丘北辣椒得名于云南省文山州丘北县的系列辣椒(Capsicum annuum)品种，是中国地理标志农产品之一，享誉海内外。丘北辣椒的种植历史已有400余年，于1983年12月获得国家优质出口荣誉证书；1999年11月，丘北县获得“中国辣椒之乡”称号^[1]。目前，丘北辣椒已成为文山州继三七后的第二大生物产业^[1]，在全州乃至全省经济发展及乡村脱贫致富和振兴方面发挥着举足轻重的作用^[2]。

丘北辣椒系列品种主要分为绿色和紫色两大类，典型代表分别为文辣6号(云种鉴定2015053号)和文紫椒1号(公告号CNA021956E)，二者均以丘北辣椒品种为亲本育成。文辣6号的叶和茎为绿色，花白色，果实在形成至青熟时为绿色，老熟时为红色；文紫椒1号叶的近轴面为紫绿色，叶远轴面的叶脉和叶柄以及花瓣顶端和边缘为紫色，花白色，具紫色纵条纹，茎为淡紫色，果实刚形成时果尖为紫色，在发育中从尖端向中部和基部由绿变紫，青熟时呈浓紫色，老熟时呈红色^[3]。研究表明：辣椒果实的绿色决定于叶绿素，紫色主要决定于花翠苷，橙红色则决定于辣椒红素等类胡萝卜素^[4-5]。

多年种植发现丘北辣椒紫色品种的干椒产量明显低于绿色品种，目前，部分椒农已不愿种植紫色品种，严重制约了丘北辣椒产业的可持续发展。研究表明：辣椒果实的产量主要取决于果实中可溶性糖、淀粉和粗纤维等糖类，可溶性蛋白等蛋白类以及脂类等成分的积累^[6-7]，但丘北辣椒绿、紫品种果实产量形成的特征迄今未见报道。因此，本研究探讨文辣6号和文紫椒1号各发育阶段果实的总花色苷含量、产量相关成分含量、单果鲜质量、单果干质量、折干率和果实产量，旨在揭示丘北辣椒绿、紫品种果实的产量差异及其形成特征，为丘北辣椒高产品种的选育提供理论基础。

1.   材料与方法

1.1   大田试验和材料的采集与预处理

2021年3月3日，在文山州砚山县江那镇(N23°34′47″，E104°21′19″，平均海拔1 533.50 m)对文辣6号和文紫椒1号进行穴盘育苗；5月12日移栽，设3个小区，每小区种植60株，分别按600和1 200 kg/hm²施辣椒专用肥(云南省玉溪化肥厂有限责任公司产品)和通用有机肥(文山州金川生物有机肥有限公司产品)；8月1日、8月15日和9月14日分别随机采集各品种12株，将其假植于塑料桶中。按果实长度和成熟期红色将果实生长发育分为5个阶段：阶段1~4，果长分别为0.5~1.5、1.5~3.0、3.0~4.5和4.5~6.0 cm，阶段5为老熟期，果实红色^[4]。将果实分成2批，一批纵剖为两半，取果皮并加液氮磨成粉，置于−80 ℃，各取果皮粉0.5000 g用于总花色苷和产量相关成分含量的测定；另一批用于测定单果鲜质量、单果干质量和折干率。9月28日(果实完全老熟时)在各小区按五点取样法采集5株辣椒的果实测产^[8]。

1.2   指标测定

1.2.1   总花色苷含量

果实的总花色苷含量以色价度量，参考文献[9-10]操作，并略作改进。加60%酸化乙醇(V_乙醇∶V_水∶V_浓盐酸=60∶39∶1) 50 mL，置于60 ℃水浴2 h，过滤；滤渣再加酸化乙醇50 mL，置于60 ℃水浴 2 h，过滤；合并滤液，用UV-6100S紫外可见分光光度计(上海元析仪器有限公司)测定滤液在539和657 nm处的吸光度值(分别记为A₅₃₉和A₆₅₇)。总花色苷含量=A₅₃₉−0.25A₆₅₇。

1.2.2   产量相关成分含量

(1) 可溶性糖含量

采用蒽酮—硫酸比色法测定，以蔗糖(四川西陇化工有限公司产品)为标样，参考文献[11]操作，并略作改进。加水50 mL，置于沸水浴20 min，定容至100 mL；取2 mL，加0.2%蒽酮—浓硫酸5 mL，摇2~3 s，静置10~15 min。可溶性糖含量用标准曲线方程Y=0.0033X+0.0050 (R²=0.999 1)计算，其中，Y为620 nm处的吸光度值，X为蔗糖量。

(2) 淀粉含量

采用蒽酮—硫酸比色法测定，以可溶性淀粉(四川西陇化工有限公司产品)为标样，参考文献[12-13]操作，并略作改进。加水50 mL，置于沸水浴15 min；冷却后加60%高氯酸20 mL，振摇10 min，静置冷却，用60%高氯酸定容至100 mL；取滤液2 mL，加0.2%蒽酮—浓硫酸5 mL。淀粉含量用标准曲线方程Y=0.0061X+0.000 8 (R²=0.9996)计算，其中，Y为620 nm处的吸光度值，X为淀粉量。

(3) 粗纤维含量

采用消煮法测定，参考文献[14-15]操作，并略作改进。加1.25%硫酸20 mL，置于65 ℃水浴1 h，用水洗去样品酸液；加1.25%氢氧化钠20 mL，置于65 ℃水浴1 h，用水洗去样品碱液；用丙酮浸泡样品，脱脂1~1.5 h，用水洗去样品的丙酮，于105 ℃烘至恒量。

(4) 可溶性蛋白含量

采用考马斯亮蓝G₂₅₀法测定，以牛血清白蛋白(美国Amresco公司产品)为标样，参考文献[16]操作，并略作改进。加水定容至100 mL，振摇30 min；取滤液1 mL，加0.1%考马斯亮蓝G₂₅₀液5 mL。可溶性蛋白含量用标准曲线方程Y=0.004 4X+0.009 9 (R²=0.9992)计算，其中，Y为595 nm处的吸光度值，X为牛血清白蛋白的量。

(5) 粗脂肪含量

采用索氏抽提法测定，参考文献[17-18]操作，并略作改进。加石油醚50 mL，于90 ℃抽提3 h；提升滤纸筒，脱离石油醚，继续加热1 h，回收石油醚；将滤纸筒于60 ℃烘干后称量。

1.2.3   单果质量和折干率的测定

单果质量采用称重法测定。称取鲜质量后，将果实于105 ℃杀青30 min，再于80 ℃烘至恒量即为干质量^[19]；折干率=干质量/鲜质量×100%。

1.2.4   果实产量的测定

果实产量用单株结果数和干椒单位面积产量表示，分别采用计数法和称重法测定。

1.3   数据统计与分析

生物学重复和指标检测重复均为3次；方差分析、多重比较(LSD法)和双因素相关分析采用SPSS 23.0完成。

2.   结果与分析

2.1   不同生长发育阶段的果实总花色苷含量

由图1可知：文辣6号果实的总花色苷含量在发育阶段1时最高，为(0.36±0.01) g，分别为阶段2、3、4和5的1.24倍、2.65倍、4.29倍和14.40倍；文紫椒1号果实的总花色苷含量在阶段4时最高，为(2.06±0.01) g，分别为阶段1、2、3和5的2.70倍、2.48倍、1.46倍和2.12倍。方差分析表明：F_文辣6号和F_{文紫椒1号}分别为975.26和25797.32，均>5.99=F_{0.01(4, 10)}，因此，绿、紫品种果实总花色苷含量在果实发育阶段间的差异均达到极显著水平。此外，在阶段1~5，文紫椒1号果实的总花色苷含量分别为文辣6号的2.12倍、2.87倍、10.38倍、24.49倍和39.04倍。

图  1  丘北辣椒绿、紫品种果实在不同发育阶段的总花色苷含量

注：不同小写字母表示同品种不同阶段间差异显著 (P<0.05)；下同。

Figure  1.  Total anthocyanin contents of the green and purple cultivars of Qiubei chili at different development stages

Note: Different lowercase letters indicate significant differences among different stages of the same cultivar (P<0.05); the same as below.

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2.2   不同生长发育阶段的产量相关成分含量

2.2.1   可溶性糖含量

由图2a可知：文辣6号和文紫椒1号果实的可溶性糖含量均在阶段4最高，此时，文辣6号果实的可溶性糖含量分别为阶段1、2、3和5的2.29倍、1.91倍、1.42倍和1.62倍，而文紫椒1号果实的可溶性糖含量分别为阶段1、2、3和5的2.08倍、1.70倍、1.17倍和1.81倍。方差分析表明：F_文辣6号和F_{文紫椒1号}分别为137.00和760.42，故绿、紫品种果实的可溶性糖含量在果实发育阶段间的差异均达到极显著水平。此外，在阶段1~5，文紫椒1号果实可溶性糖含量分别较文辣6号高80.96%、84.22%、100.30%、64.43%和47.36%。

图  2  丘北辣椒绿、紫品种果实在不同发育阶段的产量相关成分含量

Figure  2.  Contents of the yield-related components of the green and purple cultivars of Qiubei chili at different development stages

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2.2.2   淀粉含量

由图2b可知：文辣6号和文紫椒1号果实的淀粉含量均在阶段4最高，前者在阶段4的淀粉含量分别为阶段1、2、3和5的1.11倍、1.07倍、1.03倍和1.08倍，后者在阶段4的淀粉含量分别为阶段1、2、3和5的1.12倍、1.07倍、1.03倍和1.14倍。方差分析表明：F_文辣6号和F_{文紫椒1号}分别为270.39和1406.66，故绿、紫品种果实的淀粉含量在果实发育阶段间的差异均达到极显著水平。此外，在阶段1~4，文紫椒1号果实的淀粉含量分别较文辣6号高0.77%、1.51%、2.37%和2.47%；但在阶段5，文紫椒1号果实的淀粉含量却比文辣6号果实低2.71%。

2.2.3   粗纤维含量

由图2c可知：文辣6号和文紫椒1号果实的粗纤维含量均在阶段5最高，前者在阶段5的粗纤维含量分别为阶段1、2、3和4的3.86倍、2.31倍、1.51倍和1.16倍，后者在阶段5的粗纤维含量分别为阶段1、2、3和4的3.48倍、2.00倍、1.43倍和1.09倍。方差分析表明：F_文辣6号和F_{文紫椒1号}分别为1 570.62和1 506.46，故绿、紫品种果实的粗纤维含量在果实发育阶段间的差异均达到极显著水平。此外，在阶段1~5，文紫椒1号果实的粗纤维含量分别较文辣6号高32.88%、37.92%、26.49%、28.28%和19.64%。

2.2.4   可溶性蛋白含量

由图2d可知：文辣6号和文紫椒1号果实的可溶性蛋白含量均在阶段4最高，前者在阶段4的可溶性蛋白含量分别为阶段1、2、3和5的1.95倍、1.43倍、1.19倍和1.19倍，后者在阶段4的可溶性蛋白含量分别为阶段1、2、3和5的1.87倍、1.49倍、1.24倍和1.19倍。方差分析表明：F_文辣6号和F_{文紫椒1号}分别为247.53和134.46，故绿、紫品种果实的可溶性蛋白含量在果实发育阶段间的差异均达到极显著水平。此外，在阶段1~5，文紫椒1号果实的可溶性蛋白含量分别较文辣6号高40.28%、28.55%、28.84%、34.40%和34.11%。

2.2.5   粗脂肪含量

由图2e可知：文辣6号和文紫椒1号果实的粗脂肪含量均在阶段5最高，前者在阶段5的粗脂肪含量分别为阶段1、2、3和4的8.33倍、6.61倍、3.64倍和2.82倍，后者在阶段5的粗脂肪含量为(11.42±0.22)%，分别为阶段1、2、3和4的12.02倍、7.46倍、4.08倍和2.03倍。方差分析表明：F_文辣6号和F_{文紫椒1号}分别为843.28和899.89，故绿、紫品种果实的粗脂肪含量在果实发育阶段间的差异均达到极显著水平。此外，在阶段1，文紫椒1号果实的粗脂肪含量较文辣6号低8.65%，但在阶段2~5，文紫椒1号果实的粗脂肪含量分别较文辣6号高16.79%、17.65%、83.06%和31.87%。

2.3   不同生长发育阶段的单果质量和折干率

2.3.1   单果鲜质量

由图3a可知：文辣6号和文紫椒1号的单果鲜质量均在阶段5最高，前者在阶段5的单果鲜质量分别为阶段1、2、3和4的48.47倍、12.41倍、2.90倍和1.30倍，后者在阶段5的单果鲜质量分别为阶段1、2、3和4的6.07倍、5.03倍、2.70倍和1.24倍。方差分析表明：F_文辣6号和F_{文紫椒1号}分别为31.58和84.05，故绿、紫品种的单果鲜质量在果实发育阶段间的差异均达到极显著水平。此外，在阶段1~5，文紫椒1号的单果鲜质量分别为文辣6号的17.34倍、5.36倍、2.34倍、2.27倍和2.17倍。

图  3  丘北辣椒绿、紫品种果实在不同发育阶段的单果鲜质量、干质量和折干率

Figure  3.  Fresh and dry weights of single fruit and drying rate of the green and purple cultivars of Qiubei chili at different development stages

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2.3.2   单果干质量

由图3b可知：文辣6号和文紫椒1号的单果干质量均在阶段5最高，前者在阶段5的单果干质量分别为阶段1、2、3和4的150.50倍、15.05倍、4.01倍和1.37倍，后者在阶段5的单果干质量分别为阶段1、2、3和4的16.84倍、11.47倍、5.97倍和2.18倍。方差分析表明：F_文辣6号和F_{文紫椒1号}分别为21.78和96.44，故绿、紫品种的单果干质量在果实发育阶段间的差异均达到极显著水平。此外，在阶段1~5，文紫椒1号的单果干质量分别为文辣6号的31.00倍、4.55倍、2.33倍、2.18倍和3.47倍。

2.3.3   折干率

由图3c可知：文辣6号和文紫椒1号果实的折干率均在阶段5最高，前者在阶段5的折干率分别为阶段1、2、3和4的3.03倍、1.22倍、1.37倍和1.06倍，后者在阶段5的折干率分别为阶段1、2、3和4的2.75倍、2.29倍、2.21倍和1.76倍。此外，在阶段1和5，文紫椒1号果实的折干率比文辣6号分别高75.61%和59.61%；但在阶段2~4，文紫椒1号果实的折干率却分别较文辣6号低14.63%、0.60%和3.58%。

2.4   发育过程中各测定指标的相关性分析

由表1可知：在发育过程中，文辣6号和文紫椒1号果实的总花色苷含量、产量相关成分含量、单果鲜质量、单果干质量和折干率之间的相关性并不一致。就文辣6号而言，总花色苷含量与单果鲜质量和单果干质量呈显著负相关、与折干率呈不显著负相关，淀粉含量与单果干质量和折干率呈不显著正相关，粗纤维含量与单果鲜质量和单果干质量分别呈极显著和显著正相关，粗脂肪含量与单果鲜质量和单果干质量分别呈不显著和显著正相关；就文紫椒1号而言，总花色苷含量与单果鲜质量、单果干质量和折干率呈不显著正相关，淀粉含量与单果干质量和折干率呈不显著负相关，粗纤维含量与单果鲜质量和单果干质量分别呈显著和不显著正相关，粗脂肪含量与单果鲜质量和单果干质量分别呈显著和极显著正相关。可见，决定丘北辣椒果实质量的成分主要是粗纤维和粗脂肪，其次是可溶性蛋白质，再次是可溶性糖，最后是淀粉。

表  1  丘北辣椒绿、紫品种果实各测定指标的相关性

Table  1.  Correlation of each testing index of the green and purple cultivars of Qiubei chili

指标 indexes	SSC	SC	CFiC	SPC	CFaC	FWSF	DWSF	DR
TAC	−0.679/	−0.525/	−0.990**/	−0.871/	−0.794/	−0.946*/	−0.918*/	−0.833/
	0.966**	0.869	0.589	0.868	0.181	0.468	0.154	0.030
SSC		0.927*/	0.657/	0.919*/	0.157/	0.609/	0.563/	0.606/
		0.952*	0.511	0.815	0.043	0.316	0.005	−0.096
SC			0.473/	0.857/	−0.090/	0.355/	0.292/	0.526/
			0.263	0.634	−0.240	0.034	−0.277	−0.362
CFiC				0.855/	0.834/	0.975**/	0.958*/	0.868/
				0.904*	0.869	0.944*	0.846	0.804
SPC					0.429/	0.769/	0.726/	0.844/
					0.596	0.789	0.566	0.484
CFaC						0.875/	0.894*/	0.648/
						0.950*	0.998**	0.987**
FWSF							0.996**/	0.787/
							0.944*	0.889*
DWSF								0.780/
								0.988**
注：“/”前、后分别为文辣6号和文紫椒1号的数据；TAC. 总花色苷含量，SSC. 可溶性糖含量，SC. 淀粉含量，CFiC. 粗纤维含量，SPC. 可溶性蛋白质含量，CFaC. 粗脂肪含量，FWSF. 单果鲜质量，DWSF. 单果干质量，DR. 折干率；“**”和“*”分别表示在P=0.01和P=0.05水平上显著相关。 Note: The data before and after “/” mean the correlation coefficient of Wenla No. 6 and Wenzijiao No. 1, respectively; TAC. total anthocyanin content, SSC. soluble sugar content, SC. starch content, CFiC. crude fiber content, SPC. soluble protein content, CFaC. crude fat content, FWSF. fresh weight of single fruit, DWSF. dry weight of single fruit, DR. drying rate; “**” and “*” indicate the correlation significances at the P=0.01 and 0.05 levels, respectively.

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2.5   不同品种的单株结果数和果实单位面积产量

由图4可知：文辣6号和文紫椒1号的单株结果数分别为(329.0±38.63)和(121.7±8.08)个，后者比前者低63.01%；两者的干椒单位面积产量分别为(8 217.90±1 776.08)和(3 277.80±849.11) kg/hm²，后者比前者低60.11%。方差分析表明：F_{单株结果数}≈82.81>21.20=F_{0.01(1, 4)}，F_{0.05(1, 4)}≈12.22<F_产量≈18.89<21.20=F_{0.01(1, 4)}，故单株结果数和干椒的单位面积产量在绿、紫品种间的差异分别达到极显著和显著水平。

图  4  丘北辣椒绿、紫品种的单株结果数和干椒的单位面积产量

注：不同大写和小写字母分别表示不同品种间差异极显著(P<0.01)和显著 (P<0.05)。

Figure  4.  Numbers of fruit per plant and yield per unit area of the dry fruits of the green and purple cultivars of Qiubei chili

Note: Different uppercase and lowercase letters indicate the extremely significant (P<0.01) and significant (P<0.05) differences between different cultivars, respectively.

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3.   讨论

近年来，丘北辣椒已成为文山州农业结构调整和发展特色农业的重点产业，年产值达30多亿元，对文山州乃至全省乡村脱贫致富和振兴战略的实施具有重大意义^[20]。但是，400余年的种植实践表明：丘北辣椒紫色品种的产量明显低于绿色品种，且该现象的数字化表征迄今未见报道。本研究表明：在发育过程中，文紫椒1号果实的总花色苷、可溶性糖、粗纤维和可溶性蛋白含量及单果鲜质量和单果干质量均显著高于文辣6号；文紫椒1号果实的淀粉含量在发育阶段1~4时高于文辣6号，在阶段5时却低于文辣6号；其粗脂肪含量在阶段1时低于文辣6号，在阶段2~5时却高于文辣6号；其折干率在阶段1和5时高于文辣6号，在阶段2~4时却低于文辣6号；2个品种果实的总花色苷含量、产量相关成分含量、单果鲜质量、单果干质量和折干率之间的相关性不一致，决定果实质量的成分主要是粗纤维和粗脂肪；文紫椒1号的单株结果数和干椒单位面积产量分别比文辣6号低63.01%和60.11%。

文山州属低纬高原^[21]，在独特的高原季风气候下，强烈的紫外线、频发的干旱和秋冬季凌晨的低温是诱导丘北辣椒器官紫化并造就紫色品种的关键自然选择压力^{[19, 21-22]}；器官紫化则具有强化丘北辣椒抗性等生态生理功能^[23]，对丘北辣椒适应文山州低纬高原生境具有关键意义。然而，与紫肉甘薯(Ipomoea batatas)和水稻(Oryza sativa)等器官发生紫化的作物类似，丘北辣椒器官紫化对其果实产量存在负效应，即花色苷的合成必然消耗部分光合产物，且在不同作物中，花色苷合成导致经济器官产量下降的程度不尽相同^[24-25]。可见，调控器官花色苷合成的“度”是丘北辣椒育种目标体系中最关键的要素之一^[25-26]。本研究明确了丘北辣椒紫色品种的产量低于绿色品种的主要原因为前者的单株结果数低，可为丘北辣椒育种中对器官花色苷合成量的控制提供理论依据^[26-27]，促进丘北辣椒大田智能控制的进程，并为紫肉甘薯和紫米等作物产量的形成规律研究提供参考^[24-25]。

4.   结论

在果实发育过程中，丘北辣椒紫色品种果实的总花色苷、可溶性糖、粗纤维和可溶性蛋白含量及单果鲜质量和单果干质量均显著高于绿色品种果实，但紫色品种的单株结果数和干椒单位面积产量均显著低于绿色品种，导致紫色品种的干椒产量低于绿色品种。