薄皮甜瓜品種（系）光合性能綜合評(píng)價(jià) 及高光效品種篩選

中圖分類號(hào)：S652 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-2871（2025）07-034-07

Comprehensive evaluation of photosynthetic performance of oriental melon varieties（lines）and screening of high photosynthetic efficiency

KANG Liyun，WANG Huiying，LI Xiaohui， GAO Ningning， LI Hailun， CHANG Gaozheng， ZHAO Weixing

（InstituteofHorticulture，HenanAcademyofAgriculturalSiences，Zhengzhou4ooHenanCina）

Abstract：Throughcomprehensivelyevaluating thephotosyntheticperformanceoforientalmelonvarieties（lines），screeningforhigh-efficiencygermplasmresources，and laying the foundation forhigh-effciencybreedingoforiental melon. This study used seedling stage plug substrate cultivationto measure the photosynthetic indicators and agronomic traits of 45oriental melon varieties（lines）.Principal component analysis，membership functionanalysis，and clusteranalysis wereusedtocomprehensivelyevaluatethephotosyntheticperformanceoforiental melonvarieties（lines），and suitable high-efficiency evaluationindicatorsand varieties were screened.Theresultsshowed that therewere significantdiference in the variation amplitude of15 traits among 45oriental melon varieties（lines），ranging from 10.32% to 54.75% ： Among them， five traits，such as net photosynthetic rate （P_n） ， stomatal conductance （G_s） ，water use efficiency（WUE）， freshplant mass，anddryplant mass，hadlargevariationsandthecoefficientofvariationofalltese traitswas greater than 30% .Through principal component analysis，five principal components were extracted，and theircumulative contribution rate reached 84.915% P_n ，plant fresh MAmass，plant dry mass，root volume，root fresh mass，root dry mass，Gs， transpiration rate （T_r） ， vapor pressure difference（VPD），WUE，relative chlorophyll content（SPAD value），and leaf area werescreenedoutasevaluation indexes forthehigh photosynthetic eficiencyabilityoforiental melon.Through cluster analysis of the comprehensive photosynthetic efficiency evaluation （D） values，45oriental melon varieties（lines）were divided into four categories：High photosynthetic eiciencytype，sub-high photosyntheticeiciency type，medium-high photosyntheticeficiencytype，andlowphotosyntheticefficiencytype.Twelvevarieties（lines）withhighphotosynthetic eficiency，suchasBonu，Huangzi168，T-16，5-171，TS-13，15-146，TS-14，A69，-9，-6，TS-12，nd1-4，e preliminarilyscrenedout，whichcanbeusedas germplasmoforiental melonandhigh photosyntheticeficiency suitable for breeding.

Keywords：Oriental melon; Seedling stage; High photosynthetic efficiency; Comprehensive evaluation; Screening

光合作用是植物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，植物干物質(zhì)積累的 90%～95% 來(lái)自葉片的光合作用[。諸多研究表明，同一作物不同品種的光合效率存在明顯的遺傳差異性2]，李瑛等3對(duì)47個(gè)葡萄品種（系）的耐弱光能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，認(rèn)為希娜瑪瑙、獨(dú)角獸等36個(gè)品種（系）為耐弱光葡萄品種（系），其中巨峰、夏黑等25個(gè)葡萄品種同時(shí)也具有較強(qiáng)的耐強(qiáng)光能力。充分挖掘作物自身潛力，提高光合利用能力，是實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的最有效方法。目前，有關(guān)大豆、馬鈴薯[5]、甘薯等作物品種間的光合性能已做了較多研究，并選育出高光效品種。范元芳等研究發(fā)現(xiàn)，高光效大豆種質(zhì)具有較高的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、電子傳遞速率和PSII反應(yīng)中心激發(fā)能捕獲效率。許國(guó)春等研究指出，SPAD值與光合效率綜合評(píng)價(jià)指數(shù)呈顯著正相關(guān)，且在一定程度上能有效反映馬鈴薯的光合能力，可作為馬鈴薯高光效種質(zhì)的初篩指標(biāo)。徐樂(lè)等研究發(fā)現(xiàn)，凈光合速率、水分利用率、羧化效率、氣孔導(dǎo)度是實(shí)現(xiàn)甘薯高光合能力的重要光合特性。大量研究認(rèn)為，弱光脅迫造成作物減產(chǎn)和品質(zhì)下降[10-2]，從而導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益降低。甜瓜（CucumismeloL.）是一種喜光蔓性草本植物，群體內(nèi)部葉片密集，透光性較差[3]，因此，選育高光效甜瓜品種具有重要意義。但關(guān)于薄皮甜瓜光合性能綜合評(píng)價(jià)及高光效品種（系）篩選的研究鮮有報(bào)道，鑒于此，筆者以45個(gè)薄皮甜瓜品種（系）為試驗(yàn)材料，對(duì)苗期光合指標(biāo)和農(nóng)藝性狀進(jìn)行測(cè)定，篩選出薄皮甜瓜的光合性能評(píng)價(jià)指標(biāo)及建立有效的綜合評(píng)價(jià)體系，得到高光效品種（系），以期為選育高光效品種提供理論依據(jù)和種質(zhì)資源。

1 材料與方法

1.1供試材料

參試薄皮甜瓜品種（系）共45個(gè)（表1），均由河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2023年3一4月在河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院溫室進(jìn)行。采用穴盤基質(zhì)栽培方法，基質(zhì)為草炭 + 蛭石（體積比3：1）。挑選籽粒飽滿、均勻一致的種子直播于32孔穴盤中，待子葉完全展開后，澆pH為6.0的營(yíng)養(yǎng)液（由1/2倍Hoagland和1/1000倍Arnon微量元素組成）。第一周用1/4濃度營(yíng)養(yǎng)液，第二周用1/2濃度營(yíng)養(yǎng)液，以后均用全量營(yíng)養(yǎng)液。

表1薄皮甜瓜品種（系）的編號(hào)及名稱

Table1Numberandnameoforientalmelonvarieties（lines）

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

在甜瓜植株生長(zhǎng)到5葉期的晴天09：00—11：30，每品種（系）選取長(zhǎng)勢(shì)一致的代表性植株5株，采用CIRAS-3便攜式光合儀測(cè)定其最新完全展開葉的凈光合速率 （P_n） 、胞間 CO₂ 濃度 （C_i） 、氣孔導(dǎo)度C G_s） 、蒸騰速率 （T_r） 、飽和蒸氣壓差（VPD）、葉片瞬時(shí)水分利用效率（WUE）等氣體交換參數(shù)。WUE P_n/T_r° 采用手持式葉綠素儀SPAD-502測(cè)定葉綠素相對(duì)含量（SPAD值）。每品種（系）選取長(zhǎng)勢(shì)一致的代表性植株10株，采用直尺測(cè)定其株高及最新完全展開葉的葉長(zhǎng)、葉寬，葉面積 葉長(zhǎng) × 葉寬；采用游標(biāo)卡尺測(cè)定莖粗；采用天平測(cè)定植株鮮質(zhì)量、植株干質(zhì)量、根鮮質(zhì)量和根干質(zhì)量；采用排水法測(cè)定根體積。

綜合光效率評(píng)價(jià) （D） 值 ，其中，隸屬函數(shù)值 U（X_j）=（X_j-X_min）/（X_max-X_min） ，權(quán)重 w_j ， X_j 表示第j個(gè)篩選指標(biāo)； X_max?Xmin 分別為篩選指標(biāo)的最大值和最小值； w_j 表示第j個(gè)篩選指標(biāo)在所有指標(biāo)中所占的權(quán)重； p_j 表示第j個(gè)篩選指標(biāo)的貢獻(xiàn)率。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用MicrosoftExcel2010和SPSS20.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其中，主成分分析采用降維-因子分析法，相關(guān)分析采用Pearson法，聚類分析采用系統(tǒng)聚類法。

2 結(jié)果與分析

2.1薄皮甜瓜光合指標(biāo)和農(nóng)藝性狀差異

45個(gè)薄皮甜瓜品種（系）的光合指標(biāo)和農(nóng)藝性狀差異明顯（表2），不同品種（系）間15個(gè)指標(biāo)和性狀的變異系數(shù)均較大，介于 10.32%～54.75% 。其中 WUE、植株鮮質(zhì)量和植株干質(zhì)量等5個(gè)指標(biāo)和性狀變異較大，均大于 30% 。SPAD值、莖粗和葉面積的變異相對(duì)較小，變異系數(shù)分別為 15.06% 、10.32% 和 19.72% ，說(shuō)明選取的45個(gè)薄皮甜瓜品種（系）具有較豐富的遺傳多樣性，難以采用單一性狀來(lái)判斷甜瓜品種（系）間光合性能的差異，需要建立綜合評(píng)價(jià)體系，來(lái)評(píng)價(jià)不同品種的光合能力。

表2不同薄皮甜瓜品種（系）光合指標(biāo)和農(nóng)藝性狀差異

Table2Diferences inphotosynthetic indexesand agronomic traits ofdifferent oriental melonvarieties（lines）

2.2薄皮甜瓜光合指標(biāo)和農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析

對(duì)45個(gè)薄皮甜瓜品種（系）的光合指標(biāo)和農(nóng)藝 性狀進(jìn)行相關(guān)性分析（表3），結(jié)果表明， P_n 與 G_s，T_r， WUE、株高、植株干質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，與植株鮮 質(zhì)量呈顯著正相關(guān)，與VPD、根鮮質(zhì)量呈極顯著負(fù) 相關(guān)； C_i 與 G_s，T_r 呈極顯著正相關(guān)，與VPD、WUE呈 極顯著負(fù)相關(guān)； G_s 與 T_r 呈極顯著正相關(guān)，與VPD呈 極顯著負(fù)相關(guān)； T_r 與VPD呈極顯著負(fù)相關(guān)，與植株 干質(zhì)量呈顯著負(fù)相關(guān)；VPD與植株干質(zhì)量、根鮮質(zhì) 量呈顯著正相關(guān)；WUE與SPAD值呈顯著正相關(guān)， 與株高呈顯著負(fù)相關(guān)；SPAD值與株高呈極顯著負(fù) 相關(guān)；株高與植株鮮質(zhì)量、植株干質(zhì)量、根鮮質(zhì)量呈 極顯著正相關(guān)，與莖粗呈顯著正相關(guān)；莖粗與植株 鮮質(zhì)量、根體積、根鮮質(zhì)量、根干質(zhì)量呈極顯著正相 關(guān)，與植株干質(zhì)量呈顯著正相關(guān)；植株鮮質(zhì)量與植株 干質(zhì)量、根體積、根鮮質(zhì)量、根干質(zhì)量呈極顯著正相 關(guān)；植株干質(zhì)量與根體積、根鮮質(zhì)量、根干質(zhì)量呈極 顯著正相關(guān)；根體積與根鮮質(zhì)量、根干質(zhì)量呈極顯著 正相關(guān)；根鮮質(zhì)量與根干質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)。

表3不同薄皮甜瓜品種（系）光合指標(biāo)和農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析

Table3Correlationanalysis ofphotosynthetic indexesandagronomic traits ofdiferentoriental melonvarieties（lines）

注：*、**分別表示在0.05、0.01水平上顯著相關(guān)。X1. P_n;X2 C_i;X3 G_s;X4 T;X5.VPD X6 WUE ?X7 .SPAD值;X8.株高；X9.莖粗 ;X10 # 葉面積 ;X11. 植株鮮質(zhì)量： ;X12. 植株干質(zhì)量；X13.根體積： X14. 根鮮質(zhì)量： X15 根干質(zhì)量。下同。 Note：*and **represent significant correlationat O.O5and O.O1 level，respectively.Xl. P_n;X2 G_s;X4 T_r ;X5.VPD X6 WUE;X7.SPAD value;X8.Plant height; X9 .Stem diameter; X10 .Leaf area; X11 .Plant fresh mass; X12 .Plant dry mass; Xl3.Root volume; X14 Root fresh mass： X15.Root dry mass.The same below.

2.3薄皮甜瓜光合指標(biāo)和農(nóng)藝性狀主成分分析

對(duì)45個(gè)薄皮甜瓜品種（系）的光合指標(biāo) （P_n，C_i? G_s，T_r 、VPD、WUE和SPAD值）和農(nóng)藝性狀（株高、莖粗、葉面積、植株鮮質(zhì)量、植株干質(zhì)量、根體積、根鮮質(zhì)量和根干質(zhì)量）共15個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，根據(jù)特征值大于1的原則，提取了5個(gè)主成分（表4），累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá) 84.915% 。第1主成分貢獻(xiàn)率36.864% ，主要由 P_n，VPD 、植株鮮質(zhì)量、植株干質(zhì)量、根體積、根鮮質(zhì)量、根干質(zhì)量決定；第2主成分貢獻(xiàn)率 18.015% ，主要由 G_s，T_r 決定；第3主成分貢獻(xiàn)率 13.644% ，主要由WUE決定；第4主成分貢獻(xiàn)率 8.702% ，主要由SPAD值決定；第5主成分貢獻(xiàn)率 7.690% ，主要由葉面積決定。

2.4薄皮甜瓜品種（系）光合性能評(píng)價(jià)及高光效品 種篩選

以主成分分析法確定的12個(gè)指標(biāo) （P_n，VPD 、植株鮮質(zhì)量、植株干質(zhì)量、根體積、根鮮質(zhì)量、根干質(zhì)量、 G_s，T_r， WUE、SPAD值和葉面積），計(jì)算其 D 值，根據(jù) D 值大小對(duì)45個(gè)薄皮甜瓜品種（系）的光合性能進(jìn)行評(píng)價(jià)（表5）， D 值越大，表明其光合性能越強(qiáng)，反之越弱[14]。光合性能較強(qiáng)的前10個(gè)品種（系）分別為皇子168、波妞、15-171、TS-16、15-146、TS-13、TS-9、A69、TS-14、TS-12；光合性能較弱的10個(gè)品種（系）分別為TS-20、15-134、15-150、15-118、15-145、A43、15-132、15-117、TS-18、15-135。對(duì) D 值進(jìn)行聚類分析的結(jié)果表明，45個(gè)薄皮甜瓜品種（系）可分為4類（圖1），這與光合效率綜合 （D） 值排序吻合度基本一致。其中，I類為高光效類型，共12個(gè)品種（系），占 26.7% ，包括波妞、皇子168、TS-16、15-171、TS-13、15-146、TS-14、A69、TS-9、TS-6、TS-12、15-142;II類為亞高光效類型，共9個(gè)品種（系），占 20.0% ，包括15-154、博洋9、TS-11、TS-17、15-155、15-151、15-157、TS-10、珍甜18；IⅢI類為中等高光效類型，共15個(gè)品種（系），占 33.3% ，包括TS-8、15-164、TS-2、TS-5、TS-7、TS-4、15-158、15-167、A68、15-136、15-156、15-135、TS-3、15-143、TS-1；IV類低光效類型，共9個(gè)品種（系），占 20.0% ，包括TS-18、15-117、15-118、15-145、A43、15-132、15-134、15-150、TS-20。

表4不同薄皮甜瓜品種（系）光合指標(biāo)和農(nóng)藝性狀主成分分析

Table4Principal componentanalysisof photosynthetic indexesandagronomictraitsofdifferentorientalmelon varieties（lines）

3 討論與結(jié)論

同一作物不同品種間的光合效率和能力存在差異，導(dǎo)致不同品種生長(zhǎng)率與生長(zhǎng)能力不同，這為篩選和培育高光效種質(zhì)資源提供了理論支撐[15-16]。劉紅梅等研究表明，不同基因組合間光合效率有明顯差異。農(nóng)藝性狀指標(biāo)不僅是衡量植物生長(zhǎng)速度的關(guān)鍵參數(shù)，還與植物光合能力緊密相關(guān)[8]。Olakunle等[19]對(duì)豇豆農(nóng)藝性狀和光合性狀進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)不同豇豆種質(zhì)資源的農(nóng)藝性狀存在顯著差異，且光合性狀與籽粒產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。鄭寶香等2研究認(rèn)為，大豆高光效品種光合能力與單株質(zhì)量、單株粒質(zhì)量、收獲指數(shù)等農(nóng)藝性狀的相關(guān)程度大于低光效品種。本試驗(yàn)結(jié)果表明，45個(gè)薄皮甜瓜品種（系）光合指標(biāo)和農(nóng)藝性狀差異顯著，15個(gè)指標(biāo)和性狀的變異系數(shù)均較大，介于 10.32%～ 54.75% ，表明光合指標(biāo)和農(nóng)藝性狀在薄皮甜瓜品種（系）間存在豐富的遺傳多樣性，同時(shí)本試驗(yàn)中選取的品種（系）類型豐富，具有較好的代表性，為甜瓜高光效種質(zhì)篩選提供了豐富而廣泛的遺傳基礎(chǔ)，這與在谷子[2、油菜[22]、水稻[23]的研究結(jié)果相似。

表5不同薄皮甜瓜品種（系）光效率評(píng)價(jià)

Table5Evaluationoflightefficiencyofdifferentoriental

歐式距離Euclideandistance

圖145個(gè)薄皮甜瓜品種（系）光合性能的聚類分析

Fig.1Cluster analysis of photosynthetic performance of forty-five oriental melon varieties（lines）

受作物種類、試驗(yàn)環(huán)境等因素的影響，作物高光效品種篩選指標(biāo)并不一致[2426]。近年來(lái)，主成分分析、隸屬函數(shù)分析和聚類分析成為了在作物綜合評(píng)價(jià)方面較為常用的方法[27-28]。張鮮等[29]通過(guò)主成分分析，從15個(gè)指標(biāo)的耐陰系數(shù)中篩選出株高、單株粒數(shù)、單株粒質(zhì)量、千粒重、主莖粗等15個(gè)性狀作為劃分苦蕎光合類別的篩選指標(biāo)，并對(duì)通過(guò)隸屬函數(shù)分析獲得的耐陰綜合評(píng)價(jià) （D） 值進(jìn)行聚類分析，將苦蕎種質(zhì)劃分為3類。謝銳等[3通過(guò)主成分分析篩選出了 G_s，T_r，P_n， .SPAD值作為篩選馬鈴薯高光效種質(zhì)的指標(biāo)，聚類分析將馬鈴薯種質(zhì)分為3類，分別是高光效資源、中等光效資源和低光效資源。本試驗(yàn)通過(guò)主成分分析，提取了5個(gè)主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá) 84.915% ，篩選出 P_n. 植株鮮質(zhì)量、植株干質(zhì)量、根體積、根鮮質(zhì)量、根干質(zhì)量、 G_s，T_r， VPD、WUE、SPAD值、葉面積等12個(gè)性狀作為薄皮甜瓜高光效能力評(píng)價(jià)的指標(biāo)；并對(duì) D 值進(jìn)行聚類分析，將45個(gè)薄皮甜瓜品種（系）分為高光效、亞高光效、中等高光效和低光效4種類型，與光合效率綜合 （D） 值排序吻合度較高。初步篩選出波妞、皇子168、TS-16、15-171、TS-13、15-146、TS-14、A69、TS-9、TS-6、TS-12、15-142等12個(gè)高光效品種（系），這為選育高光效薄皮甜瓜品種提供了一定的種質(zhì)資源。

通過(guò)對(duì)高光效類群內(nèi)12個(gè)品種（系）梳理發(fā)現(xiàn)，凈光合速率測(cè)定最高值的品種（系）15-146和TS-12并沒(méi)有在此類群內(nèi)，表明高光效種質(zhì)并非僅由凈光合速率決定，而應(yīng)該是多個(gè)光合指標(biāo)和農(nóng)藝性狀綜合表現(xiàn)的結(jié)果，這與前人的研究結(jié)果相似[31-32]。因此，在高光效育種實(shí)踐中，不能僅依據(jù)某一指標(biāo)的高低評(píng)價(jià)作物的光合能力，而需要綜合多個(gè)指標(biāo)全面評(píng)價(jià)。在育種時(shí)，可優(yōu)先選擇3～5個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)初篩，縮小范圍，再對(duì)留存品種（系）綜合評(píng)價(jià)，以保障高光效育種工作高效進(jìn)行。結(jié)合春小麥、玉米等作物的高光效育種實(shí)踐，本試驗(yàn)僅以苗期農(nóng)藝性狀和光合指標(biāo)建立的高光效評(píng)價(jià)方法篩選薄皮甜瓜高光效品種（系），缺乏產(chǎn)量驗(yàn)證[3-34]。筆者認(rèn)為本文建立的方法雖不能完全真實(shí)可靠地評(píng)價(jià)薄皮甜瓜品種（系）的光合能力，但可為后續(xù)全生育期田間試驗(yàn)篩選高產(chǎn)高光效品種奠定基礎(chǔ)。

綜上所述，45個(gè)薄皮甜瓜品種（系）在光合指標(biāo)與農(nóng)藝性狀上表現(xiàn)出較大差異；綜合相關(guān)性分析與主成分分析，篩選出凈光合速率、飽和蒸氣壓差、植株鮮質(zhì)量、植株干質(zhì)量、根體積、根鮮質(zhì)量、根干質(zhì)量、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、葉片瞬時(shí)水分利用效率、葉綠素相對(duì)含量、葉面積可作為薄皮甜瓜品種（系）的高光效能力評(píng)價(jià)指標(biāo)；聚類分析將45個(gè)品種（系）分為高光效、亞高光效、中等高光效和低光效4個(gè)類型。初步篩選出波妞、皇子168、TS-16、15-171、TS-13、15-146、TS-14、A69、TS-9、TS-6、TS-12、15-142等12個(gè)高光效品種（系）。本研究建立的薄皮甜瓜高光效評(píng)價(jià)方法可為甜瓜高光效品種選育提供參考依據(jù)。

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