基于形態學標記及SSR標記的甜瓜主栽品種分類鑒定研究

（東北農業大學園藝學院，黑龍江哈爾濱 150030）

基于形態學標記及SSR標記的甜瓜主栽品種分類鑒定研究

李瑞峰 高 鵬 朱子成 欒非時*

（東北農業大學園藝學院，黑龍江哈爾濱 150030）

利用形態學標記、SSR分子標記技術對市場上廣泛種植的甜瓜品種進行分類鑒定。利用形態學聚類分析，得到60份材料間的相似系數為0.73～0.94，在相似系數為0.74處，60份甜瓜材料被分為2類，為薄皮甜瓜和厚皮甜瓜；在相似系數為0.77處，薄皮甜瓜按照單果質量、熟性、果皮底色、芳香氣分為4組，實現初步分類。經過SSR標記聚類分析，得到60份材料間的相似系數為0.75～0.95，當相似系數為 0.77 時，可以將所有供試材料分為6類。利用SSR分子標記技術，為60份不同甜瓜品種構建唯一的指紋圖譜。18對SSR引物，每對引物可以檢測到4～11條數目不等的多態性條帶，平均為8條。多態性信息含量（PIC）平均為0.71，變化范圍為0.58～0.88。采用QR編碼為60份甜瓜材料構建了唯一的指紋圖譜。試驗結果表明形態學標記對60份材料實現初步分類，SSR分子標記則能夠有效地區別60份材料，并且為建立甜瓜品種的核酸指紋圖譜庫提供了理論數據，實現對甜瓜品種進行快速、準確的鑒定。

甜瓜；形態學標記；SSR標記；聚類分析；指紋圖譜

自1981年以來，中國甜瓜產量一直穩居世界第一，在世界總產量中占據半壁江山。正是由于我國是甜瓜生產和消費第一大國，近年來中國甜瓜的市場潛力快速開發，每年都有大量的甜瓜新品種涌入市場。隨著新育成品種的不斷增加，骨干親本的重復使用，新基因資源的缺乏，新育成品種的鑒定難度逐漸增大；加之當前中國甜瓜種子市場尚不夠規范，一些單位受商業利益驅動掩蓋或篡改品種名稱，導致甜瓜市場材料普遍存在著由于同名異物或同物異名現象導致的品種真實性問題（王美榮 等，2010）。為解決甜瓜種子經營中的糾紛與市場混亂問題，有必要建立中國甜瓜品種的核酸指紋庫，為甜瓜品種純度與真實性的鑒定提供理論依據和技術支撐，保護瓜農和育種家們的利益。

由于甜瓜本身類型非常豐富，且雜交種表型性狀易受環境影響，因此品種鑒定分類不能只靠田間性狀。分子標記技術的發展，為品種鑒定提供了新的途徑（Naito et al.，2008）。前人已將分子標記技術廣泛應用于葫蘆科瓜類作物，Staub等（2004）利用RAPD分子標記技術對希臘甜瓜進行了多樣性研究；劉萬勃等（2002）利用 RAPD 和 ISSR 分子標記技術對 37 份甜瓜種質進行了遺傳多樣性研究；徐志紅等（2008）利用AFLP分子標記技術對31份甜瓜材料遺傳多樣性和親緣關系進行了研究；Szabó等（2005）利用SSR 技術對 47 份中世紀甜瓜種質進行了分析；艾呈祥等（2006）在比較分析各試材圖譜的基礎上，探討了品種指紋圖譜的統計學方法，并對構建的2個甜瓜雜交種的指紋圖譜進行了可信度分析，建立了適于種子檢驗中使用的標準SSR標記指紋圖譜。宋海斌（2012）利用SSR分子標記技術對471份甜瓜材料進行真實性鑒定，構建SSR指紋代碼，發現其中52份材料的指紋代碼不具有唯一性。本試驗利用形態學標記對60份甜瓜材料的12個表觀性狀進行調查記錄，初步分類，同時利用SSR分子標記構建指紋圖譜，以期為中國甜瓜指紋圖譜庫的建立提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗時間與地點

試驗于2012年3月至2013年10月進行。其中田間試驗在東北農業大學試驗實習基地24號大棚進行。將60份甜瓜材料每份取20粒飽滿種子，經過8 h浸種，于28 ℃培養箱催芽，待80%種子出芽時播種于營養缽中，幼苗2～3片真葉時定植。在整枝時每株摘取幼嫩葉片混勻，放入液氮中速凍，然后置于-80 ℃冰箱中保存。待果實成熟時調查12個生物學性狀。分子試驗在東北農業大學園藝學院西甜瓜分子遺傳育種實驗室進行，主要包括材料DNA提取、SSR-PCR擴增等。

1.2 試驗材料

以60份中國市場上廣泛種植的甜瓜品種為試材，包括46份薄皮甜瓜，14份厚皮甜瓜（表1）。供試材料分別來自北京（9份）、甘肅（3份）、河南（2份）、黑龍江（10份）、吉林（23份）、遼寧（2份）、內蒙古（1份）、新疆（10份）。

表1 供試甜瓜材料

1.3 試驗方法

1.3.1 形態學標記 在果實成熟期，每份材料隨機調查10個果實的形態學性狀，記載方法和標準參照《甜瓜種質資源描述規范和數據標準》（馬雙武和劉君璞，2006），并根據田間實際情況制定賦值標準。調查的12個性狀為：全生育期、單果質量、果實硬度、可溶性固形物含量、芳香氣、網紋、裂紋、肉質、果形指數、果皮底色、果肉顏色、瓤色。

質量性狀的賦值，表現有無的質量性狀，有記為 “1”，無記為“ 0”；表現多個類型的質量性狀，可通過分級、數個數的方法統計。數量性狀分析，數量性狀的分級數據采用 10 級模式，即對數量性狀數據進行 10 級分類，1 級＜X-2δ，10 級＞X+2δ，中間每級間隔 0.5δ，X 為均值，δ為標準差。利用NTSYS-pc 2.10e軟件進行相似系數計算和基于UPGMA算法的聚類分析，并通過TreePlot模板生成聚類圖。

1.3.2 SSR標記 采用改良CTAB法提取DNA（Luan et al.，2008），濃度稀釋為30 ng·μL-1，-80 ℃冰箱保存備用。18對SSR核心引物序列來自同一課題組宋海斌（2012）的試驗數據。引物合成由上海生工生物工程技術服務有限公司完成。PCR反應體系及擴增條件參考朱子成等（2011）的方法。每個樣品取3 μL，用6%聚丙烯酰胺凝膠電泳，80 W恒功率電泳約60 min，最終銀染顯色分析。

選擇重復性好、譜帶清晰的數據記錄結果。在相同遷移位置上有條帶記為“ 1”，無條帶記為“ 0”。依據公式（其中fi為i位點基因頻率）計算出各個引物的等位位點數及頻率，然后利用Picalc 0.6軟件計算各引物的多態性信息含量（polymorphism information content，PIC）。利用NTSYS-pc 2.10e軟件進行相似系數計算和基于UPGMA算法的聚類分析，并通過TreePlot模板生成聚類圖。

1.4 指紋圖譜構建

1.4.1 指紋圖譜代碼 參考宋海斌等（2012）的方法構建SSR指紋圖譜代碼。每對SSR引物可以擴增出不同的多態性條帶，依據分子量從大到小的順序記錄各個條帶的分子量（單位為bp，在這里略去單位bp，只記錄數字），再將引物按照固定的順序進行編號，依次為A、B、C……記錄每份材料經不同的SSR引物擴增出現的條帶，如果1份材料經同一引物擴增同時出現多條條帶，則用“-”連接數字，這樣每個品種的DNA經不同的引物擴增后將會形成由字母和阿拉伯數字組成的一系列帶型編號，便形成了該品種的SSR指紋圖譜代碼。如某品種的SSR指紋圖譜代碼為A215B400-305C0，則表示該品種經A引物擴增出現了分子量為215 bp的條帶，經B引物擴增出現了分子量為400 bp和305 bp的2條條帶，經C引物沒有擴增出條帶。

1.4.2 指紋圖譜QR編碼 應用仙居朝歌軟件有限公司出品的QRCode轉化工具QR精靈2.12進行編碼，將各品種的名稱、類型、SSR指紋圖譜代碼等一起錄入該軟件，形成指紋圖譜QR編碼。

2 結果與分析

2.1 形態學標記結果

圖1 形態學標記聚類分析圖

根據形態學標記獲得60份材料的聚類分析圖（圖1），相似系數為0.73～0.94，在相似系數為 0.74處分為2組：第1組包括13份厚皮甜瓜，第2組包括46份薄皮甜瓜和1份厚皮甜瓜。在相似系數為0.77處，薄皮甜瓜又分為4組：第1組為華農黃皮面瓜、彩衣仙子，這2份材料都具有極強的芳香氣，果皮底色都為黃色，表面有綠色的覆紋；第2組是來自甘肅的92-1，單果質量較一般薄皮甜瓜的要大；第3組是來自黑龍江的彩虹9號，較一般薄皮甜瓜的全生育期要長，在薄皮甜瓜里算晚熟品種；第4組為42份薄皮甜瓜和1份厚皮甜瓜，共43份，其中薄皮甜瓜均早熟，適應性廣，可在我國各地露地種植，而1份厚皮甜瓜是來自甘肅的鐵旦子，早熟。以上形態學標記聚類分析的結果，首先是基本按照傳統的分類方法分為薄皮、厚皮2種，又把薄皮中的供試材料按照單果質量、晚熟、果皮底色、芳香氣分類，基本符合目前我國栽培甜瓜的分類，對引種栽培具有指導意義。但由于形態標記數量有限、試驗年限短等原因沒有體現出厚皮甜瓜品種之間的差異，如果增加標記數量、安排多年多點試驗將更有助于指導甜瓜資源在育種中的利用。

2.2 SSR標記結果

2.2.1 SSR多態性分析 將18對引物（表2）用于60份甜瓜材料的多樣性分析，共得到1 229條清晰可辨條帶，其中多態性條帶 147 條，多態性百分率為 12.0%，擴增的 DNA 片段主要集中在 100～515 bp之間，每對引物可以檢測到4～11條數目不等的多態性條帶，平均為8條。多態性信息含量（PIC）平均為0.71，變化范圍為0.58～0.88。以上18對引物分布于一張整合的遺傳連鎖圖譜（ICUGI，2011 http://www.icugi.org/.）中的9個連鎖群（共12個連鎖群）。

表2 18對SSR核心引物信息

2.2.2 聚類分析 根據18對SSR引物的147個位點，構建了60份供試材料聚類分析圖（圖2），遺傳相似系數的變化范圍在0.75～0.95之間。當相似系數在 0.77 時，可以將所有供試材料分為6類，第1類是來自甘肅的薄皮甜瓜材料92-1；第2類是來自北京的厚皮甜瓜雜交種順甜紅帥；第3類是來自黑龍江的薄皮甜瓜彩虹9號；第4類是2份厚皮甜瓜材料，來自甘肅的鐵旦子、黃河蜜2號；第5類11份材料都為厚皮甜瓜，其中棚甜301來自北京，其余10份材料來自新疆，分別為2006QT-13、2006QT-14、2006QT-15、2006QT-18、2006QT-20、伽師瓜、86-1、雜交皇后、天域1號、2006QT-23；第6類包含了剩下的44份材料，都為薄皮甜瓜。

圖2 SSR標記聚類分析圖

以上SSR標記的聚類分析結果結合田間性狀調查分析，可將14份厚皮甜瓜分為3類：第1類的順甜紅帥與其他品種比較，明顯的區別就是果肉顏色為橘紅色，近似紅色，可能血緣與其他甜瓜材料相差較遠；第2類是來自甘肅的厚皮甜瓜鐵旦子和黃河蜜2號，它們有直系的親緣關系，在進化樹上距離也最近；第3類為剩余的11份厚皮甜瓜，其中10份來自同一地區新疆，而另一份材料棚甜301為厚皮雜交種，可能是與新疆地區某些材料有血緣關系。46份薄皮甜瓜的SSR標記聚類分析結果與形態學聚類結果基本一致。通過上述結果可以看出，供試材料很明顯地劃分為薄皮甜瓜和厚皮甜瓜兩大傳統分類，并且其中許多親緣關系較近的材料也都聚類在一起，如來源于甘肅的鐵旦子和黃河蜜2號聚在了一起，來源于新疆、親緣關系近的10份材料也都聚在一起。結果表明，SSR聚類結果能較好地反映供試材料的親緣關系。

2.3 指紋圖譜的構建

2.3.1 指紋圖譜代碼 60份供試材料分別經過18對SSR引物擴增后，依據本試驗之前所設計好的指紋代碼構建方法，為每份材料都建立了唯一的能夠區別于其他供試材料的SSR指紋圖譜代碼（表3）。

表3 供試甜瓜材料及其SSR指紋圖譜代碼

在SSR分子標記中，每份材料由1對引物擴增出0～3條條帶，經過統計，所有供試材料由18對引物擴增后，出現條帶最多的有4個品種：聯華香雪、金玉1號、黃河蜜2號、92-1，都含有26條條帶；出現條帶最少的是豐甜4號，共含有16條條帶，每份供試材料由18對引物擴增出16～26條數目不等的條帶，平均為20.48條。

2.3.2 指紋圖譜QR編碼 利用QRCode轉化工具QR精靈2.12對所有供試材料進行編碼，為每份材料均構建了1份指紋圖譜QR編碼（圖3），其中包含了品種名稱、類型、來源地、SSR標記的指紋代碼等信息。如圖3-A中包含以下信息：名稱，金香蜜；類型，薄皮雜交種；來源地，北京；SSR指紋圖譜代碼，A350-215B440C140D250-215E265F380-350G420H245I240J220-195K250-200L340-300M295N245O220P190Q190R115。

圖3 部分甜瓜品種指紋圖譜QR編碼

3 結論與討論

從以上試驗結果可以看出，形態標記與SSR標記聚類結果大部分是一致的。兩者都按照薄皮甜瓜、厚皮甜瓜傳統方法對60份甜瓜材料進行分類。在形態學分類中，薄皮甜瓜根據單果質量、熟性、果皮底色、芳香氣分類；厚皮甜瓜基本聚在一起，只有1份材料可能由于早熟被分開。SSR標記則將厚皮甜瓜區分開，且明顯具有原產地相同的材料相似系數高，聚類分析首先被聚在一起的趨勢；薄皮甜瓜除了其中2份材料分別聚為一類，與形態學標記一致，剩余的大部分薄皮甜瓜聚為一類。

形態學標記與SSR標記在育種過程運用時各有長處，兩者結合使用更有利于種質資源研究的深入，進而鑒定種子的真實性，辨別是否存在同物異名、同名異物現象。形態學標記簡便易行，對大多數栽培品種的分類結果與品種的生態適應性一致（金基石，2001）。SSR標記用于檢測差異性不大的雜交類型的甜瓜種質之間的分類非常有效，通過繪制 DNA 指紋圖譜可以非常準確地鑒定種質之間的差異，并可以快速地進行品種鑒定。

本試驗利用形態學標記對供試材料進行了初步分類，但形態學標記易受環境影響，如果只是一年試驗，則數據可能會有誤差，故應增加多年、多點試驗，效果會更好。SSR分子標記構建的甜瓜指紋圖譜代碼，如同人的指紋，都是獨一無二的。但這份指紋圖譜代碼僅僅是DNA分子標記數據的數字化，包含的信息量有限，檢測時效率不高。另一種指紋圖譜QR編碼，包含的信息量大，包含名稱、類型、來源地及指紋代碼，檢測非常方便，只要QR編碼掃描工具掃描就可解碼，得到這個品種錄入的信息，非常簡便地獲取品種的“指紋”。這些優點為甜瓜品種的鑒定提供了有利條件。另外，QR編碼可以容納的信息量非常大，為了更準確地進行品種鑒定，還可以加入一些經過多年多點試驗的、比較準確的表觀性狀，如果皮底色、果肉顏色、糖度、單果質量等。這樣的信息包含表型性狀信息和分子數據，將使甜瓜品種鑒定更加全面。

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Studies on Classification and Identification based on Morphological Markers and SSR Markers for Elite Varieties of Cucumis melo L.

LI Rui-feng，GAO Peng，ZHU Zi-cheng，LUAN Fei-shi*

（College of Horticulture，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，Heilongjiang，China）

Studies on classification and identification of 60 melon（Cucumis melo L.）materials were conducted by SSR marker and Morphological marker. Based on morphological cluster analysis the genetic similarity coefficient of the 60 materials ranged from 0.73-0.94，and at the genetic similarity coefficient of 0.74 these melons could be classified into 2 categories：Cucumis melo ssp. conomon and C. melo ssp. melo. Cucumis melo ssp. conomon could be subdivided into 4 groups，which are preliminarily classified by single fruit weight，peel color，aroma，maturity. The result of SSR cluster analysis showed that the genetic similarity coefficient of the 60 accessions ranged from 0.75-0.95. Also，the test materials could be divided into 6 categories at the genetic similarity coefficient of 0.77. 18 pairs of the SSR primers could detect 4-11 polymorphic bands with an average of 8 bands. The average polymorphism information content（PIC）was 0.71 with the changing range of 0.58-0.88. The fingerprinting effectively distinguished the 60 materials and every accession had unique fingerprinting using QR code.

Melon（Cucumis melo L.）；Morphological marker；SSR marker；Clustering analysis；Fingerprinting

李瑞峰，女，碩士研究生，專業方向：甜瓜分子育種，E-mail：lrf0208@163.com

*通訊作者（Corresponding author）：欒非時，女，教授，博士生導師，專業方向：西甜瓜分子遺傳育種，E-mail：luanfeishi@sina.com

2014-01-06；接受日期：2014-03-14

國家西甜瓜產業技術體系—分子育種崗位項目（CARS-26-02）