厚皮甜瓜種質資源果實性狀的綜合分析及評價

朱彩華，高 婷，李 梅，龍榮華

（1.云南省農業科學院園藝作物研究所 昆明 650205； 2.昆明市東川區經濟作物技術推廣站 昆明 654100）

厚皮甜瓜（Cucumis melo）為葫蘆科一年生蔓性草本植物，果實味甜多汁，香氣濃郁，富含維生素、有機酸及礦物質等營養成分，深受廣大消費者喜愛，是我國重要的園藝經濟作物之一[1]。由于厚皮甜瓜在我國栽培歷史悠久，多年的選育和栽培中已形成在果皮底色、果皮覆紋、果肉顏色等方面具有多樣性的特色品種。隨著人們生活水平的提高，對甜瓜的品質和多樣性要求也越來越高[2]，因此開展種質資源評價，通過分析厚皮甜瓜種質間的重要農藝性狀差異性，篩選出優質的種質資源，對厚皮甜瓜新品種選育和產業發展具有重要的推動作用。前人對甜瓜的研究主要集中在種質資源生物多樣性和遺傳多樣性方面[3]。許多學者利用形態學分類法、AFLP、SRAP、SSR 標記對甜瓜種質資源進行鑒定，分析不同品種之間的遺傳親緣關系[4-6]，但對其表型性狀的多樣性研究較少。胡建斌等[7]對250 份國外甜瓜種質資源的19 個形態性狀的遺傳多樣性進行研究。張凱歌等[8]利用形態學標記和分子標記技術，將219 份甜瓜種質資源劃分為厚皮、薄皮和野生3 種類型。朱凌麗等[9]采用群體結構與聚類分析，將124 份厚皮甜瓜種質劃分為5 個具有獨立性、多樣性、差異明顯的類群。在實踐中，農藝性狀也是選育新品種的重要評價指標，通過田間種植觀察，對甜瓜種質的各個性狀進行測定，采用聚類分析等方法可以篩選出性狀優良和營養豐富的種質[7]。盛云燕等[10]以新疆引進的8 個甜瓜品種為材料，對果實的多個性狀進行差異分析，篩選出了適宜北方種植的2個高品質品種M4-10 和M4-5。梁昕景等[11]采用隸屬函數法對34 份厚皮甜瓜進行綜合評價，火鳳凰6 號總隸屬函數值最大，排名第1，其次是k2-1、k2-4、君網蜜3 號、k2-3，可以引進海南地區種植。韓立紅等[12]利用方差分析和隸屬函數法對34 個黃皮型厚皮甜瓜品種的產量及品質等性狀進行綜合評價，選育出了適宜在日光溫室中與草莓套種的雅州蜜厚皮甜瓜品種。徐佳等[13]對9 個厚皮甜瓜品種的生育期、植株性狀、果實性狀、產量及抗病性等指標進行綜合分析，篩選出適宜在臺州地區推廣種植的脆肉型厚皮甜瓜浙甜105。綜上所述，前人研究多集中于我國部分地區的地方種質，對篩選區域適應性極強的跨地域優質厚皮甜瓜種質資源研究較少。筆者以141 份厚皮甜瓜種質資源為試材，通過室外小區地塊種植，對29 個農藝性狀進行測定，旨在分析不同種質間果實性狀的差異性，篩選優質的厚皮甜瓜種質資源，為育種提供優質的親本材料，進而為新品種選育奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

141 份厚皮甜瓜種質資源由湖南省瓜類研究所收集，保存，均為純種自交系，包括網紋、光皮、大果、小果等類型（表1）。

表1 試驗材料Table 1 Experimental materials

1.2 代表性種質資源圖片

在以下9 份典型的種質資源中，果形有圓形、卵形、橢圓形，果皮底色有黃色、白色、灰色，果面網紋為全網紋、部分網紋和無網紋，果面有棱溝，果肉顏色有橙色、白色和綠色。

1.3 試驗儀器

直尺，游標卡尺，電子秤（ACS-30 kg），電子天平（YP 5102），TD 系列糖度計。

1.4 試驗設計

試驗于2021 年5—9 月在云南省保山市隆陽區農業示范試驗田進行，采用2.5 m 包溝起壟種植，壟寬0.9 m，溝寬0.3 m，壟間距為1.3 m。試驗材料共141 份，采用隨機區組排列，小區面積為6 m×2.5 m=15 m2。每小區種植10 株，每份種質3 次重復，共種植30 株。5 月初使用32 孔穴盤育苗，2 葉1 心期移栽至試驗田，采用一壟單行種植模式，株行距為0.5 m×2.5 m。在整個生育期內統一進行栽培管理和病蟲害防治，植株4 葉1 心至5 葉1 心時摘心，采取雙蔓整枝，均為自花授粉，并及時剪除多余側枝，開花、坐果后均不再疏果，使其自然生長。

1.5 指標測定

參照《甜瓜種質資源描述規范與數據標準》[14]、《農作物優異種質資源評價規范-甜瓜》（NY/T 2388—2013）[15]，每份種質隨機選取5 株，對15 個質量性狀進行調查、分級和賦值，對14 個數量性狀進行測定。

1.5.1 數據的標準化采集 每份種質選取5 個果皮色澤鮮艷、果臍發軟、臍部散發香味的果實進行測定，將甜瓜果實沿中軸一切為二，盡量保持切面平整，用直尺進行果實橫徑和縱徑的測定；果形指數=果實縱徑/果實橫徑；用游標卡尺測量種腔橫徑和果肉厚度。每份種質取3 個重復內總產量和總坐果數比值的平均值即為平均單果質量；對每個品種的株數和果數進行計數，單株坐果數=總結果數/株數；單株產量/（kg·株-1）=小區總產量/小區總株數。取果實中間部位的果肉，用糖度計測定中心可溶性固形物含量。每份種質選取成熟度較好的5個瓜，將種子晾干后稱千粒重，3 次重復，取平均值；用游標卡尺對每個品種具有代表性的3 個果實的種子長度、種子寬度進行測定，每個果實測量均一性較好的10 粒種子，重復3 次；種形指數=種子長度/種子寬度。果實成熟后，以咀嚼方式對每份種質的果實質地進行測定。果實采收后，采用紗布包裹瓜瓤，并用鉗子擠壓對瓜瓤水分進行測定，能輕易擠壓出許多水分的為多，能擠壓出少許水分的為中，很難擠壓出水分的為少。

1.5.2 數據處理與分析 質量性狀分為1～10 級（表2），并計算每級頻率；數量性狀根據均值（X）和標準差（s）將所有數據分為10 級，1 級＜（X-2s），10級＞（X+2s），中間每0.5X為1 個等級，統計分布頻率。各性狀遺傳多樣性采用Shannon’s 信息指數（H’）分析。H’=-∑PilnPi。

表2 厚皮甜瓜種質資源質量性狀描述分級Table 2 Description and classification of quality traits of thick skin melon germplasm resources

式中：Pi為第i種變異類型出現的頻率，ln 為自然對數。

利用Excel 2019 計算各質量性狀的分布頻率、變異系數（CV）及各數量性狀的最小值、最大值、平均值、標準差、變異系數；采用SPSS 22.0 對其進行相關性分析、主成分分析；利用Origin 2022 進行聚類分析，最終生成聚類圖。

2 結果與分析

2.1 質量性狀遺傳多樣性分析

對15 個質量性狀進行分級和賦值，頻率和遺傳多樣性指數如表3 所示。遺傳多樣性指數的變化范圍介于0.27～2.04 之間，其中，果面瘤最低（0.27），果皮底色最高（2.04），果實形狀、果皮底色、果面網紋分布、果肉顏色和種子形狀等5 個性狀均大于1.0，其余10 個性狀均小于1.0，說明所有種質在這5 個質量性狀中變異較大。92.20%的甜瓜種質無果面瘤；黃色和黃綠色的果皮底色居多，占所有種質的46.10%；78.72%的種質果面光滑，無棱溝；93.62%的種質沒有覆紋；57.45%的種質為網紋甜瓜品種，43.97%的種質網紋較密，47.52%的種質網紋覆蓋全部果面。果肉顏色以白色（28.37%）、淺綠（27.66%）和橙色（28.37%）為主，種質的果肉質地為脆（69.50%），56.03%的種質水分較少，35.46%的種質水分中等，8.51%的種質果實多汁。種質籽粒形狀以橢圓（43.97%）和卵圓（39.72%）為主，種皮顏色以黃色（69.50%）為主。

表3 厚皮甜瓜種質資源質量性狀頻率分布及多樣性Table 3 Frequency distribution and diversity of quantitative traits of thick skin melon germplasm resources %

2.2 果實主要數量性狀的差異性分析

從表4 可以看出，厚皮甜瓜的14 個果實數量性狀之間存在著豐富的變異，變異系數介于9.75%～47.41%之間，遺傳多樣性指數介于1.76～2.07 之間。其中，單株產量變異系數最大，為47.41%，其次是單株坐果數、平均單果質量、千粒重、果實縱徑，變異系數均達到了20%以上，表明這幾個性狀變異性差異較大，遺傳性狀不穩定，需根據不同育種目標加大品種改良力度。果實橫徑、果形指數、種腔橫徑，空腔率、果肉厚度、中心可溶性固形物含量變異系數低于20%，其中種形指數的變異系數最小，表明該性狀遺傳較穩定。果形指數、空腔率、單株坐果數、單株產量的遺傳多樣性指數均小于2.0，其余10 個性狀均大于2.0，遺傳多樣性豐富，今后可對這10 個性狀加以改良。

表4 厚皮甜瓜種質資源的果實性狀變異分析Table 4 Variation analysis of fruit traits of thick skin melon germplasm resources

2.3 甜瓜果實性狀的相關性分析

對141 份厚皮甜瓜種質資源的其中12 個數量性狀進行相關性分析，呈極顯著相關的有29 對，呈顯著相關的有9 對（表5）。果實橫徑與果實縱徑、種腔橫徑、空腔率、果肉厚度、單果質量、單株產量、中心可溶性固形物含量、千粒重呈極顯著正相關，與種形指數呈顯著正相關，與單株坐果數呈顯著負相關；果實縱徑與果形指數、種腔橫徑、果肉厚度、單果質量、單株產量、千粒重呈極顯著正相關，與單株坐果數呈極顯著負相關；果形指數與單果質量呈極顯著正相關；種腔橫徑與空腔率、單果質量、單株產量、中心可溶性固形物含量、千粒重、種形指數呈極顯著正相關，與單株坐果數呈顯著負相關；空腔率與千粒重呈極顯著正相關，與種形指數呈顯著正相關，與果肉厚度呈極顯著負相關；果肉厚度與單果質量、單株產量呈極顯著正相關；單果質量與單株產量、千粒重呈極顯著正相關，與中心可溶性固形物含量、種形指數呈顯著正相關，與單株坐果數呈顯著負相關；單株坐果數與單株產量呈極顯著正相關，與種形指數呈顯著負相關；千粒重與種形指數呈顯著正相關。

表5 厚皮甜瓜果實性狀的相關性分析Table 5 Correlation analysis of fruit traits of thick skin melon

2.4 甜瓜果實性狀的主成分分析

2.4.1 主成分提取與分析 對141 份厚皮甜瓜的12 個重要的數量性狀進行主成分分析（表6 和表7），提取出特征值大于1 的4 個主成分，累積方差貢獻率為78.39%。第一主成分的方差貢獻率為34.83%，平均單果質量、果實橫徑的荷載值較大，主要反映了甜瓜的大小，可稱為質量因子；第2 主成分在空腔率和種腔橫徑上有著較大的荷載值，方差貢獻率為18.04%，可稱為種腔因子；第3 主成分主要在果形指數上有著較大的荷載值，方差貢獻率為14.05%，可稱為果形因子；第4 主成分單株產量和單株坐果數上有著較大的荷載值，方差貢獻率為11.46%，可稱為產量因子。

表6 評價因子的特征值和累計方差貢獻率Table 6 The eigenvalue and cumulative variance contribution rate of evaluation factors

表7 主成分荷載矩陣Table 7 Principal component load matrix

2.4.2 不同厚皮甜瓜種質綜合評價 對原始數據進行標準化處理，根據標準化后的各性狀指標及因子荷載矩陣計算各主成分得分，公式為：

F1=0.46X1+0.45X2+0.38X3+0.38X4+0.30X5+0.28X6 + 0.23X7 + 0.14X8 + 0.14X9 + 0.10X10 +0.12X11-0.09X12；

F2=-0.10X1-0.01X2+0.35X3 -0.12X4-0.40X5-0.39X6 + 0.24X7 + 0.18X8 + 0.56X9- 0.13X10 +0.14X11-0.32X12；

F3=0.01X1-0.24X2-0.16X3+0.43X4-0.20X5-0.14X6+0.21X7+0.03X8-0.01X9+0.70X10-0.31X11-0.20X12；

F4=-0.10X1-0.10X2+0.15X3+0.00X4-0.32X5+0.43X6+0.18X7-0.09X8+0.36X9+0.07X10-0.18X11+0.68X12。

根據各主成分的權重值計算綜合得分。

F綜=0.35XF1+0.18XF2+0.14XF3+0.11XF4。

根據綜合評價得分排序（表8），得分越高表明該種質綜合品質越好。排名前5 的種質分別是SL42、SL 29、2020 T 20、SL 90、SL 75，表明此5 份種質的綜合表現較好。得分最低的分別是SL 173、SL 10、2020 T 17、2020 T 29、2020 T 18，綜合表現與其他種質相比較差。

表8 厚皮甜瓜種質資源的主成分得分（前20）Table 8 Principal component score of thick skin melon germplasm resources（Top 20）

2.5 聚類分析

對141 份厚皮甜瓜種質的29 個性狀進行數據分析，構建聚類分析圖。在歐氏距離14.5 處，可將141 份 種 質 分 成7 大 類 群（I、II、III、IV、V、VI、VII）。不同顏色表示不同的類群（圖1）。

圖1 代表性厚皮甜瓜資源Fig.1 Representative thick skin melon resources

圖2 基于形態性狀的聚類圖Fig.2 Cluster based on morphological traits

第I 類群為2020 T 28、SL 73、SL 49、SL 203，占比2.84%。這一類群果肉平均厚度3.31 cm，平均單果質量1.44 kg，中心可溶性固形物含量14.93%，千粒重49.94 g，產籽量最高；果形長橢圓形，果皮黃色、無網紋，果肉質地軟、綿，果肉白色。

第II 類群為SL 42 和SL 29，占比1.42%，2 份種質果肉平均厚度4.59 cm，平均單果質量3.44 kg，中心可溶性固形物含量12.65%，種子千粒重45.84 g，產籽量較高；均為橢圓、大果型，果皮黃色，有斑點和網紋，汁少，果肉橙色。

第III 類群只有1 份種質SL 27，占比0.71%，果肉厚度3.90 cm，平均單果質量1.89 kg，中心可溶性固形物含量13.50%，種子千粒重13.20 g，產籽量最低；種子較小，無斑紋，有網紋，果皮土黃色，果肉汁多較軟。

第IV 類群包含種質48 份，占比34.04%，此類群果肉平均厚度4.00 cm，平均單果質量1.50 kg，中心可溶性固形物含量13.70%，千粒重25.53 g；果形圓形或橢圓形，無果面溝，具網紋，果肉汁少，質地軟、綿。

第V 類群包含2020 T 29、SL 3、SL 85、SL 173、SL 23、SL 211、SL 103 等7 份種質，占比4.96%，果肉平均厚度4.25 cm，平均單果質量1.28 kg，中心可溶性固形物含量14.30%，千粒重15.61 g，產籽量極低；果實均為圓形，果肉白色，種子橢圓形，種皮顏色黃色。

第VI 類群包含SL 184、SL 181、SL 209、2020 T 32、SL 187、SL 208 等6 份種質，占比4.26%，果肉平均厚度3.68 cm，平均單果質量1.45 kg，中心可溶性固形物含量13.35%，千粒重33.12 g；果實圓形或卵圓形，無果面瘤和果面溝，果皮表面覆紋，以棕綠色斑紋為主。

第VII 類群包含73 份種質，占比51.77%，果肉平均厚度4.00 cm，平均單果質量1.90 kg，中心可溶性固形物含量13.90%，千粒重34.60 g；無果面瘤，果實圓形，果皮光滑，果肉淺綠色。

3 討論與結論

調查與分析作物種質資源的形態和性狀是種質研究的基礎性工作。種質資源評價分析的方法已在農業生產中得到廣泛應用，并通過分析不同作物品種間的遺傳多樣性和差異性，達到選育優良種質的目的。甜瓜種質資源遺傳多樣性分析以形態學標記、分子標記為主，但目前對種質資源的描述和鑒定評價主要依據農藝表型性狀[16]。農藝性狀變異分析和表型多樣性分析是種質資源研究和利用的基礎，有助于育種工作者全面了解各類型種質材料的遺傳變異水平，更有利于雜交親本選配與新品種選育[17-18]。

變異系數可以直接反映遺傳多樣性水平，它表明了某一性狀的離散程度，變異系數越大，該性狀的變異程度越大[19]。筆者的試驗中141 份厚皮甜瓜種質資源15 個質量性狀的遺傳多樣性指數在0.27～2.04，平均為0.90，14 個數量性狀的遺傳多樣性指數在1.76～2.07，平均為2.01，尤其是果實橫徑的指數最高，為2.07，單株產量的變異系數最高達47.41%，說明在同一栽培條件和材料數量較多的情況下，表現出種質資源間的遺傳多樣性，這與蘭秀等[20]的研究結果一致，為種質資源的拓展應用及種質創新提供了保證。筆者對厚皮甜瓜的15 個質量性狀和14 個數量性狀進行了分析，發現果實形狀、果皮底色、果面網紋分布、果肉顏色和種子形狀5個質量性狀變異明顯，各級均有一定數量的種質分布，剩余10 個性狀（H’＜1.0）變異不明顯。數量性狀的變異更為明顯，遺傳多樣性指數最小為1.76，果實橫徑、果實縱徑、種腔橫徑、果肉厚度、平均單果質量、中心可溶性固形物含量、千粒重、種子長度、種子寬度、種形指數等10 個性狀的遺傳多樣性指數高于2.00。質量性狀遺傳多樣性指數低于數量性狀，由此可以說明數量性狀比質量性狀更容易受到基因型或種質的影響，這與張凡等[21]的研究結果一致。筆者的研究中，29 個果實性狀較好地反映了厚皮甜瓜種質的表型特性，在育種上選擇面廣，遺傳改良的空間較大。

相關性分析是研究變量之間是否存在一定相關性，從而衡量變量間相關程度或密切程度的一種方法[22]。相關性分析結果表明，重要的12 個數量性狀間存在復雜的相互關系，尤其是單果質量和中心可溶性固形物含量，其中單果質量與果實橫徑、果實縱徑、果形指數、果肉厚度呈極顯著正相關，表明甜瓜產量與自身性狀密切相關。此外，筆者在試驗中還發現中心可溶性固形物含量與果實橫徑和種腔橫徑具有顯著的相關性。相關性分析進一步表明厚皮甜瓜各性狀之間關聯較緊密，種質性狀的遺傳比較復雜。

主成分分析是用少數的幾個綜合指標來代替多個主要農藝指標，對種質資源進行評價分析，以期反映樣品的基本信息，可以極大地簡化程序，達到降維的目的[23-24]。筆者的試驗中，前4 個主成分的累計貢獻率達到了78.39%，包含了果實性狀指標的大部分信息，可作為厚皮甜瓜種質資源果實性狀評價的綜合指標，其中決定第1 主成分的主要性狀為單果質量、果實橫徑，這與芮文婧等[25]對353 份番茄種質資源表型性狀主成分分析的結果一致。4 個主成分因子對厚皮甜瓜種質特征的貢獻率由高到低依次為質量因子＞種腔因子＞果形因子＞產量因子，各主成分中的載荷值表明該性狀具有不同育種目標的潛力。

聚類分析法可以揭示種質資源間的親緣關系，為雜種優勢利用提供理論依據，在種質資源研究中得到廣泛應用[26-27]。筆者的試驗中，在歐式距離為14.5 處將參試的141 份厚皮甜瓜種質資源劃分為7個類群，類群VII 包含的種質數量最多（73 份），占比為51.77%；類群III 僅包含1 份種質（SL 27），種子千粒重最小。

綜上所述，141 份厚皮甜瓜種質資源的遺傳多樣性豐富，其中SL 42、SL 29、2020 T 20、SL 90、SL 75 的農藝性狀綜合表現最好，可對這5 份種質加以改良，育成新品種。結合質量性狀多樣性指數分析法、數量性狀變異分析法、相關性分析法、主成分分析法和聚類分析法研究種質資源，能更快篩選出符合育種目標親本類型的厚皮甜瓜種質資源，為新品種選育奠定重要基礎。