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種生態類型，我國新疆被公認為是厚皮甜瓜的次級起源中心之一[1]，甜瓜種質資源豐富，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]。調查過程中發現，甚至有報道認為是薄皮甜瓜[7]，“老漢瓜”應屬于具有相似遺傳背景的一類瓜。對其遺傳關系和遺傳多樣性分析，為育種遺傳改良提供理論依據，提高新品種的選育效率?！厩叭搜芯窟M展】多個國家或地區均對各自擁有的甜瓜地方種質資源遺傳多樣性進行了分析[7]。胡建斌等[1,8]對我國各地257份具有代表性的甜瓜種質資源的20個形態性狀進行分析，將其分為厚皮甜瓜優勢區、厚皮、薄皮種質甜瓜混合分布區和薄皮甜瓜優勢區3個區域，又對國外的250份甜瓜種質資源的19個形態性狀多樣性進行研究，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資源形態多樣性水平較高。張永兵等[9]通過分析121份新疆甜瓜地方品種32個形態性狀的數據，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]分析了喀什地區厚皮甜瓜資源的遺傳多樣性，認為該地區甜瓜品種資源豐富，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區，品種多樣復雜?！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系尚未見報道。研究新疆“老漢瓜”栽培品種的遺傳親緣關系?！緮M解決的關鍵問題】以多個“老漢瓜”品種及當前新疆部分種植甜瓜品種為研究對象，根據表型性狀數據分析其遺傳多樣性和遺傳關系，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和數據支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

新疆南疆是“老漢瓜”的主要生產區，而絕大多數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農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、生產單位和種子類別

1.2 方 法

試驗材料采取隨機區組種植，單行區，株距0.5 m，行距3.0 m，每個品種10株，3次重復，常規管理。

在果實成熟期對所有甜瓜種質的表型性狀進行調查和統計，每小區隨機取3～5株調查。所調查的性狀包括17個質量性狀(果實形狀、果皮底色、覆紋顏色、覆紋形狀、果面溝、果面溝顏色、網紋粗度、網紋密度、網紋分布、外果肉顏色、內果肉顏色、果肉質地、瓜瓤水分、果肉香味、果肉酸味、種子形狀和種皮顏色)和16個數量性狀(單果質量、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、種子厚度、種子面積、種子千粒重和種子密度)。長度用直尺或游標卡尺測量，質量用電子秤測量，可溶性固形物含量用手持測糖儀(型號PX-B32T)測量。

1.3 數據處理

甜瓜所有性狀參照《甜瓜種質資源描述規范和數據標準》[11]和A.Stepansky等[12]的方法進行統計、分級、賦值，質量性狀分為10級，參照尚建立等[13]的方法，將數量性狀根據平均值(X)和標準差(δ)分為10級，1級

表2 甜瓜品種質量性狀描述分級

2 結果與分析

2.1 質量性狀遺傳多樣性

研究表明，供試材料質量性狀多樣性指數變化范圍為0.10～1.79，平均值為1.06；種子形狀多樣性指數最低，果面溝顏色多樣性指數最高；多樣性指數大于1的有果實形狀、果皮顏色、覆紋顏色、覆紋形狀、果面溝顏色、網紋密度、網紋分布、外果肉顏色、內果肉顏色和果肉香味，占所測質量性狀的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 甜瓜品種質量性狀頻率分布及多樣性

2.2 數量性狀遺傳多樣性

研究表明，供試甜瓜種質數量性狀的多樣性指數變化范圍為1.50～2.07，平均值為1.91，多數高于質量性狀的多樣性指數。多樣性指數大于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。變異系數是衡量材料中各觀測值變異程度的另一個統計量。各性狀變異系數大于40%的有中心糖、邊糖、單果質量和果皮厚度，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、種子厚度及種子密度，這7個性狀具有穩定的遺傳特性。表4

表4 甜瓜品種數量性狀變異

2.3 甜瓜表型主成分

研究表明，前6個主成分的累計貢獻率為74.01%。第1主成分特征值為10.97，其貢獻率為33.24%，主要與果實形狀、網紋、單果質量、果實大小、果皮厚度、種子大小、種子千粒重等性狀相關，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，其貢獻率為15.62%，主要與果肉質地、中心糖、邊糖等性狀相關，可將第2主成分稱為品質因子；第3主成分特征值為2.82，其貢獻率為8.54%，主要與果實橫徑、果腔橫徑相關，第3主成分可稱為果形因子；第4主成分特征值為2.15，其貢獻率為6.53%，主要與果面溝、果面溝顏色等性狀相關，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，其貢獻率為5.79%，主要與外果肉顏色和內果肉顏色相關，第5主成分可稱為果肉因子。第6主成分特征值為1.41，其貢獻率為4.29%，主要與種子形狀、種子顏色相關，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)、無網紋，種子形狀均為橢圓形，單果質量范圍為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均與薄皮甜瓜的相近，且指標特征值比較大，貢獻率也較大，聚為一類；拜鮮克其、圓比斜克其、其里甘65(金瑩)、其里甘65(聯創)、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，無網紋或網紋稀少，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，網紋均為全網，種子形狀均為橢圓形；III B包含了29個品種，其綜合性指標比較一致。圖1

圖1 甜瓜品種的R語言表型聚類

3 討 論

目前甜瓜生產和研究中廣泛應用的分類方法是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[14]。狹義上“老漢瓜”僅代表新疆農家品種“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]。“老漢瓜”優點明顯，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重要。近年來，研究學者對不同區域范圍的甜瓜種質資源做了大量研究。其中不乏有利用不同分子標記技術進行分析，如SRAP[7,14]、AFLP[16,17]、RAPD[18-20]、CAPS[21]、SSR[22-24]等。雖然多種DNA標記已用于甜瓜種質資源遺傳多樣性研究，但形態學性狀變異大，尤其是果實性狀，更能直觀的反映甜瓜資源的表型信息，是甜瓜種質分類的重要依據[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，部分野生種質與栽培甜瓜親緣關系較近，認為野生種質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個質量性狀進行聚類分析，得出2大類群，認為薄皮甜瓜間的親緣關系與它們的地理來源無緊密聯系。郭麗霞等[30]對塔吉克斯坦和部分新疆地方品種聚類分析，認為2個地方甜瓜種質存在一定的遺傳進化聯系，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份種質作為核心種質，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個質量性狀和16個數量性狀進行分析，質量性狀的多樣性指數變化范圍為0.10～1.79，平均1.06，數量性狀的多樣性指數變化范圍為1.50～2.07，平均1.91，數量性狀更有豐富的形態多樣性，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良遺傳性的潛力也越大[32]。

研究中，變異系數較大的有中心糖、邊糖及單果質量(大于42%)，種子指數最小為7.46%。甜瓜性狀大多有數量性狀基因控制，各性狀之間相互關聯，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，從而減少數據維度，進而減輕評價難度[34]。紀海波等[35]將西瓜22個性狀主成分分析后，得到8個主成分，累計貢獻率為63.77%，西瓜性狀的變異向多方向發展，利于新品種的選育。李清等[34]將西瓜12個果實性狀進行主成分分析，以特征值大于1為閾值，歸納為3個主成分，累計貢獻率為71.99%。王學征等[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個性狀進行主成分分析，可用5個主成分(累計貢獻率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，累計貢獻率達80.91%，但是主成分7、8中載荷符號負值較多，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，數值都較小的緣故。類群II包含6個軟肉型的甜瓜，單果質量、果實縱徑、果腔縱徑及果肉厚度均小于類群III的對應性狀數值，因此，類群II可認為是小果形的“老漢瓜”類甜瓜，類群III可認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III 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象，若需將其區分，可進一步通過分子標記技術分析。

4 結 論

4.1 研究新疆“老漢瓜”類型甜瓜品種的遺傳多樣性，收集當前生產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地特征的厚皮甜瓜類型。

4.2 供試甜瓜品種的質量性狀多樣性指數變化范圍為0.10～1.79，平均1.06；數量性狀多樣性指數變化范圍為1.50～2.07，平均1.91，果實數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，累計貢獻率達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創新提供重要的基因資源。