苦瓜核心種質(zhì)資源構(gòu)建方法的比較

劉子記，牛 玉，朱 婕，劉昭華，楊 衍

(1中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 熱帶作物品種資源研究所/農(nóng)業(yè)部華南作物基因資源與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，海南 儋州 571737； 2海南大學(xué) 園藝園林學(xué)院，海南 海口 570228)

苦瓜核心種質(zhì)資源構(gòu)建方法的比較

劉子記1，牛 玉1，朱 婕2，劉昭華1，楊 衍1

(1中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 熱帶作物品種資源研究所/農(nóng)業(yè)部華南作物基因資源與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，海南 儋州 571737； 2海南大學(xué) 園藝園林學(xué)院，海南 ?？?570228)

【目的】通過(guò)比較不同方法構(gòu)建的苦瓜Momordicacharantia核心種質(zhì)資源的優(yōu)劣，選擇能代表原群體遺傳多樣性的核心種質(zhì)，為苦瓜種質(zhì)資源的高效利用提供依據(jù)?！痉椒ā坎捎没旌暇€性模型對(duì)154份苦瓜種質(zhì)的第1雌花節(jié)位、瓜縱徑、瓜橫徑、瓜肉厚和單瓜質(zhì)量等5個(gè)性狀的基因型值進(jìn)行無(wú)偏預(yù)測(cè)；基于性狀的基因型預(yù)測(cè)值，采用馬氏距離計(jì)算苦瓜種質(zhì)間的遺傳距離；通過(guò)8種聚類(lèi)方法和3種抽樣方法，按照30%的抽樣率構(gòu)建苦瓜核心種質(zhì)資源，評(píng)價(jià)不同聚類(lèi)方法和抽樣方法構(gòu)建苦瓜核心種質(zhì)的優(yōu)劣?！窘Y(jié)果】8種聚類(lèi)方法構(gòu)建的核心種質(zhì)所有5個(gè)性狀的變異系數(shù)均高于原群體；最短距離法構(gòu)建的苦瓜核心種質(zhì)5個(gè)性狀的方差和變異系數(shù)均高于原群體，明顯優(yōu)于其他7種聚類(lèi)方法。優(yōu)先抽樣法和偏離度抽樣法構(gòu)建的核心種質(zhì)的極差與原群體一致，但偏離度抽樣法構(gòu)建的苦瓜核心種質(zhì)有3個(gè)性狀的變異系數(shù)高于其他2種抽樣法，表明偏離度抽樣法略?xún)?yōu)于隨機(jī)抽樣法和優(yōu)先抽樣法；基于馬氏距離、偏離度抽樣法及最短距離法獲得了46份苦瓜核心種質(zhì)，其中，Y5、Y87、Y112和Y139為苦瓜骨干材料?！窘Y(jié)論】基于馬氏距離、偏離度抽樣法及最短距離法獲取的46份苦瓜核心資源能夠代表原群體的遺傳多樣性。本研究進(jìn)一步證實(shí)了來(lái)源于印度及東南亞地區(qū)的苦瓜種質(zhì)具有豐富的遺傳多樣性，為苦瓜種質(zhì)資源的收集、評(píng)價(jià)與高效利用提供了重要依據(jù)。

苦瓜； 核心種質(zhì)； 基因型值； 抽樣方法； 聚類(lèi)方法

苦瓜Momordicacharantia起源于非洲，屬于葫蘆科Cucurbitaceae苦瓜屬M(fèi)omordica蔓生草本植物，在亞洲、南美洲和非洲有著悠久的種植歷史[1-2]。苦瓜富含維生素、氨基酸及礦物質(zhì)，營(yíng)養(yǎng)成分豐富。此外，苦瓜所含的皂苷、多糖、小分子蛋白及黃酮類(lèi)物質(zhì)具有降低血糖含量[3]、抑制腫瘤細(xì)胞增殖[4]、增強(qiáng)人體免疫力[5]和消炎[6]等活性。隨著消費(fèi)者對(duì)苦瓜價(jià)值的深入認(rèn)識(shí)和接受，也推動(dòng)了苦瓜研究工作的深入開(kāi)展。種質(zhì)資源不僅包括栽培種，還包括近緣種和野生種，是種質(zhì)創(chuàng)新和新品種選育的物質(zhì)基礎(chǔ)，蘊(yùn)含著豐富的遺傳多樣性[7]。遺傳多樣性和親緣關(guān)系分析是種質(zhì)資源評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容。前人對(duì)苦瓜種質(zhì)資源遺傳多樣性進(jìn)行了大量研究。溫慶放等[8]分析了24份苦瓜材料的親緣關(guān)系，將供試材料分為3大類(lèi)群。張長(zhǎng)遠(yuǎn)等[9]對(duì)國(guó)內(nèi)外的45份苦瓜種質(zhì)進(jìn)行了親緣關(guān)系分析，將45份苦瓜種質(zhì)分為滑身苦瓜和麻點(diǎn)苦瓜，研究表明苦瓜種質(zhì)存在一定的地域性差異。黃如葵等[10]基于28個(gè)形態(tài)性狀對(duì)33份苦瓜種質(zhì)資源進(jìn)行聚類(lèi)分析，發(fā)現(xiàn)各組群間存在明顯的地域性差異，中國(guó)苦瓜種質(zhì)與印度、東南亞地區(qū)的種質(zhì)資源間遺傳距離較大。楊衍等[11]對(duì)36份苦瓜種質(zhì)資源進(jìn)行遺傳多樣性和親緣關(guān)系分析，結(jié)果表明供試材料存在廣泛的遺傳變異?？到ㄛ嗟萚12]對(duì)48份苦瓜種質(zhì)的遺傳多樣性進(jìn)行分析，準(zhǔn)確地將形態(tài)特征相似、親緣關(guān)系極其密切的種質(zhì)區(qū)分開(kāi)來(lái)。張鳳銀等[13]研究表明，苦瓜種質(zhì)資源的形態(tài)學(xué)性狀和營(yíng)養(yǎng)成分具有豐富的多樣性。陳禪友等[14]對(duì)30份苦瓜種質(zhì)進(jìn)行了遺傳多態(tài)性分析，發(fā)現(xiàn)苦瓜種質(zhì)間的親緣關(guān)系與地理分布和植物學(xué)性狀特征等有一定關(guān)聯(lián)。周坤華等[15]對(duì)國(guó)內(nèi)外不同栽培類(lèi)型和野生資源共48份苦瓜材料進(jìn)行了聚類(lèi)分析，結(jié)果表明苦瓜種質(zhì)資源遺傳基礎(chǔ)豐富，并能有效地區(qū)分栽培類(lèi)群和野生類(lèi)群。張燕等[16]評(píng)價(jià)了51份苦瓜種質(zhì)資源，明確了不同品系的表型特征和遺傳多樣性，篩選出了一些特異種質(zhì)資源。

隨著種質(zhì)資源的不斷收集和積累，龐大的數(shù)量不僅保存困難，而且篩選特異種質(zhì)材料的難度不斷加大，很難對(duì)其進(jìn)行深入地研究并加以有效利用。因此，篩選具有多樣性和代表性的一部分種質(zhì)資源加以保存和研究，成為一個(gè)亟需解決的問(wèn)題。Frankel等[17]和Brown[18]于80年代提出了構(gòu)建核心種質(zhì)的理念，即在深入評(píng)價(jià)與鑒定種質(zhì)資源的基礎(chǔ)上，以最少的種質(zhì)數(shù)量最大限度地保存整個(gè)群體的遺傳變異。構(gòu)建核心種質(zhì)庫(kù)不僅有利于種質(zhì)庫(kù)的管理，也是促進(jìn)種質(zhì)資源深入研究和有效利用的關(guān)鍵。以往研究主要基于性狀表型值、分子標(biāo)記、性狀基因型值3種方法構(gòu)建核心種質(zhì)。性狀表型值的測(cè)量具有直接、簡(jiǎn)便、易行的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于園藝植物核心種質(zhì)庫(kù)構(gòu)建的研究[19-24]，但表型值受基因型、環(huán)境以及環(huán)境條件與基因型互作等多重影響，因此單純依靠表型值來(lái)度量種質(zhì)間的遺傳差異具有一定的局限性。近年來(lái)，隨著分子標(biāo)記的發(fā)展，分子標(biāo)記技術(shù)已被應(yīng)用于核桃[25]、甘蔗[26]、番茄[27]等作物的核心種質(zhì)構(gòu)建?？喙匣蚪M研究相對(duì)滯后，可以利用的序列資源及標(biāo)記數(shù)量有限，依靠穩(wěn)定、可靠、高通量的標(biāo)記類(lèi)型進(jìn)行核心種質(zhì)構(gòu)建具有一定的局限性，國(guó)內(nèi)外有關(guān)苦瓜核心種質(zhì)庫(kù)構(gòu)建的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。準(zhǔn)確度量遺傳材料間的遺傳差異及理想的聚類(lèi)和抽樣方法是有效構(gòu)建核心種質(zhì)的關(guān)鍵所在。本研究利用MLM(Mixed linear model)模型無(wú)偏預(yù)測(cè)苦瓜性狀的基因型值，通過(guò)不同聚類(lèi)法和抽樣方法構(gòu)建苦瓜核心種質(zhì)，以期為苦瓜種質(zhì)資源的收集、評(píng)價(jià)和高效利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試苦瓜種質(zhì)資源共154份，20份來(lái)自中國(guó)海南，18份來(lái)自中國(guó)福建，25份來(lái)自中國(guó)廣東，10份來(lái)自中國(guó)云南，10份來(lái)自中國(guó)廣西，5份來(lái)自中國(guó)山東，8份來(lái)自中國(guó)湖南，8份來(lái)自中國(guó)江西，15份來(lái)自泰國(guó)，20份來(lái)自日本，5份來(lái)自斯里蘭卡，10份來(lái)自印度(表1)。不同種質(zhì)間第1雌花節(jié)位、果實(shí)大小等性狀存在顯著差異。

表1 苦瓜種質(zhì)資源的來(lái)源
Tab.1 The origin of bitter gourd germplasm

種質(zhì)編號(hào)來(lái)源種質(zhì)編號(hào)來(lái)源Y1～Y20日本Y94～Y103中國(guó)云南Y21～Y25中國(guó)山東Y104～Y111中國(guó)湖南Y26～Y50中國(guó)廣東Y112～Y121中國(guó)廣西Y51～Y58中國(guó)江西Y122～Y139中國(guó)福建Y59～Y78中國(guó)海南Y140～Y144斯里蘭卡Y79～Y93泰國(guó)Y145～Y154印度

1.2 方法

1.2.1 材料種植和性狀調(diào)查 試驗(yàn)于2015年1月初在中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所試驗(yàn)基地進(jìn)行育苗，1月下旬進(jìn)行田間移栽，按隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)種植154份苦瓜種質(zhì)資源，2次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)種植6株。2015年2— 4月參考《苦瓜種質(zhì)資源描述規(guī)范與數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[28]調(diào)查第1雌花節(jié)位、瓜縱徑、瓜橫徑、瓜肉厚、單瓜質(zhì)量。在同一生長(zhǎng)季節(jié)完成農(nóng)藝性狀表型值的調(diào)查，避免了不同種植季節(jié)造成的誤差。采用MLM模型調(diào)整無(wú)偏預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè)性狀的基因型效應(yīng)值[29]。

1.2.2 遺傳距離計(jì)算與聚類(lèi)分析 基于性狀的基因型值，采用馬氏距離方法計(jì)算不同苦瓜遺傳材料間的遺傳距離[30]?；谶z傳距離分別利用最短距離法、中間距離法、最長(zhǎng)距離法、類(lèi)平均法、重心法、可變類(lèi)平均法、可變法以及離差平方和法進(jìn)行聚類(lèi)分析[31]。

1.2.3 抽樣與核心種質(zhì)遺傳變異評(píng)價(jià) 采用隨機(jī)抽樣法[32]、優(yōu)先抽樣法[33]和偏離度抽樣法[34]基于30%的抽樣率分別構(gòu)建苦瓜核心種質(zhì)庫(kù)。采用極差、方差、變異系數(shù)和均值等4個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)苦瓜核心資源庫(kù)的優(yōu)劣。t檢驗(yàn)分析均值的差異性，F(xiàn)測(cè)驗(yàn)分析方差的差異性。

2 結(jié)果與分析

2.1 苦瓜資源主要數(shù)量性狀變異情況

苦瓜種質(zhì)資源主要數(shù)量性狀的變異情況見(jiàn)表2。各性狀變異系數(shù)平均值為0.238。5個(gè)數(shù)量性狀中，單瓜質(zhì)量變異系數(shù)最大，為0.310，變異幅度幾乎是平均值的2倍；第1雌花節(jié)位變異系數(shù)為28.93%，位居第2位；瓜縱徑最大值為49.60 cm，最小值為10.60 cm，變異系數(shù)為0.214，位居第3位；瓜肉厚變異系數(shù)為0.207；瓜橫徑最大值為10.60 cm，最小值為1.40 cm，變異系數(shù)在5個(gè)性狀中最小，為0.167。種質(zhì)Y5、Y87、Y112、Y139、Y152性狀優(yōu)良，為苦瓜骨干材料。Y5縱徑23.0～25.0 cm，橫徑6.5～7.5 cm，肉厚1.0 cm左右，單瓜質(zhì)量0.25～0.35 kg，皮色油綠有光澤，短紡錘型，中早熟，強(qiáng)雌性系，耐寒性較強(qiáng)，中抗白粉病、枯萎病; Y87縱徑30.0～35.0 cm，橫徑6.0～7.5 cm，肉厚1.5 cm左右，單瓜質(zhì)量0.50～0.70 kg，皮色油綠有光澤，長(zhǎng)圓錐形，中晚熟，肉質(zhì)致密，微苦，抗枯萎病; Y112縱徑20.0～25.0 cm，橫徑8.0～8.5 cm，肉厚1.5 cm左右，單瓜質(zhì)量0.75～0.95 kg，皮色油綠有光澤，晚熟，耐熱性較強(qiáng)，中抗白粉病、枯萎病; Y139縱徑29.0～32.0 cm，橫徑6.0～7.0 cm，肉厚1.1 cm左右，單瓜質(zhì)量0.40～0.50 kg, 果實(shí)長(zhǎng)圓錐形，油綠色，瘤粗長(zhǎng)，肉質(zhì)脆，優(yōu)質(zhì)，抗病，雌性強(qiáng)，中熟，分枝性強(qiáng)。Y152縱徑24.0～26.0 cm，橫徑5.5～6.0 cm，肉厚1.0 cm左右，單瓜質(zhì)量0.35～0.39 kg，瓜形整齊，肩部平整，早熟。

表2 苦瓜資源主要數(shù)量性狀的變異情況

Tab.2 Genetic variations of main quantitative traits in bitter gourd germplasm

性狀第1雌花節(jié)位瓜縱徑/cm瓜橫徑/cm瓜肉厚/cm單瓜質(zhì)量/kg最小值410．61．40．60．1最大值3149．610．62．31．1平均值1430．77．21．20．6極差2739．09．21．71．0標(biāo)準(zhǔn)差4．16．61．20．20．2變異系數(shù)0．2890．2140．1670．2070．310

2.2 不同聚類(lèi)方法構(gòu)建的苦瓜核心種質(zhì)比較

采用優(yōu)先抽樣法、馬氏距離和30%的抽樣比率，分別基于8種聚類(lèi)方法(最短距離法、中間距離法、最長(zhǎng)距離法、類(lèi)平均法、重心法、可變法、可變類(lèi)平均法和離差平方和法)構(gòu)建苦瓜核心種質(zhì)。由表3可知，8種聚類(lèi)方法構(gòu)建的核心種質(zhì)的均值與原群體的差異不顯著 (P>0.05)，5個(gè)性狀的方差與原群體相比均得到不同程度地提高，極差與原群體一致。利用最短距離法構(gòu)建的核心種質(zhì)，5個(gè)性狀的方差均大于其他7種聚類(lèi)方法，與原群體方差相比差異均達(dá)極顯著水平(P<0.01)。采用最長(zhǎng)距離法和可變法構(gòu)建的核心種質(zhì)均有4個(gè)性狀的方差與原群體相比差異達(dá)極顯著水平。采用離差平方和法構(gòu)建的苦瓜核心種質(zhì)有3個(gè)性狀的方差與原群體方差相比差異達(dá)極顯著水平。采用中間距離法、重心法、可變類(lèi)平均法構(gòu)建的核心種質(zhì)，分別有2個(gè)性狀的方差與原群體的差異達(dá)極顯著水平，采用類(lèi)平均法構(gòu)建的核心種質(zhì)有1個(gè)性狀的方差與原群體的差異達(dá)極顯著水平。第1雌花節(jié)位、瓜縱徑、瓜橫徑、瓜肉厚和單瓜質(zhì)量5個(gè)性狀原群體的極差分別為27、39.0 cm、9.2 cm、1.7 cm和1.0 kg，各性狀8種聚類(lèi)方法構(gòu)建的核心種質(zhì)的極差與原群體的完全一致。8種聚類(lèi)方法構(gòu)建的核心種質(zhì)所有5個(gè)性狀的變異系數(shù)均高于原群體；采用最短距離法構(gòu)建的苦瓜核心種質(zhì)所有5個(gè)性狀的變異系數(shù)均高于其他7種聚類(lèi)方法。綜合以上分析結(jié)果，采用最短距離法構(gòu)建的苦瓜核心種質(zhì)與其他聚類(lèi)方法相比具有較大的遺傳差異，5個(gè)性狀的變異系數(shù)均最大，明顯優(yōu)于其他7種聚類(lèi)方法。

表3 不同聚類(lèi)方法構(gòu)建的苦瓜核心種質(zhì)與原群體間遺傳差異比較1)

Tab.3 Comparisons of genetic variations between core collections constructed using eight clustering methods and the initial population of bitter gourd

性狀項(xiàng)目原群體核心種質(zhì)H1H2H3H4H5H6H7H8第1雌平均值13．6613．7814．3314．0713．8014．4114．1514．2213．93花節(jié)位方差16．43630．618??30．402??28．773??29．183??27．314?28．799??29．063??29．129??變異系數(shù)0．2970．4010．3850．3810．3910．3630．3790．3790．387瓜縱徑/cm平均值30．6929．6929．8329．7028．7630．0130．0030．1830．15方差43．07478．911??74．871??61．35665．589?68．444?67．415?70．856?68．566?變異系數(shù)0．2140．2990．2900．2640．2820．2760．2740．2790．275瓜橫徑/cm平均值7．237．277．197．237．117．297．277．137．17方差1．4682．929??2．648??2．699??2．685??2．744??2．544??2．652??2．604??變異系數(shù)0．1680．2350．2260．2270．2300．2270．2200．2280．225瓜肉厚/cm平均值1．161．191．181．211．171．181．171．181．19方差0．0580．109??0．101??0．091?0．091?0．096?0．097?0．100??0．103??變異系數(shù)0．2070．2770．2700．2500．2570．2620．2650．2660．269單瓜質(zhì)量/kg平均值0．580．590．570．570．550．590．580．570．57方差0．0340．068??0．055?0．056?0．052?0．054?0．052?0．058??0．055?變異系數(shù)0．3150．4470．4120．4130．4150．3950．3900．4240．412

1)H1～H8分別表示基于最短距離法、最長(zhǎng)距離法、中間距離法、重心法、類(lèi)平均法、可變類(lèi)平均法、可變法以及離差平方和法構(gòu)建的核心種質(zhì)；相同性狀的核心種質(zhì)與原群體的均值差異均不顯著(P>0.05,t檢驗(yàn))； *或**分別代表相同性狀的核心種質(zhì)與原群體的方差差異達(dá)到顯著(P<0.05)或極顯著水平(P<0.01，F(xiàn)測(cè)驗(yàn))。

2.3 不同抽樣方法構(gòu)建的苦瓜核心種質(zhì)比較

采用最短距離法、馬氏距離和30%的抽樣率，分別基于隨機(jī)抽樣、優(yōu)先抽樣和偏離度抽樣方法構(gòu)建苦瓜核心種質(zhì)庫(kù)，結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知，利用這3種抽樣方法構(gòu)建的苦瓜核心種質(zhì)的均值與原群體均值相比沒(méi)有顯著性差異?；?種抽樣方法構(gòu)建的苦瓜核心種質(zhì)，5個(gè)性狀的方差與原群體相比均得到不同程度地提高。采用優(yōu)先抽樣與偏離度抽樣2種方法構(gòu)建的苦瓜核心種質(zhì)，所有5個(gè)性狀的方差均極顯著地高于原群體(P<0.01)。采用偏離度抽樣法構(gòu)建的苦瓜核心種質(zhì)，有3個(gè)性狀(瓜橫徑、瓜肉厚和單瓜質(zhì)量)的方差高于其他2種抽樣法。采用優(yōu)先抽樣與偏離度抽樣構(gòu)建的核心種質(zhì)的極差與原群體一致，采用隨機(jī)抽樣法構(gòu)建的核心種質(zhì)瓜縱徑的極差低于原群體。與原群體相比，采用3種抽樣方法構(gòu)建的苦瓜核心種質(zhì)5個(gè)性狀的變異系數(shù)均有不同程度地提高，基于偏離度抽樣法構(gòu)建的苦瓜核心種質(zhì)，其中3個(gè)性狀(第1雌花節(jié)位、瓜橫徑和瓜肉厚)的變異系數(shù)高于其他2種抽樣法。綜合以上，與優(yōu)先抽樣和隨機(jī)抽樣相比，采用偏離度抽樣法構(gòu)建的苦瓜核心種質(zhì)具有相對(duì)較大的遺傳差異。

表4 不同抽樣方法構(gòu)建的苦瓜核心種質(zhì)與原群體間遺傳變異比較1)

Tab.4 Comparisons of genetic variations between core collections constructed using three sampling methods and the initial population of bitter gourd

性狀項(xiàng)目原群體核心種質(zhì)F1F2F3第1雌平均值13．6613．6113．7812．91花節(jié)位極差27．027．027．027．0方差16．43630．688??30．618??29．948??變異系數(shù)0．2970．4070．4010．424瓜縱徑/cm平均值30．6929．4129．6930．08極差39．032．639．039．0方差43．07467．341?78．911??76．956??變異系數(shù)0．2140．2790．2990．292瓜橫徑/cm平均值7．237．227．277．36極差9．29．29．29．2方差1．4682．990??2．929??3．215??變異系數(shù)0．1680．2400．2350．244瓜肉厚/cm平均值1．161．181．191．22極差1．71．71．71．7方差0．0580．110??0．109??0．119??變異系數(shù)0．2070．2810．2770．284單瓜質(zhì)量/kg平均值0．580．570．590．60極差1．01．01．01．0方差0．0340．066??0．068??0．070??變異系數(shù)0．3150．4540．4470．442

1) F1～F3分別表示基于隨機(jī)抽樣、優(yōu)先抽樣和偏離度抽樣方法構(gòu)建的核心種質(zhì)；相同性狀的核心種質(zhì)與原群體的均值差異均不顯著(P>0.05,t檢驗(yàn))； *或**分別代表相同性狀的核心種質(zhì)與原群體的方差差異達(dá)到顯著(P<0.05)或極顯著水平(P<0.01,F測(cè)驗(yàn))。

2.4 苦瓜核心種質(zhì)構(gòu)建的結(jié)果

采用最短距離法、馬氏距離、30%的抽樣率和偏離度抽樣法構(gòu)建苦瓜核心種質(zhì)，獲取了46份核心種質(zhì)，編號(hào)為：Y5、Y7、Y16、Y39、Y43、Y47、Y48、Y50、Y58、Y60、Y66、Y69、Y72、Y74、Y77、Y83、Y85、Y86、Y87、Y90、Y96、Y100、Y101、Y102、Y108、Y112、Y113、Y115、Y119、Y120、Y121、Y122、Y124、Y125、Y131、Y134、Y139、Y140、Y141、Y142、Y144、Y146、Y147、Y149、Y150、Y153。核心種質(zhì)5個(gè)性狀的均值與原群體相比沒(méi)有顯著差異，5個(gè)性狀的方差均極顯著地高于原群體，保存了原群體的極差。與原群體相比，苦瓜核心種質(zhì)所有5個(gè)性狀的變異系數(shù)均有不同程度地提高，獲取的46份核心種質(zhì)能夠代表苦瓜原群體的遺傳多樣性。入選的核心種質(zhì)Y5、Y87、Y112和Y139為苦瓜骨干材料，表明構(gòu)建的苦瓜核心種質(zhì)是有效的。入選的核心種質(zhì)Y153與骨干材料Y152來(lái)源于同一地區(qū)，農(nóng)藝性狀十分相似，Y153與其他種質(zhì)的遺傳差異大于Y152，因此利用Y153取代骨干材料Y152配制雜交組合，能夠更好地利用雜種優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)苦瓜種質(zhì)資源的高效利用。另外，來(lái)自中國(guó)云南、中國(guó)廣西、印度、斯里蘭卡的苦瓜種質(zhì)入選核心種質(zhì)的比例較高(表5)，說(shuō)明來(lái)源于這些地區(qū)的苦瓜資源具有豐富的遺傳多樣性。

表5 不同來(lái)源地苦瓜種質(zhì)入選核心種質(zhì)所占比例

Tab.5 The proportions of selected core germplasms from different origins

來(lái)源地收集種質(zhì)總數(shù)入選核心種質(zhì)數(shù)量占比/%日本20315．0中國(guó)山東500中國(guó)廣東25520．0中國(guó)江西8112．5中國(guó)海南20630．0泰國(guó)15533．3中國(guó)云南10440．0中國(guó)湖南8112．5中國(guó)廣西10660．0中國(guó)福建18633．3斯里蘭卡5480．0印度10550．0合計(jì)1544629．9

3 討論與結(jié)論

作物種質(zhì)資源內(nèi)蘊(yùn)含著豐富的遺傳變異，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和新品種選育的物質(zhì)基礎(chǔ)[35]。構(gòu)建核心種質(zhì)庫(kù)對(duì)新種質(zhì)收集、種質(zhì)繁殖更新及種質(zhì)資源的高效利用具有重要意義。表型值不僅受基因型控制，還受環(huán)境條件的影響，基于農(nóng)藝性狀表型值進(jìn)行遺傳分類(lèi)不能夠準(zhǔn)確度量種質(zhì)間的遺傳差異，種質(zhì)資源固有的遺傳結(jié)構(gòu)不能夠被真實(shí)地反映[36]。采用統(tǒng)計(jì)模型進(jìn)行性狀的基因型值預(yù)測(cè)，可以有效排除環(huán)境效應(yīng)、基因型與環(huán)境的互作效應(yīng)及試驗(yàn)誤差。李長(zhǎng)濤等[37]以992份水稻品種為材料，基于13個(gè)農(nóng)藝性狀表型數(shù)據(jù)，采用調(diào)整無(wú)偏預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè)水稻性狀的基因型值，成功構(gòu)建了水稻核心種質(zhì)。馬洪文等[38]以250份粳稻為研究材料，基于7個(gè)數(shù)量性狀的基因型預(yù)測(cè)值，有效構(gòu)建了粳稻核心種質(zhì)。本研究采用MLM無(wú)偏預(yù)測(cè)苦瓜5個(gè)性狀的基因型效應(yīng)值并計(jì)算種質(zhì)間的遺傳距離，從而進(jìn)行聚類(lèi)分析，結(jié)果更準(zhǔn)確可靠。

為確保核心資源盡可能多地保存原種質(zhì)群體的遺傳結(jié)構(gòu)，首先需要對(duì)原群體進(jìn)行遺傳分類(lèi)。聚類(lèi)分析常應(yīng)用于種質(zhì)資源的分類(lèi)、親緣關(guān)系及遺傳多樣性分析[39]。聚類(lèi)方法主要包括最長(zhǎng)距離法、最短距離法、中間距離法、可變類(lèi)平均法、類(lèi)平均法、重心法、離差平方和法和可變法等。本研究比較了8種聚類(lèi)方法和3種抽樣方法構(gòu)建的苦瓜核心種質(zhì)的優(yōu)劣。研究結(jié)果表明，8種聚類(lèi)方法中，采用最短距離法構(gòu)建的苦瓜核心種質(zhì)具有相對(duì)較大的遺傳變異，能使5個(gè)農(nóng)藝性狀的方差和變異系數(shù)最大化，明顯優(yōu)于其他7種聚類(lèi)方法，這與劉遵春等[22]、李慧峰等[24]、馬洪文等[40]的研究結(jié)果一致；3種抽樣方法中，偏離度抽樣法構(gòu)建的苦瓜核心種質(zhì)所有5個(gè)性狀的方差均大于其他2種抽樣方法，并且核心種質(zhì)的極差與原群體一致，優(yōu)于隨機(jī)抽樣法和優(yōu)先抽樣法，這與李長(zhǎng)濤等[37]和馬洪文等[38]的研究結(jié)果一致。

通常采用分析性狀的方差、均值、變異系數(shù)、極差等參數(shù)對(duì)核心種質(zhì)的遺傳變異進(jìn)行評(píng)價(jià)。有效的核心種質(zhì)各性狀的均值與極差應(yīng)與原群體無(wú)顯著性差異，方差和變異系數(shù)應(yīng)大于原群體[41]。本研究采用馬氏距離、最短距離法聚類(lèi)、30%的抽樣率和偏離度抽樣法構(gòu)建了苦瓜核心種質(zhì)，核心種質(zhì)的均值與原群體沒(méi)有顯著差異，所有5個(gè)性狀的方差和變異系數(shù)均比原群體有不同程度地提高，且變異幅度與原群體一致，獲取的46份苦瓜核心資源保持了原群體的遺傳多樣性。其中來(lái)自中國(guó)云南、中國(guó)廣西、印度、斯里蘭卡的苦瓜種質(zhì)入選核心種質(zhì)的比例較高，具有豐富的遺傳多樣性，也進(jìn)一步說(shuō)明了苦瓜可能起源于印度及東南亞熱帶地區(qū)。在前期研究中培育的5份骨干材料中有4份材料入選核心種質(zhì)。利用優(yōu)良種質(zhì)材料Y5、Y87、Y112、Y139配制了一系列雜交組合，其中，Y5×Y87、Y112×Y87、Y112×Y139組合綜合性狀表現(xiàn)良好。在今后的研究過(guò)程中，會(huì)進(jìn)一步選取親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的核心材料配制雜交組合，培育優(yōu)良苦瓜新品種。

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【責(zé)任編輯 莊 延】

Comparison of different methods to construct core collections of Momordica charantia

LIU Ziji1, NIU Yu1, ZHU Jie2, LIU Zhaohua1, YANG Yan1

(1 Tropical Crops Genetic Resources Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences/Key Laboratory of Crop Gene Resources and Germplasm Enhancement in Southern China, Ministry of Agriculture, Danzhou 571737, China; 2 College of Horticulture and Landscape Architecture, Hainan University, Haikou 570228, China)

【Objective】 To construct core collections of bitter gourd (Momordicacharantia) which can represent the genetic diversity of the initial population by comparing different construction methods, and facilitate the efficient utilization of bitter gourd germplasm. 【Method】We sampled 154 bitter gourd germplasm as materials, predicted the genotypic values of five traits (node bearing first female flower, fruit length, fruit width, flesh thickness and mass per fruit) without bias using mixed linear model analysis, calculated the genetic distances among bitter gourd germplasm based on genotypic values of all five traits using Mahalanobis distance, and constructed core collections with 30% sampling proportion by using eight different clustering methods and three different sampling strategies. The quality of core collections constructed using different clustering methods and sampling strategies were evaluated. 【Result】 The variation coefficients of all five traits of the core collections constructed with eight clustering methods were larger than those of the initial population. Single linkage was better compared to the other seven clustering methods by significantly increasing the variances and coefficients of variation for all five traits. The ranges of core collections constructed with preferred sampling and deviation sampling were consistent with those of the initial population. The variation coefficients of three traits of the core collection from deviation sampling were larger compared to the other two sampling methods, indicating that deviation sampling was slightly better than random sampling and preferred sampling. Forty six core collections of bitter gourd were obtained based on Mahalanobis distance, deviation sampling and single linkage. Among them, Y5, Y87, Y112 and Y139 were the backbone materials. 【Conclusion】The 46 core collections of bitter gourd, which were obtained based on Mahalanobis distance, deviation sampling and single linkage, can well represent the genetic diversity of the initial population. This study further provides evidence for high genetic diversity in the bitter gourd germplasm from India and Southeast Asian. Our results provide an important theoretical basis for the collection, evaluation and efficient utilization of bitter gourd genetic resources.

Momordicacharantia; core collection; genotypic value; sampling strategy; clustering method

2016- 02- 25優(yōu)先出版時(shí)間：2016-12-28

劉子記(1982—)，男，副研究員，博士，E-mail：liuziji1982@163.com；通信作者：楊 衍(1971—)，男，研究員，博士，E-mail：catasvegetable@163.com

中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金(1630032014019，1630032015003)；海南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃科技合作方向項(xiàng)目(ZDYF2016225)

S642.5

A

1001- 411X(2017)01- 0031- 07

優(yōu)先出版網(wǎng)址：http://www.cnki.net/kcms/detail/44.1110.s.20161228.0937.032.html

劉子記，牛 玉，朱 婕，等.苦瓜核心種質(zhì)資源構(gòu)建方法的比較[J].華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017,38(1):31- 37.