新疆“老漢瓜”類甜瓜品種表型遺傳多樣性分析

李 超，楊 英，鄭賀云，陳 偉，廖新福，孫玉萍

(新疆維吾爾自治區(qū)葡萄瓜果研究所，新疆鄯善 838200)

0 引 言

【研究意義】甜瓜是葫蘆科甜瓜屬中遺傳變異最大的一個種，其形態(tài)性狀的遺傳差異非常大。我國通常將栽培甜瓜分為薄皮型和厚皮型2種生態(tài)類型，我國新疆被公認(rèn)為是厚皮甜瓜的次級起源中心之一[1]，甜瓜種質(zhì)資源豐富，是厚皮甜瓜遺傳改良的重要基因庫[2]。新疆甜瓜品種“老漢瓜”，學(xué)名為謝克甜瓜，屬長毛甜瓜亞種(ssp.meloJeffrey)卡沙巴變種(CucumismeloL.var.cassaba)，在新疆南疆地區(qū)均有種植，其果皮有黃白色、金黃色、灰綠色或深綠色，果肉多為綠白色，因其糖度高、綿軟多汁，貯運極易腐爛，屬于典型的呼吸躍變型果實[3-6]。調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，甚至有報道認(rèn)為是薄皮甜瓜[7]，“老漢瓜”應(yīng)屬于具有相似遺傳背景的一類瓜。對其遺傳關(guān)系和遺傳多樣性分析，為育種遺傳改良提供理論依據(jù)，提高新品種的選育效率?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】多個國家或地區(qū)均對各自擁有的甜瓜地方種質(zhì)資源遺傳多樣性進(jìn)行了分析[7]。胡建斌等[1,8]對我國各地257份具有代表性的甜瓜種質(zhì)資源的20個形態(tài)性狀進(jìn)行分析，將其分為厚皮甜瓜優(yōu)勢區(qū)、厚皮、薄皮種質(zhì)甜瓜混合分布區(qū)和薄皮甜瓜優(yōu)勢區(qū)3個區(qū)域，又對國外的250份甜瓜種質(zhì)資源的19個形態(tài)性狀多樣性進(jìn)行研究，將其分為南亞、東北歐、西歐北美和東亞北美4個組群，其中以印度為代表的南亞甜瓜種質(zhì)資源形態(tài)多樣性水平較高。張永兵等[9]通過分析121份新疆甜瓜地方品種32個形態(tài)性狀的數(shù)據(jù)，將其分為4個類群，其中“哈密野瓜”被單獨聚為一類；楊永等[8]利用SRAP標(biāo)記分析，將117份新疆甜瓜地方品種分為4大類6個亞類群；翟文強等[10]分析了喀什地區(qū)厚皮甜瓜資源的遺傳多樣性，認(rèn)為該地區(qū)甜瓜品種資源豐富，但抗病性資源匱乏?！颈狙芯壳腥朦c】新疆是厚皮甜瓜的主產(chǎn)區(qū)，品種多樣復(fù)雜?！袄蠞h瓜”作為一類具有顯著地方特點的甜瓜，目前針對其遺傳親緣關(guān)系尚未見報道。研究新疆“老漢瓜”栽培品種的遺傳親緣關(guān)系。【擬解決的關(guān)鍵問題】以多個“老漢瓜”品種及當(dāng)前新疆部分種植甜瓜品種為研究對象，根據(jù)表型性狀數(shù)據(jù)分析其遺傳多樣性和遺傳關(guān)系，為集聚 “老漢瓜”口味、耐貯運、抗性強的新品種選育和遺傳改良提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

新疆南疆是“老漢瓜”的主要生產(chǎn)區(qū)，而絕大多數(shù)的甜瓜種子均來自于昌吉、烏魯木齊各大種子銷售單位，材料均來自新疆全優(yōu)農(nóng)資國際種子交易市場及烏魯木齊各大種子銷售店面。共51個供試材料，其中45個為厚皮甜瓜品種，6個為薄皮甜瓜作為參試材料。表1

表1 51份甜瓜品種名稱、生產(chǎn)單位和種子類別

1.2 方 法

試驗材料采取隨機(jī)區(qū)組種植，單行區(qū)，株距0.5 m，行距3.0 m，每個品種10株，3次重復(fù)，常規(guī)管理。

在果實成熟期對所有甜瓜種質(zhì)的表型性狀進(jìn)行調(diào)查和統(tǒng)計，每小區(qū)隨機(jī)取3～5株調(diào)查。所調(diào)查的性狀包括17個質(zhì)量性狀(果實形狀、果皮底色、覆紋顏色、覆紋形狀、果面溝、果面溝顏色、網(wǎng)紋粗度、網(wǎng)紋密度、網(wǎng)紋分布、外果肉顏色、內(nèi)果肉顏色、果肉質(zhì)地、瓜瓤水分、果肉香味、果肉酸味、種子形狀和種皮顏色)和16個數(shù)量性狀(單果質(zhì)量、果實縱徑、果實橫徑、果皮厚度、果腔縱徑、果腔橫徑、果肉厚度、中心糖、邊糖、種子縱徑、種子橫徑、種子指數(shù)、種子厚度、種子面積、種子千粒重和種子密度)。長度用直尺或游標(biāo)卡尺測量，質(zhì)量用電子秤測量，可溶性固形物含量用手持測糖儀(型號PX-B32T)測量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

甜瓜所有性狀參照《甜瓜種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[11]和A.Stepansky等[12]的方法進(jìn)行統(tǒng)計、分級、賦值，質(zhì)量性狀分為10級，參照尚建立等[13]的方法，將數(shù)量性狀根據(jù)平均值(X)和標(biāo)準(zhǔn)差(δ)分為10級，1級

表2 甜瓜品種質(zhì)量性狀描述分級

2 結(jié)果與分析

2.1 質(zhì)量性狀遺傳多樣性

研究表明，供試材料質(zhì)量性狀多樣性指數(shù)變化范圍為0.10～1.79，平均值為1.06；種子形狀多樣性指數(shù)最低，果面溝顏色多樣性指數(shù)最高；多樣性指數(shù)大于1的有果實形狀、果皮顏色、覆紋顏色、覆紋形狀、果面溝顏色、網(wǎng)紋密度、網(wǎng)紋分布、外果肉顏色、內(nèi)果肉顏色和果肉香味，占所測質(zhì)量性狀的58.82%。鑒定材料中橢圓形果實較多，占54.90%；果肉顏色主要為綠白色，占25.49%以上；帶有果肉香味的占29.41%；多汁的品種較多，占45.10%。表3

表3 甜瓜品種質(zhì)量性狀頻率分布及多樣性

2.2 數(shù)量性狀遺傳多樣性

研究表明，供試甜瓜種質(zhì)數(shù)量性狀的多樣性指數(shù)變化范圍為1.50～2.07，平均值為1.91，多數(shù)高于質(zhì)量性狀的多樣性指數(shù)。多樣性指數(shù)大于2的依次為種子厚度、果腔縱徑、果實橫徑、種子密度、果肉厚度、果實縱徑和種子指數(shù)。變異系數(shù)是衡量材料中各觀測值變異程度的另一個統(tǒng)計量。各性狀變異系數(shù)大于40%的有中心糖、邊糖、單果質(zhì)量和果皮厚度，這3個性狀存在豐富的變異；小于20%有果實橫徑、果腔橫徑、種子縱徑、種子橫徑、種子指數(shù)、種子厚度及種子密度，這7個性狀具有穩(wěn)定的遺傳特性。表4

表4 甜瓜品種數(shù)量性狀變異

2.3 甜瓜表型主成分

研究表明，前6個主成分的累計貢獻(xiàn)率為74.01%。第1主成分特征值為10.97，其貢獻(xiàn)率為33.24%，主要與果實形狀、網(wǎng)紋、單果質(zhì)量、果實大小、果皮厚度、種子大小、種子千粒重等性狀相關(guān)，可將第1主成分稱為果實與種子大小因子；第2主成分特征值為5.16，其貢獻(xiàn)率為15.62%，主要與果肉質(zhì)地、中心糖、邊糖等性狀相關(guān)，可將第2主成分稱為品質(zhì)因子；第3主成分特征值為2.82，其貢獻(xiàn)率為8.54%，主要與果實橫徑、果腔橫徑相關(guān)，第3主成分可稱為果形因子；第4主成分特征值為2.15，其貢獻(xiàn)率為6.53%，主要與果面溝、果面溝顏色等性狀相關(guān)，第4主成分可稱為果面特征因子；第5主成分特征值為1.91，其貢獻(xiàn)率為5.79%，主要與外果肉顏色和內(nèi)果肉顏色相關(guān)，第5主成分可稱為果肉因子。第6主成分特征值為1.41，其貢獻(xiàn)率為4.29%，主要與種子形狀、種子顏色相關(guān)，第6主成分可稱為種子外觀因子。表5

表5 甜瓜品種主成分

2.4 甜瓜表型性狀的聚類

研究表明，可將供試甜瓜品種分為III大類。第I類主要以薄皮甜瓜為主(除伊麗莎白外)，果形均為梨形(伊麗莎白為圓形)、無網(wǎng)紋，種子形狀均為橢圓形，單果質(zhì)量范圍為0.51～1.21 kg，種子縱徑范圍為6.34～9.14 mm，種子橫徑范圍為2.96～3.97 mm，種子厚度范圍為1.17～1.44 mm，種子千粒重范圍為10.09～18.46 g。伊麗莎白的以上指標(biāo)均與薄皮甜瓜的相近，且指標(biāo)特征值比較大，貢獻(xiàn)率也較大，聚為一類；拜鮮克其、圓比斜克其、其里甘65(金瑩)、其里甘65(聯(lián)創(chuàng))、其里甘(益豐)、斯麗克65等6個厚皮甜瓜聚為第II類。果實形狀均為圓形且覆紋呈綠色或墨綠斑點，無網(wǎng)紋或網(wǎng)紋稀少，果肉呈綠白色、軟、多汁，種子橢圓、黃白(其里甘(益豐)除外)；第III類數(shù)量比較大，包含了38個厚皮甜瓜品種，該類果實縱徑較大，果腔縱徑較大，又可分為2個亞群：III A和III B。III A包括：黃旦子(宏祥)、黃旦子(創(chuàng)科蜜)、改良黃旦子、黃醉仙、益豐密25號、益豐密17號、美國銀帝王、科寶綠碧克克奇和阿克闊其等9個品種。果形有橢圓和圓形，網(wǎng)紋均為全網(wǎng)，種子形狀均為橢圓形；III B包含了29個品種，其綜合性指標(biāo)比較一致。圖1

圖1 甜瓜品種的R語言表型聚類

3 討 論

目前甜瓜生產(chǎn)和研究中廣泛應(yīng)用的分類方法是M.Pitrat等提出的2個亞種(厚皮甜瓜ssp.Melo和薄皮甜瓜ssp.agrestis)和16個變種[1]。新疆厚皮甜瓜變異類型豐富，高于薄皮甜瓜的遺傳多樣性指數(shù)[14]。狹義上“老漢瓜”僅代表新疆農(nóng)家品種“伯謝克辛”，果實扁圓，有5個心室，特別特殊[4]。廣義上“老漢瓜”可代表一類具有肉質(zhì)柔軟、多汁甜蜜的甜瓜品種，如“阿克闊克切”、“庫克白熱”、“其里甘”等[15]?！袄蠞h瓜”優(yōu)點明顯，但是抗性較弱，耐貯運特性較差。研究其遺傳背景及其遺傳多樣性至關(guān)重要。近年來，研究學(xué)者對不同區(qū)域范圍的甜瓜種質(zhì)資源做了大量研究。其中不乏有利用不同分子標(biāo)記技術(shù)進(jìn)行分析，如SRAP[7,14]、AFLP[16,17]、RAPD[18-20]、CAPS[21]、SSR[22-24]等。雖然多種DNA標(biāo)記已用于甜瓜種質(zhì)資源遺傳多樣性研究，但形態(tài)學(xué)性狀變異大，尤其是果實性狀，更能直觀的反映甜瓜資源的表型信息，是甜瓜種質(zhì)分類的重要依據(jù)[25-28]。高路銀等[29]分析了40份野生甜瓜的14個果實性狀，遺傳距離為11.1時，分為3大類；王吉明等[26]對100份野生甜瓜進(jìn)行遺傳多樣性研究，將其分為野生和半野生2大類，其中半野生類群中，部分野生種質(zhì)與栽培甜瓜親緣關(guān)系較近，認(rèn)為野生種質(zhì)在栽培甜瓜的起源與馴化過程中起到重要作用。李清等[28]將74份薄皮甜瓜材料的12個質(zhì)量性狀進(jìn)行聚類分析，得出2大類群，認(rèn)為薄皮甜瓜間的親緣關(guān)系與它們的地理來源無緊密聯(lián)系。郭麗霞等[30]對塔吉克斯坦和部分新疆地方品種聚類分析，認(rèn)為2個地方甜瓜種質(zhì)存在一定的遺傳進(jìn)化聯(lián)系，均屬于栽培甜瓜變種或類型C.meloL.var.cantalupensis。張永兵等[2]通過對121份新疆甜瓜地方品種資源的表型遺傳多樣性分析，最終以30份種質(zhì)作為核心種質(zhì)，這對有效保存、利用地方品種資源以及品種遺傳改良具有實際意義。

研究以45份厚皮甜瓜品種作為研究對象，對成熟果實的17個質(zhì)量性狀和16個數(shù)量性狀進(jìn)行分析，質(zhì)量性狀的多樣性指數(shù)變化范圍為0.10～1.79，平均1.06，數(shù)量性狀的多樣性指數(shù)變化范圍為1.50～2.07，平均1.91，數(shù)量性狀更有豐富的形態(tài)多樣性，這與王吉明[26]和高路銀等[29]的觀點相一致。表型性狀的變異系數(shù)越大，說明該性狀的變異程度就越豐富[31]，在育種過程中選得優(yōu)良遺傳性的潛力也越大[32]。

研究中，變異系數(shù)較大的有中心糖、邊糖及單果質(zhì)量(大于42%)，種子指數(shù)最小為7.46%。甜瓜性狀大多有數(shù)量性狀基因控制，各性狀之間相互關(guān)聯(lián)，使得育種工作難度變大[33]。主成分分析可將較多的變量綜合為幾個公共因子，從而減少數(shù)據(jù)維度，進(jìn)而減輕評價難度[34]。紀(jì)海波等[35]將西瓜22個性狀主成分分析后，得到8個主成分，累計貢獻(xiàn)率為63.77%，西瓜性狀的變異向多方向發(fā)展，利于新品種的選育。李清等[34]將西瓜12個果實性狀進(jìn)行主成分分析，以特征值大于1為閾值，歸納為3個主成分，累計貢獻(xiàn)率為71.99%。王學(xué)征等[33]分別將10個薄皮甜瓜、10個厚皮甜瓜品系的多個性狀進(jìn)行主成分分析，前3個主成分的遺傳信息就占到了總遺傳信息的80%以上。高路銀等[29]通過對40份野生甜瓜果實的14個性狀進(jìn)行主成分分析，可用5個主成分(累計貢獻(xiàn)率72.39%)來代表絕大部分信息。在實際運用過程中不需要選擇所有主成分，一般取累計貢獻(xiàn)率80%以上的代表主成分。

研究將33個果實性狀歸納為8個主成分，且特征值均大于1，累計貢獻(xiàn)率達(dá)80.91%，但是主成分7、8中載荷符號負(fù)值較多，且性狀與前6個有重疊，因此，最終選擇前6個主成分，可代表全信息量的74.01%。聚類分析是揭示品種間親緣關(guān)系及歸類最為直接有效的方法。研究利用R語言中的igraph包和ggsci包進(jìn)行聚類分析，將51份甜瓜材料分為III大類群，其中類群Ⅲ又可分為III A和III B 2個亞群。類群I為薄皮甜瓜類型，但“伊麗莎白”被聚到此類，可能是由于其單果質(zhì)量、果實縱徑、果實橫徑、種子縱徑、種子橫徑、種子面積及種子千粒重都與薄皮甜瓜相似，數(shù)值都較小的緣故。類群II包含6個軟肉型的甜瓜，單果質(zhì)量、果實縱徑、果腔縱徑及果肉厚度均小于類群III的對應(yīng)性狀數(shù)值，因此，類群II可認(rèn)為是小果形的“老漢瓜”類甜瓜，類群III可認(rèn)為是大果形的甜瓜品種。但類群III A和III B中均包含軟肉和脆肉，但I(xiàn)II A甜瓜品種的果實糖度普遍較高(西域-1除外)。品種名中含有相同或相近讀音的甜瓜材料可能來源于同一親本，或者存在同物異名的現(xiàn)象，若需將其區(qū)分，可進(jìn)一步通過分子標(biāo)記技術(shù)分析。

4 結(jié) 論

4.1 研究新疆“老漢瓜”類型甜瓜品種的遺傳多樣性，收集當(dāng)前生產(chǎn)上廣泛栽培的厚皮甜瓜品種為研究對象，從音譯角度來講，主要有“比謝可辛”、“納西甘”、“黃旦子”、“熱瓜旦”等類型。廣義上新疆“老漢瓜”屬于一類具有軟肉質(zhì)地特征的厚皮甜瓜類型。

4.2 供試甜瓜品種的質(zhì)量性狀多樣性指數(shù)變化范圍為0.10～1.79，平均1.06；數(shù)量性狀多樣性指數(shù)變化范圍為1.50～2.07，平均1.91，果實數(shù)量性狀具有更豐富的多樣性。主成分分析可將表型性狀歸納為6個主成分，分別為果實與種子大小因子、品質(zhì)因子、果形因子、果面特征因子、果肉因子、種子外觀因子等，累計貢獻(xiàn)率達(dá)74.01%；R語言軟件聚類分析可將參試品種分為Ⅲ大類，類群Ⅰ主要為薄皮甜瓜類型，類群Ⅱ和Ⅲ均為厚皮甜瓜類型，類型多樣。

4.3 新疆甜瓜品種資源遺傳多樣性較為豐富，根據(jù)果形大小可分為大果形和小果形2種“老漢瓜”類型。另外外觀形狀、果肉顏色等質(zhì)量性狀多樣性也較為豐富，果形有扁圓、圓形和橢圓形，以橢圓形為主；果肉有桔色軟肉、綠色軟肉，以綠色軟肉為主。新疆“老漢瓜”類甜瓜品種資源可為我國厚皮甜瓜品種遺傳改良和種質(zhì)創(chuàng)新提供重要的基因資源。