西葫蘆種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀主成分及聚類分析

劉慶華， 董晨晨， 雷逢進(jìn)， 袁嘉瑋， 劉秀麗， 馬理軍

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所， 山西 運(yùn)城 044000)

西葫蘆是我國種植廣泛的瓜類蔬菜，其已基本實(shí)現(xiàn)了周年供應(yīng)。但由于西葫蘆種質(zhì)資源缺乏和資源創(chuàng)新不夠，近年來所選品種難有質(zhì)的飛躍，與國外品種相比，專用品種選育還有差距[1]。

當(dāng)前國內(nèi)種質(zhì)庫已保存西葫蘆資源近400份[2]，資源相對匱乏，且有的仍然是同種異名或同種不同地域馴化的結(jié)果。綜合分析西葫蘆種質(zhì)資源的農(nóng)藝數(shù)量性狀，對西葫蘆育種親本的選配起到了重要作用[3-4]。目前，相關(guān)性、主成分分析和聚類分析已在豌豆[5]、花生[6]、花椰菜[7]、油菜[8]等農(nóng)作物種質(zhì)資源研究中得到了具體應(yīng)用。本研究對20份西葫蘆種質(zhì)資源的15個農(nóng)藝性狀進(jìn)行主成分分析和聚類分析，為今后育種工作中有效發(fā)揮各資源優(yōu)勢，避免了雜交組配的盲目性，為西葫蘆種質(zhì)資源改良及新品種選育打下堅實(shí)的基礎(chǔ)[9]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試材為國家作物種質(zhì)資源觀測監(jiān)測中的西葫蘆(美洲南瓜)部分。詳見表1。

表1 供試西葫蘆材料名稱

1.2 試驗方法

試驗于2018年3—7月在本單位所部農(nóng)場進(jìn)行。以上述20份西葫蘆為試驗材料，按隨機(jī)區(qū)組試驗設(shè)計，每小區(qū)種植10株，小區(qū)面積6 m2，3次重復(fù)。試驗地田間管理按常規(guī)西葫蘆種植方法進(jìn)行。在試驗田中的每小區(qū)隨機(jī)取3株西葫蘆植株觀察記載15個農(nóng)藝性狀，分別為子葉長(X1)、子葉寬(X2)、主蔓直徑(X3)、葉片長(X4)、葉片寬(X5)、葉柄長(X6)、葉柄直徑(X7)、雌花節(jié)率(X8)、第一果實(shí)節(jié)位(X9)、瓜縱徑(X10)、瓜橫徑(X11)、嫩瓜單瓜重(X12)、老瓜單瓜重(X13)、單瓜種子數(shù)(X14)、千粒重(X15)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計及遺傳多樣性分析，用SAS 8.2軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析。采用 Shannon-Weaver信息指數(shù)計算遺傳多樣性指數(shù)；聚類分析方法為系統(tǒng)聚類最長距離法，采用歐式距離繪制聚類結(jié)果樹狀圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 西葫蘆主要農(nóng)藝性狀分析

對20份西葫蘆種質(zhì)資源15個農(nóng)藝數(shù)量性狀的調(diào)查研究結(jié)果(表2)表明，供試材料的變異系數(shù)在7.46%～53.20%之間，存在較大的差異，各農(nóng)藝性狀變異系數(shù)由大到小依次為X14>X8>X9>X10>X15>X7>X6>X5>X11>X13>X1>X4>X2>X3>X12。其中變異系數(shù)最大的是單瓜種子數(shù)，為53.20%，說明單瓜種子數(shù)可以通過品種選育獲得較大程度的改善；嫩瓜單瓜重變異系數(shù)最小，為7.46%，說明西葫蘆嫩瓜單瓜重受種質(zhì)因素影響少，種質(zhì)資源選擇范圍窄。

2.2 西葫蘆農(nóng)藝性狀遺傳多樣性分析

由表2遺傳多樣性分析可以看出，供試材料的15個農(nóng)藝數(shù)量性狀的遺傳多樣性指數(shù)較大，變化范圍為4.138～4.318，其中嫩瓜單瓜重的遺傳多樣性指數(shù)最大，為4.318，單瓜種子數(shù)的遺傳多樣性指數(shù)最小，為4.138；其余13個數(shù)量性狀的遺傳多樣性指數(shù)均大于4，但變幅普遍不大。表明供試材料具有多樣性，可為西葫蘆育種工作提供豐富的親本材料。

表2 主要農(nóng)藝性狀變異分析及遺傳多樣性分析

表3 西葫蘆主要農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析

2.3 西葫蘆主要農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析

對X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X10、X11、X12、X13、X14、X15等13個農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)性分析(表3)，有3對性狀呈極顯著的相關(guān)關(guān)系。

葉片長和葉片寬呈極顯著正相關(guān)，說明葉片長度的選擇會極顯著影響葉片寬度；主蔓粗、葉柄粗均與瓜縱徑呈顯著正相關(guān)，說明主蔓、葉柄粗壯會使瓜縱徑增加；子葉長與瓜橫徑呈顯著正相關(guān)，說明子葉長度增加有利于瓜橫徑的增加；瓜橫徑與瓜縱經(jīng)呈顯著負(fù)相關(guān)，瓜橫徑與瓜縱徑之間也是互相制約、互相影響的，瓜橫徑一旦增加，瓜縱經(jīng)必然減小；嫩瓜單瓜重、老瓜單瓜重和單瓜種子數(shù)互呈顯著相關(guān)性，嫩瓜單瓜重和老瓜單瓜重呈顯著相關(guān)性，嫩瓜單瓜重、老瓜單瓜重均與單瓜種子數(shù)呈極顯著正相關(guān)，說明嫩瓜重量直接影響到老瓜重量，且兩者重量的增加會增加單瓜種子數(shù)。

2.4 西葫蘆主要農(nóng)藝性狀主成分分析

采用SAS 8.2軟件進(jìn)行主成分分析(表4)，根據(jù)特征值大于1和接近1的原則提取了5個因子，累計貢獻(xiàn)率為76.49%，表明提取的5個主成分基本可以較好的概括供試材料13個數(shù)量性狀的信息。

第一主成分的特征值最大，為3.149，貢獻(xiàn)率為24.23%。其特征向量中主蔓粗、葉柄粗和瓜縱徑因子顯著高于其他載荷因子，且在之前相關(guān)性分析中，主蔓粗、葉柄粗均與瓜縱徑呈顯著相關(guān)性關(guān)系，說明第一主成分反映的是主蔓粗、葉柄粗和瓜縱徑對整個植株的影響。

第二主成分的特征值為2.412，貢獻(xiàn)率為18.55%。其特征向量中僅葉柄粗為負(fù)值，其余均為正值，且各性狀載荷普遍較高，說明第二主成分反映的是西葫蘆整體植株的信息。

第三主成分的特征值為2.227，貢獻(xiàn)率為17.13%。其特征向量中子葉長、子葉寬、葉片長、葉片寬、葉柄長和葉柄直徑等6個性狀載荷明顯高于其他載荷，并且其與植株長勢強(qiáng)弱具有直接關(guān)系，說明第三主成分反映的是西葫蘆長勢的信息。

第四主成分的特征值為1.188，貢獻(xiàn)率為9.14%。在第四主成分中，其特征向量葉柄長、葉柄粗載荷較高，說明第四主成分反映的是葉柄長、葉柄粗對整個植株的影響。

第五主成分的特征值為0.967，貢獻(xiàn)率為7.44%。在第五主成分中，單瓜種子數(shù)性狀的載荷最高，且與其他各性狀載荷相差較大，所以第五主成分反映的是西葫蘆單瓜產(chǎn)籽量信息。

表4 西葫蘆種質(zhì)資源的主成分分析

2.5 西葫蘆主要農(nóng)藝性狀聚類分析

對20份西葫蘆種質(zhì)的15個數(shù)量性狀進(jìn)行聚類分析(最長距離法)，在遺傳距離1.5處將其分為Ⅲ個組群。

第Ⅰ類群包括6份西葫蘆種質(zhì)(YCP 1、YCP 4、YCP 19、YCP 20、YCP 3、YCP 11)，該類種質(zhì)資源雌花節(jié)率高，為50%～90%；第一果實(shí)節(jié)位較低，在5～9之間；主蔓較粗，為2～2.5 cm；子葉長、子葉寬較小，變幅分別為4.2～6.2 cm和2.7～4.4 cm；嫩瓜單瓜重較小，變幅為355～450 g；單瓜種子數(shù)較少，為39～284粒。可作為選育肉用早熟品種的備選親本材料。

第Ⅱ類群包括12份西葫蘆種質(zhì)(YCP 2、YCP 9、YCP 16、YCP 17、YCP 6、YCP 10、YCP 18、YCP 5、YCP 15、YCP 7、YCP 8、YCP 12)，該類種質(zhì)資源子葉長及子葉寬較大值較高，變幅分別為4.8～7.3 cm和3.2～4.1 cm；葉柄長較大，為35.5～62 cm；葉柄較細(xì)，為1.4～2.4 cm；雌花節(jié)率較低，為20%～80%；第一果實(shí)節(jié)位多數(shù)材料較低，變幅為5～13。嫩瓜單瓜重較小，變幅為346～410 g；單瓜種子數(shù)較少，為109～238粒。第Ⅱ類群種質(zhì)材料可作為選育肉用越冬茬品種的備選材料。

第Ⅲ類群包括2份西葫蘆種質(zhì)(YCP 13、YCP 14)，該類種質(zhì)資源主蔓粗壯，為2.6～2.7 cm；葉柄較短，為39～55 cm；第一果實(shí)節(jié)位低較低，為第7節(jié)，瓜的橫徑、縱經(jīng)較大，變幅為11～12 cm和30～40 cm；嫩瓜和老瓜單瓜較重，變幅分別為410～458 g及2 612～2 430 g；單瓜種子數(shù)多，為207～553粒；千粒重較重，為118.5～148 g。此類群可作為籽用型種質(zhì)資源的親本材料應(yīng)用。

3 討論與結(jié)論

本研究對20份西葫蘆種質(zhì)資源的15個農(nóng)藝性狀進(jìn)行篩選，可以得到葉片長度的選擇會極顯著地影響到葉片寬度的增減，與杜占芬等[10]的研究結(jié)果一致；主蔓、葉柄粗壯會使瓜縱徑增加；子葉長度增加有利于瓜橫徑的增加；瓜橫徑與瓜縱徑之間也是互相制約、互相影響的，瓜橫徑一旦增加，瓜縱經(jīng)必然減小，同樣與杜占芬等的研究結(jié)果一致；嫩瓜重量直接影響到老瓜重量，且兩者重量的增加會增加單瓜種子數(shù)。根據(jù)特征值大于1和接近1的原則提取了5個因子，涵蓋了全部13個農(nóng)藝性狀的76.49%的信息，其他分量可作為觀察誤差。通過聚類分析將20份西葫蘆種質(zhì)資源共分為3類，其中第Ⅰ類群資源可作為選育肉用早熟品種的備選親本材料；第Ⅱ類群種質(zhì)材料可作為選育肉用越冬茬品種的備選材料；第Ⅲ類群屬于籽用型種質(zhì)資源的親本材料。解決了在親本選配過程中通過單一性狀無法直觀分類的弊端，進(jìn)而可以更好地應(yīng)用種質(zhì)資源，提高育種效率[11]。

統(tǒng)計學(xué)在現(xiàn)代科學(xué)研究中應(yīng)用越來越被人們所重視，合理使用統(tǒng)計學(xué)原理與技術(shù)，有助于從復(fù)雜的數(shù)據(jù)中提煉出有用的信息。應(yīng)用多元統(tǒng)計分析，通過分析結(jié)果可更加直觀地看出材料間的親緣關(guān)系，這樣能夠有效縮短培育周期，簡化選育過程，也可為日后西葫蘆雜交育種的篩選工作提供參考。