哥伦比亚辣椒种质资源的椭圆傅里叶分析：形态多样性表征与物种鉴别新策略

本研究首次采用椭圆傅里叶分析（EFA）系统表征哥伦比亚西南部辣椒（Capsicum spp.）果实形态多样性，揭示野生种（如C. annuum var. glabriusculum和C. frutescens）与栽培种在果实形状（圆形/长锥形等）的显著差异，建立基于几何形态计量学的物种鉴别新方法，为辣椒种质资源保护与育种提供量化工具。

　　

引言

辣椒属（Capsicum）作为全球广泛栽培的经济作物，在农业、医药和观赏领域具有多重价值。哥伦比亚作为辣椒重要出口国，其种质资源的形态学研究仍较薄弱。传统形态学方法难以量化复杂果实形状，而椭圆傅里叶分析（EFA）通过傅里叶函数将果实轮廓坐标转化为谐波矩阵，可精准表征无同源标志点的结构变异。本研究聚焦哥伦比亚考卡、纳里尼奥和考卡山谷三省，旨在通过EFA揭示辣椒果实形态多样性，并解决野生近缘种C. annuum var. glabriusculum（Cag）与C. frutescens（Cfr）的鉴别难题。

材料与方法

样本采集与鉴定
共收集743份果实代表160个种质，涵盖5个物种（C. annuum、C. frutescens、C. chinense、C. pubescens和C. baccatum）。通过市场、花园和自然保护区的系统采样，结合形态学和分子标记（如Waxy基因）进行物种鉴定。

数字化与EFA分析
使用ImageJ软件标准化果实轮廓数字化，确保统一起始点（花萼右侧）和顺时针方向。EFA通过Momocs包计算谐波系数，选取10个谐波（解释99%变异）构建40维系数矩阵。后续采用主成分分析（PCA）降维和Ward法聚类，并针对Cag与野生Cfr进行判别分析。

结果

形态多样性图谱
PCA显示前两个成分贡献90%变异：PC1（84%）反映球形度（高值=圆形，低值=细长），PC2（5%）表征曲率（高值=平直，低值=弯曲）。聚类分析界定5类果实形状：长弯曲型、圆锥型、不对称圆锥型、圆形和三角型。野生种（Cag和野生Cfr）均具圆形果实，而栽培种呈现多样化形态，其中C. annuum覆盖全部形状类别。

物种鉴别突破
判别分析成功区分Cag（椭圆形）与野生Cfr（圆形），组间方差占比77%，正确分类率达88%。值得注意的是，6个误判为Cfr的样本经分子鉴定实为C. annuum，暗示可能存在杂交事件。

讨论

生态与驯化影响
C. pubescens（Cpu）圆形果实与其高海拔分布（>1200米）的生态适应性相关，而C. annuum（Caa）的形态多样性反映人类驯化选择的历史积累。EFA揭示的果实不对称性（圆锥型）具有高遗传力（0.89），为育种重要性状。

方法论优势
相比传统形态测量（TM），EFA能整合高度、宽度、凸度等多参数，精准解析花萼附着处和果端附属物等复杂结构。研究还发现数字化方向（顺时针/逆时针）会显著影响PCA结果，需严格标准化流程。

结论

本研究建立基于EFA的辣椒果实形态量化体系，首次系统揭示哥伦比亚种质资源的五类形状模式，并为野生近缘种提供可靠鉴别工具。未来研究可结合横向轮廓分析，进一步拓展形态表征维度。该成果为辣椒分类学、保护遗传学和精准育种奠定基础。