薄皮甜瓜品種（系）光合性能綜合評價 及高光效品種篩選

中圖分類號：S652 文獻標志碼：A 文章編號：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的基礎，植物干物質積累的 90%～95% 來自葉片的光合作用[。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47個葡萄品種（系）的耐弱光能力進行評價，認為希娜瑪瑙、獨角獸等36個品種（系）為耐弱光葡萄品種（系），其中巨峰、夏黑等25個葡萄品種同時也具有較強的耐強光能力。充分挖掘作物自身潛力，提高光合利用能力，是實現作物高產優質的最有效方法。目前，有關大豆、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。范元芳等研究發現，高光效大豆種質具有較高的凈光合速率、氣孔導度、電子傳遞速率和PSII反應中心激發能捕獲效率。許國春等研究指出，SPAD值與光合效率綜合評價指數呈顯著正相關，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的初篩指標。徐樂等研究發現，凈光合速率、水分利用率、羧化效率、氣孔導度是實現甘薯高光合能力的重要光合特性。大量研究認為，弱光脅迫造成作物減產和品質下降[10-2]，從而導致經濟效益降低。甜瓜（CucumismeloL.）是一種喜光蔓性草本植物，群體內部葉片密集，透光性較差[3]，因此，選育高光效甜瓜品種具有重要意義。但關于薄皮甜瓜光合性能綜合評價及高光效品種（系）篩選的研究鮮有報道，鑒于此，筆者以45個薄皮甜瓜品種（系）為試驗材料，對苗期光合指標和農藝性狀進行測定，篩選出薄皮甜瓜的光合性能評價指標及建立有效的綜合評價體系，得到高光效品種（系），以期為選育高光效品種提供理論依據和種質資源。

1 材料與方法

1.1供試材料

參試薄皮甜瓜品種（系）共45個（表1），均由河南省農業科學院園藝研究所提供。

1.2 試驗設計

試驗于2023年3一4月在河南省農業科學院溫室進行。采用穴盤基質栽培方法，基質為草炭 + 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的營養液（由1/2倍Hoagland和1/1000倍Arnon微量元素組成）。第一周用1/4濃度營養液，第二周用1/2濃度營養液，以后均用全量營養液。

表1薄皮甜瓜品種（系）的編號及名稱

Table1Numberandnameoforientalmelonvarieties（lines）

1.3 測定項目與方法

在甜瓜植株生長到5葉期的晴天09：00—11：30，每品種（系）選取長勢一致的代表性植株5株，采用CIRAS-3便攜式光合儀測定其最新完全展開葉的凈光合速率 （P_n） 、胞間 CO₂ 濃度 （C_i） 、氣孔導度C G_s） 、蒸騰速率 （T_r） 、飽和蒸氣壓差（VPD）、葉片瞬時水分利用效率（WUE）等氣體交換參數。WUE P_n/T_r° 采用手持式葉綠素儀SPAD-502測定葉綠素相對含量（SPAD值）。每品種（系）選取長勢一致的代表性植株10株，采用直尺測定其株高及最新完全展開葉的葉長、葉寬，葉面積 葉長 × 葉寬；采用游標卡尺測定莖粗；采用天平測定植株鮮質量、植株干質量、根鮮質量和根干質量；采用排水法測定根體積。

綜合光效率評價 （D） 值 ，其中，隸屬函數值 U（X_j）=（X_j-X_min）/（X_max-X_min） ，權重 w_j ， X_j 表示第j個篩選指標； X_max?Xmin 分別為篩選指標的最大值和最小值； w_j 表示第j個篩選指標在所有指標中所占的權重； p_j 表示第j個篩選指標的貢獻率。

1.4 數據分析

采用MicrosoftExcel2010和SPSS20.0對數據進行統計分析，其中，主成分分析采用降維-因子分析法，相關分析采用Pearson法，聚類分析采用系統聚類法。

2 結果與分析

2.1薄皮甜瓜光合指標和農藝性狀差異

45個薄皮甜瓜品種（系）的光合指標和農藝性狀差異明顯（表2），不同品種（系）間15個指標和性狀的變異系數均較大，介于 10.32%～54.75% 。其中 WUE、植株鮮質量和植株干質量等5個指標和性狀變異較大，均大于 30% 。SPAD值、莖粗和葉面積的變異相對較小，變異系數分別為 15.06% 、10.32% 和 19.72% ，說明選取的45個薄皮甜瓜品種（系）具有較豐富的遺傳多樣性，難以采用單一性狀來判斷甜瓜品種（系）間光合性能的差異，需要建立綜合評價體系，來評價不同品種的光合能力。

表2不同薄皮甜瓜品種（系）光合指標和農藝性狀差異

Table2Diferences inphotosynthetic indexesand agronomic traits ofdifferent oriental melonvarieties（lines）

2.2薄皮甜瓜光合指標和農藝性狀相關性分析

對45個薄皮甜瓜品種（系）的光合指標和農藝 性狀進行相關性分析（表3），結果表明， P_n 與 G_s，T_r， WUE、株高、植株干質量呈極顯著正相關，與植株鮮 質量呈顯著正相關，與VPD、根鮮質量呈極顯著負 相關； C_i 與 G_s，T_r 呈極顯著正相關，與VPD、WUE呈 極顯著負相關； G_s 與 T_r 呈極顯著正相關，與VPD呈 極顯著負相關； T_r 與VPD呈極顯著負相關，與植株 干質量呈顯著負相關；VPD與植株干質量、根鮮質 量呈顯著正相關；WUE與SPAD值呈顯著正相關， 與株高呈顯著負相關；SPAD值與株高呈極顯著負 相關；株高與植株鮮質量、植株干質量、根鮮質量呈 極顯著正相關，與莖粗呈顯著正相關；莖粗與植株 鮮質量、根體積、根鮮質量、根干質量呈極顯著正相 關，與植株干質量呈顯著正相關；植株鮮質量與植株 干質量、根體積、根鮮質量、根干質量呈極顯著正相 關；植株干質量與根體積、根鮮質量、根干質量呈極 顯著正相關；根體積與根鮮質量、根干質量呈極顯著 正相關；根鮮質量與根干質量呈極顯著正相關。

表3不同薄皮甜瓜品種（系）光合指標和農藝性狀相關性分析

Table3Correlationanalysis ofphotosynthetic indexesandagronomic traits ofdiferentoriental melonvarieties（lines）

注：*、**分別表示在0.05、0.01水平上顯著相關。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. 植株鮮質量： ;X12. 植株干質量；X13.根體積： X14. 根鮮質量： X15 根干質量。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薄皮甜瓜光合指標和農藝性狀主成分分析

對45個薄皮甜瓜品種（系）的光合指標 （P_n，C_i? G_s，T_r 、VPD、WUE和SPAD值）和農藝性狀（株高、莖粗、葉面積、植株鮮質量、植株干質量、根體積、根鮮質量和根干質量）共15個指標進行主成分分析，根據特征值大于1的原則，提取了5個主成分（表4），累計貢獻率達 84.915% 。第1主成分貢獻率36.864% ，主要由 P_n，VPD 、植株鮮質量、植株干質量、根體積、根鮮質量、根干質量決定；第2主成分貢獻率 18.015% ，主要由 G_s，T_r 決定；第3主成分貢獻率 13.644% ，主要由WUE決定；第4主成分貢獻率 8.702% ，主要由SPAD值決定；第5主成分貢獻率 7.690% ，主要由葉面積決定。

2.4薄皮甜瓜品種（系）光合性能評價及高光效品 種篩選

以主成分分析法確定的12個指標 （P_n，VPD 、植株鮮質量、植株干質量、根體積、根鮮質量、根干質量、 G_s，T_r， WUE、SPAD值和葉面積），計算其 D 值，根據 D 值大小對45個薄皮甜瓜品種（系）的光合性能進行評價（表5）， D 值越大，表明其光合性能越強，反之越弱[14]。光合性能較強的前10個品種（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 D 值進行聚類分析的結果表明，45個薄皮甜瓜品種（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）光合指標和農藝性狀主成分分析

Table4Principal componentanalysisof photosynthetic indexesandagronomictraitsofdifferentorientalmelon varieties（lines）

3 討論與結論

同一作物不同品種間的光合效率和能力存在差異，導致不同品種生長率與生長能力不同，這為篩選和培育高光效種質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。農藝性狀指標不僅是衡量植物生長速度的關鍵參數，還與植物光合能力緊密相關[8]。Olakunle等[19]對豇豆農藝性狀和光合性狀進行關聯分析，發現不同豇豆種質資源的農藝性狀存在顯著差異，且光合性狀與籽粒產量呈顯著正相關。鄭寶香等2研究認為，大豆高光效品種光合能力與單株質量、單株粒質量、收獲指數等農藝性狀的相關程度大于低光效品種。本試驗結果表明，45個薄皮甜瓜品種（系）光合指標和農藝性狀差異顯著，15個指標和性狀的變異系數均較大，介于 10.32%～ 54.75% ，表明光合指標和農藝性狀在薄皮甜瓜品種（系）間存在豐富的遺傳多樣性，同時本試驗中選取的品種（系）類型豐富，具有較好的代表性，為甜瓜高光效種質篩選提供了豐富而廣泛的遺傳基礎，這與在谷子[2、油菜[22]、水稻[23]的研究結果相似。

表5不同薄皮甜瓜品種（系）光效率評價

Table5Evaluationoflightefficiencyofdifferentoriental

歐式距離Euclideandistance

圖145個薄皮甜瓜品種（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、試驗環境等因素的影響，作物高光效品種篩選指標并不一致[2426]。近年來，主成分分析、隸屬函數分析和聚類分析成為了在作物綜合評價方面較為常用的方法[27-28]。張鮮等[29]通過主成分分析，從15個指標的耐陰系數中篩選出株高、單株粒數、單株粒質量、千粒重、主莖粗等15個性狀作為劃分苦蕎光合類別的篩選指標，并對通過隸屬函數分析獲得的耐陰綜合評價 （D） 值進行聚類分析，將苦蕎種質劃分為3類。謝銳等[3通過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的指標，聚類分析將馬鈴薯種質分為3類，分別是高光效資源、中等光效資源和低光效資源。本試驗通過主成分分析，提取了5個主成分，累計貢獻率達 84.915% ，篩選出 P_n. 植株鮮質量、植株干質量、根體積、根鮮質量、根干質量、 G_s，T_r， VPD、WUE、SPAD值、葉面積等12個性狀作為薄皮甜瓜高光效能力評價的指標；并對 D 值進行聚類分析，將45個薄皮甜瓜品種（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資源。

通過對高光效類群內12個品種（系）梳理發現，凈光合速率測定最高值的品種（系）15-146和TS-12并沒有在此類群內，表明高光效種質并非僅由凈光合速率決定，而應該是多個光合指標和農藝性狀綜合表現的結果，這與前人的研究結果相似[31-32]。因此，在高光效育種實踐中，不能僅依據某一指標的高低評價作物的光合能力，而需要綜合多個指標全面評價。在育種時，可優先選擇3～5個關鍵指標初篩，縮小范圍，再對留存品種（系）綜合評價，以保障高光效育種工作高效進行。結合春小麥、玉米等作物的高光效育種實踐，本試驗僅以苗期農藝性狀和光合指標建立的高光效評價方法篩選薄皮甜瓜高光效品種（系），缺乏產量驗證[3-34]。筆者認為本文建立的方法雖不能完全真實可靠地評價薄皮甜瓜品種（系）的光合能力，但可為后續全生育期田間試驗篩選高產高光效品種奠定基礎。

綜上所述，45個薄皮甜瓜品種（系）在光合指標與農藝性狀上表現出較大差異；綜合相關性分析與主成分分析，篩選出凈光合速率、飽和蒸氣壓差、植株鮮質量、植株干質量、根體積、根鮮質量、根干質量、氣孔導度、蒸騰速率、葉片瞬時水分利用效率、葉綠素相對含量、葉面積可作為薄皮甜瓜品種（系）的高光效能力評價指標；聚類分析將45個品種（系）分為高光效、亞高光效、中等高光效和低光效4個類型。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個高光效品種（系）。本研究建立的薄皮甜瓜高光效評價方法可為甜瓜高光效品種選育提供參考依據。

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