69份薄皮甜瓜材料的多样性及亲缘关系

2020-04-03周贤达周桂林范家萌睢祥坤林茂王浩波

中国瓜菜 2020年1期

周贤达周桂林范家萌睢祥坤林茂王浩波

摘要：为了更深入地了解不同薄皮甜瓜材料间的相互关系，采用多样性指数、变异系数及分子标记等方法，对69份薄皮甜瓜材料的18个田间性状及SSR分子标记数据进行分析。结果发现，描述型性状多样性指数范围为0.076～1.332，平均值为0.847，其中最高的是种子颜色，为1.332，最低的是果皮斑点，为0.076;数字型性状变异系数范围从最低的果实横径10.56%到最高的单果质量34.11%，平均值为23.88%;多样性指数范围为6.03～6.10，平均值为6.07，最高的是果实横径。所有数字型性状多样性指数均高于描述型性状。综合分析可知，供试材料由于收集和选育原因多为果肉较厚的长果形材料;田间性状及分子标记分别聚类分析后发现2种方法分别从不同角度对材料进行描述，只有充分结合2者的结果，才能最大可能地选择出强优组合。

关键词：薄皮甜瓜;多样性指数;变异系数;聚类分析

中图分类号：S652 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2020）01-007-06

Abstract： In order to better understand the interrelationship between different oriental melon materials ， we used 18 diversity traits， coefficient of variation and molecular markers to make 18 field traits of 69 oriental melon from Fengle Seeds Company. The results showed that the description index of the traits diversity range 0.076-1.332， the average value was 0.847， the highest was the seed color 1.332， the lowest was the peel spot 0.076， the numerical trait variation coefficient ranged from the lowest fruit transverse diameter 10.56% to the highest single fruit weight 34.11%， with an average of 23.88%， the diversity index 6.03-6.10， the average value of 6.07， the highest is the fruit transverse diameter， and all the digital trait diversity indices are higher than the descriptive traits. The results showed that the test material was due to the large length of the long fruit profile， the field traits and molecular markers were clustered and analyzed， and the two methods were used to describe the materials from different aspects. Application of both methods can most likely choose the strongest combination.

Key words： Cucumis melo sp. conomon; Diversity index; Coefficient of variation; Cluster analysis

薄皮甜瓜是我国人民喜爱的一种传统水果，传统认识中薄皮甜瓜的次生起源中心是东亚地区[1]。林德佩在综合前人分类建议下，将甜瓜Cucumis melo种下划分成短毛甜瓜亚种（ssp. agrestis Jeffrey）和长毛甜瓜亚种（ssp. melo Jeffrey）2个亚种，也就是传统意义上的薄皮甜瓜和厚皮甜瓜[2-6]。以往已有很多学者进行过薄皮甜瓜的聚类分析，他们的研究主要集中在利用分子标记进行资源分类分析，但对于田间性状的研究却相对匮乏[7-10]。虽然層出不穷的新分子标记实践确实对于从基因组层面认识作物起到了积极作用，但因薄皮甜瓜作为一种栽培作物，最终栽培时的气象、土壤条件会对果实发育有直接的影响，在其他作物已有将两者相结合研究的前提下，对薄皮甜瓜的田间性状与分子标记进行对比分析[7-15]，为田间育种工作提供参考，将具有重要现实意义。

笔者希望通过田间性状与分子标记的结合[16]，分析两者之间的区别与联系，理清两者之间的关系，最终为加快薄皮甜瓜新品种选育和保护薄皮甜瓜品种知识产权提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

来源于合肥丰乐种业的薄皮甜瓜材料69份，具体材料见表1。

1.2 田间性状分析

参照《甜瓜种质资源描述规范和数据标准》，调查记载18个农艺学性状，具体包括描述型性状（田间相对长势、田间相对抗性、果皮颜色、果皮沟纹、果皮斑点、果皮被毛、果肉颜色、果肉纤维、果肉质地、果实香味、种子大小、种子颜色）和数字型性状（纵径/横径、果实横径、果实纵径、果肉厚度、单果质量、中心可溶性固形物含量）[17-18]。

描述型性状依据《甜瓜种质资源描述规范和数据标准》中对农艺性状考察的标准并结合多年田间试验经验确定，数字型性状通过田间调查得出。对甜瓜果实描述型性状按表2进行赋值，使用Min-Max方法进行标准化转换，将所有性状值分布在0～1区间内，抹除不同性状值间偏差[19-20]。对描述型性状进行频率分布及Shannon-weiner index考察（多样性指数）。对数字型性状进行极值、变异系数及多样性指数考察。

1.3 聚类分析

采用CTAB法提取甜瓜种子总DNA，使用SSR分子标记扩增，扩增引物及反应程序参考高鹏及盛云燕[21-22]提供的20 ?L反应体系及反应程序，使用6%聚丙烯酰胺凝胶电泳，记录带型数据。SSR分子标记显带的记录方法为：针对重复性好、扩增效果明显的条带，有带记为“1”，无带记为“0”，两者结合生成特定引物的品种原始矩阵。

20对SSR引物序列来自公开发表的文献及国际葫芦科合作计划中公布的甜瓜引物对，结合引物在染色体群上的分布特点及薄皮甜瓜上的多态性表现选取（表3）。

2 结果与分析

2.1 田间性状分析

对12个描述型性状进行频率分布及多样性指数分析（表4）发现，田间相对长势和田间相对抗性均以“强”为主，分别占比52%和55%。果皮颜色以“绿”为主，占54%。果肉颜色以“白”为主，占57%;果皮以“有”沟为主，占52%。果皮“无”斑、“无”毛各占96%、99%。对影响果实口感的果肉纤维、果肉质地、香味3个性状，“少”纤维占72%、“脆”肉占68%、“无”香味占42%，种子涉及的性状中“乳白”色占43%、“小”籽占54%。

供试材料多样性指数范围（0.076～1.332），平均0.847。其中，种子颜色（1.332）和果皮颜色（1.311）分列多样性指数前两位;果皮被毛（0.179）和果皮斑点（0.076）分列最后两位。

结合频率分布及多样性指数分析发现，本次供试材料表现出明显的人工选择痕迹，这在12个描述型性状上均有体现，具体表现为：材料选择中着重选择“强”长势、“强”抗性、表皮光滑、肉质“脆”、口感“细腻”。这种材料选择倾向与大众对薄皮甜瓜的喜好是完全一致的。

表5结果表明，6个数字型性状变异系数，最小的为果实横径（10.56%），最大的为单果质量（34.11%），平均值为23.88%;多样性指数范围为（6.03～6.10），平均值为6.07。所有数字型性状的多样性指数范围（6.03～6.10）均高于描述型性状，说明数字型性状的多样性更丰富。

供试材料的纵径/横径平均值为1.21、标准差为0.40，说明供试材料主要呈“长”果形，變异系数32.96%，说明其最小值和最大值间差异较大;果实横径变异系数10.56%，说明其变异程度较低;对比果实纵径变异系数27.30%，说明供试材料纵径/横径的变异主要来源于果实纵径;果肉厚度和中心可溶性固形物含量的变异系数及多样性指数均处于6个数字型性状的中游水平;单果质量具有18个农艺学性状中最高的变异系数34.11%，说明单果质量是所有性状中变异程度最大的。

2.2 聚类分析

对原始数据进行标准化后，使用Mega软件，运用UPGMA算法，对田间性状进行聚类分析（图1）。

聚类分析将供试材料划分成2个群，分析田间性状发现，2个群的主要区别在种子大小和种子颜色，仅有个别材料例外。田间性状间遗传距离范围为0.083～0.667，其中遗传距离最近的5对材料是‘T03-412和‘T07-7711、‘T03-412和‘T09-514、‘33-422和‘T28-42、‘芙蓉蜜-2和‘黑玫1号-14311、‘T16-3321和‘T51-11，他们两两之间遗传距离均为0.083，田间性状观察也显示每对材料性状相近（表6）。

使用20对引物合计扩增产生131条扩增带，均具有多态性，平均每对引物产生6.55条带。对材料的电泳数据直接用NTSYS软件计算遗传相似系数，进而转化为遗传距离，使用Mega软件利用UPGMA算法进行聚类分析（图2）。

经分析，69份材料的遗传距离范围为0.000 0～0.984 7，平均值为0.325，其中遗传距离最小的6对分别是：‘10引薄F1-14111和‘M056-21、‘T02-5111和‘T21-323、‘T08-214和‘T40-521、‘32-314和‘十道沟-11111、 ‘6171-51和‘香蜜5号、‘T31-8221和‘T55-11，遗传距离均为0.000。除‘T11-312‘T15-111‘T51-11和‘T53-111外，其余材料均聚为一大类。

2.3 田间性状数据与分子标记聚类结果综合分析

通过详细对比两种聚类结果（图1～2）发现，两者之间聚类结果有明显不同，如分子标记聚类中遗传距离最小的6对材料在田间性状聚类中就分列在2个群中，每群6个材料。以上情况表明，仅靠田间表型性状差异选择亲本杂交，可能会发生由于分子遗传基础相近导致杂交优势不明显的现象，具体遗传距离的区别见表7。

人工选择对薄皮甜瓜的性状有明显影响，一方面有利于选择出更适合市场的薄皮甜瓜材料，另一方面也易于造成选择过程仅局限在少量优势亲本的后代，进而导致遗传来源过于狭窄。薄皮甜瓜在不同生态条件下的种质利用还有很大空间[25]，在杂种优势利用过程中，如果可以选择田间遗传距离相近的而分子遗传距离较远的材料相配，可能会配出更有优势的组合，如‘T16-3321和‘T51-11;而田间遗传距离较远但分子遗传距离较近的材料如‘T31-8221和‘T55-11配出强优组合的可能性就较小。两者结合选择亲本，才有最大可能通过杂交而选育出强优组合。

3 讨论

前人研究的对薄皮甜瓜的种群划分依据单果质量、果皮颜色的结果[9，25-27]在本次试验中没有表现，分析可能的原因是公司一段时间内有相对集中的选育目标，故参试材料重点集中在与目标有关的果实性状，这种关注点的不同导致聚类材料划分标准的不同。

田间性状与分子标记聚类结果不一致，这与前人的研究结果相同[27-28]。植物通过改变自身描述型性状来适应田间环境的变化，这种变化很难在基因层面有表现，数字型性状的变化多是受多基因位点调控，分子标记对基因组的覆盖度也会直接影响检出效果。

传统薄皮甜瓜主要是通过对田间性状的考察完成材料及品种选育工作，仅仅依靠田间性状的考察并不能完整揭示材料特性，特别是对杂交优势的利用存在极大局限性。笔者研究发现，具有相似田间性状的材料从分子层面考察时可能两者相距甚远，如‘美浓-11和‘T-51-11、‘特大早甜208-1和‘T-26-511，而分子层面相近的材料却在田间性状上具有巨大差异，如‘T11-312和‘T-15-111、‘T-51-11和‘T-53-11。笔者希望利用田间性状及分子标记分别进行聚类分析，为更全面认识薄皮甜瓜材料提供参考，如果在品种选育过程中，选用具有相似田间性状但遗传距离更远的材料进行配组，更利于选择出优良品种，也能避免遗传基础过于狭窄。

后期研究中希望通过更多的选用SSR引物，及在田间数字型性状的记录过程中引入标准对照样将数据记录结果标准化，从而完成更加精细的薄皮甜瓜种内差异分析，最终实现两种角度共同对材料进行描述，使薄皮甜瓜育种工作可以更加精准。

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