四川省黃瓜地方品種種質資源農藝性狀多樣性分析

梁根云，青 游，蔡 鵬，劉獨臣，李躍建，房 超，楊 峰，劉小俊，雷曉葵

(1.四川省農業(yè)科學院, 四川 成都 610066；2.四川省農業(yè)科學院園藝研究所,蔬菜種質與品種創(chuàng)新四川省重點實驗室,四川 成都 610066；3.農業(yè)部西南地區(qū)園藝作物生物學與種質創(chuàng)制重點實驗室，四川 成都 610066；4.彭州市天府蔬鄉(xiāng)農業(yè)發(fā)展有限公司，四川 彭州 611930)

【研究意義】黃瓜是我國主要栽培的經濟作物之一，我國黃瓜最早由印度分兩路傳入我國，其中經由緬甸和印中邊界傳入華南地區(qū)，并在華南地區(qū)馴化形成了我國華南系統(tǒng)的黃瓜[1]。對作物種質資源的農藝性狀進行評價和分類，不僅有利于種質資源的合理保存，而且對優(yōu)異種質資源挖掘與創(chuàng)新、作物育種具有重要指導意義。【前人研究進展】我國系統(tǒng)研制了120類共366個農作物的種質資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準，為實現(xiàn)標準化、規(guī)范化種質資源研究、管理和共享利用提供了基礎[2]。王麗慧等通過對24份莖用萵苣種質資源表型性狀進行分析，評價篩選出產量、肉色翠綠、早熟或晚熟等不同性狀優(yōu)良或特點的萵筍種質材料，為選育不同利用價值的萵筍優(yōu)良品種提供種質材料[3]。萬述偉等對國內外271份豌豆資源農藝性狀進行遺傳多樣性分析發(fā)現(xiàn)國外資源遺傳變異非常豐富，將有利于拓寬我國豌豆資源遺傳背景[4]。我國科研單位對收集的黃瓜資源或地方品種進行了鑒定評價和遺傳多樣性分析，為黃瓜資源利用和新品種選育提供應用基礎[5-8]。【本研究切入點】四川最早以種植華南型黃瓜地方品種為主，由于華南型黃瓜地方品種品質優(yōu)異、肉質肥厚，適合多種食用方式，各種地方品種在四川不同地區(qū)農民還在分散種植，種類豐富。常年粗放種植、常規(guī)留種等生產方式，也造成地方品種種質不斷退化。因此，開展地方種質資源收集、鑒定評價和保存，對豐富黃瓜種質資源和保護地方種質資源具有重要意義。【擬解決的關鍵問題】全國農作物種質資源普查和收集行動中收集的四川地方品種資源數(shù)量比較豐富，本試驗針對收集的四川地區(qū)77份地方種質資源開展評價，明確種質種類、資源間親緣關系和性狀相關性，為黃瓜種質創(chuàng)新和新品種選育提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為從四川省57個縣(區(qū))收集的77個黃瓜地方品種(表1)。

表1 77份參試四川省地方品種種質資源

續(xù)表1 Continued table 1

1.2 試驗設計

試驗于2019年春季在四川省農業(yè)科學院四川新都基地進行。田間1.6 m開廂包溝，株距40 cm，2行搭人字架栽培。黃瓜種植2次重復，每重復種植8株。栽培管理按黃瓜常規(guī)種植技術進行。

1.3 農藝性狀調查

性狀調查參照《黃瓜種質資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》的方法進行[9]，觀測了初花期和結果盛期每份種質資源的10個數(shù)量性狀(第一主蔓雌花節(jié)位、莖粗、節(jié)間長、葉長、葉寬、商品瓜長、商品瓜橫徑、瓜把長、瓜肉厚、單瓜重)和11個質量性狀(分枝性、葉色、葉形、瓜形、瓜把形狀、瓜皮色、瓜肉色、瓜棱、瓜瘤大小、刺瘤稀密、瓜刺顏色)。用游標卡尺和卷尺對數(shù)量性狀進行測量或者直接計數(shù)，對相關質量性狀進行賦值(表2)。

1.4 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用 Microsoft Office Excel 計算性狀的平均值(X) 、標準差(s) 等。根據(jù)計算結果將所有材料每個性狀劃分為 10 個等級，按第 1 級 [Xi< (X-2s) ]到第 10 級 [Xi> (X+ 2s) ]，每 0. 5s為 1 級，每 1 級的相對頻率(Pi) 用于計算多樣性指數(shù)[4,10]。遺傳多樣性指數(shù)即 Shannon-Wiener index(H′) 信息指數(shù)，計算公式H′ = -∑Pi×ln數(shù)，式中,Pi為某性狀第i級別內材料份數(shù)占總份數(shù)的百分比，Xi為第i級中的數(shù)據(jù)[10]。使用R語言3.2.3對數(shù)據(jù)進行主成分分析和相關性分析。采用Spss 19進行聚類分析，并繪制分類樹狀圖。

表2 調查農藝性狀描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準

表3 10個數(shù)量性狀性狀遺傳多樣性分析

2 結果與分析

2.1 黃瓜種質資源農藝性狀的多樣性分析

對77份黃瓜種質資源10個數(shù)量農藝性狀進行統(tǒng)計分析(表3)，10個數(shù)量性狀的變異系數(shù)變幅為9.52 %～29.83 %，平均值為17.67 %，遺傳多樣性指數(shù)平均值為1.997。其中變異系數(shù)最大的為單瓜重(29.83 %)，變異幅度為0.10～0.48 kg，最小的是莖粗(8.13 %)，變異幅度為7.31～10.38 mm。遺傳多樣性指數(shù)最大的為葉寬(2.082)，最小的為第一節(jié)雌花位(1.859)，其余遺傳多樣性指數(shù)從大到小分別為瓜把長(2.071)，莖粗(2.051)，葉長(2.030)，節(jié)間長(2.016)，瓜橫徑(1.998)，瓜肉厚(1.965)，單瓜重(1.957)，瓜長(1.942)。

對黃瓜11個質量性狀進行遺傳多樣性統(tǒng)計分析(表4)，可以看出供試黃瓜種質質量性狀的遺傳多樣性較低。黃瓜材料分枝性較強，有48.05 %的參試材料的分枝性為強，41.56 %的參試材料分枝性為中；葉色以綠色為主，占參試材料的63.64 %；葉形心臟五角為主；76.62 %的參試材料的瓜形為長圓筒形；瓜把形狀主要為溜肩形，占68.83 %；瓜皮色多為白綠色，占79.22 %；瓜肉色以白綠為主，占77.92 %；絕大部分瓜無棱，占90.91 %；瓜瘤以中等大小為主，占63.64 %；42.86 %的瓜刺瘤稀密度為稀，55.84 %的瓜刺瘤稀密度為中，瓜刺色多為黑色，占58.44 %。

表4 黃瓜質量性狀遺傳多樣性分析

表5 黃瓜21個農藝性狀相關性分析

2.2 性狀相關性分析

對黃瓜21個農藝性狀進行相關性分析(表5)，表明單瓜重與瓜長、瓜橫徑、瓜把長、瓜肉厚呈極顯著正相關，與瓜形、瓜刺色極顯著負相關；葉長與葉寬、莖粗極顯著正相關，與瓜瘤大小顯著正相關；葉寬與莖粗極顯著正相關，與節(jié)間長、瓜瘤大小顯著正相關；莖粗與瓜橫徑顯著正相關；節(jié)間長與瓜把長、瓜棱顯著相關，與分枝性、瓜肉色極顯著負相關；瓜長與瓜把長、葉色極顯著正相關，與分枝性、瓜皮色和瓜瘤大小顯著正相關，與瓜形、瓜刺色極顯著負相關，與第一雌花節(jié)位顯著負相關；瓜橫徑與瓜把長、瓜肉厚、葉形極顯著正相關，與瓜刺瘤稀密極顯著負相關；瓜肉厚與瓜把形狀極顯著正相關，與葉形顯著正相關，與瓜瘤大小、瓜刺瘤稀密極顯著負相關；分枝性與瓜皮色極顯著正相關，與瓜刺色顯著負相關；葉色與瓜刺色極顯著負相關；葉形與瓜瘤大小極顯著負相關，與瓜刺瘤稀密顯著負相關；瓜形與瓜刺色顯著正相關；瓜皮色與瓜刺色顯著負相關；瓜棱與瓜瘤大小顯著正相關；瓜瘤大小與瓜刺瘤稀密顯著正相關。參試黃瓜種質資源的21個農藝性狀之間存在顯著或極顯著相關性。

2.3 主成分分析

使用R語言對黃瓜21個農藝性狀進行相關分析和主成分分析，結果如表6，共提取7個主成分，累計貢獻率達到67.68 %。

由表6可知，第一主成分特征值為3.29，貢獻率為15.67 %。特征向量中絕對值較大的有單瓜重、瓜長、瓜把長、瓜橫徑、瓜肉厚，特征向量值分別為0.845、0.742、0.607、0.513、0.441，以上幾個性狀均為黃瓜產量構成因素。第二主成分特征值為2.823，貢獻率為13.44 %。特征向量中絕對值較大的有瓜瘤大小、瓜刺瘤稀密。第三主成分特征值為2.61，貢獻率為12.43 %，特征向量中絕對值較大的有葉長、葉寬。第四主成分特征值為1.64，貢獻率為7.81 %，特征向量中絕對值較大的有瓜肉色。第五主成分特征值為1.37，貢獻率為6.53 %，特征向量中絕對值較大的有瓜棱、瓜皮色和葉色。第六主成分特征值為1.29，貢獻率為6.15 %，特征向量中絕對值較大的有第一雌花節(jié)位。第七主成分特征值為1.18，貢獻率為5.64 %，特征向量中絕對值較大的有瓜把形狀。

表6 黃瓜21個性狀主成分分析

2.4 聚類分析

對參試材料的7個主成分因子的15個農藝性狀進行聚類分析，將77份種質資源聚合劃分為4大類群，每個類群表型性狀見表7。

第Ⅰ類群包括20份資源，葉長平均值為26.66 cm，葉寬平均值為25.5 cm，莖粗平均值為8.68 mm，節(jié)間長平均值為10.9 cm，瓜長平均值為16.94 cm，瓜橫徑平均值為5.02 cm，瓜把長為2.13 cm，瓜肉厚平均值為1.13 cm，單瓜重平均值為0.28 kg，第一節(jié)雌花位平均值為22.65節(jié)，分枝性中到強為主，葉色主要為綠色和深綠，葉形主要為心臟五角，瓜形多為長圓筒和橢圓，瓜把全鈍圓形，皮色多為白綠，瓜肉色大部分為白綠色，瓜表面多為無棱，瓜瘤主要為中等大小，刺瘤稀或中等密度，瓜刺色主要為白色和黑色。

第Ⅱ類群包括7份資源，葉長平均值為26.72 cm，葉寬平均值26.25 cm，莖粗平均值為8.93 mm，節(jié)間長平均值為12.06 cm，瓜長平均值為18.41 cm，瓜橫徑平均值為5.12 cm，瓜把長平均值為2.48 cm，瓜肉厚平均值為0.97 cm，單瓜重平均值為0.29 kg，第一節(jié)雌花位平均值位18.46節(jié)，葉色主要為綠色，葉形心臟五角，瓜形主要為長圓筒，瓜把性狀主要為溜肩形和鈍圓形，瓜皮色和肉色白綠，淺棱，瓜瘤大為主，瓜刺色主要為黑色和白色。

第Ⅲ類群包括11份資源，葉長平均值為25 cm，葉寬平均值23.91 cm，莖粗平均值為8.46 mm，節(jié)間長平均值為10.35 cm，瓜長平均值為17.52 cm，瓜橫徑平均值為4.31 cm，瓜把長平均值為2.09 cm，瓜肉厚平均值為0.99 cm，單瓜重平均值為0.21 kg，第一節(jié)雌花位平均值為10.56節(jié)，葉色主要為綠色，葉形為心臟五角，瓜形主要為長圓桶，瓜把為溜肩形，瓜皮色和肉色以白綠色為主，無棱，瓜刺色主要為黑色。

第Ⅳ類群包括39份資源，葉長平均值為26.87 cm，葉寬平均值25.68 cm，莖粗平均值為8.84 mm，節(jié)間長平均值為11.11 cm，瓜長平均值為17.44 cm，瓜橫徑平均值為4.95 cm，瓜把長平均值為2.23 cm，瓜肉厚平均值為0.94 cm，單瓜重平均值為0.27 kg，第一節(jié)雌花位平均值位23.52節(jié)，葉色主要為綠色，葉形心臟五角為主，瓜形主要為長圓筒，瓜把性狀為溜肩形，瓜皮色和肉色以白綠為主，瓜無棱，瓜瘤小到大，瓜刺色主要為黑色和白色。

表7 種質資源各類群性狀特征

3 討 論

我國蔬菜種質資源異常豐富，新中國成立以來政府和科研機構一直注重開展蔬菜種質資源的收集、評價和保存等工作，建立了中長期資源保存庫，為我國蔬菜新品種選育等提供了重要的親本來源[11]。黃瓜栽培種的遺傳基礎狹窄，收集和創(chuàng)制黃瓜種質資源任務重大[12]。四川黃瓜地方品種豐富，結合我國農作物種質資源收集和保護工作，收集了77份地方品種，并進行農藝性狀評價，為資源保存和黃瓜育種親本選擇提供基礎。

參試種質資源的11個質量性狀遺傳多樣性指數(shù)都在1以下，低于數(shù)量性狀遺傳多樣性指數(shù)，與郭元元等和曹齊衛(wèi)等結果一致[8,13]。10個數(shù)量性狀中單瓜重、第一雌花節(jié)位、瓜肉厚等與產量相關性狀的變異系數(shù)都在20 %以上，遺傳多樣性指數(shù)在1.8以上，說明77個地方品種的數(shù)量性狀存在較明顯差異。每個數(shù)量性狀的遺傳多樣性指數(shù)都低于質量性狀遺傳多樣性指數(shù)，可能是質量性狀表現(xiàn)更加直觀，在品種選育或種植栽培中，人們根據(jù)消費習慣定向選擇，使黃瓜資源類型相對比較固定[13]。通過各農藝性狀進行的相關性分析發(fā)現(xiàn)，每個性狀之間都具有顯著或極顯著相關。其中單瓜重與瓜長、瓜橫徑、瓜肉厚正相關，這與大部分與黃瓜資源性狀評價研究結果一致[5,7-8,14]。莖粗與葉長和葉寬及瓜橫徑呈極顯著或顯著正相關，與單瓜重有正相關性但不顯著，而單瓜重與葉長和葉寬相關性不大。因此，在育種過程中對親本的選擇可以根據(jù)育種目標有針對性的優(yōu)先考慮選擇相關性狀。

主成分分析是將多個性狀指標轉化為少數(shù)幾個主要的綜合指標對種質資源進行評價分析，可以簡化程序。對黃瓜果實、葉片等21個性狀進行主成分分析，獲得7個主要因子，包括單瓜重、瓜長、瓜把長、瓜橫徑、瓜肉厚、瓜瘤大小、瓜刺瘤稀密、葉長、葉寬、瓜肉色、瓜棱、瓜皮色、葉色、第一雌花節(jié)位、瓜把形狀共15個重要性狀，累計貢獻率達到67.68 %，反映了供試材料的大部分表型性狀信息，可以作為四川省地方品種種質資源評價和鑒定的主要指標[4,8]。通過聚類分析，將77份資源劃分為4個組群。第Ⅰ類群共有20份地方品種，瓜肉較厚，瓜長相對較短，但第一雌花節(jié)位比較高，可以根據(jù)市場需求選擇白刺、肉厚腔小的種質資源加以利用。第Ⅱ類群瓜橫徑和瓜長數(shù)值最高，單瓜重最大，有利于從中選擇大果型種質進行改良和利用。第Ⅲ類群大部分為第一雌花節(jié)位低的種質，瓜橫徑小，果肉比較厚，很適合城市周邊消費習慣。第Ⅳ類群包含了50 %的地方品種，品種來源于四川省的攀西、川南、川東北和成都平原等不同地區(qū)，表明聚類結果與地方資源的收集地沒有必然聯(lián)系[5,15]。

利用種質資源農藝性狀的形態(tài)學進行研究，廣泛應用于植物的種質資源評價、鑒定、分類、保存和利用，對作物育種具有重要意義[3-4,16]。華南型黃瓜是我國主要栽培類型之一，種質資源豐富，具有較豐富的遺傳變異[5,8,13]。本研究發(fā)現(xiàn)四川省黃瓜種質資源多樣性高，史建磊等[5]收集資源發(fā)現(xiàn)四川華南型黃瓜種質資源比較豐富，為華南型黃瓜種質資源利用和材料創(chuàng)制提供良好的來源。

4 結 論

通過對77份四川地方品種農藝性狀的變異、相關性、主成分和聚類分析，發(fā)現(xiàn)收集的種質資源農藝性狀差異明顯。對21個農藝性狀進行相關性分析，發(fā)現(xiàn)各性狀間具有顯著或極顯著相關，與產量相關的性狀單瓜重與瓜長、瓜橫徑、瓜肉厚正相關。主成分分析提取的7個主要因子能夠反應參試材料的67.68 %信息，包括單瓜重、瓜把長、瓜肉厚、瓜刺瘤稀密、瓜皮色、第一雌花節(jié)位等15個涉及產量和外觀特征的主要性狀。進一步系統(tǒng)聚類，將參試材料可以聚為4類。主成分和聚類分析對黃瓜種質資源評價具有指導意義，為提高資源評價效率和指導親本選配提供了理論依據(jù)。