣性分析方法，對F2代群體的數(shù)量性狀進行變異分析。由表3可知：P6×P15的F2代群體9個數(shù)量性狀中，方差最大的前5個數(shù)量性狀從大到小依次為葉長、單株結(jié)果數(shù)、葉柄長、葉寬、株幅，可見葉長和單株結(jié)果數(shù)等性狀的單株間差異最顯著；各性狀變異系數(shù)為20%～45%，平均值為33%。9個數(shù)量性狀中變異系數(shù)最大的是單節(jié)葉腋著生花數(shù)(VC=45%)，其次為分枝級數(shù)(VC=40%)和單株結(jié)果數(shù)(VC=37%)，因此可認為單節(jié)葉腋著生花數(shù)、分枝級數(shù)、單株結(jié)果數(shù)的基因遺傳穩(wěn)定性較低，表型易產(chǎn)生變化。變異最低的是株幅(VC=20%)和株高(VC=25%)，可以認為這2個性狀的基因穩(wěn)定性較好，不易變異。由表4可知：組合P15×P6的F2代群體9個數(shù)量性狀中，方差最大的前5個性狀從大到小依次為葉長、單株結(jié)果數(shù)、葉柄長、葉寬、株幅，單株間的葉長和單株結(jié)果數(shù)等性狀差異較大。變異系數(shù)為23%～42%，平均值為35%。數(shù)量性狀中變異系數(shù)最大的是單節(jié)葉腋著生花數(shù)(VC=42%)，其次是單株結(jié)果數(shù)(VC=41%)，再次是分枝級數(shù)(VC=38%)、葉長和葉寬(VC=36%)。綜上所述，正反交組合得到的F2代群體中，單株結(jié)果數(shù)、分枝級數(shù)、單節(jié)葉腋著生花數(shù)和葉片性狀都存在顯著變異，后代易發(fā)生變異，而株高和株幅性狀變異最少，可以較好保留。

表3 組合 P6×P15 F2群體的重要數(shù)量性狀遺傳分析Table 3 Genetic analysis of important quantitative traits in the combined P6×P15 F2 population

表4 組合 P15×P6 F2群體的重要數(shù)量性狀遺傳分析Table 4 Genetic analysis of important quantitative traits in the combined P15×P6 F2 population

2.2 觀賞辣椒重要數(shù)量性狀相關(guān)性分析

對正反交F2代群體的9個數(shù)量性狀相關(guān)性分析結(jié)果(表5、表6)表明：株高與株幅、側(cè)枝數(shù)、單株結(jié)果數(shù)呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)；株幅與側(cè)枝數(shù)、分枝級數(shù)和單株結(jié)果數(shù)呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)；側(cè)枝數(shù)與分枝級數(shù)、單株結(jié)果數(shù)呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)；葉長與葉寬、葉柄長、單節(jié)葉腋著生花數(shù)呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)。

表5 組合 P6×P15 F2群體數(shù)量性狀相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis of quantitative traits in the combined P6×P15 F2 population

表6 組合 P15×P6 F2群體數(shù)量性狀相關(guān)性分析Table 6 Correlation analysis of quantitative traits in the combined P15×P6 F2 population

2.3 觀賞辣椒重要數(shù)量性狀雜種優(yōu)勢分析

由表7可知：F1代P6×P15與P15×P6在單株結(jié)果數(shù)、株高、株幅(圖1)、側(cè)枝數(shù)性狀上均表現(xiàn)中親優(yōu)勢；P6×P15表現(xiàn)中親優(yōu)勢的性狀依次為單株結(jié)果數(shù)(124.29%)、側(cè)枝數(shù)(37.29%)、株幅(32.84%)、分枝級數(shù)(12.24%)、株高(8.85%)、單節(jié)葉腋著生花數(shù)(6.06%)，占所有性狀的66.67%；P15×P6表現(xiàn)中親優(yōu)勢的性狀有單株結(jié)果數(shù)(116.4%)、側(cè)枝數(shù)(101.69%)、株高(10.23%)、株幅(9.83%)，占所有性狀的44.44%。P6×P15的F2代在7個數(shù)量性狀上表現(xiàn)中親優(yōu)勢：單株結(jié)果數(shù)(75.93%)、株高(22.26%)、葉寬(21.51%)、株幅(13.42%)、側(cè)枝數(shù)(9.66%)、單節(jié)葉腋著生花數(shù)(4.70%)、分枝級數(shù)(2.45%)；P15×P6的F2代在5個數(shù)量性狀上表現(xiàn)中親優(yōu)勢：單株結(jié)果數(shù)(77.63%)、葉寬(27.06%)、株高(24.80%)、株幅(11.52%)、單節(jié)葉腋著生花數(shù)(11.52%)?？梢姡唇唤M合F1和F2代在株高、單株結(jié)果數(shù)和株幅性狀上均表現(xiàn)較顯著的中親優(yōu)勢。

圖1 親本與 F1正反交株型與株幅對比圖Figure 1 Comparison of positive and negative cross plant types and plant amplitudes between parents and F1

表7 不同世代雜種優(yōu)勢比較分析Table 7 Comparative analysis of heterosis in different generations

F1代P6×P15與P15×P6 在單株結(jié)果數(shù)、株幅、株高性狀上表現(xiàn)出超親優(yōu)勢，P6×P15在單株結(jié)果數(shù)(90.62%)、株幅(29.08%)、株高(1.73%)表現(xiàn)正向優(yōu)勢；P15×P6在單株結(jié)果數(shù)(83.91%)、側(cè)枝數(shù)(40.00%)、株幅(6.71%)、株高（3.01%）表現(xiàn)正向優(yōu)勢。P6×P15和P15×P6的 F2代群體均在單株結(jié)果數(shù)(49.52%、50.97%)、株高(14.26%、16.63%)、株幅(10.20%、8.36%)、葉寬(2.23%、6.89%)性狀上表現(xiàn)正向優(yōu)勢。可見，P6×P15與P15×P6在F1與F2代均在株高、株幅和單株結(jié)果數(shù)上表現(xiàn)超親優(yōu)勢。

2.4 觀賞辣椒株型、分枝形式、果實著生方式、葉形遺傳規(guī)律分析

圖2為親本、F1和F2代的株型、分枝形式及果實著生方式。經(jīng)卡方檢驗(表8)，簇生與單生、有限分枝與無限分枝性狀符合1∶3的孟德爾遺傳模型(χ2=0.03＜χ2(0.05, 1)=3.84)，說明觀賞辣椒簇生對單生、有限生長對無限生長性狀均由隱性單基因控制。P6(披針形)與P15(長卵圓形)進行雜交，所得F1植株的葉形均為長卵圓形，說明長卵圓形對披針形為顯性。將F2群體經(jīng)卡方測驗表明：長卵圓、卵圓、披針形葉形植株數(shù)量的分離比符合9∶3∶4的分離比(15%的卵圓形葉，61%的長卵圓形葉，25%的披針形葉)。同理，P15(直立型)與P6(開展型)進行雜交，F(xiàn)1代均呈半直立型， F2代中直立型株、半直立型株和開展型植株的數(shù)量分離比符合9∶3∶4的分離比(21%的直立型株，55%的半直立型株，25%的開展型株)，說明辣椒葉片形狀與株型性狀受2對等位基因控制，其遺傳方式符合孟德爾遺傳定律。

表8 P6和P15辣椒正反交F2代群體重要質(zhì)量性狀分離比及卡方檢驗Table 8 Segregation ratio and Chi-square test of important quality traits in F2 population of reciprocal cross of P6 and P15

圖2 親本與 F1、F2正反交株型與葉片、果實性狀對比圖Figure 2 Comparison of plant type, leaf and fruit traits between parents, F1 and F2 reciprocal crosses

3 討論

相較于張宇斌等[9]、王述彬等[10]通過境外引種，多代篩選辣椒優(yōu)異品種的育種方式，國內(nèi)的觀賞辣椒自主育種起步較晚。很多育種者在辣椒的農(nóng)藝性狀表型上做了大量改良[11?12]。多數(shù)研究認為：單株產(chǎn)量、單株結(jié)果數(shù)均有雜種優(yōu)勢，使用雜種優(yōu)勢選育適合國內(nèi)推廣的觀賞辣椒品種是可行的。

通過對不同株型和葉形的觀賞辣椒進行雜交組合，后代群體的表型性狀優(yōu)勢指數(shù)與前人研究結(jié)果類似。陳蕊紅[13]選擇了8個親本辣椒，組配成16個不完全雙列組合，發(fā)現(xiàn)：超中優(yōu)勢效果明顯，單株產(chǎn)量雜種優(yōu)勢明顯。這與本研究得出的單株結(jié)果數(shù)有顯著雜種優(yōu)勢結(jié)論一致。果實數(shù)量和辣椒觀賞性密切相關(guān)，對于辣椒觀賞價值起決定性作用。雜種優(yōu)勢往往也表現(xiàn)在株高、冠幅、葉片等在常規(guī)辣椒育種中常被忽視的表型性狀上。JEONG等[14]在研究盆景辣椒雜交育種過程中就指出：觀賞辣椒遺傳特性主要表現(xiàn)為葉長變異性強，側(cè)枝數(shù)量和株型性狀變異不明顯，在親本選擇的時候可以優(yōu)先考慮選取側(cè)枝表現(xiàn)較優(yōu)的品種。盡管觀賞辣椒屬于辣椒屬中的一個特異群體，但其在株高、株幅、葉形上較高的變異特性和雜種優(yōu)勢與常規(guī)辣椒基本一致。通過雜交育種可改善觀賞辣椒生長勢、分枝性等性狀，更有利于觀賞辣椒在全國范圍內(nèi)的推廣。

辣椒諸多表型性狀間存在錯綜復雜的關(guān)系[15]。徐睿等[16]分析了40份觀賞辣椒種質(zhì)資源的遺傳性狀，認為單株果實數(shù)量與株幅、株高存在正相關(guān)。陳倩倩等[17]對19個辣椒品種的12個表型性狀進行遺傳分析，結(jié)果表明：不同辣椒品種之間性狀差異顯著，變異系數(shù)為8.49%～37.77%。葉長與葉寬、始花節(jié)位、對椒單果質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)?？筛鶕?jù)育種目標對辣椒性狀的要求，有目的地篩選育種材料。本研究中辣椒正反交F2代群體的植株性狀與葉片性狀間存在顯著正相關(guān)，與前人研究結(jié)果基本一致。辣椒正反交組合F1、F2代群體中，單株結(jié)果數(shù)、分枝級數(shù)、單節(jié)葉腋著生花數(shù)和葉長都存在顯著變異，不易通過雜交育種保留其葉形與開花性狀，而株高和株幅變異較少，遺傳穩(wěn)定性較好。MAMEDOR等[18]、王昆等[19]也得出了相似的結(jié)果。

辣椒遺傳規(guī)律受到基因的作用與控制，不同學者在辣椒各表型性狀上進行了研究。隋益虎等[20]使用紫色辣椒和綠色辣椒品種配制雜交組合，測定其葉片花青素相對含量，研究其遺傳規(guī)律，發(fā)現(xiàn)辣椒葉片花青素含量遺傳模式符合2對加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性-上位性多基因模型，因此，對辣椒紫葉性狀的遺傳選擇應在分離早期世代進行。本研究針對辣椒葉形的研究顯示：長卵圓形葉片對披針形葉片為顯性，且披針形葉片對卵圓形葉片具有隱性上位作用。此研究結(jié)果可為選育具有奇特葉型的辣椒種質(zhì)材料提供理論依據(jù)。李全輝等[21]以線辣椒C. annuum var. longunt黃色突變體為母本，野生型紅色自交系辣椒為父本進行雜交，發(fā)現(xiàn)辣椒果實紅色對黃色為顯性，線辣椒成熟果色黃色性狀受1對隱性基因控制。本研究針對辣椒果實著生方式進行研究，發(fā)現(xiàn)辣椒簇生對單生和有限分枝對無限分枝均為單基因控制隱性遺傳性狀。株型和葉形受2對等位基因控制，這與Lü等[22]的研究結(jié)果一致。株型、葉形、果實的著生方式是觀賞性辣椒重要的表現(xiàn)性狀，可為選育優(yōu)良性狀的觀賞辣椒種質(zhì)資源提供依據(jù)。