西瓜品種果實性狀的變異性及主成分和聚類分析

趙衛(wèi)星，李曉慧，徐小利，常高正，梁 慎，康利允，高寧寧

（河南省農(nóng)業(yè)科學院園藝研究所，河南鄭州450002）

西瓜品種果實性狀的變異性及主成分和聚類分析

趙衛(wèi)星，李曉慧，徐小利，常高正，梁 慎，康利允，高寧寧

（河南省農(nóng)業(yè)科學院園藝研究所，河南鄭州450002）

以國內(nèi)收集到的56份主栽品種為材料，分析了單果質(zhì)量、縱徑、橫徑、果皮厚、中心糖含量、邊緣糖含量、中邊糖含量差等7個果實性狀變異性，并對其進行了主成分分析和聚類分析，為西瓜品種選育和改良提供參考依據(jù)。結(jié)果表明，單果質(zhì)量、果皮厚、中邊糖含量差等數(shù)量性狀變異范圍較大，極差分別為4.53 kg、2.32 cm、3.00%，變異系數(shù)分別為21.74%、33.95%、26.64%。主成分分析結(jié)果顯示，7個數(shù)量性狀可轉(zhuǎn)化為4個綜合成分，其累積貢獻率達93.94%。以綜合成分中主要因子為指標進行聚類分析，可將56份西瓜品種分為小果型、中小果型、中果型和大中果型4類，各類間性狀上有較大差異。單果質(zhì)量、果皮厚、中心糖含量和中邊糖含量差4個主要指標對西瓜果實品質(zhì)影響較大，育種過程中，對這4個指標進行選擇有利于加速新品種的選育和改良。

西瓜；果實性狀；變異；主成分分析；聚類分析

我國是世界上西瓜生產(chǎn)大國，栽培面積和總產(chǎn)量均居世界首位。據(jù)《中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計資料（2014版）》記載，全國西瓜播種面積185.23萬hm2，總產(chǎn)量7 484.30萬t［1］。近年來，隨著西瓜育種單位和人員的增加以及育種方法上的不斷探索和創(chuàng)新，育成了一批豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病、具特殊性狀的西瓜新品種［2］，加之國外品種大量引入，市場上西瓜品種越來越多，對我國西瓜產(chǎn)區(qū)品種的篩選及新品種的改良提出了更高要求。因此，對現(xiàn)有品種的特性進行總結(jié)分析和綜合客觀評價，了解親本溯源或遺傳背景，對今后加快品種改良具有重要意義。

主成分分析和聚類分析法是作物品種綜合評價常用的方法，該方法已在棉花、小麥、花生、番茄、甜瓜等主要農(nóng)作物育種研究中廣泛應用［3-17］，其研究結(jié)果提高了選擇的效率和預見性。目前，有關(guān)學者開展了西瓜種質(zhì)資源的變異性和聚類分析等方面的研究，為種質(zhì)資源的利用提供了依據(jù)［18］，而相關(guān)品種方面的綜合評價卻鮮有報道。鑒于此，對國內(nèi)現(xiàn)有大部分主栽西瓜果實數(shù)量性狀多項指標進行主成分分析，找出支配多個性狀的公共因子，在此基礎(chǔ)上進行聚類分析，以期為不同區(qū)域西瓜品種的篩選和確定改良目標提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試材料為56份西瓜品種，均為全國各地主栽品種（表1）。

1.2 方法

試驗在河南省農(nóng)業(yè)科學院試驗基地塑料大棚內(nèi)進行。土壤質(zhì)地為黏土，肥力中等偏下，每公頃施干雞糞22 500 kg，撒可富硫酸鉀型復合肥750 kg、磷酸二銨600 kg。于2015年3月10日育苗，4月12日定植，行距2 m，株距0.55 m，每個品種30株，設(shè)3次重復，隨機區(qū)組排列，三蔓整枝，留單瓜，除三倍體西瓜人工授粉外，其他田間管理一致。果實成熟期調(diào)查果實形狀、單果質(zhì)量、縱徑、橫徑、果皮顏色、果皮厚度、瓤色。并用LB32T型手持測糖儀測定中心和邊緣糖含量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007進行數(shù)據(jù)匯總和計算，利用DPS 7.05統(tǒng)計分析軟件進行主成分分析和聚類分析，根據(jù)歐氏距離法計算各個樣品間的遺傳距離，采用系統(tǒng)聚類法建立分析樹狀圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 西瓜果實性狀的變異分析

56份西瓜品種的果實性狀涵蓋了大部分西瓜類型（表2）。從西瓜的倍性來看，三倍體和二倍體各占50%。從果實形狀來看，以圓形果實為主，占總數(shù)的69.6%，橢圓形的占30.4%；從果皮顏色來看，以花皮和黑皮類型居多，分別占57.1%和28.6%，其次是綠皮類型，占10.7%，僅有2份黃皮類型。從果肉顏色來看，以紅瓤類型為主，占85.7%，粉紅瓤類型占10.7%，另有2份黃瓤類型。

56份西瓜品種果實性狀的變異結(jié)果見表3。其中，單果質(zhì)量、果皮厚、中邊糖含量差等數(shù)量性狀變異范圍較大，極差分別為4.53 kg、2.32 cm、3.00%，變異系數(shù)分別為21.74%、33.95%、26.64%。橫徑、中心糖及邊緣糖含量等數(shù)量性狀變異范圍較小，變異系數(shù)均在10%以下。

2.2 西瓜果實性狀的主成分分析

對56份西瓜品種的7個果實數(shù)量性狀進行主成分分析，以特征向量值大于1為標準，可將7個性狀歸為4個主成分。這4個主成分的累積貢獻率可達93.94%（表4），說明這4個主成分代表了所選西瓜品種的絕大部分信息。其中，第1主成分對總方差的貢獻率最大，達44.35%，其對應特征向量值中絕對值較大的性狀是單果質(zhì)量、果皮厚。第2主成分的貢獻率為19.69%，其對應特征向量值中絕對值較大的性狀是中心糖含量、中邊糖含量差。第3主成分的貢獻率為15.53%，其對應特征向量值中絕對值最大的性狀是邊緣糖含量。第4主成分的貢獻率為14.37%，其對應特征向量值中絕對值最大的性狀是縱徑。以上結(jié)果表明，單果質(zhì)量、果皮厚、中心糖含量、中邊糖含量差是影響所選西瓜品種數(shù)量性狀的主要因子，果實邊緣糖含量和縱徑是次要因子。

2.3 西瓜果實性狀的聚類分析

以主成分分析得到的4個主成分中的4個重要因子為指標，其中，將果皮厚度和中邊糖含量差2個指標的數(shù)值進行倒數(shù)轉(zhuǎn)換，采用系統(tǒng)聚類法，利用歐氏距離，對56份西瓜品種進行聚類分析，可將其分為4類（圖1）。

第1類為小果型。包含三倍體品種3份，二倍體品種2份，單果質(zhì)量2.05～3.05 kg，果皮厚度均在1.0 cm以下，中心糖含量為11.83%～12.67%，中邊糖含量差為1.83%～2.50%。該類果實以花皮圓形為主，花皮4份，黑皮1份，圓果4份，橢圓果1份，果肉均為大紅。

第2類為中小果型。包含小果型品種2份，中果型品種16份。以二倍體品種為主，有14份，三倍體4份，單果質(zhì)量3.28～4.57 kg，果皮厚度0.7～1.45 cm，中心糖含量11.50%～12.83%，中邊糖含量差為1.83%～4.00%。該類以花皮圓果紅瓤類型為主，花皮類型16份，黑皮1份，青皮1份；圓果類型14份，橢圓4份；紅瓤16份，黃瓤1份，粉瓤1份。

第3類為中果型。包含二倍體品種8份，三倍體2份，單果質(zhì)量4.48～5.30 kg，果皮厚度1.07～1. 70 cm，中心糖含量11.67%～12.75%，中邊糖含量差為2.33%～4.25%。該類果實均為橢圓形，花皮類型4份，黑皮6份；果肉紅瓤類型6份，粉瓤4份。

第4類為大中果型。包含二倍體品種4份，三倍體19份，單果質(zhì)量4.60～6.58 kg，果皮厚度0.93～2.95 cm，中心糖含量11.17%～13.00%，中邊糖含量差為1.67%～4.25%。該類圓果形類型20份，橢圓形3份；花皮類型9份，黑皮8份，青皮4份，黃皮2份；紅瓤類型21份，粉瓤1份，黃瓤1份。

3 結(jié)論與討論

本試驗所選品種在果實形狀、皮色、瓤色等質(zhì)量性狀涵蓋了西瓜的大部分類型，體現(xiàn)了全國西瓜品種的多樣性。通過對7個果實數(shù)量性狀的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，單果質(zhì)量、果皮厚及中邊糖含量差變異范圍較大，變異系數(shù)均在20%以上，說明這3個性狀在育種改良上還有很大空間。而橫徑、中心糖及邊緣糖含量等數(shù)量性狀變異范圍較小，變異系數(shù)均在10%以下，在現(xiàn)有品種的基礎(chǔ)上被改良的空間較小，這可能與目前多數(shù)育種者對這3個果實性狀作為主要育種目標有很大關(guān)系。

主成分分析方法是一種將多個指標化為少數(shù)幾個不相關(guān)的綜合指標的多元統(tǒng)計分析方法［19］。利用主成分分析評價作物品種各綜合指標的主成分，可為合理選配親本及快速篩選評價指標提供理論依據(jù)［20］。從本試驗主成分分析的結(jié)果來看，第1主成分值與果實的質(zhì)量因子有關(guān)，單果質(zhì)量越大，其最終產(chǎn)量越高，果皮厚度是影響單果質(zhì)量的主要因素，但根據(jù)市場消費習慣來看，皮薄的品種市場前景較好，因此，果皮厚度這一因子應取其極低值。第2主成分值與果實的品質(zhì)性狀有關(guān)，中心糖含量越高，中邊糖含量差越小，西瓜品質(zhì)越好，因此，中邊糖含量差這一因子也應取其極低值。第3、4主成分值對應的因子分別為邊緣糖含量和縱徑，這2個因子反映果實的品質(zhì)和形狀指標，為果實數(shù)量性狀指標的次要因子。

利用聚類分析對品種資源進行分析，可以真實反映品種的綜合性狀，結(jié)果穩(wěn)定，可為育種取材提供客觀依據(jù)［21-22］。本試驗以果實性狀參數(shù)為依據(jù)，對56份西瓜品種進行聚類分析，將其分成4類，第1類全部為小果型，單果質(zhì)量最小，中心糖含量高，中邊含糖量差小，皮?。坏?類為中小果型，單果質(zhì)量較小，中心糖含量高，中邊含糖量差中等，皮??；第3類為中果型，單果質(zhì)量較大，中心糖含量中等，中邊糖含量差中等，果皮厚度中等；第4類為大中果型，單果質(zhì)量較大，中心糖含量中等，中邊糖含量差較大，皮薄。通過系統(tǒng)的聚類分析，使果實性狀相近的聚為一類，克服了僅依據(jù)少數(shù)性狀進行直觀、經(jīng)驗性分類的弊端。同時，通過對所選擇的品種進行分類，可以了解現(xiàn)有品種遺傳差別及與地理區(qū)域分布，這一方面有利于育種家進行品種選育和改良，另一方面，為西瓜生產(chǎn)中品種的篩選提供了方便。

本試驗僅從表型上對西瓜果實形狀進行了主成分和聚類分析，揭示了所選品種之間的關(guān)系，雖然表型特征和育種、生產(chǎn)的關(guān)系較為緊密，但易受環(huán)境、基因-環(huán)境互助效應等因素影響，具有一定的局限性，還需利用分子生物學技術(shù)深入研究，揭示品種之間的多樣性，以更好地為西瓜品種育種與改良奠定理論基礎(chǔ)。

參考文獻：

［1］ 中國蔬菜編輯部.2014年全國各地蔬菜、西瓜、甜瓜、草莓、馬鈴薯播種面積和產(chǎn)量［J］.中國蔬菜，2016（1）：17.

［2］ 高素燕，焦定量，商紀鵬.我國西瓜育種研究進展［J］.長江蔬菜，2014（6）：1-4.

［3］ 米國全，程志芳，趙肖斌，等.華北地區(qū)保護地番茄主栽品種果實性狀調(diào)查研究［J］.河南農(nóng)業(yè)科學，2013，42（9）：91-94.

［4］ 湯飛宇，程錦，黃文新，等.陸地棉高品質(zhì)系數(shù)量性狀的遺傳變異與選擇指數(shù)［J］.棉花學報，2009，21（5）：361-365.

［5］ 康立寧，魏益民，歐陽韶輝，等.小麥品種品質(zhì)性狀的基因型因子分析［J］.西北植物學報，2004，24（1）：120-124.

［6］ 郭貴敏.21個花生地方品種的數(shù)量性狀分析和聚類分析［J］.花生學報，2004，33（3）：29-31.

［7］ 周亞峰，許彥賓，王盼喬，等.河南省主栽甜瓜品種苗期表型性狀變異分析［J］.北方園藝，2016（5）：17-21.

［8］ 曾德志，劉然方，李霖超，等.玉米自交系表型性狀主成分聚類分析研究［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2014（21）：26-28，30.

［9］ 梁萬鵬，徐振飛，赫春杰，等.應用聚類分析和主成分分析法評價飼用高粱生產(chǎn)性能［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2015（8）：277-278，293.

［10］ 孫振綱，姜艷麗，陳耕，等.27個陸地棉新種質(zhì)材料主要性狀研究及聚類分析［J］.山西農(nóng)業(yè)科學，2015，43（7）：773-776.

［11］ 杜海平.農(nóng)作物品種最佳聚類方法研究［J］.山西農(nóng)業(yè)科學，2016，44（7）：918-924.

［12］ 楊兆順，董海合，吳俊強，等.利用RAPD分子標記法聚類分析糯玉米種質(zhì)資源［J］.天津農(nóng)業(yè)科學，2005，11（4）：48-50.

［13］ 郭麗芬，張躍，胡尊紅，等.地方紅花種質(zhì)資源的形態(tài)標記聚類分析［J］.河南農(nóng)業(yè)科學，2013，42（2）：41-45，97.

［14］ 何澎，韓曉哲.聚類分析在煙草種植區(qū)劃上的應用分析［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2013（14）：281，284.

［15］ 呂中顯，趙銘欽，劉國順，等.主成分和聚類分析在烤煙化學品質(zhì)分類評價中的應用［J］.河南農(nóng)業(yè)科學，2010（11）：31-35.

［16］ 王晨陽，郭天財，朱云集，等.不同環(huán)境條件下小麥主要品質(zhì)性狀的聚類分析［J］.河南農(nóng)業(yè)科學，2003（12）：9-12.

［17］ 臧賀藏，賀德先.河南省主導小麥品種根系性狀的聚類分析［J］.河南農(nóng)業(yè)科學，2009（5）：24-28.

［18］ 陳萍，祝佳強，祝雙田，等.西瓜種質(zhì)材料果實性狀的變異性和聚類分析［J］.北方園藝，2010（17）：182-184.

［19］ 洪素珍.如何有效利用主成分分析中的主成分［D］.武漢：華中師范大學，2008.

［20］ 朱明哲，任榮軍，張建莉，等.棉花區(qū)試品種的數(shù)量性狀因子分析與聚類分析及綜合評價［J］.河南科技學院學報，2016，42（3）：1-7.

［21］ 張彩英，張麗娟，段會軍，等.大豆種質(zhì)資源的分類鑒定研究［J］.中國油料作物學報，2002，24（1）：33-37.

［22］ 陳華萍，王照麗，魏育明，等.四川小麥地方品種農(nóng)藝性狀與品質(zhì)性狀的聚類分析［J］.麥類作物學報，2006，26（6）：29-34.

Variability Study，Principal Component and Cluster Analysis on Fruit Characters ofWatermelon Varieties

ZHAO Weixing，LIXiaohui，XU Xiaoli，CHANG Gaozheng，LIANG Shen，KANG Liyun，GAO Ningning
（Institute of Horticulture，Henan Academ y of Agricultural Sciences，Zhengzhou 450002，China）

In order to offer references for selection and improvement of elite watermelon cultivars，using 56 mainly cultivated watermelon cultivars in China，the variation，principal component and cluster analyses of seven fruit characters（single fruit weight，longitudinal diameter，transverse diameter，pericarp thickness，center sugar content，marginal sugar content，the difference value of center and boundary sugar content）were conducted.The results showed that the variabilities of single fruit weight，pericarp thickness and the difference value of center and boundary sugar contentwere large with range of 4.53 kg，2.32 cm，3.00%，and variation coefficients of them were 21.74%，33.95%，26.64%.The principal component analysis was performed and showed that seven traits were classified into four components with their cumulative contribution of 93.94%.Based on the results of principal component analysis，the 56 watermelon cultivars were divided into small，medium-small，large-medium and medium fruit type four groups with clustering analysis，among which there were obvious differences in the traits.These findings cleared that single fruit weight，pericarp thickness，center sugar content and the difference value of center and boundary sugar content had great effect on quality of watermelon，selection of which in the process of breeding would accelerate the breeding and improvement of new varieties in the future.

watermelon；fruit characters；variability；principal component analysis；clustering analysis

S651

A

1004-3268（2017）01-0105-05

2016-07-24

國家西甜瓜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項目（CARS-26）；河南省農(nóng)業(yè)科學院科研發(fā)展專項（20157804）

趙衛(wèi)星（1978-），男，河南上蔡人，副研究員，博士，主要從事西甜瓜育種及栽培生理方面的研究。E-mail：wxzhao2008@163.com