蛇瓜資源農(nóng)藝性狀相關(guān)性、主成分與聚類分析

張朝明, 鄧儉英

(廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所, 南寧 530007)

蛇瓜(TrichosanthesanguinaL.),別名蛇豆、印度絲瓜等,葫蘆科栝樓屬一年生攀緣性草本植物,因其瓜形細(xì)長彎曲似蛇而得名。原產(chǎn)印度(已有2 000年的栽培歷史)、馬來西亞,廣泛分布于東南亞各國和澳大利亞,在西非、美洲熱帶和加勒比海等地也有栽培。蛇瓜按瓜體分為短瓜型、長瓜型,依皮色分為灰白色系、綠色系、青黑色系,依個紋可分為青皮白個、白皮青絲、灰皮青斑資源。蛇瓜在中國各地均有栽培,特別是在我國南方栽培較多。蛇瓜適應(yīng)性強(qiáng)、耐高溫、抗低溫、抗干旱、抗病蟲害能力較強(qiáng),供應(yīng)期長,高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。蛇瓜以嫩瓜食用,營養(yǎng)豐富、肉質(zhì)松,可以用來做湯或炒食,別具風(fēng)味。另外,蛇瓜有清暑解熱、利尿降壓等功效,有較高的食用和觀賞價值。蛇瓜色、香、味俱佳,深受消費者青睞。近年來,隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,發(fā)展名、特、優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品成為農(nóng)村重要經(jīng)濟(jì)增長點。蛇瓜以其形態(tài)奇特、營養(yǎng)豐富、肉質(zhì)脆嫩、風(fēng)味清香甘甜、品質(zhì)上等而成為集觀賞、保健、食用于一體的優(yōu)良蔬菜品種[1]。

蛇瓜株高270～300 cm,根系發(fā)達(dá),在15～40 ℃條件下均能生長,最適生長溫度為20～35 ℃,各種類型的土壤均可栽培。蛇瓜的嫩瓜、嫩葉、嫩莖均可食用,主要以嫩瓜為食,嫩瓜一般長130～170 cm,長柱形,兩端漸尖細(xì),尾端常彎曲成蛇狀,表皮淺綠色,肉鮮綠色,肉質(zhì)松軟。蛇瓜性涼、味微甘,具有清熱、化痰、潤肺、滑腸、利尿、降壓等功效。蛇瓜營養(yǎng)豐富,含有多種碳水化合物、維生素和礦物質(zhì),嫩瓜中含蛋白質(zhì)11 g/kg、脂肪1 g/kg、糖類29 g/kg、粗纖維8 g/kg。蛇瓜抗病性、抗蟲性強(qiáng),整個生育期基本沒有病蟲害,是目前最為理想的綠色蔬菜,具有良好的發(fā)展前景[2]。

廣西壯族自治區(qū)蛇瓜的栽培面積零星分布,隨著蔬菜產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,蛇瓜的栽培較之前有了進(jìn)一步的擴(kuò)大趨勢。隨著國家鄉(xiāng)村振興的不斷推進(jìn)和休閑農(nóng)業(yè)的蓬勃發(fā)展,市場對蛇瓜的需求日益增加,生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大;但是品種卻存在退化現(xiàn)象,表現(xiàn)為商品瓜型參差不齊、瓜型的縱徑和橫徑變化大,瓜皮色深淺不一,產(chǎn)量降低、抗病和抗逆性下降,生產(chǎn)效率不高。因此,有必要對現(xiàn)有的蛇瓜資源進(jìn)行評價篩選,甄選出優(yōu)良的蛇瓜資源。種質(zhì)資源的科學(xué)評價是合理利用的前提和新品種選育的基礎(chǔ)[3]。在種質(zhì)資源綜合評價中由于考察的多個性狀間通常存在一定的相關(guān)性[4],造成信息重復(fù)而使綜合評分法的準(zhǔn)確性受到影響。主成分分析通過降維有效避免了信息重疊并使信息濃縮[5],為資源的評價和選擇提供了科學(xué)依據(jù)。主成分分析與聚類分析是農(nóng)業(yè)研究中重要的統(tǒng)計分析方法,已廣泛應(yīng)用于南瓜[6]、辣椒[7]、苦瓜[8]、甜瓜[9]、黃瓜[10]、大白菜[11]、菜心[12]、甘藍(lán)[13]、蔥[14]、茶[15]、花椰菜[16]、油菜[17]和白羊草[18]等多種作物種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀的評價之中,然而,在蛇瓜農(nóng)藝性狀研究上,目前還沒有相關(guān)的報道。通過對不同種質(zhì)之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及分類,探究不同種質(zhì)資源間的親緣關(guān)系,為種質(zhì)資源的利用提供了依據(jù),也大大提高了育種的效率[19]。本試驗對蛇瓜的瓜縱徑、瓜橫徑、葉縱徑、葉橫徑、葉柄長、植株節(jié)間長、瓜肉厚度、單瓜質(zhì)量、單瓜種子數(shù)量、種子百粒重等指標(biāo)進(jìn)行對比篩選,并通過相關(guān)性、主成分和聚類分析,對蛇瓜資源的農(nóng)藝性狀進(jìn)行客觀評價,以期為蛇瓜資源利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試資源為廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所收集的12份蛇瓜資源分別為WD451420、WD453154、WD261437、WD268275、WD450421022、WD450120、GC451030、GC450101、GC261437、GC321549、GC263275、GC266337。其中皮色為白色的蛇瓜資源7份,皮色為白底青斑的蛇瓜資源5份。

1.2 方 法

1.2.1試驗設(shè)計

試驗于2021年8—12月在廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院明陽基地進(jìn)行,前茬作物為萵筍。12份資源2021年8月9日浸種催芽[20],最早的種子于2021年8月13日發(fā)芽,2021年8月29日定植,9月30日開花,10月10日開始收獲,12月28日采收結(jié)束。每穴播苗1株;拱棚栽培,跨幅400 cm,棚高230 cm,沿棚兩邊對爬,地膜覆蓋栽培,株行距200 cm×50 cm,施羊糞7 500 kg/hm2,復(fù)合肥300 kg/hm2;小區(qū)面積480 m2,試驗隨機(jī)區(qū)組排列,3次重復(fù),栽培管理按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

1.2.2測定項目及方法

豐產(chǎn)期進(jìn)行田間觀察和蛇瓜資源主要農(nóng)藝性狀測定,每小區(qū)隨機(jī)抽取蛇瓜資源10株,調(diào)查其葉縱徑、葉橫徑、葉柄長、植株節(jié)間長;盛果期每份資源分別取10個成熟的商品瓜,調(diào)查瓜縱徑、瓜橫徑、瓜肉厚度、單瓜重,計算小區(qū)產(chǎn)量;采收老熟種子清洗曬干后測量單瓜種子數(shù)量、種子百粒重。

1.3 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS19.0軟件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,同時進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 蛇瓜資源農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

12份參試蛇瓜種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀相關(guān)性結(jié)果見表1。葉縱徑與葉橫徑呈極顯著正相關(guān);葉橫徑與葉縱徑呈極顯著正相關(guān),與瓜肉厚度呈極顯著負(fù)相關(guān);瓜橫徑與瓜肉厚度呈極顯著正相關(guān),與瓜縱徑呈極顯著負(fù)相關(guān),與單瓜質(zhì)量呈顯著負(fù)相關(guān);單瓜質(zhì)量與瓜縱徑、葉柄長呈極顯著正相關(guān),與單瓜種子數(shù)量呈極顯著負(fù)相關(guān),與瓜橫徑呈顯著負(fù)相關(guān);表明葉片越寬瓜越輕,瓜重則瓜長,瓜輕則瓜短,瓜短則肉厚。葉柄長與單瓜質(zhì)量、瓜縱徑呈極顯著正相關(guān),與植株節(jié)間長呈顯著正相關(guān),與單瓜種子數(shù)量呈極顯著負(fù)相關(guān),與單株產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān);表明瓜長和葉柄長,種子數(shù)量會減少。植株節(jié)間長度與葉柄長呈顯著正相關(guān),與單株產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān);單株產(chǎn)量與葉柄長、植株節(jié)間長度呈顯著正相關(guān);表明植株節(jié)間越長,葉柄越長,產(chǎn)量越低,生理生長越旺盛,單株產(chǎn)量越低。

表1 相關(guān)性分析

2.2 主成分分析

2.2.1數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

對參試蛇瓜資源的11個農(nóng)藝性狀指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,結(jié)果如表2所示。

2.2.2主成分的特征根、貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)率

對標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析,各個主成分的特征值和累積貢獻(xiàn)率見表3。從表3可看出,前4個主成分F1、F2、F3、F4變量的特征值均大于1.000,貢獻(xiàn)率分別為40.107%,29.504%,14.471%,9.330%,累積貢獻(xiàn)率達(dá)93.412%,超過90%,4個主成分將蛇瓜資源的11個農(nóng)藝性狀指標(biāo)的多數(shù)信息表達(dá),所以提取4個主成分作為蛇瓜資源農(nóng)藝性狀的綜合鑒定和評價指標(biāo)。

表4 方差正交主成分載荷矩陣

2.2.3主成分載荷值

對主成分載荷矩陣使用方差正交旋轉(zhuǎn)法進(jìn)行旋轉(zhuǎn),第一主成分(F1)載荷較高且為正值主要指標(biāo)為單瓜質(zhì)量、瓜縱徑(0.976,0.901),說明這兩個性狀存在較強(qiáng)的正相關(guān)性,與蛇瓜產(chǎn)量有緊密關(guān)聯(lián),可概括為產(chǎn)量因子,可綜合反映蛇瓜產(chǎn)量目標(biāo);第二主成分(F2)載荷較高且為正值主要指標(biāo)為葉橫徑、葉縱徑(0.951,0.846),這些性狀反映了葉片生長情況,可概括為葉片因子;第三主成分(F3)載荷較高且為正值主要指標(biāo)為葉縱徑和葉柄長(0.078,0.595),性狀反映了植株生長的情況,可概括為生長因子;第四主成分(F4)載荷較高且為正值主要指標(biāo)為種子百粒重和植株節(jié)間長(0.939,0.554),性狀反映了種子形成和植株節(jié)間長度的關(guān)系,可概括為種質(zhì)因子。前4個主成分包含了單瓜質(zhì)量、瓜縱徑、瓜橫徑、葉縱徑、葉橫徑、植株節(jié)間長、種子百粒重等,這些指標(biāo)都是蛇瓜種質(zhì)資源鑒定與評價的重要指標(biāo)(表5)。

表5 方差正交旋轉(zhuǎn)主成分載荷矩陣

2.2.4主成分得分

利用參試12份蛇瓜資源農(nóng)藝性狀指標(biāo)的方差正交旋轉(zhuǎn)主成分得分矩陣,統(tǒng)計蛇瓜資源農(nóng)藝性狀各主成分得分并計算綜合得分及排名,結(jié)果如表6所示。得分排名前3位的GC261437、GC450101、GC451030綜合得分分別為60.49,58.36,52.67。

表6 主成分得分、綜合得分及排名

2.3 聚類分析

采用歐氏距離平均法對12份蛇瓜資源進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析,在歐氏距離5處分為4類群。第一類群包含3份資源,分別為GC321549、GC263275、GC266337,植株葉柄長度大、瓜橫徑寬、單株瓜數(shù)少,瓜長度和單瓜重僅次于第四類群,該類群可發(fā)現(xiàn)植株節(jié)間長度大、風(fēng)味濃郁的蛇瓜種質(zhì);第二類群包含2份資源,分別為WD450421022、WD450120,植株葉片寬大、葉縱徑在各類群中最高,該類群可發(fā)現(xiàn)葉色深綠、葉片厚,瓜身帶淺綠斑紋,觀賞性強(qiáng)的種質(zhì);第三類群包含4份資源,分別為WD451420、WD453154、WD261437、WD268275,植株葉片小、葉柄短、瓜短、種子數(shù)量多,該類群可發(fā)現(xiàn)晚熟、品質(zhì)一般、分枝數(shù)多的蛇瓜種質(zhì);第四類群包含3份資源,分別為GC451030、GC450101、GC261437,其中單瓜質(zhì)量、瓜縱徑在3個分類中最高,該類群可發(fā)現(xiàn)帶淺綠斷層斑紋,品質(zhì)高,植株莖粗,種子數(shù)少的蛇瓜種質(zhì)(圖1)。

圖1 系統(tǒng)聚類分析

2.4 農(nóng)藝性狀比較

葉縱徑最長為GC451030,最短為WD451420,其余10個蛇瓜資源葉縱徑由長到短順序為WD450120、WD450421022、GC321549、GC263275、GC266337、GC261437、GC450101、WD453154、WD261437、WD268275;葉橫徑最長為GC451030,最短為WD451420,其余資源葉橫徑由長到短排序為WD450120、WD450421022、GC266337、GC263275、GC321549、GC261437、WD268275、GC450101、WD261437、WD453154;葉柄長最長為GC450101和GC321549,最短為WD261437,其余資源葉柄長由長到短排序為GC263275、GC261437、GC266337、WD450120、WD453154、WD450421022、WD268275=GC451030、WD451420;植株節(jié)間長最長為GC321549,最短為WD451420,其余資源植株節(jié)間長由長到短排序為GC450101、GC263275、GC261437、GC266337、WD453154、WD261437、WD268275、GC451030、WD450421022、WD450120;其余性狀詳見表7。

表7 不同蛇瓜農(nóng)藝性狀指標(biāo)比較

3 討 論

相關(guān)性分析結(jié)果表明,葉縱徑與葉橫徑呈極顯著正相關(guān);葉片長度的選擇會極顯著地影響到葉片寬度的增減,瓜橫徑與瓜縱徑呈極顯著負(fù)相關(guān),瓜橫徑一旦增加,瓜縱徑必然減小,結(jié)果與杜占芬和閆立英[21]的研究結(jié)果一致。單瓜質(zhì)量與瓜縱徑、葉柄長呈極顯著正相關(guān),與單瓜種子數(shù)量呈極顯著負(fù)相關(guān),與瓜橫徑呈顯著負(fù)相關(guān);表明葉片越寬瓜越輕,瓜重則瓜長,瓜輕則瓜短,瓜短則肉厚。葉柄長與單瓜質(zhì)量、瓜縱徑呈極顯著正相關(guān),與植株節(jié)間長呈顯著正相關(guān),與單瓜種子數(shù)量呈極顯著負(fù)相關(guān),與單株產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān);表明瓜長和葉柄長,則種子數(shù)量會減少。植株節(jié)間長度與葉柄長呈顯著正相關(guān),與單株產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān);單株產(chǎn)量與葉柄長、植株節(jié)間長度呈顯著正相關(guān);表明植株節(jié)間越長,葉柄越長,產(chǎn)量越低,生理生長越旺盛,單株產(chǎn)量越低。主成分分析結(jié)果顯示,第一主成分特征根為4.412,貢獻(xiàn)率為40.107%,載荷較高且為正值主要指標(biāo)為單瓜質(zhì)量、瓜縱徑分別為0.976,0.901,說明這兩個性狀存在較強(qiáng)的正相關(guān)性,與蛇瓜產(chǎn)量有緊密關(guān)聯(lián),可概括為產(chǎn)量因子,可綜合反映蛇瓜產(chǎn)量目標(biāo);第二主成分特征根為3.245,貢獻(xiàn)率為29.504%,載荷較高且為正值主要指標(biāo)為葉橫徑、葉縱徑,特征向量分別為0.951,0.846,這些性狀反映了葉片生長等情況,可概括為葉片因子;第三主成分特征根為1.592,貢獻(xiàn)率為14.471%,載荷較高且為負(fù)值的主要指標(biāo)為葉縱徑和葉柄長,特征向量為0.780,0.595,性狀反映了植株生長的情況,可概括為生長因子;第四主成分特征根為1.026,貢獻(xiàn)率為9.330%,載荷較高且為正值主要指標(biāo)為種子百粒重、植株節(jié)間長,特征向量為0.939,0.554,性狀映了種子形成和植株節(jié)間長度的關(guān)系,可概括為種子因子。采用歐氏距離平均法對12份蛇瓜資源進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析,在歐氏距離5處分為4個類群,各類群農(nóng)藝性狀特征詳見表7。第一類群包含3份資源,分別為GC321549、GC263275、GC266337,植株葉柄長度大、瓜橫徑寬、單株瓜數(shù)少,瓜長度和單瓜重僅次于第四類群,該類群可發(fā)現(xiàn)植株節(jié)間長度大、風(fēng)味濃郁的蛇瓜種質(zhì);第二類群包含2份資源,分別為WD450421022、WD450120,植株葉片寬大、葉縱徑在各聚類中最高,該類群可發(fā)現(xiàn)葉色深綠、葉片厚,瓜身帶淺綠斑紋,觀賞性強(qiáng)的種質(zhì);第三類群包含4份資源,分別為WD451420、WD453154、WD261437、WD268275,植株葉片小、葉柄短、瓜短、種子數(shù)量多,該類群可發(fā)現(xiàn)晚熟、品質(zhì)一般、分枝數(shù)多的蛇瓜種質(zhì);第四類群包含3份資源,分別為GC451030、GC450101、GC261437,其中單瓜質(zhì)量、瓜縱徑在4個類群中最高,該類群可發(fā)現(xiàn)帶淺綠斷層斑紋,品質(zhì)高,植株莖粗,種子數(shù)少的蛇瓜種質(zhì)。解決了在親本選配過程中通過單一性狀無法直觀分類的弊端,進(jìn)而可以更好地應(yīng)用種質(zhì)資源,提高育種效率[18]。

4 結(jié) 論

供試的GC261437、GC450101、GC451030蛇瓜資源,經(jīng)過分析鑒定其農(nóng)藝性狀優(yōu)良,適合作為選育高產(chǎn)長瓜型的蛇瓜品種的材料。