126份黃瓜種質(zhì)資源果實(shí)外觀品質(zhì)的遺傳多樣性分析與篩選

趙陸滟，許俊強(qiáng)，許 彬，呂 霞，張應(yīng)華*

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)云南省滇臺(tái)特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化工程研究中心，云南昆明 650201；2.中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所資源植物與生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南昆明 650201；3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)園林園藝學(xué)院，云南昆明 650201)

黃瓜(L.，2=2=14)屬葫蘆科黃瓜屬，是世界各地廣泛種植的一種重要蔬菜，因其具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和一定的保健功效而深受廣泛消費(fèi)者的喜愛。近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)黃瓜安全性和商品質(zhì)量等性狀的要求越來越高，為滿足消費(fèi)者需求，黃瓜品種在不斷地更新?lián)Q代。因此，目前黃瓜育種研究的重要目標(biāo)是改善果實(shí)相關(guān)性狀，一般包括瓜皮顏色、瓜刺顏色、刺瘤大小、刺瘤稀密、瓜長(zhǎng)、瓜橫徑、瓜把長(zhǎng)、瓜肉顏色及單瓜重等性狀。根據(jù)研究角度不同，可以把黃瓜的果實(shí)品質(zhì)分為3類，分別是外觀(商品)品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)以及風(fēng)味品質(zhì)。而果實(shí)外觀品質(zhì)性狀一直都是黃瓜研究的重點(diǎn)，因?yàn)辄S瓜的外觀品種直接刺激消費(fèi)者的購(gòu)買欲望，且直接影響黃瓜的商品價(jià)值及經(jīng)濟(jì)價(jià)值。近幾年，有關(guān)果實(shí)外觀品質(zhì)性狀的研究集中于我國(guó)部分地區(qū)地方品種及已育成的商品種，對(duì)野生種、區(qū)域適應(yīng)性極強(qiáng)的本土品種(我國(guó)云南、湖北)及國(guó)外(歐洲國(guó)家) 種質(zhì)果實(shí)性狀鑒定及遺傳多樣性分析的研究較少。筆者以收集的31份云南地方種質(zhì)、4份省外湖北黃瓜種質(zhì)和91份國(guó)外歐洲國(guó)家黃瓜種質(zhì)為試材，通過溫室內(nèi)小區(qū)地塊種植對(duì)其11個(gè)相關(guān)農(nóng)藝性狀進(jìn)行觀測(cè)，并進(jìn)行果實(shí)性狀的遺傳變異、相關(guān)性、主成分和聚類分析及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)，篩選出綜合性狀優(yōu)良的品種，以期為我國(guó)今后選擇具有優(yōu)良性狀的黃瓜品種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

從國(guó)內(nèi)外收集黃瓜種質(zhì)126份，其中云南省31份(表1)、湖北省4份(表2)及歐洲地區(qū)91份(表3)。

表1 云南地方黃瓜種質(zhì)資源

表2 省外黃瓜種質(zhì)資源

參試種質(zhì)資源于2019年4月播種于云南農(nóng)業(yè)大學(xué)云南省滇臺(tái)特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化工程研究中心蔬菜溫室大棚內(nèi)，每份材料每個(gè)小區(qū)播種20株，分為2行，株行距25 cm×30 cm，播種前提前置于28 ℃黑暗恒溫箱進(jìn)行催芽，并選擇露白萌發(fā)的種子進(jìn)行雙粒點(diǎn)播。栽培管理均按黃瓜常規(guī)生產(chǎn)種植管理進(jìn)行。

在盛果期進(jìn)行果實(shí)性狀統(tǒng)

表3 歐洲地區(qū)黃瓜種質(zhì)資源

接下表

計(jì)，每個(gè)材料小區(qū)隨機(jī)選取3～6條達(dá)到商品成熟度的正常瓜進(jìn)行性狀調(diào)查，包括瓜皮顏色、瓜刺顏色、刺瘤大小、刺瘤稀密、瓜柄長(zhǎng)、瓜長(zhǎng)、瓜橫徑、瓜形指數(shù)、瓜把長(zhǎng)、瓜肉顏色及單瓜重，調(diào)查后進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。性狀數(shù)據(jù)采集和測(cè)量方法及標(biāo)準(zhǔn)主要參照李錫香等的《黃瓜種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)制定的原則和方法》，并結(jié)合種植后結(jié)果時(shí)期的實(shí)際生長(zhǎng)情況進(jìn)行。

上述11個(gè)農(nóng)藝性狀中，瓜柄長(zhǎng)、瓜長(zhǎng)、瓜橫徑、瓜形指數(shù)、瓜把長(zhǎng)及單瓜重6個(gè)為數(shù)量性狀，其他5個(gè)為質(zhì)量性狀。參照李錫香等的《黃瓜種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)制定的原則和方法》對(duì)11個(gè)果實(shí)性狀進(jìn)行賦值。在計(jì)算遺傳多樣性指數(shù)時(shí)，因數(shù)量性狀統(tǒng)計(jì)的數(shù)值較多，需對(duì)數(shù)量性狀原數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)處理，即將原數(shù)據(jù)分成10個(gè)等級(jí)，1級(jí)<-2，中間每級(jí)間隔05，10級(jí)>+2(為原數(shù)據(jù)平均值，為原數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差)(表4)，質(zhì)量性狀則直接按賦值結(jié)果分級(jí)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，計(jì)算果實(shí)性狀的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)，利用SPSS 17.0計(jì)算遺傳多樣性指數(shù)(Shannon-Weaver多樣性指數(shù)，′)，計(jì)算公式：′=-∑ln，其中,為性狀第級(jí)別內(nèi)材料份數(shù)占總份數(shù)的百分比。并采用SPSS 17.0進(jìn)行相關(guān)性及主成分分析。采用DPS 2008進(jìn)行聚類分析，聚類分析方法采用歐氏距離及離差平方和法選擇進(jìn)行，為消除性狀單位不統(tǒng)一對(duì)數(shù)據(jù)分析的影響，故數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化方式選擇標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換。

2 結(jié)果與分析

由表5可知，在黃瓜果實(shí)性狀方面，瓜柄長(zhǎng)、單瓜重、瓜長(zhǎng)、瓜橫徑、瓜形指數(shù)、瓜把長(zhǎng)、瓜皮顏色、瓜刺顏色、刺瘤大小、刺瘤密度和瓜肉顏色的變異系數(shù)差異明顯，其中刺瘤大小變異系數(shù)最大，達(dá)83.82%，變異系數(shù)最小的為瓜肉顏色，為16.45%。表明這些種質(zhì)資源刺瘤大小的類型較為豐富，而瓜肉顏色類型較為單一。

表4 數(shù)量性狀原始數(shù)據(jù)分級(jí)處理

基于126份種質(zhì)材料的果實(shí)性狀測(cè)定結(jié)果計(jì)算遺傳多樣性指數(shù)，結(jié)果見表6。由表6可知，11個(gè)果實(shí)性狀的平均遺傳多樣性指數(shù)為1.505，不同性狀的遺傳多樣性指數(shù)差異較大，其中瓜柄長(zhǎng)、單瓜重、瓜長(zhǎng)、瓜橫徑、瓜形指數(shù)、瓜皮顏色、瓜把長(zhǎng)、瓜刺顏色、刺瘤大小、刺瘤密度10個(gè)性狀的遺傳多樣性指數(shù)均大于1，瓜橫徑遺傳多樣性指數(shù)最高，為1.997，而瓜肉顏色的遺傳多樣性指數(shù)小于1，其遺傳多樣性指數(shù)最低，為0.594?？梢?，數(shù)量性狀的遺傳多樣性明顯高于質(zhì)量性狀，可能與質(zhì)量賦值相關(guān)，但平均遺傳多樣性指數(shù)較質(zhì)量性狀高，說明該研究中所收集到的種質(zhì)材料遺傳多樣性豐富。

表5 黃瓜種質(zhì)資源果實(shí)性狀變異分析

表6 黃瓜種質(zhì)資源果實(shí)性狀遺傳多樣性分析

對(duì)126份黃瓜種質(zhì)資源的11個(gè)果實(shí)性狀進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表7。由表7可知，瓜形指數(shù)與瓜長(zhǎng)、瓜柄長(zhǎng)、單瓜重、瓜把長(zhǎng)、瓜皮顏色、刺瘤大小和刺瘤密度呈極顯著正相關(guān)，與瓜橫徑和瓜刺顏色呈極顯著負(fù)相關(guān)；瓜皮顏色與瓜柄長(zhǎng)、瓜長(zhǎng)、瓜形指數(shù)、瓜把長(zhǎng)、刺瘤密度和瓜肉顏色呈極顯著正相關(guān)，與瓜刺顏色呈極顯著負(fù)相關(guān)?？梢?，果實(shí)在瓜形、瓜色、刺瘤等外觀品質(zhì)方面存在緊密的關(guān)聯(lián)性。在瓜重方面，單瓜重與刺瘤大小呈顯著正相關(guān)，與瓜長(zhǎng)、瓜橫徑、瓜形指數(shù)、瓜把長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)，與瓜肉顏色呈顯著負(fù)相關(guān)。綜上所述，可以通過刺瘤大小、瓜長(zhǎng)、瓜橫徑、瓜形指數(shù)和瓜把長(zhǎng)等性狀選擇單瓜重高的材料。

對(duì)126個(gè)黃瓜種質(zhì)資源11個(gè)果實(shí)性狀進(jìn)行主成分分析得到旋轉(zhuǎn)后的因子荷

表7 黃瓜種質(zhì)資源果實(shí)性狀的相關(guān)性分析

載矩陣，結(jié)果見表8。提取初始特征值大于1的前4個(gè)主成分(PC1～PC4)，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)79.024%。PC1的初始特征值為3.870，貢獻(xiàn)率為35.182%，包括瓜柄長(zhǎng)、單瓜重、瓜長(zhǎng)、瓜橫徑、瓜形指數(shù)、瓜把長(zhǎng)、瓜皮顏色、刺瘤大小、刺瘤密度，其中瓜長(zhǎng)載荷最大，因此可把第一因子看作瓜長(zhǎng)主分量；PC2的初始特征值為2.362，貢獻(xiàn)率為21.472%，包括單瓜重、瓜長(zhǎng)、瓜橫徑、瓜把長(zhǎng)、瓜刺顏色、刺瘤大小、刺瘤密度，其中瓜刺顏色載荷最大，因此可把第二因子看作瓜刺顏色主分量；PC3的初始特征值為1.447，貢獻(xiàn)率為13.154%，包括瓜柄長(zhǎng)、單瓜重、瓜長(zhǎng)、瓜橫徑、瓜皮顏色、瓜肉顏色，其中瓜橫徑載荷最大，因此可把第三因子看作瓜橫徑主分量；PC4的初始特征值為1.014，貢獻(xiàn)率為9.216%，包括瓜柄長(zhǎng)、單瓜重、瓜長(zhǎng)、瓜形指數(shù)、瓜把長(zhǎng)、瓜刺顏色、刺瘤大小，其中瓜柄長(zhǎng)載荷最大，因此可把第四因子看作瓜柄長(zhǎng)主分量。綜上所述，PC1～PC4共包括11個(gè)農(nóng)藝性狀，可作為這些黃瓜種質(zhì)資源果實(shí)外觀品質(zhì)鑒定與評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)。

表8 黃瓜種質(zhì)資源果實(shí)性狀的主成分分析

對(duì)236份黃瓜種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀進(jìn)行聚類分析，結(jié)果見圖1及表9。以遺傳距離14.80為閾值，將126份種質(zhì)材料分成七大類。

第Ⅰ類包括24份種質(zhì)，其中18份云南本地種質(zhì)、5份歐洲種質(zhì)和1份湖北種質(zhì)，主要特征為單瓜重較輕，瓜把長(zhǎng)較短，瓜較短，瓜條為短棒狀或圓筒狀，瓜皮多數(shù)呈白綠或淺綠，少數(shù)綠或乳白，瓜刺多為黑或褐，少數(shù)為黃或白，刺瘤多為中或小，少數(shù)為大或無，刺瘤密度多為稀，少為中，瓜肉顏色多為白綠，少數(shù)為淺綠。

第Ⅱ類包括20份種質(zhì)，其中12份歐洲種質(zhì)和8份云南本地種質(zhì)，主要特征為單瓜重中等，瓜把長(zhǎng)中等，瓜長(zhǎng)中等，瓜條為圓筒狀，瓜皮多數(shù)呈白綠或淺綠，少數(shù)綠，瓜刺多為白或黑，少數(shù)為黃或棕，刺瘤多為小或無，刺瘤密度多為稀，少為中，瓜肉顏色多為白綠，少數(shù)為淺綠。

第Ⅲ類包括18份種質(zhì)，其中13份歐洲種質(zhì)、4份云南本地種質(zhì)和1份湖北種質(zhì)，主要特征為單瓜重中等，瓜把長(zhǎng)中等，瓜較短，瓜條為圓筒狀，瓜皮多數(shù)呈綠或淺綠，少數(shù)白綠，瓜刺多為黑，少數(shù)為褐，刺瘤多為小或中，少數(shù)為大，刺瘤密度多為稀，少為中，瓜肉顏色均為白綠。

第Ⅳ類包括24份種質(zhì)，其中21份歐洲種質(zhì)、2份湖北種質(zhì)和1份云南本地種質(zhì)，主要特征為單瓜重中等，瓜把長(zhǎng)中等，瓜較短，瓜條為短棒狀、圓筒狀或短卵形，瓜皮從白綠到深綠均有，瓜刺多為白，少數(shù)為黃、黑或無，刺瘤多為中，少數(shù)為大、小或無，刺瘤密度多為中，少為稀或密，瓜肉顏色均為白綠，少數(shù)為白。

第Ⅴ類包括23份種質(zhì)，全部來自歐洲，均為水果黃瓜，主要特征為單瓜重較輕，瓜把較短，瓜較短，瓜條為短棒狀或圓筒狀，瓜皮多為綠，少數(shù)為深綠，瓜刺多為白或無，刺瘤多為無，少數(shù)為小，刺瘤密度多為無或稀，少為中，瓜肉顏色多為淺綠，少數(shù)為白綠。

第Ⅵ類包括9份種質(zhì)，全部來自歐洲，均為華北型黃瓜，主要特征為單瓜重中等，瓜把較長(zhǎng)，瓜較長(zhǎng)，瓜條細(xì)長(zhǎng)，呈棍棒形，瓜皮均為深綠，瓜刺多為白，少數(shù)為黃，刺瘤多為大，少數(shù)為中或小，刺瘤密度多為密，少為中，果肉顏色均為白綠。

第Ⅶ類包括8份種質(zhì)，全部來自歐洲，主要特征為單瓜重較重，瓜把長(zhǎng)中等，瓜較長(zhǎng)，瓜條為長(zhǎng)棒狀，瓜皮多為深綠，少數(shù)為淺綠，瓜刺多為白，少數(shù)為黑，刺瘤多為小，少數(shù)為中，刺瘤密度多為中或稀，少為密，瓜肉顏色多為白綠，少數(shù)為淺綠。

綜上所述，七大類群黃瓜種質(zhì)資源的質(zhì)量性狀和數(shù)量性狀間存在顯著差異。其中，第Ⅰ類和Ⅱ類，含有白皮種質(zhì)，可用來選育白皮品種(圖2A)；第Ⅴ類，都為水果黃瓜，單性結(jié)實(shí)率高，具有較高的豐產(chǎn)潛力，在育種中可以篩選作為母本材料，也可用來選育口感好和瓜面光滑的品種(圖2C)；第Ⅵ類和Ⅶ類，瓜大，單性結(jié)實(shí)率高，具有較高的豐產(chǎn)潛力，在育種中可以篩選為大瓜型親本材料(圖2D)。

表9 7個(gè)類群數(shù)量性狀的平均值

3 討論與結(jié)論

種質(zhì)資源是植物育種的基本物質(zhì)材料和所有植物改良的基礎(chǔ)，廣泛搜集各地種質(zhì)資源，并對(duì)其農(nóng)藝性狀進(jìn)行觀察和檢測(cè)分析，進(jìn)一步了解農(nóng)藝性狀的多樣性，可為新品種的培育提供指導(dǎo)。而植物育種工作的基礎(chǔ)是種質(zhì)資源的遺傳多樣性，植物遺傳多樣性研究對(duì)種質(zhì)資源的搜集、保存、評(píng)價(jià)和利用均具有十分重要的意義。該研究發(fā)現(xiàn)，126份黃瓜種質(zhì)資源具有豐富的表型遺傳變異性，其中刺瘤大小變異系數(shù)最大，瓜肉顏色變異系數(shù)最小。遺傳多樣性指數(shù)以瓜橫徑最高，瓜肉顏色最低?？傮w而言，126份種質(zhì)的質(zhì)量性狀變異系數(shù)大于數(shù)量性狀。與郭元元等的研究結(jié)果一致，與鐘金仙等的研究結(jié)果相反?？赡苁枪┰嚥牧蟻碓?、數(shù)據(jù)采集方式及統(tǒng)計(jì)方法不同所致。但該研究發(fā)現(xiàn)126份黃瓜種質(zhì)數(shù)量性狀的遺傳多樣性明顯高于質(zhì)量性狀，與李錫香、曹齊衛(wèi)等、郭元元等的研究結(jié)果一致，說明質(zhì)量性狀受環(huán)境影響小，定向選擇效果明顯?？梢?，126份黃瓜種質(zhì)資源的11個(gè)主要果實(shí)外觀品質(zhì)性狀均具有較大的選擇潛力，可用于品種改良及拓寬黃瓜種質(zhì)資源遺傳背景。

圖1 黃瓜種質(zhì)資源果實(shí)性狀聚類分析Fig.1 Cluster analysis of fruit traits of cucumber germplasm resources

圖 2 黃瓜主要種質(zhì)資源果實(shí)性狀聚類分析優(yōu)良種質(zhì)篩選Fig.2 Screening of good germplasm by cluster analysis of fruit traits of cucumber germplasm resources

對(duì)126份黃瓜種質(zhì)資源的11個(gè)果實(shí)性狀進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，瓜形指數(shù)與瓜長(zhǎng)、瓜柄長(zhǎng)、單瓜重、瓜把長(zhǎng)、瓜皮顏色、刺瘤大小和刺瘤密度呈極顯著正相關(guān)，與瓜橫徑和瓜刺顏色呈極顯著負(fù)相關(guān)，瓜皮顏色與瓜柄長(zhǎng)、瓜長(zhǎng)、瓜形指數(shù)、瓜把長(zhǎng)、刺瘤密度和瓜肉顏色呈極顯著正相關(guān)，與瓜刺顏色呈極顯著負(fù)相關(guān)。說明可以通過瓜長(zhǎng)、瓜柄長(zhǎng)、瓜形指數(shù)、單瓜重、瓜把長(zhǎng)、瓜皮顏色、刺瘤大小和刺瘤密度來進(jìn)行瓜形、瓜色的改良。單瓜重與刺瘤大小呈顯著正相關(guān)，與瓜長(zhǎng)、瓜橫徑、瓜形指數(shù)、瓜把長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)，與果肉顏色呈顯著負(fù)相關(guān)。與閆立英等、何歡樂等、曹齊衛(wèi)等、郭元元等的研究結(jié)果一致，說明選用不同的種質(zhì)材料以及在不同的種植環(huán)境條件下，單果重、瓜橫徑、瓜長(zhǎng)、瓜形指數(shù)及瓜把長(zhǎng)對(duì)于產(chǎn)量的影響具有一定的相似性。綜上所述，果實(shí)在瓜形、瓜色、刺瘤等外觀品質(zhì)方面存在緊密的關(guān)聯(lián)性，且可以通過刺瘤大小、瓜長(zhǎng)、瓜橫徑、瓜形指數(shù)和瓜把長(zhǎng)等性狀選擇單瓜重高的材料。因此，在今后黃瓜高產(chǎn)育種中，可以將瓜形、瓜色、刺瘤及單果重等作為主要的參考性狀。

主成分分析一般指在盡可能保留原有的信息前提下，采用較少且彼此獨(dú)立不相關(guān)的指標(biāo)替代原有較多且彼此相關(guān)的指標(biāo)，從而精簡(jiǎn)多指標(biāo)分析，有利于提高育種水平。近幾年，關(guān)于作物的主成分分析已有大量的報(bào)道。該研究通過主成分分析將11個(gè)性狀綜合為4個(gè)獨(dú)立的主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)79.024%，可反映黃瓜果實(shí)性狀的絕大部分遺傳信息，其中第一因子是瓜長(zhǎng)主分量，第二因子是瓜刺顏色主分量，第三因子是瓜橫徑主分量，第四因子是瓜柄長(zhǎng)主分量，為黃瓜果實(shí)性狀的分析提供有利的依據(jù)。

聚類分析可通過分析不同目標(biāo)性狀以及不同種質(zhì)資源之間的關(guān)系，進(jìn)一步了解種質(zhì)資源的親緣性，為育種方案的設(shè)定提供一定的理論依據(jù)。近年來，不少研究者在不同作物上運(yùn)用了聚類分析，如綠豆、番茄、辣椒、李等作物上已有應(yīng)用。該研究將126份黃瓜種質(zhì)材料分成七大類(Ⅰ～Ⅶ)，其中，第Ⅰ類和Ⅱ類，含有瓜皮為白色的種質(zhì)，可用來選育白皮品種，第Ⅴ類均為水果型黃瓜，單性結(jié)實(shí)率高，具有較高的豐產(chǎn)潛力，在育種中可以篩選作為母本材料，也可用來選育口感好和瓜面光滑的品種；第Ⅵ類和Ⅶ類，瓜條大，單性結(jié)實(shí)率高，具有較高的豐產(chǎn)潛力，在育種中可以篩選為很好的大瓜型親本材料，整體而言，不同類群的質(zhì)量性狀和數(shù)量性狀均存在明顯差異，雖然少部分來源于同一地區(qū)的種質(zhì)資源分布在不同類群，但大部分種質(zhì)的聚類結(jié)果與種質(zhì)來源區(qū)域相關(guān)。上述結(jié)果與郭元元等的研究結(jié)果一致，與張占軍等的研究結(jié)果存在差異，可能是由于供試材料數(shù)量、檢測(cè)性狀及其采集來源不同導(dǎo)致。 由于果實(shí)性狀表型鑒定易受生長(zhǎng)環(huán)境、生態(tài)區(qū)域、土壤、田間管理及采收等因素的影響，因此，還應(yīng)結(jié)合DNA分子鑒定等方法以及多季多點(diǎn)的研究方法對(duì)126份種質(zhì)資源黃瓜品種進(jìn)行鑒定，這樣對(duì)種質(zhì)資源的鑒定評(píng)價(jià)才會(huì)更加全面系統(tǒng)。并有效利用全基因組關(guān)聯(lián)分析(GWAS,Genome-wide association study)分析，發(fā)掘優(yōu)良的果實(shí)外觀品質(zhì)性狀基因，通過全基因組分子篩選進(jìn)行種質(zhì)資源創(chuàng)新、優(yōu)良新品種選育和應(yīng)用等。

綜上所述，126份黃瓜資源總體遺傳多樣性高，主要黃瓜外觀品質(zhì)性狀遺傳變異豐富，選擇育種潛力巨大。