重庆主栽辣椒品种产量、养分吸收和果实品质差异分析

Analysis of yield，nutrient uptake，and fruit quality differences among major pepper cultivars in Chongqing

摘要

为探究重庆地区主栽辣椒品种间产量、养分吸收及果实品质间的差异，明确重庆地区适宜、高产的辣椒品种，以重庆地区主栽辣椒品种为研究对象，按果实类型分为菜椒、条椒和朝天椒三大类，测定其产量、养分吸收和果实品质指标，并运用主成分分析法和隶属函数法进行综合评价，为重庆地区辣椒种植、品种选育和生产加工提供理论依据。结果表明：1）不同果实类型辣椒各项指标存在显著差异（P<0.05），菜椒的平均产量高于其他果实类型19.4%~34.7%，且果实中氮、磷和钾的平均累积量高于其他类型7.9%~27.4%；2）品种间产量、养分吸收存在显著差异（P<0.05），‘渝椒13号’较其他品种增产幅度达6.8%~142.7%，‘美辣一号’对氮的响应程度相对较高，‘薄皮早优F1’对钾的响应程度相对较高；3）不同成熟期品质指标表现出不同变化趋势，绿熟期至红熟期维生素C、硝酸盐呈整体上升趋势。绿熟期‘薄皮127’硝酸盐含量最低（11.9 mg/kg），红熟期‘绿洋乐L9’维生素C积累最高（234.8 mg/100 g），‘渝椒13号’可溶性糖含量达28.8 mg/g峰值。综上，菜椒‘久比九号’、条椒‘绿洋乐L9’和朝天椒‘艳椒465’品质优势明显，可在重庆地区或同类生态区域作为主栽品种引进推广。本研究结果为重庆地区辣椒产业提质增产提供理论依据。

Abstract

This study aimed to investigate the difference in yield， nutrient uptake， and fruit quality among the major pepper cultivars in Chongqing， and to identify suitable， high-yielding cultivars for this region. The main pepper cultivars in Chongqing were taken as study object and classified into three categories based on fruit type： sweet pepper， long pepper， and chaotian pepper. The yield， nutrient uptake， and fruit quality indices were measured， and a comprehensive evaluation was conducted using principal component analysis and membership function method. The results showed that： 1） Significant differences in various indices were observed among the three fruit types （P<0.05）. Vegetable pepper exhibited 19.4%-34.7% higher average yield than the other types， and its average accumulation of nitrogen， phosphorus， and potassium in fruits was 7.9%-27.4% higher than that of the other types. 2） Significant differences in yield and nutrient uptake existed among pepper varieties （P<0.05）. ‘Yujiao No. 13’ showed a yield increase of 6.8%-142.7% compared with other varieties. ‘Meila No. 1’ showed a relatively higher response to nitrogen， while ‘Baopi Zaoyou F1’ showed a relatively higher response to potassium. 3） Quality indices varied with maturity stage. From the green-ripe to red-ripe stage， vitamin C and nitrate contents showed an overall increasing trend. At the green-ripe stage， ‘Bopi 127’ had the lowest nitrate content （11.9 mg/kg）， while at the red-ripe stage， ‘Lvyangle L9’ exhibited the highest vitamin C accumulation （234.8 mg/100 g）， and ‘Yujiao No. 13’ reached a peak soluble sugar content of 28.8 mg/g. In conclusion， vegetable pepper ‘Jiubiji No. 9’， strip pepper ‘Lvyangle L9’， and pod pepper ‘Yanjiao 465’ demonstrated clear quality advantages and are recommended as main cultivars for introduction and promotion in Chongqing and ecologically similar regions. This study provides a theoretical basis for improving yield and quality in the pepper industry in Chongqing.

Graphical abstract

关键词

重庆 / 露地辣椒 / 品种 / 品质 / 主成分分析

Key words

Chongqing / open-field pepper / cultivars / quality / principal component analysis

辣椒（Capsicum spp.）是全球重要的蔬菜和经济作物，富含粗脂肪、蛋白质、维生素C、辣椒素、辣椒红色素和植物多糖等有效成分，具有较高的营养价值和保健功效^［1］。据统计，目前，我国辣椒种植面积约133万hm²，产量2 800万t，占世界辣椒面积的35%^［2］。重庆作为辣椒集中消费区和调味品生产重要区域，辣椒常年种植面积约占重庆蔬菜种植面积的10%，已成为重庆地区特色农业支柱产业^［3-5］。然而，重庆冬、春两季雨水较多，夏、秋两季高温高湿，加上辣椒连年种植、肥料施用不合理，导致辣椒生产面临连作障碍加剧、土壤养分盈余高、养分损失量高和果实品质波动大等突出问题；同时重庆地区缺少适应性强的高产品种，传统品种因常年自交导致抗病性下降，部分抗病品种其抗病基因来源单一，缺少针对重庆地区的高产和优质品种^［6］。

针对上述问题，深入探究不同基因型辣椒在特定气候环境下的表现显得尤为重要，特定范围的气候环境对作物的产量及品质有影响^［7］，不同基因型辣椒在果实发育过程中表现出明显的形态和品质多样性^［8］，优良品种通常具备抗病、抗旱和抗倒伏等特性，为产量提升提供保障^［9］。国内外学者对辣椒品种间的差异性做了相关研究。刘周斌等^［10］研究表明不同基因型辣椒在发育过程中品质整体随成熟度提升而改善，但在糖类、蛋白质、维生素、辣椒素及色素等积累水平上存在显著差异；Li等^［11］研究表明辣椒中醛类、烯烃类和酯类等挥发性物质在不同品种间差异显著；Virga等^［12］对多个西西里辣椒种质进行了农艺形态学表征，结果表明不同基因型辣椒的农艺性状表现出显著差异。然而，针对不同辣椒品种多成熟期的产量、养分吸收和品质综合评价仍存在明显不足，重庆地区辣椒品种的多维度综合评价体系亦尚未建立。

鉴于此，本研究拟选取重庆地区主栽的14个辣椒品种，涵盖条椒、菜椒和朝天椒3种主要果实类型，比较不同品种及果实类型在产量、养分吸收和果实品质方面的差异，分析果实品质在品种特性与成熟阶段等因素作用下的变化规律，并运用主成分分析法和隶属函数法进行综合评价，以期筛选出适宜重庆地区的高产且优质的辣椒品种。

1　材料与方法

1.1　试验材料

2024年3—7月，在重庆市铜梁区太平镇垣楼村（29°53′ N，106°07′ E）开展田间试验。该地区年平均气温为18.4 ℃，年降水量为1 129.3 mm，年日照为1 087.2 h^［13］。试验共选取重庆市农业科学院自育品种、重庆市地方辣椒品种以及西南地区主推辣椒品种14种，分别为：条椒（‘美辣一号’‘种椒1号’‘绿洋乐L9’‘鲜辣1号’）、菜椒（‘薄皮早优F1’‘久比九号’‘薄皮127’‘大果薄皮5号’‘海迈8000F1’‘渝椒13号’）、朝天椒（‘艳椒528’‘艳椒465’‘艳椒425’‘珠子椒2号’）。

每个处理重复3次，每个品种小区种植面积35 m²，株行距为40 cm×40 cm。基于作物需肥特性、土壤供肥性能和肥料效应，施肥处理：底肥使用商品有机肥4 500 kg/hm²，复合肥（15-15-15）525 kg/hm²；追肥使用18-8-18（硝硫基、含DMPP和聚磷酸铵）300 kg/（hm²·次），分别在开花结果初期、结果中期和结果盛期进行3次追肥。其他栽培管理同当地农民习惯，种植密度为品种推荐密度。

1.2　测定项目及评价指标

1.2.1　产量

在辣椒结果中期开展测产，选取小区中间连续12株具有代表性的区域固定为测产微区，至收获前后共测产2~3次，每次采收的辣椒产量相加，即为辣椒的总产量。

1.2.2　果实氮、磷、钾浓度及累积量

在辣椒成熟期，每个小区取4株辣椒果实样品作为混合样品，75 ℃条件下干燥至恒重，粉碎，测定果实的氮、磷、钾浓度及累积量。全氮使用H₂SO₄消煮-凯氏定氮法测定，磷使用H₂SO₄消煮-钼锑抗比色法测定，全钾使用H₂SO₄消煮-火焰光度计法测定^［14］。

1.2.3　品质指标测定

分别在辣椒绿熟期、红熟期，每个小区取4株辣椒果实样品作为混合样品，低温保存，用于品质的测定。主要品质指标包括维生素C、硝酸盐、蛋白质、可溶性糖、游离氨基酸、总酚和总黄酮含量。采用2，6-二氯靛酚法测定维生素C含量，采用水杨酸-硫酸法测定硝酸盐含量，采用双缩脲法测定蛋白质含量，采用蒽酮法测定可溶性糖含量，采用福林酚法测定总酚含量，采用茚三酮显色法测定氨基酸含量，采用NaNO₂-Al（NO₃）₃-NaOH显色法测定总黄酮含量^［15-16］。

1.2.4　辣椒果实品质综合评价

主成分分析法（Principal Component Analysis，PCA）是一种常用的多变量统计分析方法，旨在通过对原始高维数据进行降维，提取数据中的主要信息，揭示变量之间的内在结构关系。

{\mathit{Y}}_{\mathit{i}}={\sum }_{\mathit{j}=\mathrm{1}}^{\mathrm{7}}{\mathit{\omega }}_{\mathit{i}\mathit{j}}\mathit{X}\mathit{j}（1）

式中：Ｙ_ｉ 为第ｉ个特征值>１的主成分；\mathit{\omega }_ij 表示第i个特征值>１的主成分第ｊ个变量（品质指标）的权重；Ｘ_ｊ 为辣椒第ｊ个品质指标。再以主成分的方差贡献率为权重，构建综合评价模型。

\mathit{Y}={\sum }_{\mathit{i}=\mathrm{1}}^{\mathit{m}}{\mathit{\alpha }}_{\mathit{i}}{\mathit{Y}}_{\mathit{i}}（2）

式中：α_ｉ 和Ｙ_ｉ 分别为第ｉ个特征值>１主成分的方差贡献率和得分；ｍ为主成分数量；Ｙ为辣椒品质综合得分^［17］。

采用模糊数学隶属函数法对多个辣椒品质指标进行数据分析，指标与品质呈正相关和负相关的计算公式分别为：

{\mathit{X}}_{(\mathit{\mu })}=\frac{\mathit{X}-{\mathit{X}}_{\mathbf{m}\mathbf{i}\mathbf{n}}}{{\mathit{X}}_{\mathbf{m}\mathbf{a}\mathbf{x}}-{\mathit{X}}_{\mathbf{m}\mathbf{i}\mathbf{n}}}（3）

{\mathit{X}}_{(\mathit{\mu })}=\mathrm{1}-\frac{\mathit{X}-{\mathit{X}}_{\mathbf{m}\mathbf{i}\mathbf{n}}}{{\mathit{X}}_{\mathbf{m}\mathbf{a}\mathbf{x}}-{\mathit{X}}_{\mathbf{m}\mathbf{i}\mathbf{n}}}（4）

式中：X_（μ）为各指标的隶属值，X为各指标的测定值，X_max和X_min分别为各指标的最大和最小测定值。通过对各个指标的隶属值进行累加，并计算其平均值。平均值越大，表明样品的品质越好^［18］。

1.2.5　数据统计分析

使用Microsoft Excel 2021进行数据整理，使用SPSS 26.0进行差异显著性分析和相关性分析（P<0.05），使用Origin 2022软件绘图。

2　结果与分析

2.1　产量分析

田间试验结果表明（图1），3种果实类型平均产量表现为：菜椒>朝天椒>条椒。菜椒品种中‘渝椒13号’产量优势突出，较其余5个品种高出7.3%~73.1%；‘久比九号’产量最低。条椒品种中‘鲜辣1号’产量最高，较同类型其他品种高出56.5%~267.6%；‘美辣一号’产量最低。朝天椒品种中‘珠子椒2号’产量领先，较其余3个品种高出34.6%~143.1%；‘艳椒528’产量最低。

2.2　养分吸收分析

田间试验结果表明（表1），3种果实类型的果实平均氮浓度表现为：朝天椒>菜椒>条椒；条椒平均磷浓度为9.0 g/kg，较其余两类高出6.6%~10.1%；朝天椒平均钾浓度最高，达34.3 g/kg，高于菜椒和条椒。不同品种间养分浓度存在明显差异（P<0.05），菜椒品种中‘久比九号’氮浓度最高，‘渝椒13号’对磷的响应程度最大；‘薄皮早优F1’的钾浓度最高，较其他菜椒品种高出9.3%~44.1%。条椒品种中‘美辣一号’的果实氮浓度、磷浓度最高，且与其他品种差异显著（P<0.05）；‘种椒1号’对钾的响应程度最大，钾浓度高于其他条椒品种。朝天椒品种中，‘朝天椒528’对于氮、磷、钾的吸收累积能力优于其他3个品种，其氮、磷、钾浓度均显著高于其他朝天椒品种。

3种果实类型中，菜椒的平均氮累积量为53.6 kg/hm²，高于其他类型7.9%~23.9%；菜椒的平均磷累积量与条椒无显著差异，但高于朝天椒27.4%；菜椒的平均钾累积量为67.0 kg/hm²，高于其他类型9.9%~24.6%。不同品种间，菜椒品种‘海迈8000F1’氮累积量最高，‘渝椒13号’磷累积高于其他菜椒品种，‘大果薄皮5号’钾累积量最高。条椒品种中‘美辣一号’果实氮累积量最高，与其他品种差异显著（P<0.05）；‘绿洋乐L9’磷累积量最高；‘种椒1号’钾累积量高于其他条椒品种。朝天椒品种中，‘朝天椒528’对于氮、磷、钾累积量均高于其余同类型品种。

2.3　果实品质分析

2.3.1　营养品质

田间试验结果表明，不同果实类型间维生素C含量表现为：朝天椒>条椒>菜椒。菜椒的可溶性糖含量整体显著高于其他果实类型（P<0.05），朝天椒的可溶性蛋白、游离氨基酸含量则显著高于菜椒和条椒。不同成熟期各品种间营养品质变化规律不同：14种辣椒的维生素C含量均随成熟进程显著提升（图2（a）），在红熟期，‘绿洋乐L9’的维生素C含量最高，较同时期的其他品种高出35.7%~196.5%；可溶性糖方面（图2（b）），除菜椒‘薄皮127’、条椒‘鲜辣1号’、朝天椒‘艳椒465’，其他11个品种含量均呈上升趋势，红熟期菜椒‘渝椒13号’的可溶性糖含量最高，较同时期的其他品种高出45.1%~103.3%；可溶性蛋白方面（图2（c）），菜椒‘大果薄皮5号’‘久比九号’‘薄皮早优F1’、条椒‘种椒1号’、朝天椒‘珠子椒2号’含量有所下降，其余9种辣椒则呈上升趋势；游离氨基酸含量中（图2（d）），菜椒‘渝椒13号’‘薄皮早优F1’、条椒‘种椒1号’含量有所下降，其余11种辣椒在红熟期有所升高。红熟期朝天椒‘艳椒465’的可溶性蛋白和游离氨基酸含量均为所有品种最高，较其他品种分别高4.0%~143.0%和38.0%~313.4%。

2.3.2　功能品质

从绿熟期到红熟期，菜椒、条椒和朝天椒的总黄酮、总酚含量变化存在明显差异。12种辣椒的总黄酮含量均显著上升（图3（a）），仅条椒‘鲜辣1号’和朝天椒‘珠子椒2号’的总黄酮含量出现下降。红熟期朝天椒‘艳椒425’总黄酮含量达到峰值，为0.9 mg/g，除‘艳椒465’外，较同时期其他品种高出50.2%~622.7%。总酚含量方面（图3（b）），除菜椒‘大果薄皮2号’外，其余13种辣椒均有不同幅度升高，红熟期朝天椒‘珠子椒2号’总酚含量最高，较同时期其他品种高出8.0%~314.3%。

2.3.3　硝酸盐含量

从绿熟期到红熟期，3种果实类型的硝酸盐含量平均值均显著上升（图4）。供试的14种辣椒硝酸盐含量均有所上升，红熟期朝天椒‘珠子椒2号’的硝酸盐含量最高，为108.0 mg/kg，较同时期其他品种高出45.4%~169.2%。

2.4　不同品种辣椒在不同成熟期的主成分分析

选取维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白、游离氨基酸、总黄酮、总酚和硝酸盐含量共7项辣椒品质指标进行主成分分析，结果显示PC1、PC2和PC3累积解释方差达到85%，能够有效反映原始数据的主要信息。其中PC1对维生素C、总黄酮、总酚和游离氨基酸的负载较高，PC2对可溶性糖、可溶性蛋白和硝酸盐的负载较高，PC3对可溶性糖和维生素C的负载较高。

根据综合得分可知（表2），菜椒品种中，‘久比九号’‘海迈8000F1’的综合得分在绿熟期和红熟期均高于其他菜椒品种；条椒品种中，‘种椒1号’在绿熟期排名最高，‘绿洋乐L9’在红熟期的综合得分高于其他条椒品种；朝天椒品种中，‘珠子椒2号’在绿熟期的综合得分高于其他朝天椒品种，‘艳椒465’在红熟期的排名最高。

基于上述7个品质指标进一步开展模糊隶属函数分析并进行综合评价（表3），绿熟期综合品质最优品种为‘珠子椒2号’，其平均隶属函数值为0.44；红熟期综合品质最佳的是‘艳椒465’，平均隶属函数值为0.80。该分析结果与主成分分析计算的结果一致。

3　讨论与结论

本研究系统比较了不同类型辣椒种质的产量、养分吸收和果实品质差异，结果表明不同种质辣椒在产量构成、质构特性及营养成分上存在明显差异^［19］。在产量方面，菜椒类品种整体产量表现最优，其中‘渝椒13号’较其他品种增产7.3%~73.1%，与其株型结构、高效的光合特性以及较强的养分吸收能力密切相关^［20］；条椒品种中‘鲜辣1号’通过提高单株结果数实现较高产量，较同类品种增产56.5%~267.6%；朝天椒品种尽管果实个体较小，但‘珠子椒2号’仍表现出34.6%~143.1%的产量优势，这可能与其单株果数、果肉厚和单果质量有关^［21］。

在养分吸收方面，辣椒品种间养分累积的差异性主要受遗传特性与栽培环境的共同调控^［22］，已在苋菜和茄子等多种蔬菜作物中得到证实^［23-24］。不同品种在养分吸收效率上存在显著差异，其中‘朝天椒528’表现最为突出，其氮、磷、钾累积量均显著高于同类品种（P<0.05）。这种优势可能与品种特异的根系构型、养分转运效率及关键酶活性等生理特性密切相关。不同基因型通过根分泌物特性调控根际微生物的表现不同，进而表现出营养吸收的差异^［25］。此外，栽培环境中的土壤特性和施肥方式等因素也会通过影响根际微环境而调控养分的有效性^［26］。

辣椒果实品质由品种遗传特性与成熟度协同调控。不同果实类型在品质指标上存在显著差异：菜椒类以可溶性糖积累为主，赋予其较好的风味特征；朝天椒类则表现出更高水平的可溶性蛋白、游离氨基酸以及功能性成分（总黄酮、总酚），显示出其在营养价值与健康功能方面的优势。随着果实由绿熟期向红熟期转变，维生素C、总黄酮和总酚等抗氧化物质含量普遍增加，这不仅提升了果实的营养品质，也增强了其功能性特征，成熟度和品种对辣椒品质均有明显调控。该变化趋势与Ye等^［27］对不同成熟阶段辣椒品种的理化品质的研究结果一致。本研究中红熟期‘绿洋乐L9’的维生素C含量较其他品种高出35.7%~196.5%，‘艳椒425’的总黄酮含量达到0.9 mg/g，而‘珠子椒2号’则表现出最高的总酚水平，均显示出突出的品种优势。与此同时，硝酸盐含量随成熟度增加而上升，可能与果实代谢活动增强密切相关。主成分分析及隶属函数法结果表明，在不同品种间，综合品质表现差异显著，其中朝天椒‘艳椒465’在红熟期的综合品质优势最为突出。

综上所述，本研究系统解析了不同类型辣椒种质在产量形成、养分吸收与品质表达上的基因型差异，明确了菜椒高产、朝天椒养分高效与功能性品质突出的性状分化特征。研究筛选出的分类型优异种质，可为重庆地区辣椒专用品种选育、栽培技术优化及产业化开发提供科学依据，为重庆地区辣椒品种的选育和开发利用提供了重要参考。

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基金资助

西南大学——铜梁区人民政府校长江经济带蔬菜全产业链绿色发展研究与示范项目(CAGD-TL2021)