江西省地方瓠瓜種質(zhì)資源表型性狀遺傳多樣性分析及綜合評(píng)價(jià)

關(guān) 峰，張景云，石 博，萬新建，張會(huì)國，黃國東

(1.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所，南昌 330200；2.江西省高安市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，江西 高安 330800)

瓠瓜[Lagenariasiceraria(Mol.)Stand.]為葫蘆科葫蘆屬一年生攀援植物，在我國已有7 000多年的種植史[1]，是長江以南地區(qū)廣泛種植的瓜類蔬菜[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國瓠瓜種植面積約200萬hm2，主要分布在江西、浙江、安徽、廣東、廣西等地[3]。遺傳多樣性研究及綜合評(píng)價(jià)對(duì)掌握物種遺傳信息具有推動(dòng)作用，也為育種工作提供優(yōu)異親本材料[4]。瓠瓜嫩果口感柔嫩，消腫結(jié)、潤肌膚，老果又可作為藝術(shù)擺設(shè)，因此廣受消費(fèi)者喜愛。但隨著瓠瓜新品種的快速推廣，導(dǎo)致大量地方古老品種資源迅速消失，甚至一些地方品種瀕臨滅絕。目前，關(guān)于瓠瓜種質(zhì)資源多樣性相關(guān)研究較少，高山等[5]發(fā)現(xiàn)，7個(gè)省份的38份瓠瓜可分為4個(gè)類群，且分類結(jié)果與地理分布有一定的相關(guān)性。陳孟強(qiáng)等[6]對(duì)63份瓠瓜種質(zhì)資源的7個(gè)表型性狀進(jìn)行調(diào)查，綜合評(píng)價(jià)其在廣州地區(qū)的市場、氣候適應(yīng)性，初步篩選到8份適宜當(dāng)?shù)氐钠贩N。李艷偉等[3]利用瓠瓜核心SNP標(biāo)記對(duì)51份種質(zhì)進(jìn)行基因型鑒定，基于聚類分析和群體結(jié)構(gòu)分析，將浙江地方瓠瓜種質(zhì)劃分為兩大類群，且發(fā)現(xiàn)類群分布主要與地理位置呈顯著相關(guān)。王莎[7]也相繼開展了瓠瓜種質(zhì)資源遺傳多樣性和親緣關(guān)系的研究。收集和鑒定地方瓠瓜種質(zhì)的表型性狀，對(duì)瓠瓜育種具有重要意義，但目前鮮見瓠瓜遺傳多樣性分析及綜合評(píng)價(jià)的研究報(bào)道。

2017年至2019年，本所種質(zhì)資源調(diào)查隊(duì)走訪了江西省27個(gè)市(縣、區(qū))，收集地方瓠瓜種質(zhì)資源101份，并對(duì)收集到的地方瓠瓜資源17個(gè)表型性狀進(jìn)行種質(zhì)資源多樣性分析，為江西地方古老瓠瓜種質(zhì)資源的保護(hù)與利用、新品種選育等提供新材料。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選取了“第三次全國農(nóng)作物種質(zhì)資源普查與收集行動(dòng)”中新收集到的101份瓠瓜地方資源為研究對(duì)象，全國統(tǒng)一編號(hào)、種質(zhì)名稱、收集地見表1。

表1 江西瓠瓜種質(zhì)資源調(diào)查信息Table 1 Information of bottle gourd germplasm resources surveyed in Jiangxi

1.2 試驗(yàn)方法

性狀調(diào)查參照《瓠瓜種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[8]，統(tǒng)計(jì)葉形、葉色、結(jié)瓜習(xí)性、瓜形、瓜皮色、瓜面斑紋、瓜面茸毛、瓜頂形狀、肉質(zhì)、苦味有無、熟性、瓜肉色、瓜長、瓜橫徑、單瓜重、第一雌花節(jié)位等性狀。將賦值后的質(zhì)量性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，不同數(shù)字表示性狀差異，見表2。

表2 表型性狀及代碼Table 2 Phenotypic traits and codes

將所有資源分別于2019年和2020年3月中旬種植于南昌市南昌縣武陽鎮(zhèn)試驗(yàn)基地和宜春高安市江西農(nóng)科院高安試驗(yàn)基地。隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，株行距為1 m×2 m。每一份瓠瓜種質(zhì)種植成一個(gè)獨(dú)立小區(qū)，每個(gè)小區(qū)有10株以上的群體。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 16.0軟件對(duì)各性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、聚類分析和主成分分析，Popgene 1.32(BIO-Dap)軟件計(jì)算Shannon's多樣性指數(shù)(H′)，計(jì)算公式如下：

H′=-∑Pi×lnPi，

式中，Pi為某個(gè)性狀第i級(jí)變異類型出現(xiàn)的頻率[9-11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 瓠瓜種質(zhì)資源在江西地區(qū)分布

江西省大部分地區(qū)老百姓均有喜食瓠瓜并自家留種的習(xí)慣，地方資源豐富，在豐城市收集到9份種質(zhì)，數(shù)量最多，其次，銅鼓縣8份，永修縣、南城縣、井岡山市各6份。在海拔12～200 m地區(qū)收集到的瓠瓜資源較多，共67份，占總瓠瓜資源的66.34%。

圖1 江西瓠瓜種質(zhì)資源垂直分布情況Fig.1 Vertical distribution of bottle gourd germplasm resources in Jiangxi Province

2.2 瓠瓜種質(zhì)資源質(zhì)量性狀遺傳多樣性分析

由表3可知，對(duì)12個(gè)質(zhì)量性狀進(jìn)行多樣性分析，供試瓠瓜品種各性狀間表現(xiàn)出不同程度的多樣性。101份瓠瓜資源的葉形多以心臟五角形為主，為69份，占比68.32%。65份瓠瓜以子蔓結(jié)瓜為主，占64.36%。瓜形以長圓筒、牛腿形、梨形為主，分別占比22.78%、21.78%、19.8%。淺綠瓜皮為48份，占比47.52%，其次是綠白瓜皮，34份，占比33.67%，其余分別為17份綠色瓜皮，2份深綠色瓜皮瓠瓜資源。70份瓠瓜資源無斑紋，占比69.31%，其余均帶有斑紋。瓜面茸毛以密為主，為42份，占比41.58%，其余分別為28份無茸毛，25份稀茸毛，3份中茸毛。50份資源為凹瓜頂，占比49.50%，44份資源為平瓜頂，占比43.56%，7份凸瓜頂，占比6.93%。肉質(zhì)以緊致為主，占比87.13%，松軟占比12.87%。82份瓠瓜資源無苦味，占比81.19%，其余19份微苦，占比18.81%。101份資源以早熟資源為主，占比78.22%，中熟資源15份，占比14.85%，晚熟資源7份，占比6.93%。瓜肉色以白色為主，占比89.11%，綠白色占比9.9%。12個(gè)質(zhì)量性狀的多樣性指數(shù)依次為瓜形>瓜面茸毛>瓜皮色>結(jié)瓜習(xí)性>瓜頂形狀>葉形>熟性>葉色>苦味有無>瓜肉色>肉質(zhì)>瓜面斑紋。

表3 12個(gè)質(zhì)量性狀的遺傳多樣性分析Table 3 Genetic diversity analysis of twelve quality-related traits

表4 5個(gè)數(shù)量性狀的遺傳多樣性分析Table 4 Genetic diversity analysis of five quantitative characters

2.3 瓠瓜種質(zhì)資源數(shù)量性狀的遺傳多樣性分析

瓠瓜種質(zhì)資源數(shù)量性狀的變異系數(shù)范圍為21.66%～40.42%，其中首雌花節(jié)位變異系數(shù)最大，為40.42%，且瓜縱徑、瓜橫徑、單瓜重變異系數(shù)均大于30%，具有較大改良潛力。多樣性指數(shù)范圍為1.904～2.004，以第一雌花節(jié)位最高，其余依次為單瓜重，瓜縱徑，單株瓜數(shù)，瓜橫徑，并且5個(gè)性狀多樣性指數(shù)均大于1.5(表4)。

2.4 瓠瓜地方種質(zhì)資源基于農(nóng)藝性狀的聚類分析

如圖2所示，在歐氏距離為14時(shí)，101份江西省地方瓠瓜種質(zhì)資源分為三大類群，各類群的具體數(shù)據(jù)見表5。類群Ⅰ包括79份種質(zhì)資源，主要特征為葉片心臟五角、葉色綠、主蔓結(jié)瓜、瓜形為牛腿形、梨形，瓜皮色淺綠，無斑紋，瓜面茸毛密，瓜頂形狀為凹，肉質(zhì)緊致，無苦味，瓜肉色為白色，多為早熟，瓜縱徑最長(33.94 cm)；類群Ⅱ包括5份資源，其特點(diǎn)為子蔓結(jié)瓜、瓜形為近圓形或扁圓形、瓜皮顏色以淺綠色為主，瓜面茸毛密，瓜頂形狀平，多為中晚熟品種，白肉，首雌花節(jié)位的變異系數(shù)最大(55.75%)；類群Ⅲ包括17份資源，其主要特征為子蔓坐果，瓜肉淺綠色，多數(shù)資源瓜皮有不規(guī)則斑紋，瓜頂性狀凹，多為晚熟品種，肉色綠白，單瓜重最輕(0.38 kg)。

2.5 瓠瓜地方種質(zhì)資源基于農(nóng)藝性狀的主成分分析

為把多指標(biāo)轉(zhuǎn)換為少數(shù)綜合指標(biāo)，并消除性狀間的相關(guān)性對(duì)種質(zhì)評(píng)價(jià)產(chǎn)生的影響，特對(duì)101份瓠瓜種質(zhì)資源17個(gè)表型性狀進(jìn)行主成分分析，共確定了8個(gè)主成分，累積貢獻(xiàn)率為69.452%，詳見表6。第1主成分的特征值為2.021，貢獻(xiàn)率為11.887%，對(duì)應(yīng)的特征性狀為瓜橫徑(0.813)、首雌花節(jié)位(0.677)、瓜縱徑(0.533)，其特征向量都在0.50以上，說明性狀主要與瓠瓜熟性及果實(shí)重量有關(guān)。第2主成分的特征值為1.822，貢獻(xiàn)率為10.719%，主要由瓜面斑紋、結(jié)瓜習(xí)性、瓜皮色構(gòu)成，對(duì)應(yīng)的特征向量中以瓜面斑紋最大(0.611)，其次為結(jié)瓜習(xí)性(0.572)及瓜皮色(0.568)，說明第2主成分主要與果實(shí)商品性相關(guān)。第3主成分的特征值為1.693，貢獻(xiàn)率為9.964%，對(duì)應(yīng)的特征向量中以單瓜重最大(0.590)，說明第3主成分主要是與單株產(chǎn)量相關(guān)的性狀。

將標(biāo)準(zhǔn)化的17個(gè)表型性狀數(shù)值代入上述8個(gè)主成分中，即得主成分因子得分公式[15-16]。

F1=0.572X1+0.476X2+0.374X3-0.183X4-0.226X5+0.01X6-0.99X7-0.200X8-0.165X9+0.012X10-0.060X11-0.149X12-0.247X13+0.129X14+0.031X15-0.057X16+0.191X17

F2=0.140X1+0.160X2+0.167X3+0.453X4+0.424X5+0.421X6-0.348X7+0.067X8-0.172X9-0.253X10+0.229X11+0.002X12+0.026X13-0.147X14-0.063X15+0.114X16-0.231X17

F3=0.149X1+0.216X2+0.239X3-0.206X4+0.165X5-0.357X6+0.152X7+0.453X8+0.433X9-0.275X10+0.127X11-0.108X12+0.211X13-0.114X14+0.071X15+0.286X16-0.109X17

F4=0.118X1+0.09X2-0.007X3+0.082X4-0.002X5+0.164X6-0.131X7+0.183X8+0.124X9-0.076X10-0.468X11+0.463X12+0.400X13+0.356X14-0.253X15+0.067X16+0.289X17

F5=0.006X1-0.149X2+0.348X3-0.096X4-0.139X5+0.273X6-0.286X7-0.115X8+0.163X9+0.308X10-0.045X11+0.236X12-0.008X13-0.299X14+0.372X15+0.331X16+0.368X17

F6=-0.021X1+0.021X2+0.248X3-0.294X4-0.040X5+0.123X6-0.406X7-0.291X8+0.116X9+0.319X10-0.170X11-0.208X12-0.266X13+0.066X14-0.521X15-0.097X16-0.201X17

F7=-0.160X1+0.172X2-0.249X3-0.212X4+0.348X5+0.029X6-0.076X7+0.266X8-0.255X9+0.262X10-0.030X11-0.136X12-0.300X13+0.412X14+0.099X15-0.457X16+0.086X17

F8=0.107X1-0.316X2+0.149X3+0.128X4-0.186X5+0.003X6-0.203X7-0.136X8+0.218X9-0.181X10+0.356X11-0.323X12-0.034X13+0.262X14-0.307X15+0.288X16+0.443X17

表5 瓠瓜種質(zhì)資源各類群特征Table 5 Characteristics of various groups in bottle gourd germplasm resources

圖2 江西瓠瓜資源基于17個(gè)性狀的聚類分析Fig.2 Cluster analysis of 17 agronomic traits in bottle gourd germplasm resources in Jiangxi

表6 瓠瓜資源主要農(nóng)藝性狀主成分分析Table 6 Principal analysis of main agronomic traits of the bottle gourd germplasm resources

根據(jù)F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8數(shù)值及各主成分的貢獻(xiàn)率權(quán)重(0.118、0.107、0.100、0.100、0.095、0.078、0.073、0.060)，由每個(gè)種質(zhì)資源的綜合得分公式：F=0.118F1+0.107F2+0.100F3+0.100F4+0.095F5+0.078F6+0.073F7+0.060F8計(jì)算F值。以F值大小為依據(jù)，對(duì)江西省101份瓠瓜種質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，由表7可知，排在前4位的瓠瓜種質(zhì)資源依次為2018362414(0.8)、2018361464(0.78)、P 341300141(0.69)、P 360983017(0.69)。

2.6 江西瓠瓜優(yōu)異種質(zhì)資源篩選

根據(jù)綜合鑒定得分結(jié)果，從101份瓠瓜種質(zhì)資源中篩選出4份優(yōu)異資源。寧都瓠瓜(采集編號(hào)：2018362414，圖3 A)，采集于贛州市寧都縣賴村鎮(zhèn)蓮子村，在當(dāng)?shù)匾延?0年的種植歷史，其坐果力強(qiáng)，莖蔓生，分枝力強(qiáng)，棒形，綠白皮，無斑紋，商品性美觀，口感細(xì)嫩。玉山瓠瓜(采集編號(hào)：2018361464，圖3 B)，采集于上饒市玉山縣紫湖鎮(zhèn)楓葉村，是一種具有觀賞性的地方瓠瓜資源，細(xì)腰葫蘆，分枝力強(qiáng)，瓜皮綠色，肉質(zhì)致密，平均單瓜重0.40 kg左右。橫水瓠瓜(采集編號(hào)：P 341300141，圖3 C)，采集于贛州市崇義縣橫水鎮(zhèn)茶灘村，一致性好，棒形，口感微甜，細(xì)嫩，深受當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶喜愛。聶圩葫蘆(采集編號(hào)：P 360983017，圖3 D)，采集于宜春市高安市筠陽街道聶圩村，中晚熟，梨形，有斑紋，瓜縱徑38～45 cm，瓜橫徑33～38 cm，當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶喜將老瓜做容器使用。

3 討 論

作物種質(zhì)資源經(jīng)過數(shù)千年的馴化利用，形成了豐富的表型多樣性，構(gòu)成了育種家創(chuàng)制新品種的物質(zhì)基礎(chǔ)[12-13]。遺傳多樣性指數(shù)作為評(píng)價(jià)種質(zhì)間性狀變異的一個(gè)重要指標(biāo)，可有效說明種質(zhì)資源的豐富性[14]。近年來，多元統(tǒng)計(jì)分析被廣泛應(yīng)用在番茄[15]、板栗[16]、紅花[17]、棉花[18]、冬瓜[19]、莧菜[20]等多種類型種質(zhì)資源分析鑒定中，所篩選出的優(yōu)異種質(zhì)大多成為育種家們重點(diǎn)利用的親本材料[21]。江西省植被種類繁多，地方蔬菜資源豐富，特別是經(jīng)過長期生產(chǎn)實(shí)踐，形成了許多特色地方蔬菜[22-23]。本研究對(duì)101份瓠瓜地方資源進(jìn)行遺傳多樣性分析，發(fā)現(xiàn)江西省瓠瓜種質(zhì)資源的數(shù)量性狀多樣性指數(shù)更高，其變幅為1.904～2.004，變異系數(shù)范圍在21.66%～40.42%之間，且均大于20%。這一結(jié)果說明數(shù)量性狀受多基因控制，不同類型的種質(zhì)差異較大，與李家明等[24]研究結(jié)果較為一致。質(zhì)量性狀以瓜形最高，為1.968，其次為瓜面茸毛、瓜皮色和結(jié)果習(xí)性，分別為1.234、1.098、1.026，說明地方瓠瓜資源存在廣泛的遺傳多樣性，且在外形性狀方面有著巨大的改良潛力，這與李艷偉等[3]研究結(jié)論一致。進(jìn)一步進(jìn)行聚類分析發(fā)現(xiàn)，101份資源可分為三大類，每一類群種質(zhì)都與其他類群種質(zhì)有較大區(qū)別，育種家可根據(jù)不同育種目標(biāo)選擇親本，其中第Ⅰ類群種質(zhì)主要為淺綠色牛腿形、梨形瓠瓜資源，口感好，肉質(zhì)緊致，單瓜重較重，適合作為親本材料創(chuàng)制新種質(zhì)，第Ⅱ類群種質(zhì)以近圓形為主，果實(shí)較小，第Ⅲ類群多為細(xì)腰葫蘆，且有不規(guī)則斑紋，可用于瓠瓜果實(shí)外形多樣性相關(guān)研究。主成分分析法可簡化篩選步驟，本研究將17個(gè)農(nóng)藝性狀簡化為8個(gè)主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率為69.45%。本研究以綜合評(píng)分大小為依據(jù)，判別101份瓠瓜種質(zhì)資源綜合性狀，結(jié)果表明，寧都瓠瓜(2018362414)、玉山瓠瓜(2018361464)、橫水瓠瓜(P 341300141)和聶圩葫蘆(P 360983017)綜合表現(xiàn)最好，可作為親本育種資源加以利用。

表7 江西地方瓠瓜種質(zhì)資源的綜合得分Table 7 Comprehensive scores of local bottle gourd germplasm resources in Jiangxi

圖3 江西省部分優(yōu)異瓠瓜種質(zhì)資源Fig.3 Some local excellent bottle gourd germplasm resources in Jiangxi Province