張哲，張紅肖，2，嚴(yán)立斌，3*，孟雅寧，范妍芹

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院經(jīng)濟作物研究所，河北 石家莊 050051；2.河北科技師范學(xué)院園藝科技學(xué)院，河北 秦皇島 066600；3.河北省蔬菜技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 石家莊 050051）

雞澤辣椒果實色澤紫紅、表皮光滑，形狀細長、尖上帶鉤，風(fēng)味獨特，具有皮薄、肉厚、色鮮、味香、辣度適中、Vc 含量高等特點，廣受消費者的喜愛[1]。雞澤辣椒常年栽培面積為5 333.33 hm2以上，占河北省辣椒栽培總面積的近20%[2]。雞澤縣年加工鮮椒60萬t，占河北省辣椒加工總量的78.9%；當(dāng)?shù)乩苯樊a(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值達40 億元以上，占全省辣椒產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值的55.5%，在河北省辣椒產(chǎn)業(yè)中具有重要地位[2]。但由于雞澤縣辣椒地方品種混雜，且不同類型的新品種不斷增多，導(dǎo)致當(dāng)?shù)乩苯饭麑嵠焚|(zhì)參差不齊，嚴(yán)重影響雞澤縣辣椒產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。因此，建立一個科學(xué)、客觀的辣椒品質(zhì)評價方法具有重要意義。

隸屬函數(shù)值法通過將各品質(zhì)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為無量綱數(shù)值，再求出其平均值對果實品質(zhì)進行評定，該方法能夠較客觀地反映品質(zhì)測評結(jié)果，已廣泛應(yīng)用于辣椒、獼猴桃等作物的品質(zhì)評價上[3-8]。但隸屬函數(shù)值法比較的是平均值，忽略了樣本內(nèi)指標(biāo)間的差異，這容易造成篩選的樣本綜合隸屬函數(shù)值高而樣本內(nèi)品質(zhì)指標(biāo)高低不齊，最終可能導(dǎo)致單項指標(biāo)有缺陷的品種被保留，而各指標(biāo)均衡、品質(zhì)優(yōu)異的品種被舍棄。

利用變異系數(shù)（CV）可以比較不同樣本的相對變異程度[9]。前人在進行品質(zhì)評價時，多通過計算同一指標(biāo)、不同樣本間的CV來反映品種間的遺傳多樣性[10-12]，很少進行同一樣本內(nèi)不同指標(biāo)之間的CV研究。而通過對同一樣本內(nèi)不同指標(biāo)之間CV進行比較分析，可以有效鑒別樣本內(nèi)品質(zhì)指標(biāo)間的差異程度，彌補隸屬函數(shù)值法忽略樣本內(nèi)指標(biāo)間差異的缺陷。因此，結(jié)合隸屬函數(shù)值和樣本內(nèi)品質(zhì)指標(biāo)的CV，便可以篩選出綜合隸屬函數(shù)值高、樣本內(nèi)各品質(zhì)指標(biāo)均勻的個體。

本研究以收集、鑒定的53 份雞澤辣椒種質(zhì)資源為試驗群體，對其營養(yǎng)物質(zhì)含量進行測定，通過計算各品質(zhì)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，將各指標(biāo)進行歸一化處理，再比較同一樣本內(nèi)不同指標(biāo)之間的CV，利用隸屬函數(shù)值法和變異系數(shù)方法對樣本進行綜合評價，以篩選到各項指標(biāo)均衡、品質(zhì)優(yōu)異的雞澤辣椒資源，并建立一套科學(xué)的品質(zhì)評價方法，旨為今后辣椒品質(zhì)育種和品質(zhì)評價提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用雞澤辣椒為河北省農(nóng)林科學(xué)院經(jīng)濟作物研究所科研人員收集、鑒定的種質(zhì)資源，共計53 份，編號為1～53。

1.2 試驗方法

1.2.1 田間試驗設(shè)計 田間試驗在河北省農(nóng)林科學(xué)院河北現(xiàn)代農(nóng)業(yè)試驗園區(qū)（北緯38.065°，東經(jīng)114.455°）進行。2022 年2 月21 日在育苗溫室內(nèi)播種辣椒種子，采用穴盤育苗；4 月18 日露地大小行高壟定植，大行距80 cm，小行距40 cm，株距40 cm；8 月5 日采收。試驗采用品種小區(qū)，隨機區(qū)組排列，3 次重復(fù)，每小區(qū)定植30 株。辣椒田間栽培管理措施同常規(guī)。

1.2.2 測定項目與方法 采收時，每小區(qū)均隨機選取3 個單株，每株均選取大小和著色均勻一致的辣椒鮮果混合留樣，室內(nèi)統(tǒng)一測定果實品質(zhì)指標(biāo)，項目包括可溶性糖、Vc、可溶性蛋白、粗脂肪、纖維素和辣椒堿含量。其中，可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法[13]；Vc 含量測定采用2，6-二氯酚靛酚滴定法[14]；可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍法[15]；粗脂肪含量測定采用索氏抽提法[16]；纖維素和辣椒堿含量測定均采用國標(biāo)法[17，18]。

1.2.3 果實品質(zhì)評價 采用隸屬函數(shù)值法、變異系數(shù)法和聚類分析方法，對辣椒種質(zhì)資源的果實品質(zhì)進行評價。首先，計算出各樣本的綜合隸屬函數(shù)值及樣本內(nèi)各品質(zhì)指標(biāo)隸屬函數(shù)值的CV（為區(qū)分某指標(biāo)樣本間的CV，將樣本內(nèi)各品質(zhì)指標(biāo)隸屬函數(shù)值的CV簡稱為“SDCV”）；然后，分別對綜合隸屬函數(shù)值和SDCV進行聚類分析；最后，根據(jù)聚類分析結(jié)果劃分等級，并繪制雷達圖。具體步驟為：

1.2.3.1 指標(biāo)計算。（1）綜合隸屬函數(shù)值。首先，采用隸屬函數(shù)值法，計算果實可溶性糖含量、Vc 含量、可溶性蛋白含量、粗脂肪含量、纖維素含量和辣椒堿含量的隸屬函數(shù)值；然后，通過對雞澤辣椒各品質(zhì)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值求平均數(shù)，獲得綜合隸屬函數(shù)值。

隸屬函數(shù)值計算公式[13]為：

如果某項指標(biāo)對辣椒品質(zhì)為負影響，需利用反隸屬函數(shù)進行轉(zhuǎn)換。本研究中，纖維素含量對辣椒品質(zhì)為負影響，其隸屬函數(shù)值計算公式[13]為：

式中，D（Xij）為i樣本j指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，Xij為i樣本j指標(biāo)的測定值，Xjmin、Xjmax分別為所有材料中j指標(biāo)的最小值和最大值。

（2）SDCV。樣本內(nèi)不同品質(zhì)指標(biāo)的單位不同，需根據(jù)公式（1）和（2）先求出各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，然后再計算其CV，即SDCV，計算公式[9]為：

式中，Si為i樣本各品質(zhì)指標(biāo)隸屬函數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)差，Di為i樣本所有品質(zhì)隸屬函數(shù)值的平均數(shù)，SDCV為變異系數(shù)。

樣本內(nèi)各品質(zhì)指標(biāo)隸屬函數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)差（Si）計算公式[9]為：

式中，Si為i樣本內(nèi)各品質(zhì)指標(biāo)隸屬函數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)差，Dij為i樣本j生理指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，Di為i樣本所有品質(zhì)生理指標(biāo)的平均隸屬函數(shù)值，n為品質(zhì)指標(biāo)的個數(shù)。

i樣本各品質(zhì)隸屬函數(shù)值的平均數(shù)計算公式[9]為：

式中，各參數(shù)含義同公式（4）。

1.2.3.2 聚類分析。為了更好地對雞澤辣椒種質(zhì)資源的果實品質(zhì)進行評價，采用SPSS v22.0 數(shù)據(jù)處理軟件，分別對綜合隸屬函數(shù)值和SDCV進行聚類分析。

1.2.3.3 雷達圖繪制。根據(jù)綜合隸屬函數(shù)值和SDCV聚類分析結(jié)果，利用Excel 軟件繪制果實品質(zhì)指標(biāo)雷達圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 雞澤辣椒的果實品質(zhì)分析

參試雞澤辣椒果實的可溶性糖含量為3.02%～6.70%，平均值為5.12%，CV為16.67%；可溶性蛋白含量為8.48%～11.60%，平均值為9.87%，CV為6.50%；纖維素含量為39.33%～50.00%，平均值為44.49%，CV為4.87%；粗脂肪含量為11.02%～14.00%，平均值為12.06%，CV為5.74%；辣椒堿含量為19.9～139.7 mg/kg，平均值為71.7 mg/kg，CV為33.68%；Vc含量為931.8～1 665.3 mg/kg，平均值為1 310.9 mg/kg，CV為11.02%（表1）。前人研究認為，樣本間CV＞10%即有較大差異[3]。本研究中，辣椒素、可溶性糖和Vc含量的CV均＞10%，表明參試雞澤辣椒的果實品質(zhì)存在較大差異。因此，有必要對雞澤辣椒種質(zhì)資源進行品質(zhì)評價。

表1 參試雞澤辣椒的果實品質(zhì)Table 1 Fruit quality of Jize peppers tested

2.2 雞澤辣椒果實品質(zhì)的隸屬函數(shù)值分析

綜合隸屬函數(shù)值可以客觀地反映果實品質(zhì)的優(yōu)劣，而SDCV代表的是樣本內(nèi)各品質(zhì)指標(biāo)整齊度的高低。參試雞澤辣椒果實品質(zhì)的綜合隸屬函數(shù)值為0.26～0.71，SDCV為8.27%～78.23%，差異均較大（表2）。表明雞澤辣椒不僅果實綜合品質(zhì)存在較大差異，且樣本內(nèi)各品質(zhì)指標(biāo)的整齊度也存在較大差異。其中，綜合隸屬函數(shù)值＞0.60 的材料有10 個，SDCV為12.33%～57.06%；綜合隸屬函數(shù)值為0.40～0.60 的材料有28 個，SDCV為8.27%～78.23%；綜合隸屬函數(shù)值＜0.40 的材料有15 個，SDCV為9.05%～65.67%。可以看出，雞澤辣椒果實品質(zhì)綜合隸屬函數(shù)值分布的各個梯度內(nèi)，其樣本內(nèi)各品質(zhì)指標(biāo)的整齊度也存在較大差異。因此，隸屬函數(shù)值和SDCV都需要進行分級。

表2 參試雞澤辣椒果實品質(zhì)的綜合隸屬函數(shù)值以及樣本內(nèi)各品質(zhì)指標(biāo)隸屬函數(shù)值的變異系數(shù)（SDCV）Table 2 The comprehensive membership function values of fruit quality of Jize peppers tested and the coefficient of variation of the membership function values of various quality indicators within the sample（SDCV）

2.3 雞澤辣椒果實品質(zhì)綜合隸屬函數(shù)值和SDCV 的聚類分析

為了更好地對雞澤辣椒不同種質(zhì)資源的果實品質(zhì)進行評價，分別對綜合隸屬函數(shù)值和SDCV進行聚類分析。果實品質(zhì)綜合隸屬函數(shù)值聚類分析結(jié)果（圖1）顯示，在歐氏距離5.5 處，參試的53 份雞澤辣椒種質(zhì)資源聚為三大類群：第玉類群有11 份材料，占試材總數(shù)的20.75%，綜合隸屬函數(shù)值最低為0.59；第域類群有29 份材料，占試材總數(shù)的54.72%，綜合隸屬函數(shù)值最低為0.39；第芋類群有13 份材料，占試材總數(shù)的24.53%，綜合隸屬函數(shù)值最低為0.26。SDCV聚類分析結(jié)果（圖2）顯示，在歐氏距離5.5 處，參試的53 份雞澤辣椒種質(zhì)資源聚為三大類群：第玉類群有13 份材料，占試材總數(shù)的24.53%，SDCV最低為8.27%；第域類群有28 份材料，占試材總數(shù)的52.83%，SDCV最低為27.11%；第芋類群有12 份材料，占試材總數(shù)的22.64%，SDCV最低為56.62%。

圖1 參試雞澤辣椒果實品質(zhì)綜合隸屬函數(shù)值的聚類分析Fig.1 Cluster analysis of the comprehensive membership function values of the fruit quality of Jize peppers tested

圖2 參試雞澤辣椒樣本內(nèi)不同品質(zhì)指標(biāo)隸屬函數(shù)值變異系數(shù)（SDCV）的聚類分析Fig.2 Cluster analysis of the coefficient of variation（SDCV）of membership function values for different quality indicators of Jize peppers tested

依據(jù)上述聚類分析結(jié)果，將所有材料果實品質(zhì)的綜合隸屬函數(shù)值和SDCV均劃分為3 個等級。按照綜合隸屬函數(shù)值分類，第玉類綜合隸屬函數(shù)值≥0.59，該類群總體品質(zhì)最好，品質(zhì)分級定為優(yōu)；第域類綜合隸屬函數(shù)值為0.39（含）～0.59，該類群綜合品質(zhì)中等，品質(zhì)分級定為中；第芋類綜合隸屬函數(shù)值＜0.39，該類群綜合品質(zhì)整體較差，品質(zhì)分級定為差。根據(jù)SDCV分類，第玉類SDCV＜27.11%，樣本內(nèi)各項指標(biāo)品質(zhì)均較高或者均較低，整齊度較好，變異等級定為低；第域類SDCV為27.11%（含）～56.62%，樣本內(nèi)品質(zhì)指標(biāo)隸屬函數(shù)值之間有所差異，整齊度次之，變異等級定為中；第芋類SDCV≥56.62%，樣本內(nèi)品質(zhì)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值之間差異較大，整齊度最差，變異等級定為高。

2.3 雞澤辣椒果實品質(zhì)評價方法研究與應(yīng)用

從上述研究可知，雞澤辣椒果實品質(zhì)的綜合隸屬函數(shù)值分布的各個梯度內(nèi)，SDCV值均存在較大差異，因此，將綜合隸屬函數(shù)值依據(jù)聚類分析結(jié)果分為3 級后，每一級又根據(jù)SDCV聚類分析結(jié)果再分為3 個小級，即53 份雞澤辣椒的果實品質(zhì)共分為9 個等級（表3），并分等級繪制果實品質(zhì)指標(biāo)雷達圖（圖3）。

圖3 雞澤辣椒不同等級材料的果實品質(zhì)指標(biāo)隸屬函數(shù)值分布雷達圖Fig.3 Radar chart of the distribution of membership function values for fruit quality indicators of different grades of Jize pepper

表3 雞澤辣椒果實品質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Fruit quality evaluation standards for Jize peppers

一、二、三等雞澤辣椒的果實品質(zhì)綜合隸屬函數(shù)值均≥0.59，其中，綜合品質(zhì)最好的一等材料有4 個，為25 號、32 號、37 號和40 號，6 個品質(zhì)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值為0.6～0.8，SDCV＜27.11%，各指標(biāo)在雷達圖上分布均勻；二等材料有6 個，為16 號、27 號、47 號、50 號、51 號和52號，6 個品質(zhì)指標(biāo)中有1～2 個品質(zhì)指標(biāo)值較高或者較低，SDCV為27.11%（含）～56.62%，各指標(biāo)在雷達圖上分布較不均勻；三等材料有1 個，為14 號，6 個品質(zhì)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值為0.1～1.0，差異較大，SDCV≥56.62%，各指標(biāo)在雷達圖上分布極不均勻。

四、五、六等雞澤辣椒的果實品質(zhì)綜合隸屬函數(shù)值為0.39～0.59，其中，四等材料有5 個，為20 號、24 號、33 號、34 號和53 號，6 個品質(zhì)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值為0.4～0.6，SDCV＜27.11%，各指標(biāo)在雷達圖上分布均勻；五等材料有17 個，為6 號、10 號、11 號、13 號、15 號、18 號、22 號、23 號、26 號、29 號、30 號、35 號、39 號、42 號、43 號、45 號和48 號，6個品質(zhì)指標(biāo)中有3～4 個品質(zhì)指標(biāo)隸屬函數(shù)值較高，1 ～2 個品質(zhì)指標(biāo)較低，SDCV為27.11%（含）～56.62%，各指標(biāo)在雷達圖上分布較不均勻；六等材料有7 個，為3 號、8 號、19 號、21 號、36 號、38 號和41 號，6 個品質(zhì)指標(biāo)中有2～3 個品質(zhì)指標(biāo)隸屬函數(shù)值較高，同時有1～2 個隸屬函數(shù)值較低，極差較大，SDCV≥56.62%，各品質(zhì)指標(biāo)在雷達圖上分布不均勻。

七、八、九等雞澤辣椒果實品質(zhì)的綜合隸屬函數(shù)值＜0.39，其中，七等材料有4 個，為4 號、7 號、31 號和44號，6 個品質(zhì)指標(biāo)中有1～2 個品質(zhì)指標(biāo)值較高，同時有2～3 個品質(zhì)指標(biāo)隸屬函數(shù)值很低，極差較大，SDCV≥56.62%，可以根據(jù)實際需求篩選有特異性狀的種質(zhì)資源；八等、九等材料分別有5 個和4 個，這2 個等級的辣椒綜合品質(zhì)和單項品質(zhì)都較低，利用價值較小。

3 結(jié)論與討論

雞澤辣椒為河北省特色加工型辣椒，在河北省辣椒產(chǎn)業(yè)中占有重要地位[1，2]，但截至目前，有關(guān)雞澤辣椒品質(zhì)的研究較少。本研究結(jié)果表明，樣本間辣椒素、可溶性糖和Vc 含量的CV分別為33.68%、16.67%和11.02%，均＞10%，不同雞澤辣椒種質(zhì)的品質(zhì)存在較大差異。因此，有必要建立一套雞澤辣椒果實品質(zhì)評價方法，以篩選優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源。

綜合隸屬函數(shù)值法通過將所有數(shù)據(jù)進行歸一化處理，利用平均值對品種進行綜合評價，是一項較為客觀的評價方法，目前已在多種作物的品質(zhì)和抗逆性評價上得到應(yīng)用[3，7，10，11，19，20]。CV是樣本變量的相對變異量，用CV可以比較不同樣本相對變異程度的大小[8]，但是樣本內(nèi)不同品質(zhì)指標(biāo)單位不同，無法直接計算比較，因此需要先求出樣本內(nèi)各品質(zhì)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，再計算CV，以確定樣本內(nèi)各品質(zhì)指標(biāo)的整齊度。本研究雞澤辣椒種質(zhì)資源中，果實品質(zhì)綜合隸屬函數(shù)值＞0.60 的材料有10 個，其樣本內(nèi)各品質(zhì)指標(biāo)隸屬函數(shù)值的CV（SDCV）為12.33%～57.06%；綜合隸屬函數(shù)值為0.40～0.60 的材料有28 個，其SDCV為8.27%～78.23%；綜合隸屬函數(shù)值＜0.40 的材料有15 個，其SDCV為9.05%～65.67%。說明綜合隸屬函數(shù)值無論高低，其SDCV變化幅度均較大。因此，在進行品質(zhì)評價時，需同時考慮果實品質(zhì)綜合隸屬函數(shù)值和SDCV。

綜合隸屬函數(shù)值是各品質(zhì)指標(biāo)隸屬函數(shù)值的平均值，數(shù)值越大，代表樣本的綜合品質(zhì)越高；而SDCV代表的是樣本內(nèi)各品質(zhì)指標(biāo)的變異程度，數(shù)值越小，代表樣本內(nèi)各品質(zhì)指標(biāo)的整齊度越高[8]。本研究中分別對綜合隸屬函數(shù)值和SDCV進行了系統(tǒng)聚類分析，依據(jù)聚類分析結(jié)果將雞澤辣椒分為了9 個等級，并分等級繪制了指標(biāo)分布雷達圖。其中，一等雞澤辣椒品質(zhì)最好，共有4 個，分別為25 號、32 號、37 號和40號，其綜合隸屬函數(shù)值≥0.59，SDCV＜27.11%，各品質(zhì)指標(biāo)在雷達圖上分布均勻；七等雞澤辣椒綜合隸屬函數(shù)值較低，SDCV≥56.62%，有1～2 個品質(zhì)性狀較為突出，可以根據(jù)育種目標(biāo)對該等級的種質(zhì)材料進行選擇；而綜合隸屬函數(shù)值和SDCV均低的樣本，雖然各品質(zhì)指標(biāo)表現(xiàn)均勻，但由于各項指標(biāo)值均較低，應(yīng)用價值較小，因此將其劃分為第九等。前人在對作物品質(zhì)評價時，僅比較了品質(zhì)綜合隸屬函數(shù)值[3-7]，而忽略了SDCV，這可能會篩選出綜合評分高、單項品質(zhì)差的個體，淘汰各品質(zhì)指標(biāo)均衡的樣本。而通過利用綜合隸屬函數(shù)值和SDCV對樣本進行二維評價的方法則可以篩選出綜合隸屬函數(shù)值高、各品質(zhì)指標(biāo)分布均勻的雞澤辣椒，結(jié)合品質(zhì)雷達圖，可以更為直觀地篩選出目標(biāo)樣本，避免指標(biāo)表現(xiàn)突出的個體被忽略，這為今后種質(zhì)資源的選擇和應(yīng)用以及新品種的選育提供了一個參考思路。本研究中，由于資源有限、樣本量較小，因此，各等級的劃分標(biāo)準(zhǔn)尚有待于進一步優(yōu)化。

其他作物的品質(zhì)評價也需要運用多個指標(biāo)進行綜合評判，而不同作物品質(zhì)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值、SDCV以及聚類分析的計算方法一致，因此，該方法在其他作物的品質(zhì)評價上具有一定的適用性。由于不同種類作物的主要品質(zhì)特征不同，對應(yīng)的一些特異性指標(biāo)可能需要賦以權(quán)重，但截至目前尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)確定權(quán)重的比例[7，21]，因此，關(guān)于賦權(quán)重對果實品質(zhì)評價的影響有待于進一步研究。

本研究建立了雞澤辣椒品質(zhì)評價方法：先求出各待測樣本的綜合隸屬函數(shù)值及SDCV，然后對綜合隸屬函數(shù)值和SDCV分別進行聚類分析，再根據(jù)聚類結(jié)果來劃分等級并繪制雷達圖。采用該評價方法，利用可溶性糖、可溶性蛋白、粗脂肪、辣椒堿、Vc 和纖維素含量6 個果實品質(zhì)指標(biāo)，對河北省農(nóng)林科學(xué)院經(jīng)濟作物研究所科研人員收集、鑒定的53 份雞澤辣椒種質(zhì)資源進行綜合品質(zhì)評價，共篩選出一等雞澤辣椒種質(zhì)資源4 份，分別為25 號、32 號、37 號和40 號，其品質(zhì)綜合隸屬函數(shù)值≥0.59，SDCV＜27.11%，各品質(zhì)指標(biāo)在雷達圖上分布均勻，綜合品質(zhì)最好。