新疆“老汉瓜”类甜瓜品种表型遗传多样性分析

李 超，杨 英，郑贺云，陈 伟，廖新福，孙玉萍

(新疆维吾尔自治区葡萄瓜果研究所，新疆鄯善 838200)

0 引 言

【研究意义】甜瓜是葫芦科甜瓜属中遗传变异最大的一个种，其形态性状的遗传差异非常大。我国通常将栽培甜瓜分为薄皮型和厚皮型2种生态类型，我国新疆被公认为是厚皮甜瓜的次级起源中心之一[1]，甜瓜种质资源丰富，是厚皮甜瓜遗传改良的重要基因库[2]。新疆甜瓜品种“老汉瓜”，学名为谢克甜瓜，属长毛甜瓜亚种(ssp.meloJeffrey)卡沙巴变种(CucumismeloL.var.cassaba)，在新疆南疆地区均有种植，其果皮有黄白色、金黄色、灰绿色或深绿色，果肉多为绿白色，因其糖度高、绵软多汁，贮运极易腐烂，属于典型的呼吸跃变型果实[3-6]。调查过程中发现，甚至有报道认为是薄皮甜瓜[7]，“老汉瓜”应属于具有相似遗传背景的一类瓜。对其遗传关系和遗传多样性分析，为育种遗传改良提供理论依据，提高新品种的选育效率。【前人研究进展】多个国家或地区均对各自拥有的甜瓜地方种质资源遗传多样性进行了分析[7]。胡建斌等[1,8]对我国各地257份具有代表性的甜瓜种质资源的20个形态性状进行分析，将其分为厚皮甜瓜优势区、厚皮、薄皮种质甜瓜混合分布区和薄皮甜瓜优势区3个区域，又对国外的250份甜瓜种质资源的19个形态性状多样性进行研究，将其分为南亚、东北欧、西欧北美和东亚北美4个组群，其中以印度为代表的南亚甜瓜种质资源形态多样性水平较高。张永兵等[9]通过分析121份新疆甜瓜地方品种32个形态性状的数据，将其分为4个类群，其中“哈密野瓜”被单独聚为一类；杨永等[8]利用SRAP标记分析，将117份新疆甜瓜地方品种分为4大类6个亚类群；翟文强等[10]分析了喀什地区厚皮甜瓜资源的遗传多样性，认为该地区甜瓜品种资源丰富，但抗病性资源匮乏。【本研究切入点】新疆是厚皮甜瓜的主产区，品种多样复杂。“老汉瓜”作为一类具有显著地方特点的甜瓜，目前针对其遗传亲缘关系尚未见报道。研究新疆“老汉瓜”栽培品种的遗传亲缘关系。【拟解决的关键问题】以多个“老汉瓜”品种及当前新疆部分种植甜瓜品种为研究对象，根据表型性状数据分析其遗传多样性和遗传关系，为集聚 “老汉瓜”口味、耐贮运、抗性强的新品种选育和遗传改良提供理论依据和数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材 料

新疆南疆是“老汉瓜”的主要生产区，而绝大多数的甜瓜种子均来自于昌吉、乌鲁木齐各大种子销售单位，材料均来自新疆全优农资国际种子交易市场及乌鲁木齐各大种子销售店面。共51个供试材料，其中45个为厚皮甜瓜品种，6个为薄皮甜瓜作为参试材料。表1

表1 51份甜瓜品种名称、生产单位和种子类别

1.2 方 法

试验材料采取随机区组种植，单行区，株距0.5 m，行距3.0 m，每个品种10株，3次重复，常规管理。

在果实成熟期对所有甜瓜种质的表型性状进行调查和统计，每小区随机取3～5株调查。所调查的性状包括17个质量性状(果实形状、果皮底色、覆纹颜色、覆纹形状、果面沟、果面沟颜色、网纹粗度、网纹密度、网纹分布、外果肉颜色、内果肉颜色、果肉质地、瓜瓤水分、果肉香味、果肉酸味、种子形状和种皮颜色)和16个数量性状(单果质量、果实纵径、果实横径、果皮厚度、果腔纵径、果腔横径、果肉厚度、中心糖、边糖、种子纵径、种子横径、种子指数、种子厚度、种子面积、种子千粒重和种子密度)。长度用直尺或游标卡尺测量，质量用电子秤测量，可溶性固形物含量用手持测糖仪(型号PX-B32T)测量。

1.3 数据处理

甜瓜所有性状参照《甜瓜种质资源描述规范和数据标准》[11]和A.Stepansky等[12]的方法进行统计、分级、赋值，质量性状分为10级，参照尚建立等[13]的方法，将数量性状根据平均值(X)和标准差(δ)分为10级，1级

表2 甜瓜品种质量性状描述分级

2 结果与分析

2.1 质量性状遗传多样性

研究表明，供试材料质量性状多样性指数变化范围为0.10～1.79，平均值为1.06；种子形状多样性指数最低，果面沟颜色多样性指数最高；多样性指数大于1的有果实形状、果皮颜色、覆纹颜色、覆纹形状、果面沟颜色、网纹密度、网纹分布、外果肉颜色、内果肉颜色和果肉香味，占所测质量性状的58.82%。鉴定材料中椭圆形果实较多，占54.90%；果肉颜色主要为绿白色，占25.49%以上；带有果肉香味的占29.41%；多汁的品种较多，占45.10%。表3

表3 甜瓜品种质量性状频率分布及多样性

2.2 数量性状遗传多样性

研究表明，供试甜瓜种质数量性状的多样性指数变化范围为1.50～2.07，平均值为1.91，多数高于质量性状的多样性指数。多样性指数大于2的依次为种子厚度、果腔纵径、果实横径、种子密度、果肉厚度、果实纵径和种子指数。变异系数是衡量材料中各观测值变异程度的另一个统计量。各性状变异系数大于40%的有中心糖、边糖、单果质量和果皮厚度，这3个性状存在丰富的变异；小于20%有果实横径、果腔横径、种子纵径、种子横径、种子指数、种子厚度及种子密度，这7个性状具有稳定的遗传特性。表4

表4 甜瓜品种数量性状变异

2.3 甜瓜表型主成分

研究表明，前6个主成分的累计贡献率为74.01%。第1主成分特征值为10.97，其贡献率为33.24%，主要与果实形状、网纹、单果质量、果实大小、果皮厚度、种子大小、种子千粒重等性状相关，可将第1主成分称为果实与种子大小因子；第2主成分特征值为5.16，其贡献率为15.62%，主要与果肉质地、中心糖、边糖等性状相关，可将第2主成分称为品质因子；第3主成分特征值为2.82，其贡献率为8.54%，主要与果实横径、果腔横径相关，第3主成分可称为果形因子；第4主成分特征值为2.15，其贡献率为6.53%，主要与果面沟、果面沟颜色等性状相关，第4主成分可称为果面特征因子；第5主成分特征值为1.91，其贡献率为5.79%，主要与外果肉颜色和内果肉颜色相关，第5主成分可称为果肉因子。第6主成分特征值为1.41，其贡献率为4.29%，主要与种子形状、种子颜色相关，第6主成分可称为种子外观因子。表5

表5 甜瓜品种主成分

2.4 甜瓜表型性状的聚类

研究表明，可将供试甜瓜品种分为III大类。第I类主要以薄皮甜瓜为主(除伊丽莎白外)，果形均为梨形(伊丽莎白为圆形)、无网纹，种子形状均为椭圆形，单果质量范围为0.51～1.21 kg，种子纵径范围为6.34～9.14 mm，种子横径范围为2.96～3.97 mm，种子厚度范围为1.17～1.44 mm，种子千粒重范围为10.09～18.46 g。伊丽莎白的以上指标均与薄皮甜瓜的相近，且指标特征值比较大，贡献率也较大，聚为一类；拜鲜克其、圆比斜克其、其里甘65(金莹)、其里甘65(联创)、其里甘(益丰)、斯丽克65等6个厚皮甜瓜聚为第II类。果实形状均为圆形且覆纹呈绿色或墨绿斑点，无网纹或网纹稀少，果肉呈绿白色、软、多汁，种子椭圆、黄白(其里甘(益丰)除外)；第III类数量比较大，包含了38个厚皮甜瓜品种，该类果实纵径较大，果腔纵径较大，又可分为2个亚群：III A和III B。III A包括：黄旦子(宏祥)、黄旦子(创科蜜)、改良黄旦子、黄醉仙、益丰密25号、益丰密17号、美国银帝王、科宝绿碧克克奇和阿克阔其等9个品种。果形有椭圆和圆形，网纹均为全网，种子形状均为椭圆形；III B包含了29个品种，其综合性指标比较一致。图1

图1 甜瓜品种的R语言表型聚类

3 讨 论

目前甜瓜生产和研究中广泛应用的分类方法是M.Pitrat等提出的2个亚种(厚皮甜瓜ssp.Melo和薄皮甜瓜ssp.agrestis)和16个变种[1]。新疆厚皮甜瓜变异类型丰富，高于薄皮甜瓜的遗传多样性指数[14]。狭义上“老汉瓜”仅代表新疆农家品种“伯谢克辛”，果实扁圆，有5个心室，特别特殊[4]。广义上“老汉瓜”可代表一类具有肉质柔软、多汁甜蜜的甜瓜品种，如“阿克阔克切”、“库克白热”、“其里甘”等[15]。“老汉瓜”优点明显，但是抗性较弱，耐贮运特性较差。研究其遗传背景及其遗传多样性至关重要。近年来，研究学者对不同区域范围的甜瓜种质资源做了大量研究。其中不乏有利用不同分子标记技术进行分析，如SRAP[7,14]、AFLP[16,17]、RAPD[18-20]、CAPS[21]、SSR[22-24]等。虽然多种DNA标记已用于甜瓜种质资源遗传多样性研究，但形态学性状变异大，尤其是果实性状，更能直观的反映甜瓜资源的表型信息，是甜瓜种质分类的重要依据[25-28]。高路银等[29]分析了40份野生甜瓜的14个果实性状，遗传距离为11.1时，分为3大类；王吉明等[26]对100份野生甜瓜进行遗传多样性研究，将其分为野生和半野生2大类，其中半野生类群中，部分野生种质与栽培甜瓜亲缘关系较近，认为野生种质在栽培甜瓜的起源与驯化过程中起到重要作用。李清等[28]将74份薄皮甜瓜材料的12个质量性状进行聚类分析，得出2大类群，认为薄皮甜瓜间的亲缘关系与它们的地理来源无紧密联系。郭丽霞等[30]对塔吉克斯坦和部分新疆地方品种聚类分析，认为2个地方甜瓜种质存在一定的遗传进化联系，均属于栽培甜瓜变种或类型C.meloL.var.cantalupensis。张永兵等[2]通过对121份新疆甜瓜地方品种资源的表型遗传多样性分析，最终以30份种质作为核心种质，这对有效保存、利用地方品种资源以及品种遗传改良具有实际意义。

研究以45份厚皮甜瓜品种作为研究对象，对成熟果实的17个质量性状和16个数量性状进行分析，质量性状的多样性指数变化范围为0.10～1.79，平均1.06，数量性状的多样性指数变化范围为1.50～2.07，平均1.91，数量性状更有丰富的形态多样性，这与王吉明[26]和高路银等[29]的观点相一致。表型性状的变异系数越大，说明该性状的变异程度就越丰富[31]，在育种过程中选得优良遗传性的潜力也越大[32]。

研究中，变异系数较大的有中心糖、边糖及单果质量(大于42%)，种子指数最小为7.46%。甜瓜性状大多有数量性状基因控制，各性状之间相互关联，使得育种工作难度变大[33]。主成分分析可将较多的变量综合为几个公共因子，从而减少数据维度，进而减轻评价难度[34]。纪海波等[35]将西瓜22个性状主成分分析后，得到8个主成分，累计贡献率为63.77%，西瓜性状的变异向多方向发展，利于新品种的选育。李清等[34]将西瓜12个果实性状进行主成分分析，以特征值大于1为阈值，归纳为3个主成分，累计贡献率为71.99%。王学征等[33]分别将10个薄皮甜瓜、10个厚皮甜瓜品系的多个性状进行主成分分析，前3个主成分的遗传信息就占到了总遗传信息的80%以上。高路银等[29]通过对40份野生甜瓜果实的14个性状进行主成分分析，可用5个主成分(累计贡献率72.39%)来代表绝大部分信息。在实际运用过程中不需要选择所有主成分，一般取累计贡献率80%以上的代表主成分。

研究将33个果实性状归纳为8个主成分，且特征值均大于1，累计贡献率达80.91%，但是主成分7、8中载荷符号负值较多，且性状与前6个有重叠，因此，最终选择前6个主成分，可代表全信息量的74.01%。聚类分析是揭示品种间亲缘关系及归类最为直接有效的方法。研究利用R语言中的igraph包和ggsci包进行聚类分析，将51份甜瓜材料分为III大类群，其中类群Ⅲ又可分为III A和III B 2个亚群。类群I为薄皮甜瓜类型，但“伊丽莎白”被聚到此类，可能是由于其单果质量、果实纵径、果实横径、种子纵径、种子横径、种子面积及种子千粒重都与薄皮甜瓜相似，数值都较小的缘故。类群II包含6个软肉型的甜瓜，单果质量、果实纵径、果腔纵径及果肉厚度均小于类群III的对应性状数值，因此，类群II可认为是小果形的“老汉瓜”类甜瓜，类群III可认为是大果形的甜瓜品种。但类群III A和III B中均包含软肉和脆肉，但III A甜瓜品种的果实糖度普遍较高(西域-1除外)。品种名中含有相同或相近读音的甜瓜材料可能来源于同一亲本，或者存在同物异名的现象，若需将其区分，可进一步通过分子标记技术分析。

4 结 论

4.1 研究新疆“老汉瓜”类型甜瓜品种的遗传多样性，收集当前生产上广泛栽培的厚皮甜瓜品种为研究对象，从音译角度来讲，主要有“比谢可辛”、“纳西甘”、“黄旦子”、“热瓜旦”等类型。广义上新疆“老汉瓜”属于一类具有软肉质地特征的厚皮甜瓜类型。

4.2 供试甜瓜品种的质量性状多样性指数变化范围为0.10～1.79，平均1.06；数量性状多样性指数变化范围为1.50～2.07，平均1.91，果实数量性状具有更丰富的多样性。主成分分析可将表型性状归纳为6个主成分，分别为果实与种子大小因子、品质因子、果形因子、果面特征因子、果肉因子、种子外观因子等，累计贡献率达74.01%；R语言软件聚类分析可将参试品种分为Ⅲ大类，类群Ⅰ主要为薄皮甜瓜类型，类群Ⅱ和Ⅲ均为厚皮甜瓜类型，类型多样。

4.3 新疆甜瓜品种资源遗传多样性较为丰富，根据果形大小可分为大果形和小果形2种“老汉瓜”类型。另外外观形状、果肉颜色等质量性状多样性也较为丰富，果形有扁圆、圆形和椭圆形，以椭圆形为主；果肉有桔色软肉、绿色软肉，以绿色软肉为主。新疆“老汉瓜”类甜瓜品种资源可为我国厚皮甜瓜品种遗传改良和种质创新提供重要的基因资源。