西瓜莖葉表型性狀的多樣性分析

李鈺婷，安美忱，張興雷，付丹陽，林凡，張慕月，王學(xué)征

（1.農(nóng)業(yè)部東北地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱150030；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030）

西瓜莖葉表型性狀的多樣性分析

李鈺婷1，2，安美忱1，2，張興雷1，2，付丹陽1，2，林凡1，2，張慕月1，2，王學(xué)征1，2

（1.農(nóng)業(yè)部東北地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱150030；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030）

為研究西瓜種質(zhì)資源莖葉性狀遺傳多樣性，調(diào)查了100份西瓜資源的節(jié)間長度、莖粗、葉片長度、葉片寬度和葉柄長等5項(xiàng)莖葉性狀，進(jìn)行了變異系數(shù)分析、相關(guān)性分析、主成分分析以及聚類分析。結(jié)果表明，西瓜莖葉性狀的變異系數(shù)范圍為6.67%～21.27%，具有較強(qiáng)的多樣性；西瓜莖葉性狀之間也存在較高的相關(guān)性。前3個(gè)主成分的累積方差貢獻(xiàn)率為82.655%，可以作為西瓜莖葉性狀選擇的綜合指標(biāo)。聚類分析結(jié)果表明，取閾值為5時(shí)，將供試西瓜材料可分為6個(gè)類型。西瓜莖葉表型分析對(duì)于西瓜品種鑒定、種質(zhì)創(chuàng)新和雜交育種親本選配具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

西瓜；種質(zhì)資源；莖葉性狀；遺傳多樣性

西瓜（Citrullus lan atus（Thunb.）Matsum.et Nakai）是葫蘆科西瓜屬植物，具有較高的食用價(jià)值和藥用價(jià)值，是世界十大水果型蔬菜之一[1]。西瓜的栽培歷史悠久，資源豐富，其在世界各地均有栽培。隨著人們生活水平的提高，對(duì)西瓜品種的要求也越來越高，不僅要求高產(chǎn)，而且根求優(yōu)質(zhì)、抗逆，所以，育種工作者不斷面臨新的挑戰(zhàn)，這就需要育種工作者掌握豐富的種質(zhì)資源。種質(zhì)資源的擁有量及研究水平是衡量一個(gè)國家或育種單位育種工作發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。

種質(zhì)資源是利用和改良西瓜遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，更是實(shí)施各個(gè)育種途徑的原材料。在明確育種目標(biāo)的前提下，首先要選擇原始材料，這在很大程度上決定育種的效果。而原始材料的選擇又依賴于所掌握種質(zhì)資源的廣度和對(duì)其所了解的深度。李艷梅等[2]對(duì)57個(gè)西瓜用AFLP指紋圖譜進(jìn)行基因組DNA多態(tài)性分析，結(jié)果表明，品種間遺傳相似系數(shù)變化范圍在0.24～0.99，平均相似系數(shù)為0.70，說明西瓜品種間遺傳基礎(chǔ)狹窄。張愛萍等[3]對(duì)64份西瓜用SRAP技術(shù)進(jìn)行種質(zhì)資源遺傳多樣性分析，結(jié)果得到西瓜間遺傳的相似系數(shù)范圍為0.47～0.97，說明材料間同源性較高，遺傳分化較小。尚建立等[4]以我國西瓜甜瓜種質(zhì)資源中期庫內(nèi)1 200份西瓜種質(zhì)為材料，對(duì)12項(xiàng)主要植物學(xué)性狀進(jìn)行遺傳多樣性及相關(guān)性分析，結(jié)果表明，12項(xiàng)植物學(xué)性狀多樣性指數(shù)平均值為1.70。紀(jì)海波等[5]以768份西瓜種質(zhì)資源為材料，通過2009，2010年2年的田間試驗(yàn)進(jìn)行了24個(gè)性狀的表型多樣性研究，結(jié)果表明，西瓜種質(zhì)資源不同性狀指標(biāo)的變異程度和多樣性指數(shù)較大，表明其具有豐富的變異程度和多樣性。戴照義等[6]對(duì)8份來源不同的西瓜種質(zhì)資源，采用37個(gè)表型性狀和22對(duì)SSR分子標(biāo)記進(jìn)行遺傳多樣性分析，結(jié)果表明，表型性狀變異主要體現(xiàn)在果實(shí)形狀、品質(zhì)和葉片等性狀上，前3個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為34.4%，依據(jù)表型性狀進(jìn)行聚類分析，在歐氏距離13.5時(shí)，將材料分為3類；SSR分子標(biāo)記共擴(kuò)增出55個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)，平均多態(tài)性信息含量為0.41。西瓜莖葉性狀豐富，其與植株生長勢(shì)、植株?duì)I養(yǎng)供需、產(chǎn)量等密切相關(guān)[7-8]。前人的研究主要集中在西瓜果實(shí)性狀、品質(zhì)性狀上，而對(duì)于西瓜莖葉性狀并沒有專門的研究。

本研究以100份西瓜品系為材料，對(duì)5個(gè)莖葉表型性狀進(jìn)行遺傳多樣性、相關(guān)性分析，旨在為西瓜種質(zhì)資源收集、常規(guī)雜交育種研究和優(yōu)異基因的挖掘提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料

供試西瓜材料為東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院西甜瓜課題組保存和收集的種質(zhì)資源，材料來源及編號(hào)列于表1。

表1 100份西瓜種質(zhì)資源編號(hào)、名稱和來源

續(xù)表1

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2015—2016年在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)向陽試驗(yàn)基地塑料大棚內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤肥力中等，肥水管理等外界因素相同。每份材料種植9株，采用雙蔓整枝的方法，從每份材料中選擇3株無病蟲害、生長正常的植株進(jìn)行性狀測(cè)定，取平均值以減小誤差。測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)參照《西瓜種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[9]。用刻度尺分別測(cè)量第7～8節(jié)間葉片寬度、葉片長度、葉柄長與節(jié)間長度。用游標(biāo)卡尺測(cè)量7～8節(jié)間的莖粗。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，使用SPSS軟件對(duì)材料進(jìn)行變異系數(shù)、相關(guān)性、主成分以及聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 西瓜莖葉性狀的變異程度分析

表2 西瓜莖葉性狀指標(biāo)及其變異系數(shù)

由表2可知，節(jié)間長度、莖粗、葉片長度、葉片寬度、葉柄長、節(jié)間長度/莖粗、葉長/葉寬、葉柄長/葉長平均值分別為10.45 cm，7.21 mm，25.69 cm，24.30 cm，12.25 cm，14.78，1.06，0.48。節(jié)間長度、莖粗、葉片長度、葉長/葉寬的變異系數(shù)小于15%，分別為14.80%，14.55%，13.45%，6.76%，表明這幾個(gè)性狀間的差異較小，遺傳穩(wěn)定性較高[10-11]；其他性狀的變異系數(shù)均高于15%，表明這些性狀個(gè)體間的差異較大，性狀表現(xiàn)不穩(wěn)定；西瓜莖葉性狀變異系數(shù)從小到大依次為葉長/葉寬＜葉片長度＜莖粗＜節(jié)間長度＜葉片寬度＜葉柄長/葉長＜節(jié)間長度/莖粗＜葉柄長度。

2.2 西瓜莖葉性狀間的相關(guān)性分析

由表3可知，節(jié)間長度與葉片長度、葉片寬度、葉柄長度、節(jié)間長度/莖粗間存在極顯著正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為0.287，0.277，0.357，0.679，其中，節(jié)間長度與節(jié)間長度/莖粗的相關(guān)系數(shù)最高；莖粗與葉片長度、葉片寬度、葉柄長度間存在極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別是0.521，0.600，0.390，莖粗與節(jié)間長度/莖粗、葉長/葉寬間存在極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別是-0.678，-0.281；葉片長度與葉片寬度、葉柄長度間存在極顯著正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別是0.901，0.678；葉片寬度與葉柄長度間相關(guān)系數(shù)為0.710，二者呈極顯著正相關(guān)，葉片寬度與節(jié)間長度/莖粗存在顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.198，葉片寬度與葉長/葉寬存在極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.440；葉柄長度與葉長/葉寬存在極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.225，葉柄長度與葉柄長/葉長間相關(guān)系數(shù)為0.767，二者呈極顯著正相關(guān)；葉片/葉寬與葉柄長/葉長間存在極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)是-0.306。

表3 西瓜莖葉性狀相關(guān)性分析

2.3 西瓜莖葉性狀的主成分分析

表4 西瓜葉片性狀主成分分析

對(duì)西瓜的8個(gè)葉片性狀進(jìn)行主成分分析，其中，在第1主成分中葉片寬度所占系數(shù)最大，方差貢獻(xiàn)率為42.220%，說明第1主成分是表示葉片寬度性狀的綜合因子；在第2主成分中，節(jié)間長度/莖粗所占系數(shù)最大，方差貢獻(xiàn)率為24.760%，說明第2主成分是表示節(jié)間長度/莖粗的綜合因子；在第3主成分中，葉長/葉寬所占系數(shù)最大，方差貢獻(xiàn)率為15.675%，說明第3主成分是表示葉片長度的綜合因子。前3個(gè)主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為82.655%，超過了80%，說明前3個(gè)主成分可以概括8個(gè)性狀的大部分信息（表4）。因此，選取前3個(gè)主成分作為西瓜葉片性狀選擇的綜合指標(biāo)。由此可見，西瓜葉片之間的差異主要表現(xiàn)為節(jié)間葉片寬度、節(jié)間長度/莖粗、葉長/葉寬的不同。

2.4 西瓜莖葉性狀的聚類分析

對(duì)所選的西瓜進(jìn)行聚類分析，結(jié)果表明，取閾值為5時(shí)，可將100份材料分為6類，分別標(biāo)記為A1，A2，A3，A4，A5，A6（表5）。西瓜莖葉性狀各指標(biāo)平均值在各組的分布如表6所示，其中，A1組包含18份材料，占總體樣本的18%；A2組包含19份材料；占總體樣本的19%；A3組包含10份材料，占總體樣本的10%，其中，節(jié)間長度/莖粗、節(jié)間葉長/葉寬2個(gè)指標(biāo)的平均值最大，分別為18.24，1.15；A4組包含18份材料，占總體樣本的18%，其中，節(jié)間長度、節(jié)間葉柄長度、節(jié)間葉柄長/葉長3個(gè)指標(biāo)的平均值較大，分別為11.84，15.91 cm和0.57；A5組包含17份材料，占總體樣本的17%，其中，節(jié)間莖粗、節(jié)間葉長、節(jié)間葉寬3個(gè)指標(biāo)的平均值較大，分別為8.58 mm和28.33，27.43 cm；A6組包含18份材料，占總體樣本的18%。因此，100份西瓜材料具有各自的葉片表型特征，這為開展西瓜親本選擇奠定了基礎(chǔ)[8]。

表5 100份西瓜材料聚類分析結(jié)果

表6 西瓜莖葉性狀各指標(biāo)平均值在各組中的分布

3 討論

通過對(duì)植物的性狀進(jìn)行變異分析和相關(guān)性分析，可以研究其遺傳多樣性，有針對(duì)性地了解種質(zhì)資源，該方法最簡單有效[10-11]。本試驗(yàn)對(duì)100份材料西瓜莖葉性狀進(jìn)行分析，結(jié)果表明，8個(gè)性狀的變異系數(shù)分別為14.80%，14.55%，13.54%，15.16%，21.27%，20.51%，6.76%和15.67%，其中，節(jié)間長度、莖粗、葉片長度，葉長/葉寬的變異系數(shù)均小于15%，遺傳穩(wěn)定性相對(duì)較高；其他4個(gè)性狀變異幅度較大，與紀(jì)海波等[5-6]的研究結(jié)果一致，表明西瓜種質(zhì)資源這些性狀的遺傳多樣性較高。通過相關(guān)性分析可知，西瓜節(jié)間長度與葉片長度、葉片寬度、葉柄長呈極顯著正相關(guān)，莖粗與葉片長度、葉片寬度、葉柄長呈極顯著正相關(guān)，葉片長度與葉片寬度、葉柄長呈極顯著正相關(guān)，葉片寬度與葉柄長度也呈極顯著正相關(guān)。由此可見，每個(gè)性狀間都相互聯(lián)系，當(dāng)對(duì)某一性狀進(jìn)行改良時(shí)，要考慮其對(duì)其他性狀表現(xiàn)的影響[12]。通過莖葉各性狀的相關(guān)性分析，可以明確性狀間的關(guān)系，為種質(zhì)資源改良、人工選擇及優(yōu)良品種選育奠定基礎(chǔ)[13-15]。

通過主成分分析，可把莖葉表型性狀分為8個(gè)成分，前3個(gè)成分的累積方差貢獻(xiàn)率為82.655%，即把前3個(gè)成分作為西瓜莖葉性狀選擇的綜合指標(biāo)，與王志強(qiáng)等[16]的研究結(jié)果一致。因此，西瓜莖葉之間的差異主要表現(xiàn)為葉片寬度、長度/莖粗、葉長/葉寬。對(duì)西瓜進(jìn)行聚類分析，當(dāng)取閾值為5時(shí)，將100份材料劃分為6個(gè)類型，基本可以將供試西瓜資源的莖葉性狀加以區(qū)分。本研究通過對(duì)西瓜莖葉性狀的鑒定與分析，明確了西瓜莖葉性狀的遺傳多樣性，其研究結(jié)果對(duì)于西瓜資源表型性狀精準(zhǔn)鑒定[17]、種質(zhì)創(chuàng)新及雜交育種親本選配[18-20]等方面具有積極的作用。

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Analysis on the Genetic Diversity of Stem and Leaf Phenotypic Traits in Watermelon Germplasm Resources

LI Yuting1，2，ANMeichen1，2，ZHANGXinglei1，2，F(xiàn)UDanyang1，2，LINFan1，2，ZHANGMuyue1，2，WANGXuezheng1，2
（1.Ministry ofAgriculture Key Laboratory ofBiology and Germplasm Enhancement ofHorticultural Crops in Northeast China，Harbin 150030，China；2.College ofHorticulture and Landscape Architecture，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China）

To study the genetic diversity of stem and leaf traits of watermelon germplasm resources,and to provide the basis for the accurate identification of the phenotypic characteristics of watermelon resources,the innovation of germplasm resources and the selection of hybrid breeding parents，5 stem and leaf characters of 100 watermelon resources were investigated,including internode length,stem diameter,leaf length,leaf width and petiole length,and the analysis of variance coefficient,correlation analysis,principal component analysis and cluster analysis were carried out.The results showed that coefficient of variation of watermelon stems and leaf characters ranged from 6.67%to 21.27%.There was a high correlation between stem and leaftraits.The cumulative variance contribution rate ofthe first 3 principal components was 82.655%,which could be used as a comprehensive index for the selection of stem and leaf traits.Based on the cluster analysis,the watermelon materials were divided into 6 types.The phenotypic analysis of stem and leaf of watermelon has important application value for watermelon variety identification,germplasm innovation and cross breeding.

watermelon;germplasm resources;stem and leaftraits;genetic diversity

S651

：A

：1002-2481（2017）07-1061-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.07.04

2017-03-24

農(nóng)業(yè)部東北地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目計(jì)劃（NEAU-HC-UNDS-201611）；國家西甜瓜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（CARS-026-02）

李鈺婷（1996-），女，黑龍江哈爾濱人，在讀本科，研究方向：西甜瓜育種。王學(xué)征為通信作者。