李家明 李洪龍 黃則棟 陳露 許茹 鐘鳳林
摘要:【目的】調(diào)查統(tǒng)計(jì)31份苦瓜種質(zhì)資源在夏季高溫環(huán)境下的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)并進(jìn)行耐熱性分析評(píng)價(jià),旨在建立田間苦瓜種質(zhì)資源耐熱性分析評(píng)價(jià)的方法和體系及篩選鑒定指標(biāo)和優(yōu)良耐熱的苦瓜種質(zhì)資源?!痉椒ā窟B續(xù)兩年在福建夏季高溫環(huán)境下對(duì)31份苦瓜種質(zhì)資源進(jìn)行大田栽培比較試驗(yàn),通過(guò)調(diào)查統(tǒng)計(jì)苦瓜的22個(gè)主要農(nóng)藝性狀指標(biāo),運(yùn)用相關(guān)性分析、主成分分析和逐步回歸分析對(duì)供試苦瓜種質(zhì)資源進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)?!窘Y(jié)果】在高溫環(huán)境下不同苦瓜供試材料產(chǎn)量差異較大,變異系數(shù)為35.48%,第一雌花節(jié)位、瓜長(zhǎng)、瓜形和瓜瘤形狀等果實(shí)性狀變異系數(shù)在9.05%~41.27%,表現(xiàn)出豐富多樣性,有利于耐熱苦瓜種質(zhì)資源的篩選??喙袭a(chǎn)量與單瓜重、葉長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)(P<0.01,下同);單瓜重與瓜肉厚、瓜寬呈極顯著正相關(guān);第一雌花節(jié)位與植株分枝性呈顯著正相關(guān)(P<0.05,下同),與主蔓節(jié)長(zhǎng)呈顯著負(fù)相關(guān),各農(nóng)藝性狀指標(biāo)之間反映的存在信息重疊,需要綜合分析評(píng)價(jià)苦瓜種質(zhì)資源的耐熱性。主成分分析將22個(gè)農(nóng)藝性狀指標(biāo)歸納為7個(gè)獨(dú)立的綜合指標(biāo)(累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)76.654%),前5個(gè)主成分可概括為產(chǎn)量因子、瓜形因子、瓜瘤因子、早熟性因子和葉形因子,第六和第七主成分載荷最高的性狀指標(biāo)為種子性狀,可概括為種子因子。主成分綜合評(píng)價(jià)和聚類(lèi)分析表明,表現(xiàn)優(yōu)于CK的有7份苦瓜種質(zhì)資源,具有植株分枝性強(qiáng)、主蔓粗壯、葉片大、單瓜重、瓜肉厚等特性。進(jìn)一步利用逐步回歸分析法建立了苦瓜種質(zhì)資源耐熱性評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型F=-5.802+0.004X14+0.113X7+0.169X18+0.095X1+0.039X4+0.025X3+0.059X5+0.073X10-0.115X20+0.103X21+0.045X15,篩選出單瓜重、葉柄長(zhǎng)、瓜瘤密度、植株分枝性、葉長(zhǎng)、主蔓直徑、葉寬、瓜色、種子顏色、種子花紋和瓜肉厚等11個(gè)耐熱性鑒定指標(biāo)?!窘Y(jié)論】供試的K9、K10、K11、K20、K26、K28和K29等7份苦瓜材料可作為優(yōu)異的耐熱種質(zhì)資源進(jìn)行耐熱苦瓜品種的選育。建立的數(shù)學(xué)模型和篩選出的11個(gè)鑒定指標(biāo)可用于田間苦瓜種質(zhì)資源耐熱性的快速鑒定篩選,提高耐熱育種效率。
關(guān)鍵詞: 苦瓜;種質(zhì)資源;高溫環(huán)境;耐熱性;農(nóng)藝性狀;主成分分析;聚類(lèi)分析
中圖分類(lèi)號(hào): S642.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A 文章編號(hào):2095-1191(2020)10-2488-10
Comprehensive evaluation of bitter gourd germplasm resources agronomic traits in high temperature environment in summer
LI Jia-ming1, LI Hong-long2, HUANG Ze-dong2, CHEN Lu1, XU Ru1, ZHONG Feng-lin1*
(1College of Horticulture, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou? 350002, China; 2Fujian Tianmei Seed Industry Technology Co., Ltd., Fuzhou? 350000, China)
Abstract:【Objective】Under the high temperature environment in summer, the agronomic characters of 31 bitter gourd resources were investigated and the heat resistance was analyzed and evaluated, to establish a method system for the analysis and evaluation of heat resistance of bitter gourd germplasm resources in the field, and to screen identification indicators and excellent heat-resistant bitter gourd germplasm resources. 【Method】In this experiment, 31 trials of bitter gourd germplasm resources were compared in the high temperature environment for two consecutive years. The 22 major agronomie traits of bitter gourd were investigated and statistically analyzed. Correlation analysis, principal component analysis and stepwise regression analysis were used to comprehensively analyze and evaluate the germplasm resources of bitter gourd. 【Result】In the high temperature environment, the yield of different bitter gourd tested materials was quite different, the coefficient of variation was 35.48%. The coefficient of variation of fruit traits such as first female flower position, fruit length, fruit shape, and warty shape was between 9.05% and 41.27%. These bitter gourd showed rich diversity, which was conducive to the selection of heat-resistant bitter gourd germplasm resources. The yield of bitter gourd in high temperature environment had extremely significant positive correlation with the fruit weight and leaf length(P<0.01, the same below). The fruit weight had extremely significant positive correlation with the fruit wall thickness and fruit dia-meter. The first female of flower position was significantly positively correlated with plant branching(P<0.05, the same below), and was significantly negatively correlated with the main vine node length. There was information overlap among the agronomic traits. It was necessary to comprehensively analyze and evaluate the heat resistance of bitter gourd germplasm resources. Principal component analysis categorized 22 agronomic traits into 7 independent comprehensive indexes(cumulative contribution rate reached 76.654%). The first five main components could be summarized as yield factor, fruit shape factor, fruit warty factor, premature factor, leaf shape factor. The trait index with the highest load of the sixth and seventh principal components was seed traits, which could be summarized as seed factors. Principal component comprehensive evaluation and cluster analysis showed that there were seven bitter gourd germplasm resources that performed better than CK. It had the characteristics of strong plant branching, strong main vine, large leaves, heavy weight of single fruit, and thick flesh.Further used the stepwise regression analysis method to establish a reliable mathematical model for evaluating the heat tolerance of bitter gourd germplasm resources. The model was F=-5.802+0.004X14+0.113X7+0.169X18+0.095X1+0.039X4+0.025X3+0.059X5+0.073X10-0.115X20+0.103X21+0.045X15. Eleven heat-resistance identification indexes were screened out, such as single fruit weight, length of petiole, warty density,plant branching, leaf length, main vine diameter, leaf diameter, fruit color,seed color,seed figure and fruit wall thickness. 【Conclusion】The seven bitter gourd materials tested in this experiment, including K9, K10, K11, K20, K26, K28, K29, can be used as excellent heat-resistant germplasm resources for breeding of heat-resistant bitter gourd varieties. The established mathematical model and the selected 11 identification indicators can be used for the rapid identification and increasing efficacy of heat tolerance of field bitter gourd germplasm resources.
Key words: bitter gourd; germplasm resources; high-temperature environment; heat resistance; agronomic traits; principal component analysis; cluster analysis
Foundation item: Fujian Modern Agricultural Vegetable Industry Technology System Project(Minnongzong〔2019〕144); Major Science and Technology Project of Fujian(2018NZ0002-2)
0 引言
【研究意義】苦瓜(Momordica charantia L.)是葫蘆科苦瓜屬一年生草本植物,以食用嫩瓜為主,具有很高的營(yíng)養(yǎng)和藥用價(jià)值(許紅心和倪堅(jiān)軍,2001;朱新產(chǎn)等,2003;Leung et al.,2009),廣受消費(fèi)者的青睞。苦瓜性喜溫暖濕潤(rùn)環(huán)境,最適生長(zhǎng)溫度為20~30 ℃(張振賢,2003),是夏季主要的消暑蔬菜之一??喙显谡麄€(gè)生長(zhǎng)發(fā)育期受溫度的影響很大,其表型形態(tài)特征能夠直觀反映不同材料之間耐熱性的差異。近年來(lái)夏季高溫天氣頻發(fā),持續(xù)的高溫天氣常造成苦瓜生長(zhǎng)發(fā)育緩慢,產(chǎn)量下降,嚴(yán)重時(shí)造成植株死亡,使瓜農(nóng)遭受重大經(jīng)濟(jì)損失(曾晶等,2011)。因此,選育適宜夏季高溫環(huán)境栽培的苦瓜品種成為苦瓜育種的重要趨勢(shì)?!厩叭搜芯窟M(jìn)展】在生產(chǎn)應(yīng)用中,通過(guò)收集、引進(jìn)苦瓜種質(zhì)資源進(jìn)行田間高溫環(huán)境的種植比較試驗(yàn),進(jìn)而篩選出耐熱性強(qiáng)的種質(zhì)資源進(jìn)行雜交純化,選育出優(yōu)良耐熱的苦瓜品種是目前苦瓜生產(chǎn)中的主要育種手段(鄭巖松等,2008;陳小鳳等,2011;曾晶等,2011;李洪龍等,2016)?;谵r(nóng)藝性狀指標(biāo),運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)作物的耐熱性進(jìn)行評(píng)價(jià),是一種可靠的方法。于江輝等(2012)通過(guò)研究分期播種對(duì)5份東北粳稻種質(zhì)的株高、結(jié)實(shí)率和千粒重等農(nóng)藝性狀的影響并進(jìn)行相關(guān)性和回歸分析評(píng)價(jià),結(jié)果表明東稻2號(hào)和合江195對(duì)高溫的適應(yīng)性強(qiáng),可作為湖南地區(qū)早稻種植。但忠等(2013)研究田間高溫對(duì)20份歐洲型黃瓜材料株高、莖粗、葉面積和化瓜數(shù)等性狀指標(biāo)的影響,通過(guò)隸屬函數(shù)法和聚類(lèi)分析篩選出4份耐熱黃瓜種質(zhì)資源。于康珂等(2016)研究高溫對(duì)30份玉米雜交種株高、穗位高、莖粗和結(jié)實(shí)率等指標(biāo)的影響,運(yùn)用主成分、隸屬函數(shù)和逐步回歸分析方法進(jìn)行評(píng)價(jià),篩選出產(chǎn)量、百粒重、穗長(zhǎng)、穗粗和結(jié)實(shí)率5個(gè)玉米花期耐熱性評(píng)價(jià)指標(biāo)。汪明華等(2019)通過(guò)對(duì)大豆花期進(jìn)行田間人工高溫脅迫,調(diào)查統(tǒng)計(jì)35份大豆材料的株高、單株莢數(shù)和百粒重等產(chǎn)量性狀及葉綠素含量、相對(duì)電導(dǎo)率等生理指標(biāo),運(yùn)用主成分分析法、隸屬函數(shù)法和聚類(lèi)分析法進(jìn)行分析評(píng)價(jià),鑒定篩選出2份耐熱型大豆材料。目前,在苦瓜耐熱性分析評(píng)價(jià)方面,鄭巖松等(2018)研究表明苦瓜品系的耐熱性與初花期、開(kāi)花天數(shù)、果肉橫徑、果肉厚和總產(chǎn)量等性狀指標(biāo)呈正相關(guān)?!颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】關(guān)于耐熱苦瓜種質(zhì)資源評(píng)價(jià)的方法仍缺乏理論參考依據(jù),生產(chǎn)者通常根據(jù)單一或幾個(gè)農(nóng)藝性狀指標(biāo)進(jìn)行種質(zhì)資源的優(yōu)劣評(píng)判,缺乏系統(tǒng)完整的評(píng)價(jià)體系?!緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】以31份苦瓜種質(zhì)資源為試驗(yàn)材料,連續(xù)兩年在福建高溫環(huán)境下進(jìn)行種植比較試驗(yàn),統(tǒng)計(jì)調(diào)查包括植株性狀、葉片性狀、果實(shí)性狀和產(chǎn)量等22個(gè)農(nóng)藝性狀指標(biāo),運(yùn)用主成分分析、聚類(lèi)分析和逐步回歸分析方法對(duì)31份苦瓜種質(zhì)資源進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià),建立田間苦瓜種質(zhì)資源耐熱性的評(píng)價(jià)方法和體系,篩選用于苦瓜種質(zhì)資源耐熱性鑒定的農(nóng)藝性狀及綜合表現(xiàn)優(yōu)異的耐熱苦瓜種質(zhì)資源,為苦瓜種質(zhì)資源的田間耐熱評(píng)價(jià)和鑒定提供一定的理論基礎(chǔ)。
1 材料與方法
1. 1 試驗(yàn)材料
供試的31份苦瓜種質(zhì)資源材料均由福建田美種業(yè)科技有限公司白沙育種基地收集并提供,其中以福建地區(qū)夏季主栽的耐熱苦瓜品種秦朝為對(duì)照(CK),其余30份苦瓜種質(zhì)資源依次編號(hào)K1~K30,苦瓜種質(zhì)資源的果實(shí)性狀特征及來(lái)源地見(jiàn)表1。
1. 2 試驗(yàn)方法
1. 2. 1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)材料于2017—2018年夏季在福建田美種業(yè)科技有限公司白沙育種基地(東經(jīng)119°02′,北緯26°13′)種植,采用拱架式栽培方式,隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),雙行種植,每小區(qū)10株,設(shè)3次重復(fù)。小區(qū)行長(zhǎng)6.5 m,行距2.0 m,株距1.5 m,覆蓋地膜,常規(guī)管理,于授粉后12~15 d開(kāi)始采摘商品瓜,持續(xù)采摘1個(gè)月估算產(chǎn)量,每小區(qū)選取6個(gè)單株掛牌進(jìn)行植株性狀和果實(shí)性狀的調(diào)查統(tǒng)計(jì),另每小區(qū)掛牌留取6個(gè)商品瓜生長(zhǎng)至轉(zhuǎn)色進(jìn)行采種,收種后調(diào)查統(tǒng)計(jì)種子性狀??喙仙L(zhǎng)的最適溫度為20~30 ℃,環(huán)境溫度高于35 ℃的天數(shù)超過(guò)整個(gè)生育期的2/3,最高溫超過(guò)40 ℃,最低溫在20~27 ℃(圖1)。
1. 2. 2 性狀指標(biāo)測(cè)定 2017和2018年連續(xù)兩年進(jìn)行苦瓜種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀調(diào)查,取平均值,參照《苦瓜種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》(沈鏑,2008),調(diào)查植株分枝性(X1)、主蔓節(jié)長(zhǎng)(X2)、主蔓直徑(X3)、葉長(zhǎng)(X4)、葉寬(X5)、葉色(X6)、葉柄長(zhǎng)(X7)、第一雌花節(jié)位(X8)、瓜形(X9)、瓜色(X10)、瓜柄長(zhǎng)(X11)、瓜長(zhǎng)(X12)、瓜寬(X13)、單瓜重(X14)、瓜肉厚(X15)、瓜瘤形狀(X16)、瓜瘤大?。╔17)、瓜瘤密度(X18)、單瓜種子數(shù)(X19)、種子顏色(X20)、種子花紋(X21)和產(chǎn)量(X22)等22個(gè)性狀指標(biāo)。為便于計(jì)算,將苦瓜種質(zhì)資源質(zhì)量性狀進(jìn)行賦值(沈鏑,2008)(表2)。
1. 3 統(tǒng)計(jì)分析
試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2016進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理,運(yùn)用SPSS 21.0進(jìn)行主成分分析、聚類(lèi)分析和逐步回歸分析。主成分分析數(shù)學(xué)模型公式如下:
F1=a11ZX1+a21ZX2+[…]+an1ZXn
F2=a12ZX1+a22ZX2+[…]+an2ZXn
[?]
Fn=a1mZX1+a2mZX2+[…]+anmZXn
式中,F(xiàn)1,F(xiàn)2,[…],F(xiàn)n為第n個(gè)主成分,a1i,a2i,…,ani(i=1,2,[…],m)為單個(gè)性狀指標(biāo)特征值對(duì)應(yīng)的特征向量,ZX1,ZX2,…,ZXn指原始性狀指標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化處理的值。
F=[λ1Σλn]F1+[λ2Σλn]F2+[…]+[λnΣλn]Fn
式中,F(xiàn)為主成分綜合評(píng)價(jià)分值,λ1,λ2,…,λn為對(duì)應(yīng)主成分的方差貢獻(xiàn)率。
2 結(jié)果與分析
2. 1 苦瓜種質(zhì)資源果實(shí)性狀及產(chǎn)量的比較分析
苦瓜的產(chǎn)量、早熟性和果實(shí)特性等經(jīng)濟(jì)性狀是苦瓜育種工作的重要選擇指標(biāo),供試31份苦瓜種質(zhì)資源主要經(jīng)濟(jì)性狀表現(xiàn)出較大差異(表3)??喙瞎麑?shí)形態(tài)性狀中瓜形、瓜色、瓜瘤形狀、瓜瘤大小和瓜瘤密度的變異系數(shù)較大,分別為41.27%、21.75%、30.16%、22.91%和26.77%。果實(shí)類(lèi)型豐富多樣,按瓜形可分為長(zhǎng)棒形、短棒形、長(zhǎng)紡錘形、短紡錘形、長(zhǎng)圓錐形和短圓錐形;按瓜色可分為白綠色、黃綠色、淺綠色、綠色和墨綠色;按瓜瘤可分為粒瘤、刺瘤、條瘤和條粒相間瘤。瓜長(zhǎng)、瓜寬、單瓜重、瓜肉厚和產(chǎn)量的變異系數(shù)分別為13.33%、10.05%、13.48%、9.05%和35.48%。不同的苦瓜材料在瓜長(zhǎng)、單瓜重和產(chǎn)量上具有較大差異,K29的瓜長(zhǎng)可達(dá)38.07 cm,K6的瓜長(zhǎng)僅18.43 cm,K2的單瓜重可達(dá)474.27 g,K17的單瓜重僅262.42 g。產(chǎn)量是各農(nóng)藝性狀和高溫環(huán)境共同作用的結(jié)果,產(chǎn)量高于CK的苦瓜種質(zhì)資源共有10份,包括K2、K5、K7、K11、K12、K14、K15、K20和K29,其中K11的產(chǎn)量最高,達(dá)52586.13 kg/ha,約是CK的1.9倍;K4、K6和K22產(chǎn)量較低,產(chǎn)量?jī)H分別為CK的42.41%、45.91%和44.97%。第一雌花節(jié)位是衡量苦瓜早熟性的重要性狀指標(biāo),其變異系數(shù)為15.95%,供試苦瓜種質(zhì)資源包括早熟和晚熟類(lèi)型的苦瓜,早熟性強(qiáng)的苦瓜符合育種工作者的選育目標(biāo),有利于增大苦瓜市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益。供試苦瓜種質(zhì)資源具有豐富多樣的經(jīng)濟(jì)性狀,能滿足不同地域消費(fèi)者對(duì)苦瓜果實(shí)偏好的需求及生產(chǎn)者的經(jīng)濟(jì)利益,適合作為優(yōu)良耐熱苦瓜品種選育的備選材料。
2. 2 苦瓜種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析
通過(guò)對(duì)22個(gè)性狀指標(biāo)的相關(guān)性分析(表4),發(fā)現(xiàn)各性狀之間存在復(fù)雜的相關(guān)性。產(chǎn)量與單瓜重和葉長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)(P<0.01,下同),與瓜色、瓜寬和瓜肉厚呈顯著正相關(guān)(P<0.05,下同),可見(jiàn),單瓜重、瓜寬和瓜肉厚數(shù)值大的苦瓜種質(zhì)資源在產(chǎn)量表現(xiàn)為高產(chǎn)。葉長(zhǎng)與葉寬和產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān),說(shuō)明葉片面積大有利于苦瓜種質(zhì)資源進(jìn)行光合作用,積累更多的有機(jī)物,增加苦瓜產(chǎn)量。單瓜重與瓜寬和瓜肉厚呈極顯著正相關(guān),與瓜柄長(zhǎng)呈顯著負(fù)相關(guān),說(shuō)明瓜寬和瓜肉厚能夠顯著影響單瓜重,而單瓜重較重的苦瓜種質(zhì)資源瓜柄長(zhǎng)度小,可能是由于瓜柄越長(zhǎng),韌性越小,不利于懸掛重量大的苦瓜果實(shí)。綜上所述,各農(nóng)藝性狀相互之間反映的信息存在相互重疊現(xiàn)象,對(duì)耐熱性苦瓜種質(zhì)資源的評(píng)價(jià)起到的作用不盡相同,從而對(duì)苦瓜種質(zhì)資源的耐熱性綜合評(píng)價(jià)產(chǎn)生影響。為科學(xué)、有效地評(píng)價(jià)夏季高溫環(huán)境下苦瓜種質(zhì)資源的耐熱性表現(xiàn),需要在此基礎(chǔ)上利用主成分分析、聚類(lèi)分析和逐步回歸分析對(duì)31份苦瓜種質(zhì)資源進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。
2. 3 苦瓜種質(zhì)資源的綜合評(píng)價(jià)
2. 3. 1 主成分分析 對(duì)31份苦瓜種質(zhì)資源22個(gè)性狀指標(biāo)進(jìn)行主成分分析,結(jié)果見(jiàn)表5,共提取7個(gè)主成分,累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)76.654%,能夠反映原始性狀指標(biāo)的絕大部分信息,且主成分間相互獨(dú)立,可作為苦瓜種質(zhì)資源對(duì)夏季高溫環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)的綜合指標(biāo)。第一主成分(PC1)貢獻(xiàn)率較大的性狀指標(biāo)包括瓜肉厚、單瓜重、瓜寬和產(chǎn)量,特征向量分別為0.882、0.863、0.814和0.608,其中瓜肉厚、單瓜重與產(chǎn)量均有顯著相關(guān)性,在一定程度上反映產(chǎn)量大小,可稱(chēng)為產(chǎn)量因子,能反映原始數(shù)據(jù)信息量的15.160%。第二主成分(PC2)主要由瓜色、瓜長(zhǎng)、主蔓節(jié)長(zhǎng)和瓜形決定,特征向量分別為0.727、0.721、0.620和-0.601,其中瓜色、瓜長(zhǎng)和瓜形主要描述苦瓜果實(shí)的特征,為瓜形因子,可反映原始數(shù)據(jù)信息量的13.243%。第三主成分(PC3)主要由瓜瘤大小、瓜瘤密度和瓜瘤形狀決定,特征向量分別為0.885、0.764和-0.733,為瓜瘤因子,可反映原始數(shù)據(jù)信息量的11.717%。第四主成分(PC4)主要由第一雌花節(jié)位、種子花紋和植株分枝性決定,特征向量分別為0.795、0.676和0.623,植株分枝性和種子花紋與第一雌花節(jié)位均有顯著相關(guān)性,第一雌花節(jié)位貢獻(xiàn)率最大,可概括為早熟性因子,其可反映原始數(shù)據(jù)信息量的10.225%。第五主成分(PC5)主要由葉長(zhǎng)、葉寬和葉色決定,特征向量分別為0.843、0.802和-0.485,為葉形因子,可反映原始數(shù)據(jù)信息量的9.232%;第六主成分(PC6)和第七主成分(PC7)中種子顏色和單瓜種子數(shù)的貢獻(xiàn)率最大,分別為-0.821和0.695,可綜合概括為種子因子,分別反映原始數(shù)據(jù)信息量的9.169%和7.908%。主成分分析提取的7個(gè)主因子綜合概括了苦瓜整個(gè)生長(zhǎng)期的各項(xiàng)性狀指標(biāo),各主成分性狀指標(biāo)間相互獨(dú)立,能代表原始數(shù)據(jù)的絕大部分信息,對(duì)苦瓜種質(zhì)資源的綜合評(píng)價(jià)可從產(chǎn)量因子、瓜形因子、瓜瘤因子、早熟性因子、葉形因子和種子因子等6個(gè)方面入手,綜合考量苦瓜種質(zhì)資源在夏季高溫環(huán)境下的適應(yīng)性,從而篩選出優(yōu)良種質(zhì)資源。
2. 3. 2 綜合評(píng)價(jià) 對(duì)供試的31份苦瓜種質(zhì)資源進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),以單個(gè)主成分貢獻(xiàn)率與累計(jì)貢獻(xiàn)率的比值為權(quán)重,建立苦瓜種質(zhì)資源綜合評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型:
PC=0.19777PC1+0.17276PC2+0.15286PC3+
0.13339PC4+0.12044PC5+0.11962PC6+
0.10316PC7
利用該模型計(jì)算苦瓜種質(zhì)資源各性狀的綜合得分(F)(圖2),分值高于CK的苦瓜種質(zhì)資源有7份,即K9、K10、K11、K20、K26、K28和K29,說(shuō)明這7份苦瓜種質(zhì)資源在夏季高溫環(huán)境下綜合表現(xiàn)優(yōu)于CK。采用歐氏距離對(duì)F進(jìn)行分類(lèi),當(dāng)距離取5.5時(shí)可將31份苦瓜種質(zhì)資源聚為三大類(lèi)(圖2)。第Ⅰ類(lèi)包括排名前8的苦瓜種質(zhì)資源K9、K10、K11、K20、K26、K28、K29和CK,屬于對(duì)高溫環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的苦瓜種質(zhì)資源;第Ⅱ類(lèi)包括K2、K3、K4和K5等在內(nèi)的17份苦瓜種質(zhì)資源,其對(duì)高溫環(huán)境的適應(yīng)能力中等;第Ⅲ類(lèi)包括K1、K6、K13、K17、K23和K24,這6份苦瓜種質(zhì)資源對(duì)高溫環(huán)境的適應(yīng)性較弱。
2. 4 苦瓜種質(zhì)資源評(píng)價(jià)模型的建立
為準(zhǔn)確客觀建立苦瓜種質(zhì)資源田間評(píng)價(jià)鑒定的數(shù)學(xué)模型,把主成分綜合評(píng)價(jià)分值(F)作為因變量,調(diào)查統(tǒng)計(jì)的22個(gè)農(nóng)藝性狀指標(biāo)作為自變量進(jìn)行逐步回歸分析,建立回歸方程,結(jié)果發(fā)現(xiàn)主蔓節(jié)長(zhǎng)(X2)、葉色(X6)、第一雌花節(jié)位(X8)、瓜形(X9)、瓜柄長(zhǎng)(X11)、瓜長(zhǎng)(X12)、瓜寬(X13)、瓜瘤形狀(X16)、瓜瘤大小(X17)、單瓜種子數(shù)(X19)和產(chǎn)量(X22)的回歸系數(shù)的顯著水平均大于0.05,可從方程中逐一剔除,因此,對(duì)剩余性狀指標(biāo)進(jìn)行回歸分析,選用非標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù),最終建立回歸方程為F=-5.802+0.004X14+0.113X7+0.169X18+0.095X1+0.039X4+0.025X3+0.059X5+0.073X10-0.115X20+0.103X21+0.045X15,方程的決定系數(shù)R2=0.985,調(diào)整后的R2=0.976,F(xiàn)=114.061,P=0.000<0.01,此方程達(dá)到極顯著水平,表明苦瓜性狀指標(biāo)單瓜重(X14)、葉柄長(zhǎng)(X7)、瓜瘤密度(X18)、植株分枝性(X1)、葉長(zhǎng)(X4)、主蔓直徑(X3)、葉寬(X5)、瓜色(X10)、種子顏色(X20)、種子花紋(X21)、瓜肉厚(X15)與綜合評(píng)價(jià)分值(F)存在極顯著的線性關(guān)系,這些指標(biāo)可作為苦瓜種質(zhì)資源田間鑒定篩選的評(píng)價(jià)指標(biāo),通過(guò)該鑒定方法體系最終篩選出K9、K10、K11、K20、K26、K28和K29作為耐熱性表現(xiàn)優(yōu)異的苦瓜育種資源。
2. 5 苦瓜種質(zhì)資源高溫環(huán)境適應(yīng)性鑒定指標(biāo)比較分析
綜合聚類(lèi)分析和回歸分析結(jié)果,3種不同類(lèi)苦瓜種質(zhì)資源的11個(gè)農(nóng)藝性狀鑒定指標(biāo)如表6所示。第Ⅰ類(lèi)8份苦瓜種質(zhì)資源對(duì)夏季高溫環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng),性狀表現(xiàn)為植株分枝性強(qiáng),苦瓜果實(shí)顏色偏深綠,瓜瘤密度大,種子有花紋,主蔓直徑、葉長(zhǎng)、葉寬、葉柄長(zhǎng)、單瓜重和瓜肉厚較大。第Ⅲ類(lèi)包括6份苦瓜種質(zhì)資源,在高溫環(huán)境下植株分枝性弱,瓜色偏淺綠色,種子顏色黑色,無(wú)花紋,主蔓直徑、葉長(zhǎng)、葉寬、葉柄長(zhǎng)、單瓜重和瓜肉厚均較小。第Ⅱ類(lèi)有17份苦瓜種質(zhì)資源,植株分枝性較強(qiáng),瓜色偏深,瓜瘤密度較大,主蔓直徑、葉長(zhǎng)、葉寬、葉柄長(zhǎng)、單瓜重和瓜肉厚等均大于第Ⅲ類(lèi)。
3 討論
種質(zhì)資源引進(jìn)、鑒定及篩選是蔬菜作物育種工作的基礎(chǔ)(吳雪霞等,2010;李景富等,2018;徐睿等,2018)。本研究以31份苦瓜種質(zhì)資源為供試材料,連續(xù)兩年在福建夏季高溫環(huán)境下栽培,對(duì)其22個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì),結(jié)果發(fā)現(xiàn)苦瓜主要經(jīng)濟(jì)性狀類(lèi)型豐富多樣,苦瓜果實(shí)形態(tài)性狀的平均變異系數(shù)為28.57%,變異系數(shù)較大,苦瓜果實(shí)按瓜形可分為長(zhǎng)棒形、短棒形、長(zhǎng)紡錘形、短紡錘形、長(zhǎng)圓錐形和短圓錐形;按瓜色可分為白綠色、黃綠色、淺綠色、綠色和墨綠色;按瓜瘤可分為粒瘤、刺瘤、條瘤和條粒相間瘤。苦瓜果實(shí)的類(lèi)型豐富多樣,適于選育適合不同地區(qū)消費(fèi)市場(chǎng)的苦瓜品種。胡開(kāi)林和付群梅(2001)研究表明第一雌花節(jié)位、單瓜重和果肉厚等主要經(jīng)濟(jì)性狀以加性效應(yīng)為主,提出選育優(yōu)良的苦瓜品種,要充分利用苦瓜主要經(jīng)濟(jì)性狀的加性效應(yīng),分別篩選純化出早熟、豐產(chǎn)、抗逆的苦瓜親本,再進(jìn)行親本之間雜交,才能選育出抗逆性強(qiáng)的優(yōu)良苦瓜品種。黃如葵等(2008)對(duì)33個(gè)苦瓜種質(zhì)資源進(jìn)行形態(tài)學(xué)聚類(lèi),分為野生型、密瘤小果型和長(zhǎng)大果形組群,表明苦瓜種質(zhì)資源間的遺傳距離較大,具有較強(qiáng)的地域性,豐富的苦瓜種質(zhì)資源有利于優(yōu)良苦瓜品種的選育和交流。本研究中供試苦瓜種質(zhì)資源的產(chǎn)量和第一雌花節(jié)位的變異系數(shù)分別為35.48%和15.95%,產(chǎn)量和早熟性表現(xiàn)差異較大,高產(chǎn)和早熟的苦瓜種質(zhì)資源有利于早熟性、豐產(chǎn)性強(qiáng)的苦瓜品種選育。同時(shí),本研究相關(guān)性分析結(jié)果表明,苦瓜農(nóng)藝性狀間相關(guān)性復(fù)雜,如產(chǎn)量與葉長(zhǎng)、單瓜重呈極顯著正相關(guān),與瓜色、瓜寬呈顯著正相關(guān),單瓜重與瓜肉厚、瓜寬呈極顯著正相關(guān),瓜色與瓜瘤大小、瓜瘤密度呈顯著正相關(guān),與瓜長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān),第一雌花節(jié)位與植株分枝性存在顯著正相關(guān),與主蔓節(jié)長(zhǎng)存在顯著負(fù)相關(guān)。這些農(nóng)藝性狀對(duì)苦瓜種質(zhì)資源的分析評(píng)價(jià)起著重要的作用,利用多性狀指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)有利于種質(zhì)資源的篩選(劉進(jìn)生等,1994)。本研究所選用的31份苦瓜種質(zhì)資源主要經(jīng)濟(jì)性狀豐富多樣,農(nóng)藝性狀間相關(guān)性復(fù)雜,構(gòu)成了優(yōu)異苦瓜品種選育的基礎(chǔ)材料,有利于苦瓜種質(zhì)資源的評(píng)價(jià)篩選。
運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)農(nóng)作物抗逆性進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)已成為一種重要工具(許小萬(wàn)等,2009)。高溫影響作物的性狀表現(xiàn)和產(chǎn)量(宋洪元等,1998;Liu et al.,2013;Haba et al.,2014),通過(guò)比較分析高溫環(huán)境下苦瓜農(nóng)藝性狀指標(biāo)的表現(xiàn),采用多元統(tǒng)計(jì)分析的方法可有效評(píng)價(jià)苦瓜種質(zhì)資源對(duì)高溫環(huán)境的適應(yīng)性。目前,在水稻(黃英金等,1999)、小麥(陳希勇等,2000)、大豆(靳路真等,2016)等糧食和經(jīng)濟(jì)作物以及葉用萵苣(陳青君等,2011)、黃瓜(但忠等,2013)、辣椒(姜燕,2014)等園藝蔬菜作物上均有廣泛應(yīng)用。本研究通過(guò)主成分分析法將供試苦瓜材料的22個(gè)農(nóng)藝性狀指標(biāo)降維轉(zhuǎn)換為7個(gè)主成分,表明苦瓜種質(zhì)資源耐熱性可從苦瓜的產(chǎn)量、瓜形、瓜瘤、早熟性和葉形等方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。高溫能夠影響葉片的生長(zhǎng)和光合速率,不同耐熱性苦瓜的葉形能夠直觀表達(dá)高溫對(duì)葉片生長(zhǎng)的影響,產(chǎn)量性狀體現(xiàn)葉片在高溫環(huán)境下光合積累有機(jī)物能力的高低,葉形和產(chǎn)量相關(guān)農(nóng)藝性狀指標(biāo)能夠直觀評(píng)價(jià)苦瓜的耐熱性,與鄭巖松等(2018)的研究結(jié)果一致。早熟性、瓜形和瓜瘤性狀等指標(biāo)對(duì)滿足不同市場(chǎng)需求耐熱苦瓜品種的選育具有重要意義,能夠客觀、全面的進(jìn)行苦瓜種質(zhì)資源評(píng)價(jià)。聚類(lèi)分析將31份苦瓜種質(zhì)資源分為3類(lèi),第Ⅰ類(lèi)有8份苦瓜種質(zhì)資源,對(duì)夏季高溫環(huán)境的適應(yīng)性最強(qiáng),具有植株分枝性強(qiáng),葉片綠色偏深,主蔓節(jié)長(zhǎng)、主蔓直徑、葉片長(zhǎng)度、葉片寬度、瓜肉厚度和單瓜重均較大等特點(diǎn)。第Ⅱ類(lèi)包括17份苦瓜材料,植株的分枝性一般,瓜色以淺綠或綠色為主,主蔓直徑、葉長(zhǎng)、葉寬、葉柄長(zhǎng)、單瓜重和瓜肉厚等均小于第Ⅰ類(lèi),整體表現(xiàn)為對(duì)高溫環(huán)境適應(yīng)性一般。第Ⅲ類(lèi)包括6份苦瓜種質(zhì)資源,瓜色主要為白綠色、黃綠色和淺綠色,種子顏色黑色,無(wú)花紋,主蔓直徑、葉長(zhǎng)、葉寬、葉柄長(zhǎng)、單瓜重和瓜肉厚均較小。
4 結(jié)論
通過(guò)多元統(tǒng)計(jì)分析法篩選出的7份苦瓜種質(zhì)資源在夏季高溫環(huán)境下綜合表現(xiàn)優(yōu)良,可作為耐熱苦瓜品種選育的核心種質(zhì)材料加以利用。本研究建立的數(shù)學(xué)模型和篩選出的11個(gè)鑒定指標(biāo)可用于大田苦瓜種質(zhì)資源的快速鑒定篩選,提高育種效率。
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(責(zé)任編輯 鄧慧靈)
南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)2020年10期