100份黃瓜種質資源商品瓜主要品質性狀分析

李 悅，宋曉飛，楊艷紅，趙劍宇，朱雪云，崔浩楠，李曉麗*，閆立英

(1.河北科技師范學院園藝科技學院，河北秦皇島 066000；2.中國農業大學園藝學院，北京 100193)

黃瓜(CucumissativusL.)為葫蘆科黃瓜屬植物，又名胡瓜，是一種世界性蔬菜，我國已栽培2000多年，在蔬菜產業中占有重要地位[1]。“十三五”期間，我國黃瓜年均播種面積122.97萬hm2，產量6 623.08萬t[2]，生產規模位居世界第一。近年來，隨著生活水平的提高，人們對黃瓜的商品品質提出了更高要求，因此提高商品瓜品質是黃瓜育種的重要目標[3]。利用遺傳基礎豐富的種質資源，了解黃瓜主要性狀的遺傳多樣性，對黃瓜新品種選育具有十分重要的意義[4]。種質資源攜帶大量的生物遺傳信息，是作物性狀遺傳和品種選育的物質基礎[5]。目前，關于黃瓜種質資源的收集與評價及遺傳多樣性的研究較多，種質資源遺傳多樣性的常用分析方法有相關分析、主成分分析和聚類分析等[6]。徐強等[7]對19個加工類型黃瓜品種的主要品質性狀進行了主成分分析和聚類分析，結果表明，當聚類平均距離為0.942時，19個品種被聚為短果中等品質、短果優質和長果高產3種類型。曹齊衛等[8]對138個來源于不同區、適于設施栽培的黃瓜品種的多個果實外觀品質性狀進行了遺傳多樣性分析，結果表明，華南型品種的果實數量性狀變異系數均大于華北型品種和歐洲溫室型品種。于婭等[9]對43份黃瓜種質資源的12個農藝性狀進行了主成分分析和聚類分析，結果表明，12個性狀可以綜合成4個主要成分，即葉片因子、果實大小因子、顏色因子、產量因子。搜集并篩選優質黃瓜種質資源是黃瓜優質育種的前提，加強種質資源利用及開展種質資源鑒定評價將會對黃瓜育種工作有推動作用。筆者對課題組收集的100份黃瓜品種資源的商品瓜主要品質性狀進行主成分分析和聚類分析，明確其品質主要特征，了解商品品質主要性狀間的關系，并將100份黃瓜種質資源進行分類，為種質資源的利用及黃瓜新品種選育提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料試驗材料來自國內外種質資源，共計100份。材料來源及編號見表1。

表1 試驗材料來源及編號Table 1 Source and number of test materials

1.2 試驗方法試驗于2021年8—11月在河北科技師范學院園藝園林實驗站施各莊基地進行。采用順序排列法，不設重復，各材料定植4株。結果盛期，每份材料選取5條正常商品瓜進行主要品質性狀的調查，包括單瓜重、瓜長、瓜橫徑、瓜把長、中心腔橫徑、瓜心室數、可溶性固形物含量。調查測定方法參照《黃瓜種質資源描述規范和數據標準》[10]。

1.3 數據分析應用Excel軟件求出商品瓜各主要品質性狀的最大值、最小值、平均值和標準差，并計算變異系數。運用DPS軟件進行主成分分析并形成聚類圖，聚類方法選擇離差平方和法，聚類距離選擇卡方距離[11]。

2 結果與分析

2.1 黃瓜種質資源商品瓜主要品質性狀分布情況100份黃瓜種質資源的商品瓜主要品質性狀分布情況見表2。由表2可知，100份種質資源的商品瓜主要品質性狀存在不同程度的多樣性。100份黃瓜平均單瓜重為150.89 g，瓜長平均為15.71 cm，瓜把長平均為2.44 cm，瓜橫徑平均為3.94 cm，中心腔橫徑平均為2.43 cm，可溶性固形物含量平均為3.32%，瓜心室數平均3.20個。這7個品質性狀的變異系數相差較大，其中，瓜把長變異系數最大，為59.74%，最大值為8.28 cm，最小值為1.00 cm，標準差為1.46 cm。可溶性固形物含量變異系數最小，僅為7.53%，最大值4.25%，最小值2.83%，標準差為0.25%。各品質性狀的變異系數由大到小依次為瓜把長>瓜長>單瓜重>中心腔橫徑>瓜心室數>瓜橫徑>可溶性固形物含量。說明100份種質資源商品瓜瓜把長分布較廣，而可溶性固形物含量分布較為集中，可為不同育種目標的種質資源篩選奠定材料基礎。

表2 100份黃瓜種質資源主要品質性狀基本特征Table 2 Basic characteristics of main quality characters of 100 cucumber germplasm resources

2.2 黃瓜種質資源商品瓜主要品質性狀主成分分析主成分分析能夠將大量的性狀簡化成較少且不相關的指標信息[12]，近年來，主成分分析方法已被運用在中藥[13]、水稻[14]、番茄[15]上開展種質資源評價。對100份黃瓜種質資源的商品瓜主要品質性狀進行主成分分析，各特征根及其貢獻率和特征向量表見表3和表4。特征根的大小說明該綜合指標(即主成分)遺傳方差的大小，其累計貢獻率表示該綜合指標對總遺傳方差貢獻的百分率[16]。

由表3可知，前4個特征根的累計貢獻率已達93.908 7%，說明7個性狀的絕大部分信息可簡化為前4個主成分。按照累計貢獻率一般應大于等于85%的原則，選前4個主成分及特征向量列于表4。特征向量可體現各性狀對綜合指標的貢獻程度[7]。

表4 前4個主成分對應的特征向量Table 4 Eigenvectors corresponding to the first four principal components

由表3可知，第1主成分的特征值為3.523 7，貢獻率為50.338 2%。對應的特征向量中，各性狀從大到小依次為瓜長、瓜把長。在這一特征向量中，瓜長最大，其次為瓜把長，因此這一主成分可作為果實縱向表現的綜合指標，定性為縱向因子。

表3 主成分的特征根及貢獻率Table 3 Characteristic roots and contribution rate of principal components

第2主成分的特征值為1.328 8，貢獻率為18.983 1%，累計貢獻率達69.321 3%，瓜心室數最大。說明瓜心室數對第2主成分的貢獻最大，故將第2主成分稱為心室數因子。

第3主成分的特征值為1.005 9，貢獻率為14.369 5%，累計貢獻率達83.690 8%，可溶性固形物含量貢獻最大，說明可溶性固形物含量可作為果實品質的綜合指標，定性為可溶性固形物含量因子。

第4主成分的特征值為0.715 3，貢獻率為10.217 9%，累計貢獻率達93.908 7%，單瓜重貢獻最大，說明單瓜重可作為果實產量的綜合指標，定性為單瓜重因子。

由于這4個主成分的累計貢獻率為93.908 8%，因此利用這4個主成分就可以區分出100份黃瓜種質資源的類型，為種質資源的快速評價與篩選利用奠定了理論基礎。

2.3 黃瓜種質資源商品瓜主要品質性狀的聚類分析聚類分析可了解種質資源的親緣性，分析性狀之間、種質資源之間的關系，為設定育種方案提供一定的理論依據[17]。近年來，運用聚類分析方法對種質資源進行評價在甜瓜[18]、大豆[19]、花椰菜[20]上已有報道。利用上述主成分分析中選取的4個主成分所涉及的5個性狀指標作為分析指標，采用離差平方和法對100份黃瓜種質資源進行系統聚類分析。聚類結果(圖1)顯示，在閾值為1.54時，可將100份黃瓜種質資源分為四大類。第1類包括21A25、21A52、21A31、21A114、21A139、21A134、21A112、21A109、21A113、21A55、21A137、17S-209、21A111、21A107、21A108、21A118、21A135、17S-152、21A51、17S-43、17S-132、17S-217、21A53、17S-13、21A146、17S-56、21A04、21A142、21A140、17S-1、21A141、21A09、21A14、17S-211、21A126、17S-198、21A128、21A136，共38份種質資源，占38%。

圖1 100份黃瓜種質資源商品瓜主要品質性狀聚類分析Fig.1 Cluster analysis of main quality characters of commercial melons from 100 cucumber germplasm resources

第2類包括21A40、17S-208、21A110、21A133、21A56、21A08、17S-212、21A101、21A103、21A41、21A138、17S-86、21A96、21A119、17S-109、21A44、21A104、21A105、17S-49、17S-221、21A148、21A02、17S-98、21A12、17S-10、21A132，共26份種質資源，占26%。

第3類包括21A36、17S-4、17S-74、21A86、17S-185、21A149、17S-201、21A116、17S-108、21A106、17S-44、17S-116、17S-77、17S-175、17S-155、17S-28、17S-117、17S-126、17S-51，共19份種質資源，占19%。

第4類包括21A122、21A131、21A127、21A144、17S-210、17S-222、17S-3、21A125、17S-200、17S-31、21A143、17S-23、17S-118、17S-135、21A123、17S-199、17S-20，共17份種質資源，占17%。

各類群5個品質性狀的平均值見表5。由表5可知，第1類種質資源共性特點是果實短小，瓜長平均11.98 cm，最短只有9.40 cm，最長為16.30 cm，可稱為短果類型。第2類種質資源果實也較短，但可溶性固形物含量高于其他類群，可溶性固形物含量最高為3.80%，最低為3.20%，平均3.45%，可稱為短果優質類型。第3類種質資源商品瓜均較長，瓜長平均23.11 cm，最長為29.90 cm，最短為15.10 cm，可稱為長果類型。第4類瓜心室數多于其他類群，稱為多心室類型。

表5 5個品質性狀的平均值Table 5 Average value of 5 quality characters

3 結論與討論

綜合分析100份黃瓜種質資源的主要品質性狀發現，這些資源具有豐富的遺傳多樣性，育種價值較大，可為黃瓜優良品種選育奠定材料基礎。

變異系數大于10%時，說明品種間該性狀差異較大[21]，該試驗的7個品質性狀中，瓜把長變異系數最大，為59.74%，最大值為8.28 cm，最小值為1.00 cm，標準差為1.46 cm。各品質性狀的變異系數表現為瓜把長>瓜長>單瓜重>中心腔橫徑>瓜心室數>瓜橫徑>可溶性固形物含量。品種性狀的變異系數高是品種改良及選育的基礎[22]，該試驗中100 份黃瓜種質資源品質性狀變異較大，可為黃瓜品質育種提供豐富的材料。

主成分分析可進行目標性狀的簡化，該試驗將 7個品質性狀簡化為4個主要成分，即縱向因子、心室數因子、可溶性固形物含量因子、單瓜重因子，累計貢獻率達93.908 8%，說明前 4 個主成分已經包含了參試資源的大量遺傳信息，可利用這些成分包含的性狀進行種質資源的快速綜合評價。

該試驗通過聚類分析對搜集的100份黃瓜種質資源進行分類，發現在卡方距離為1.54時，可以將100份黃瓜分為四大類：第1類為短果型，共38份；第2類為短果優質型，共26份；第3類為長果型，共19份；第四類為多心室型，共17份。