甜瓜種質資源遺傳多樣性分析與評價

摘" " 要：為篩選出優質的甜瓜種質資源，對吉林省蔬菜花卉科學研究院現存的65份甜瓜種質資源進行遺傳多樣性分析與評價，對其果實主要性狀進行調查統計、數據分析。通過對果實性狀進行遺傳分析，發現其變異系數的變化范圍為16.62%～59.25%，多樣性指數變化范圍為4.11～4.38；對甜瓜果實性狀進行相關性分析，有22對性狀間呈極顯著相關，有2對性狀間呈顯著相關；對甜瓜資源的果實性狀進行主成分分析，在累積貢獻率為84.19%處，篩選出了5個主成分因子，分別為糖酸因子、質量因子、表型因子、果柄因子、品質因子；對甜瓜果實性狀進行聚類分析，在歐式距離12.5處將65份甜瓜種質資源聚為三大類群；通過綜合評價得分計算，篩選出了10份果實性狀較好的種質資源，分別為卡加里麝香、Q196、拉賈斯坦蜜瓜、FY39、斑比洋香瓜、Q174、Q171、濃郁的甜味132、蜜露、Q163，他們的品質優良、單果質量適中。

關鍵詞：甜瓜；果實；農藝性狀；評價

中圖分類號：S652 文獻標志碼：A " "文章編號：1673-2871（2024）12-019-10

收稿日期：2024-07-30；修回日期：2024-11-05

基金項目：吉林省財政專項；吉林省財政廳（20240013）

作者簡介：遲翔丹，女，研究實習員，研究方向為甜瓜育種及栽培。E-mail：939375151@qq.com

通信作者：王" " 薇，女，教授，研究方向為瓜類育種及栽培。E-mail：wangwei@jlau.edu.cn

陳" " 瑩，女，副研究員，研究方向為甜瓜育種及栽培。E-mail：56429596@qq.com

Analysis and evaluation of genetic diversity of melon germplasm resources

CHI Xiangdan1， ZHAO Yanfei1， WANG Wei2， CHEN Ying1

（1. Jilin Vegetable and Flower Science Research Institute， Changchun 130118， Jilin， China;" 2. College of Horticulture ， Jilin Agricultural University， Changchun 130118， Jilin， China）

Abstract： To screen out high-quality melon germplasm resources， genetic diversity analysis and evaluation were conducted on 65 existing melon germplasm resources at Jilin Vegetable and Flower Science Research Institute. The investigation， statistics， and data analysis were conducted on the main fruit traits. Through genetic analysis of the fruit， it was found that the coefficient of variation ranged from 16.62% to 59.25%， and the diversity index ranged from 4.11 to 4.38. Correlation analysis was conducted on the fruit traits of cantaloupe， with 22 traits showing extremely significant correlation and 2 traits showing significant correlation. Principal component analysis was conducted on the fruit traits of melon resources， and five principal component factors were selected at a cumulative contribution rate of 84.19%， namely sugar acid factor， mass factor， phenotype factor， fruit stem factor， and quality factor. Cluster analysis was conducted on the fruit traits of cantaloupe， and 65 cantaloupes were clustered into three major groups at a Euclidean distance of 12.5. Through comprehensive evaluation score calculation， 10 varieties with good traits were selected， including Kagari Musk， Q196， Rajasthan Honey Melon， FY39， Bambi Western Melon， Q174， Q171， Rich Sweetness 132， Milu， Q163， which had excellent quality and moderate fruit mass.

Key words： Melon; Fruit; Agronomic traits; Evaluate

甜瓜又名香瓜，為葫蘆科黃瓜屬一年生匍匐或攀援草本植物。林德佩[1]將甜瓜（Cucumis melo）種下劃分成兩個亞種，即短毛甜瓜亞種（ssp. agrestis）和長毛甜瓜亞種（ssp. melo）。甜瓜含有豐富的營養物質，口感香甜，在水果市場上備受青睞。中國是甜瓜生產大國，2022年甜瓜種植面積增長到38.08萬hm2，總產量增長到1 386.5萬t[2]。甜瓜作為世界重要的瓜果作物之一，具有栽培周期較短、栽培技術較簡單、生產適應性較強、投入產出比較高、增加農民收入效果顯著等優點，是一種高效經濟的瓜果作物[3]。

種質是決定生物遺傳性狀并將遺傳信息從親代傳遞給子代的遺傳物質，具有種質并能繁衍的生物體統稱為種質資源或遺傳資源[4]。目前，我國已建立了種質資源中長期保存體系，在國家西瓜甜瓜中期庫保存了約2000份甜瓜種質資源[5]。甜瓜種質資源是科學研究與新品種培育的重要物質基礎，在甜瓜生產中起著重要作用。雖然甜瓜已經育成了許多新品種，但由于甜瓜種質遺傳背景復雜、種質資源呈現多樣性，所以也產生諸多問題。如雜交育種遺傳背景狹窄、育成的品種具有地域適應性等[6]。

近兩年，農業農村部立足產業需求，確定了首批可利用資源，其中就有甜瓜資源[7]。通過對不同地區甜瓜品種的遺傳分析，為甜瓜育種提供了理論支持。通過分析遺傳多樣性，確定具有優良性狀的基因資源，如抗病性、高產、優質等，以助力目標育種。如康利允等[8]探明了不同甜瓜種質資源氮鉀雙高效遺傳差異，篩選出了氮鉀雙高效種質資源；王祿星等[9]篩選出甜瓜白粉病室內苗期抗性鑒定方法，并在此基礎上在寧夏地區對23份甜瓜種質資源進行白粉病抗病性評價。但目前以東北地區甜瓜為栽培背景的研究較少，且同名異物、同物異名現象頻發。因此，筆者利用吉林省蔬菜花卉科學研究院現存的65份甜瓜種質資源，對其果實進行主要品質性狀的測定，通過對測得的數據進行相關性分析、遺傳多樣性分析、主成分分析和聚類分析，深入了解甜瓜種質資源果實品質性狀之間的關系、遺傳多樣性情況并進行分類歸納，為甜瓜種質資源的開發利用和品種改良提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料為65份甜瓜種質資源，供試材料編號和名稱見表1，供試材料為吉林省蔬菜花卉科學研究院多年來培育自交系、雜交種及引進的外地品種。

1.2 方法

本試驗于2022年10月至2024年2月在吉林省長春市吉林省蔬菜花卉科學研究院B3日光溫室進行。該溫室土壤為壤土，肥力均勻。單行種植，行株距120 cm×40 cm。田間進行統一管理，采用吊蔓栽培，單蔓整枝，瓜前1～2片葉摘心。3月中旬播種育苗，2周后定植，5月7日開始人工授粉，6月中旬采收結束。

1.3 指標測定及分析方法

于甜瓜果實成熟時，每份材料選取3個性狀相近的果實，進行3次重復測量。使用游標卡尺、直尺、電子天平等測量果實外在品質性狀。果實內在品質性狀的測定中，采用手持糖度計測定中心可溶性固形物、邊部可溶性固形物含量；采用蒽酮比色法測定果糖、葡萄糖含量；采用堿滴定法測定檸檬酸、蘋果酸含量；采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測定維生素C含量；采用考馬斯亮藍比色法測定蛋白質含量[10]。

對測得的甜瓜主要農藝性狀進行賦值，綜合數量性狀，在WPS中進行數據統計，在IBM SPSS Statistics 27分析軟件中輸入賦值和標準化后的數值，進而計算分布頻率、最大值、最小值、極差、平均值、標準差和多樣性指數H'；變異系數=標準差/平均值；利用皮爾遜相關性分析法，對各性狀進行相關性分析；在軟件中進行主成分分析和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 甜瓜種質資源果實品質性狀多樣性分析

甜瓜果實外在品質性狀變異系數見表2，變化范圍為16.62%～59.25%，由高到低分別為果柄粗度（59.25%）gt;果柄長度（46.15%）gt;單果質量（37.62%）gt;果臍大小（31.28%），該數據表明，果柄性狀遺傳變異率較高。其他3個性狀變異系數由高到低分別為果實長度（25.19%）＞果肉厚度（20.60%）＞果實寬度（16.62%），果實的長寬變異范圍較為狹窄。多樣性指數變化范圍為4.111～4.383，均值為4.255，多樣性指數越高，代表其性狀多樣性越豐富，差異性顯著。多樣性指數最高的性狀為果肉厚度，達4.383，不同果實果肉厚度均有差異性；其次為果臍大小（4.361）、果柄粗度（4.344），多樣性指數最高的3個性狀分布于甜瓜果實的不同部位，反映不同位置的多樣性豐富度均有不同；排名第四的為果實寬度（4.212），果實長度（4.186）和果柄長度（4.185）多樣性指數接近；多樣性指數最低的為單果質量，僅有4.111。

甜瓜內在品質是綜合評價的基礎。對65份甜瓜種質資源內在品質進行多樣性分析，結果如表3所示。變異系數變化范圍為17.49%～43.89%，平均值29.17%。變異系數最高的是維生素C含量（43.89%）；其次是蘋果酸含量（43.29%），變異程度僅低于維生素C含量；蛋白質含量是體現果實品質的重要指標，其變異系數為30.81%；變異系數較低的分別是中心可溶性固形物含量（17.49%）、果糖含量（21.33%）、邊部可溶性固形物含量（24.23%）、葡萄糖含量（26.05%），反映出果實甜度能夠穩定遺傳，有助于篩選出優質品種。多樣性指數變化范圍為4.094～7.034，均值為4.917，僅有2個品質性狀超過平均值，分別是檸檬酸含量（7.034）和蘋果酸含量（6.736），兩種酸含量的多樣性較為豐富；其次是蛋白質含量（4.525）；四種糖含量多樣性指數由高到低為葡萄糖含量（4.344）、果糖含量（4.207）、邊部可溶性固形物含量（4.202）、中心可溶性固形物含量（4.197）；多樣性指數最低的是維生素C含量，僅有4.094。

2.2 甜瓜種質資源果實品質性狀相關性分析

由表4可知，果實長度與單果質量（0.611）、果實寬度與單果質量（0.631）、果實寬度與果實長度（0.460）、果肉厚度與單果質量（0.757）、果肉厚度與果實長度（0.534）、果肉厚度與果實寬度（0.682）均呈極顯著正相關，反映出果實長寬數值越大，果肉厚度數值越大，反之相同。果柄粗度與果實寬度（0.373）呈極顯著正相關，與單果質量（0.272）呈顯著正相關。

由表5可知，邊部可溶性固形物含量與中心可溶性固形物含量（0.970）呈極顯著正相關；果糖含量與中心可溶性固形物含量（0.954）、邊部可溶性固形物含量（0.965）均呈極顯著正相關；葡萄糖含量與中心可溶性固形物含量（0.960）、邊部可溶性固形物含量（0.974）、果糖含量（0.995）均呈極顯著正相關，反映出果實內不同組分糖含量之間的關聯是非常明顯的；檸檬酸含量與中心可溶性固形物含量（-0.942）、邊部可溶性固形物含量（-0.951）、果糖含量（-0.985）、葡萄糖含量（-0.983）呈極顯著負相關；蘋果酸與各組分糖含量也呈極顯著負相關，即檸檬酸、蘋果酸含量越高，各組分糖含量越低；且檸檬酸含量與蘋果酸含量（0.983）呈極顯著正相關。

2.3 甜瓜果實品質性狀指標的主成分分析

對65份甜瓜種質資源的15個果實性狀進行主成分分析，由圖1可知，碎石圖的縱坐標為特征值，前5個主成分特征值大于1。碎石圖曲線的陡峭程度，可以直接反映各成分的變化趨勢，進而明確主成分的提取數量[11]。

對數據進行標準化處理后（見表6～7），以特征值大于1.0為標準提取主成分[12]，得到5個主成分，累積貢獻率高達84.191%，具有一定的代表性，包含了甜瓜果實品質性狀的大部分信息。

由表6～7可知，第1主成分特征值為6.160，累積貢獻率為41.065%，對其作用的特征向量為正，由高到低分別為葡萄糖含量（0.981）、果糖含量（0.978）、邊部可溶性固形物含量（0.978）、中心可溶性固形物含量（0.975）；特征向量為負的有檸檬酸含量（-0.967）、蘋果酸含量（-0.952），第1主成分主要與果實內在糖酸含量有關，因此可以定性為糖酸因子。第2主成分特征值為2.948，累積貢獻率為60.717%，對應的特征向量中，單果質量、果肉厚度、果實長度、果實寬度較大，第2主成分主要與果實質量有關，定性為質量因子。第3主成分特征值為1.392，累積貢獻率為69.999%，特征向量為正的是果臍大小（0.640）、果柄粗度（0.531），第3主成分主要與表型性狀有關，定性為表型因子。第4主成分特征向值為1.122，累積貢獻率為77.476%，對其有影響的特征向量為果柄長度（0.807），定性為果柄因子。第5主成分特征值為1.007，累積貢獻率達84.191%，有影響的特征向量為維生素C含量（0.846），可定性為品質因子。

2.4 甜瓜果實內在品質性狀的聚類分析

由圖2可知，在遺傳距離為12.5處，將65份甜瓜資源聚為三大類。類群I共23份種質；類群II共13份種質；類群III共29份種質。

以上三大類群的8個內在品質性狀均值見表8。3個類群中，類群I中心可溶性固形物含量和維生素C含量的平均值都是最高的，但是類群I中的維生素C含量（25.51）平均值遠高于類群II、III；類群II中的邊部可溶性固形物含量（10.09）和果糖含量（10.11）較其他兩個類群含量更高；類群III中的檸檬酸（0.16）和蘋果酸含量（0.17）均值最低。

表8 三大類群甜瓜果實內在品質平均值

Table 8" " The average intrinsic quality of melon fruits in three major groups

[性狀

Character 類群I

平均值

Average of

group 1 類群II

平均值

Average of

group 2 類群III

平均值

Average

of group 3 w（中心可溶性固形物）

Central soluble solids content/% 12.92 14.62 12.36 w（邊部可溶性固形物）

Edge soluble solids content/% 8.55 10.09 8.34 w（果糖）

Fructose content/% 8.71 10.11 8.47 w（葡萄糖）

Glucose content/% 2.57 2.58 2.45 w（維生素C）

Vitamin C content/% 25.51 19.85 18.98 w（蛋白質）

Protein content/% 1.28 1.20 1.20 w（檸檬酸）

Citric acid content/% 0.17 0.18 0.16 w（蘋果酸）

Malic acid content/% 0.19 0.20 0.17 ]

2.5 65份甜瓜種質資源的綜合評價

果實品質是引種、選育及加工利用的關鍵因素，其綜合品質是多個品質指標共同作用的結果[13]。根據主成分分析結果，通過選定的5個主成分的得分系數，對65份甜瓜種質資源進行綜合評價。將15個果實性狀標準化數值代入這5個主成分中，得到每個品種的綜合得分。根據5個主成分的合計初始特征值和各自組成系數，計算出綜合得分線性方程為：F=0.410 65y1+0.196 52y2+0.092 82y3+0.074 77y4+0.067 14y5。

最終計算65份甜瓜種質資源綜合得分的排名見表9。綜合得分變化范圍在-1.71～1.72，F值越高說明甜瓜資源表現越好。共有10份資源綜合得分大于1，說明這10份資源具有優良性狀，分別是卡加里麝香、Q196、拉賈斯坦蜜瓜、FY39、斑比洋香瓜、Q174、Q171、濃郁的甜味132、蜜露、Q163，品質優良、單果質量適中；有35份資源得分小于0，說明這些種質資源品質相對較差，參考價值較低。

3 討論與結論

對物種遺傳多樣性進行研究，能夠為植物分類、育種奠定一定的基礎[14]。本研究結果表明，甜瓜種質資源的多樣性較為豐富。從果實外在品質來看，果柄、單果質量、果實長度變異系數較高，這與朱彩華等[15]的研究結果一致；從果實內在品質來看，甜瓜蘋果酸含量的遺傳系數和多樣性指數均較高，遺傳范圍廣，這與黃松等[16]的結果相同。

研究各性狀間的相關關系，可以有效地提高良種選育效率并使重要的性狀得到改良[17]。通過對65份甜瓜資源各性狀之間的相關性進行分析，從甜瓜果實外在品質來看，果實長寬與單果質量呈極顯著正相關，即果實越長、越寬，單果質量越大；從甜瓜果實內在品質來看，果實內不同糖含量間呈極顯著正相關，與果實內檸檬酸含量、蘋果酸含量呈極顯著負相關，即糖分含量越高，酸含量越低。

用主成分分析來篩選資源，這樣篩選出來的資源不是某單一性狀突出，而是相關性狀綜合優質，在育種上更有意義[13]。對65份甜瓜資源的果實性狀進行主成分分析后，簡化為5個主成分，累積貢獻率高達84.191%。第1主成分為糖酸因子，第2主成分為質量因子，第3主成分為表型因子，第4主成分為果柄因子，第5主成分為品質因子。

聚類分析是數理統計中研究“物以類聚”的一種方法[18]，該綜合評價方法已用于分析辣椒[19]、高抗晚疫馬鈴薯[20]、豇豆[21]、釀酒葡萄[22]等。對65份甜瓜資源的15個性狀進行聚類分析，在歐式距離12.5處將試材分為三大類群。第I類群包含23份資源，這類甜瓜資源維生素C含量較高；第II類群共13份資源，是資源份數最少的，此類甜瓜資源中心可溶性固形物和邊部可溶性固形物含量較高，具有食用價值。第III類群包含29份資源，是三大類群中資源份數最多的，含酸量較低。

通過對65份甜瓜資源果實品質性狀的主成分分析，根據5個主成分的合計初始特征值和各自組成系數，計算出綜合得分。共有10份資源綜合得分大于1，說明這10份資源具有優良性狀，糖度較高、單果質量適中、品質良好；有35份資源得分小于0，這些種質資源品質相對較差，參考價值較低。

綜上所述，通過對甜瓜果實的綜合評價，發現這65份資源遺傳范圍較廣、多樣性豐富，不同性狀間存在顯著相關性，并篩選出了10份具有栽培價值、能夠促進種質創新的資源。將來可以進一步擴大樣本數量，選擇跨地區和生長環境差異較大的資源，挖掘獨特優良基因，并根據育種目標配制雜交組合、進行純化，進一步豐富種質資源庫。

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