摘要：核心種質(zhì)的構(gòu)建為作物種質(zhì)資源的高效利用提供了便利條件。以420份辣椒（Capsicum annuum L.）種質(zhì)為試材，采用混合線性模型分析方法無(wú)偏地預(yù)測(cè)11個(gè)數(shù)量性狀的基因型值，利用馬氏距離計(jì)算種質(zhì)間的遺傳距離，分別采用3種聚類方法（中間距離法、類平均法和離差平方和法）、3種抽樣方法（隨機(jī)抽樣法、優(yōu)先抽樣法和偏離度抽樣法），按照25%的抽樣比率構(gòu)建辣椒核心種質(zhì)庫(kù)，采用均值、方差、極差和變異系數(shù)4個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)不同方法構(gòu)建核心種質(zhì)庫(kù)的優(yōu)劣。結(jié)果表明，類平均法優(yōu)于中間距離法和離差平方和法，偏離度抽樣法優(yōu)于隨機(jī)抽樣法和優(yōu)先抽樣法?；隈R氏距離、類平均法、偏離度抽樣法獲取的105份辣椒核心種質(zhì)資源能夠代表原群體的遺傳多樣性，為辣椒種質(zhì)資源的高效利用提供了重要的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：辣椒（Capsicum annuum L.）；基因型值；核心種質(zhì)；抽樣策略；聚類方法

中圖分類號(hào)：S641.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）10-2567-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.10.029

Abstract： The construction of crop core germplasms could facilitate the effective utilization of genetic resources. Taking 420 chili pepper（Capsicum annuum L.） germplasms as materials，the genotypic value of 11 quantitative traits was predicted according to mixed linear model analysis method. The genetic distance among germplasms was calculated using Mahalanobis distance based on genotypic value. Core germplasms were constructed by 3 cluster methods （median，UPGMA and ward's method） and 3 sampling strategies（random sampling， preferred sampling and deviation sampling） with 25% sampling ratio. The genetic variation between core germplasms and initial germplasms was compared through evaluating the mean， variance， range and coefficient of variation. The results showed that UPGMA was better than median and ward's method； while deviation sampling was better than preferred sampling and random sampling. 105 core germplasms obtained based on Mahalanobis distance， UPGMA and deviation sampling， could represent the genetic diversity of initial germplasms adequately. This study could provide important theoretical basis for efficient utilization of chili pepper germplasms.

Key words： chili pepper（Capsicum annuum L.）； genotypic value； core germplasms； sampling strategy； cluster method

辣椒（Capsicum annuum L.）原產(chǎn)于南美洲[1]，因其適應(yīng)性強(qiáng)，現(xiàn)在已廣泛栽培于世界各地。大量研究表明，辣椒果實(shí)中含有豐富的維生素C[2]、維生素A[3]和類胡蘿卜素[4]，并且辣椒中的辣椒素類物質(zhì)具有緩解疼痛[5]、消炎[6]、預(yù)防記憶衰退[7]、促消化[8]、抗腫瘤[9]等功效。所以在蔬菜種類產(chǎn)量方面，辣椒僅次于番茄，位居第二[10]，屬于高產(chǎn)蔬菜。

種質(zhì)資源是作物新品種選育和種質(zhì)創(chuàng)新的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。在作物種質(zhì)資源的收集過(guò)程中，由于不夠系統(tǒng)，各類樣品的遺傳多樣性狀況不均衡[11]。另外，隨著種質(zhì)資源的不斷收集和積累，種質(zhì)資源庫(kù)變得越來(lái)越大；面對(duì)巨大的種質(zhì)資源數(shù)量，不僅保存困難，而且很難對(duì)其進(jìn)行深入細(xì)致地研究并加以有效利用。為解決這一問(wèn)題，F(xiàn)rankel等[12]提出并與Browna[13]完善了核心種質(zhì)的概念。核心種質(zhì)的提出，為種質(zhì)資源的研究和利用提供了新的途徑。1992年在巴西召開(kāi)的核心種質(zhì)國(guó)際會(huì)議對(duì)核心種質(zhì)的概念、核心種質(zhì)的構(gòu)建步驟以及今后的研究方向進(jìn)行了討論[14]。近年來(lái)，核心種質(zhì)研究蓬勃發(fā)展，先后對(duì)菜豆[15]、玉米[16]、花生[17]、杏[18]、大豆[19]、木薯[20]等多種作物構(gòu)建了核心種質(zhì)庫(kù)，但辣椒核心種質(zhì)的研究鮮有報(bào)道。辣椒的許多植物學(xué)性狀屬于數(shù)量性狀，易受環(huán)境條件的影響，單純依靠性狀的表型值評(píng)估種質(zhì)間的遺傳差異具有相當(dāng)?shù)恼`差；準(zhǔn)確度量不同材料間的遺傳相似程度以及高效的抽樣方法是構(gòu)建核心種質(zhì)的關(guān)鍵所在。為此，課題組采用混合線性模型預(yù)測(cè)性狀的基因型效應(yīng)值，比較不同聚類方法和抽樣方法構(gòu)建核心種質(zhì)的效果，從而有效構(gòu)建辣椒核心種質(zhì)，以期為辣椒種質(zhì)資源的高效利用和優(yōu)良新品種選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料和性狀基因型值預(yù)測(cè)

試驗(yàn)在中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所試驗(yàn)基地進(jìn)行，將420份辣椒種質(zhì)資源（主要為牛角椒、羊角椒和線椒）按田間行列編號(hào)順序種植，以一定間隔穿插對(duì)照，用對(duì)照控制田間不同位置的差異，連續(xù)進(jìn)行3年試驗(yàn)。在試驗(yàn)過(guò)程中，參考文獻(xiàn)[21]分別調(diào)查株高（A，cm；A為性狀代碼，cm為度量單位，后同）、株幅（B，cm）、葉片長(zhǎng)（C，cm）、葉片寬（D，cm）、葉柄長(zhǎng)（E，cm）、首花節(jié)位（F）、果實(shí)縱徑（G，cm）、果實(shí)橫徑（H，cm）、果柄長(zhǎng)（I，cm）、果肉厚（J，cm）、單果重（K，g）等11個(gè)性狀的表型值。表型值可分解為基因型效應(yīng)、基因型與環(huán)境互作效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)、環(huán)境內(nèi)的行效應(yīng)、環(huán)境內(nèi)的列效應(yīng)以及隨機(jī)誤差等分量[22]，采用朱軍[23]提出的混合線性模型，基于調(diào)整無(wú)偏預(yù)測(cè)法無(wú)偏預(yù)測(cè)性狀的基因型效應(yīng)值用于分析。

1.2 遺傳距離計(jì)算與聚類分析

采用馬氏距離基于性狀基因型效應(yīng)值計(jì)算不同辣椒種質(zhì)間的遺傳距離[24]?；诜N質(zhì)間的遺傳距離分別利用中間距離法、離差平方和法和類平均法進(jìn)行聚類分析[25]。

1.3 抽樣與核心種質(zhì)遺傳變異評(píng)價(jià)

采用隨機(jī)抽樣法[26]、優(yōu)先抽樣法[27]、偏離度抽樣法[28]基于25%的抽樣比率構(gòu)建核心種質(zhì)庫(kù)。采用均值、方差、極差和變異系數(shù)4個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)核心資源庫(kù)的優(yōu)劣，通過(guò)F測(cè)驗(yàn)進(jìn)行方差的差異性分析，通過(guò)t測(cè)驗(yàn)進(jìn)行均值的差異性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 3種聚類方法構(gòu)建辣椒核心種質(zhì)的效果比較

采用馬氏距離、偏離度抽樣法和25%的抽樣比率，分別基于3種不同的系統(tǒng)聚類方法（中間距離法、類平均法和離差平方和法）構(gòu)建辣椒核心種質(zhì)，得到不同聚類方法構(gòu)建的辣椒核心種質(zhì)與原群體間遺傳變異的比較情況，具體見(jiàn)表1。從表1分析可見(jiàn)，利用中間距離法、離差平方和法和類平均法構(gòu)建的核心種質(zhì)的均值與原群體沒(méi)有顯著差異（P>0.05）。利用類平均法構(gòu)建的核心種質(zhì)，所有11個(gè)性狀的方差顯著地高于原群體的方差（P<0.05），其中有9個(gè)性狀與原群體的差異達(dá)到了極顯著水平（P<0.01），并且有9個(gè)性狀的方差高于中間距離法和離差平方和法。利用離差平方和法構(gòu)建的核心種質(zhì)，有6個(gè)性狀的方差高于中間距離法。采用類平均法和離差平方和法構(gòu)建的核心種質(zhì)，其極差基本與原群體一致，僅葉片長(zhǎng)和果柄長(zhǎng)稍低于原群體，類平均法的首花節(jié)位極差也稍低于原群體。中間距離法有7個(gè)性狀保留了原群體的極差，葉柄長(zhǎng)性狀的極差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原群體，葉片長(zhǎng)、首花節(jié)位、果柄長(zhǎng)稍低于原群體。3種聚類方法構(gòu)建的核心種質(zhì)其所有11個(gè)性狀的變異系數(shù)均高于原群體，采用類平均法構(gòu)建的核心種質(zhì)有7個(gè)性狀的變異系數(shù)高于中間距離法，有6個(gè)性狀的變異系數(shù)高于離差平方和法。因此，采用類平均法能使核心種質(zhì)的方差最大化，變異系數(shù)也得到最大的提高，其后依次為離差平方和法、中間距離法。

2.2 3種抽樣方法構(gòu)建辣椒核心種質(zhì)的效果比較

采用馬氏距離、類平均法和25%的抽樣比率，分別基于3種抽樣方法（隨機(jī)抽樣法、優(yōu)先抽樣法和偏離度抽樣法）構(gòu)建核心種質(zhì)，得到不同抽樣方法構(gòu)建的辣椒核心種質(zhì)與原群體間遺傳變異的比較情況，具體見(jiàn)表2。從表2可見(jiàn)，利用隨機(jī)抽樣法、優(yōu)先抽樣法和偏離度抽樣法構(gòu)建的核心種質(zhì)的均值與原群體沒(méi)有顯著差異（P>0.05）。3種抽樣方法構(gòu)建的核心種質(zhì)所有11個(gè)性狀的方差均不小于原群體。利用偏離度抽樣法構(gòu)建的核心種質(zhì)，有10個(gè)性狀的方差大于隨機(jī)抽樣法和優(yōu)先抽樣法，其中9個(gè)性狀的方差與原群體的差異達(dá)到了極顯著水平（P<0.01），2個(gè)性狀的方差與原群體的差異達(dá)到了顯著水平（P<0.05）。利用優(yōu)先抽樣法構(gòu)建的核心種質(zhì)，有8個(gè)性狀的方差高于隨機(jī)抽樣法。采用優(yōu)先抽樣法構(gòu)建的核心種質(zhì)保存了原群體的變異幅度，偏離度抽樣法也基本上保存了原群體的變異幅度，僅葉片長(zhǎng)、首花節(jié)位和果柄長(zhǎng)3個(gè)性狀的極差稍小于原群體；隨機(jī)抽樣法構(gòu)建的核心種質(zhì)，果實(shí)縱徑、果實(shí)橫徑和單果重3個(gè)性狀的極差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原群體。3種抽樣法構(gòu)建的核心種質(zhì)11個(gè)性狀的變異系數(shù)均高于原群體。采用偏離度抽樣法構(gòu)建的核心種質(zhì)，有10個(gè)性狀的變異系數(shù)高于優(yōu)先抽樣法，優(yōu)先抽樣法構(gòu)建的核心種質(zhì)有7個(gè)性狀的變異系數(shù)高于隨機(jī)抽樣法。以上分析表明，采用類平均法進(jìn)行多次聚類構(gòu)建核心種質(zhì)時(shí)，偏離度抽樣法構(gòu)建的核心種質(zhì)具有相對(duì)較大的遺傳變異，其次為優(yōu)先抽樣法和隨機(jī)抽樣法。

2.3 辣椒核心種質(zhì)的構(gòu)建

采用馬氏距離、類平均法、偏離度抽樣法和25%的抽樣比率構(gòu)建辣椒核心種質(zhì)，結(jié)果見(jiàn)表3。分析表3可見(jiàn)，核心種質(zhì)的均值與原群體沒(méi)有顯著差異（P>0.05）。所有11個(gè)性狀的方差均大于原群體，其中有9個(gè)性狀的方差與原群體的差異達(dá)到了極顯著水平（P<0.01），有2個(gè)性狀的方差與原群體的差異達(dá)到了顯著水平（P<0.05）。有8個(gè)性狀保持了原群體的極差，另外3個(gè)性狀的極差略低于原群體。核心種質(zhì)所有11個(gè)性狀的變異系數(shù)均高于原群體。獲取的105份核心資源能夠代表原群體的遺傳多樣性。

3 討論

作物種質(zhì)資源內(nèi)蘊(yùn)含著極其豐富的遺傳變異，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和育種工作的物質(zhì)基礎(chǔ)[29]；核心種質(zhì)是種質(zhì)資源的核心子集，其以最少數(shù)量的資源最大限度地保存了原群體的遺傳多樣性信息[13]，所以核心種質(zhì)的構(gòu)建可以有效提高整個(gè)種質(zhì)庫(kù)的管理和利用水平。由于數(shù)量性狀表型值不僅受基因型控制，還受環(huán)境條件的影響，單純依靠表型值度量不同材料間的遺傳差異存在一定的誤差。為了排除環(huán)境條件、基因型與環(huán)境互作對(duì)性狀表型的影響，準(zhǔn)確度量材料間的遺傳差異，試驗(yàn)采用混合線性模型分析方法無(wú)偏預(yù)測(cè)辣椒種質(zhì)性狀表型的基因型值，結(jié)果顯示，基于基因型值計(jì)算辣椒種質(zhì)材料間的遺傳距離更具可靠性。

為確保核心種質(zhì)庫(kù)能夠保存原群體的遺傳結(jié)構(gòu)，首先要對(duì)原群體進(jìn)行遺傳分類。聚類分析是一種重要的遺傳分類工具[30]。試驗(yàn)比較了中間距離法、離差平方和法和類平均法3種聚類方法構(gòu)建的辣椒核心種質(zhì)的優(yōu)劣。分析結(jié)果表明，采用類平均法進(jìn)行聚類分析構(gòu)建的辣椒核心種質(zhì)能極顯著地增加性狀的方差和變異系數(shù)，能使核心種質(zhì)的方差和變異系數(shù)最大化，優(yōu)于中間距離法和離差平方和法，是構(gòu)建核心種質(zhì)較好的系統(tǒng)聚類方法。

抽樣是構(gòu)建核心種質(zhì)的另一個(gè)重要環(huán)節(jié)，不同的抽樣方法直接影響核心種質(zhì)庫(kù)的優(yōu)劣。優(yōu)先抽樣法首先找出各性狀的最大值和最小值優(yōu)先保留，其余核心材料通過(guò)多次聚類隨機(jī)取樣[27]。偏離度抽樣法是先將所有基因型進(jìn)行系統(tǒng)聚類，分別計(jì)算類群內(nèi)的各基因型相對(duì)于群體的標(biāo)準(zhǔn)偏離度，根據(jù)偏離度從大到小選取核心材料[28]。試驗(yàn)比較了隨機(jī)抽樣法、優(yōu)先抽樣法和偏離度抽樣法構(gòu)建的辣椒核心種質(zhì)的優(yōu)劣，通過(guò)對(duì)方差和變異系數(shù)進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，偏離度抽樣法構(gòu)建的核心種質(zhì)其方差和變異系數(shù)均大于隨機(jī)抽樣法和優(yōu)先抽樣法。

核心種質(zhì)應(yīng)能代表原群體的遺傳多樣性。Diwan等[31]認(rèn)為，若滿足以下條件：70%以上的性狀其均值及極差與原群體的均值與極差無(wú)顯著性差異，核心庫(kù)與原群體的變異幅度之比高于70%，則可認(rèn)為此核心庫(kù)代表了原群體的遺傳變異。本試驗(yàn)采用馬氏距離、類平均法和偏離度抽樣法構(gòu)建的辣椒核心種質(zhì)，其均值與原群體沒(méi)有顯著差異，11個(gè)性狀的方差均大于原群體，核心庫(kù)11個(gè)性狀的極差與原群體的極差之比均高于90%，11個(gè)性狀的變異系數(shù)均高于原群體。以上分析結(jié)果表明，獲取的105份核心種質(zhì)資源能夠代表原群體的遺傳多樣性。

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