江西省地方瓠瓜种质资源表型性状遗传多样性分析及综合评价

2022-10-10张景云万新建张会国黄国东

种子 2022年8期

关峰，张景云，石博，万新建，张会国，黄国东

(1.江西省农业科学院蔬菜花卉研究所，南昌 330200；2.江西省高安市农业农村局，江西高安 330800)

瓠瓜[Lagenariasiceraria(Mol.)Stand.]为葫芦科葫芦属一年生攀援植物，在我国已有7 000多年的种植史[1]，是长江以南地区广泛种植的瓜类蔬菜[2]。据统计，我国瓠瓜种植面积约200万hm2，主要分布在江西、浙江、安徽、广东、广西等地[3]。遗传多样性研究及综合评价对掌握物种遗传信息具有推动作用，也为育种工作提供优异亲本材料[4]。瓠瓜嫩果口感柔嫩，消肿结、润肌肤，老果又可作为艺术摆设，因此广受消费者喜爱。但随着瓠瓜新品种的快速推广，导致大量地方古老品种资源迅速消失，甚至一些地方品种濒临灭绝。目前，关于瓠瓜种质资源多样性相关研究较少，高山等[5]发现，7个省份的38份瓠瓜可分为4个类群，且分类结果与地理分布有一定的相关性。陈孟强等[6]对63份瓠瓜种质资源的7个表型性状进行调查，综合评价其在广州地区的市场、气候适应性，初步筛选到8份适宜当地的品种。李艳伟等[3]利用瓠瓜核心SNP标记对51份种质进行基因型鉴定，基于聚类分析和群体结构分析，将浙江地方瓠瓜种质划分为两大类群，且发现类群分布主要与地理位置呈显著相关。王莎[7]也相继开展了瓠瓜种质资源遗传多样性和亲缘关系的研究。收集和鉴定地方瓠瓜种质的表型性状，对瓠瓜育种具有重要意义，但目前鲜见瓠瓜遗传多样性分析及综合评价的研究报道。

2017年至2019年，本所种质资源调查队走访了江西省27个市(县、区)，收集地方瓠瓜种质资源101份，并对收集到的地方瓠瓜资源17个表型性状进行种质资源多样性分析，为江西地方古老瓠瓜种质资源的保护与利用、新品种选育等提供新材料。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选取了“第三次全国农作物种质资源普查与收集行动”中新收集到的101份瓠瓜地方资源为研究对象，全国统一编号、种质名称、收集地见表1。

表1 江西瓠瓜种质资源调查信息Table 1 Information of bottle gourd germplasm resources surveyed in Jiangxi

1.2 试验方法

性状调查参照《瓠瓜种质资源描述规范和数据标准》[8]，统计叶形、叶色、结瓜习性、瓜形、瓜皮色、瓜面斑纹、瓜面茸毛、瓜顶形状、肉质、苦味有无、熟性、瓜肉色、瓜长、瓜横径、单瓜重、第一雌花节位等性状。将赋值后的质量性状数据进行标准化处理，不同数字表示性状差异，见表2。

表2 表型性状及代码Table 2 Phenotypic traits and codes

将所有资源分别于2019年和2020年3月中旬种植于南昌市南昌县武阳镇试验基地和宜春高安市江西农科院高安试验基地。随机区组排列，3次重复，株行距为1 m×2 m。每一份瓠瓜种质种植成一个独立小区，每个小区有10株以上的群体。

1.3 数据分析

采用SPSS 16.0软件对各性状数据进行统计、聚类分析和主成分分析，Popgene 1.32(BIO-Dap)软件计算Shannon's多样性指数(H′)，计算公式如下：

H′=-∑Pi×lnPi，

式中，Pi为某个性状第i级变异类型出现的频率[9-11]。

2 结果与分析

2.1 瓠瓜种质资源在江西地区分布

江西省大部分地区老百姓均有喜食瓠瓜并自家留种的习惯，地方资源丰富，在丰城市收集到9份种质，数量最多，其次，铜鼓县8份，永修县、南城县、井冈山市各6份。在海拔12～200 m地区收集到的瓠瓜资源较多，共67份，占总瓠瓜资源的66.34%。

图1 江西瓠瓜种质资源垂直分布情况Fig.1 Vertical distribution of bottle gourd germplasm resources in Jiangxi Province

2.2 瓠瓜种质资源质量性状遗传多样性分析

由表3可知，对12个质量性状进行多样性分析，供试瓠瓜品种各性状间表现出不同程度的多样性。101份瓠瓜资源的叶形多以心脏五角形为主，为69份，占比68.32%。65份瓠瓜以子蔓结瓜为主，占64.36%。瓜形以长圆筒、牛腿形、梨形为主，分别占比22.78%、21.78%、19.8%。浅绿瓜皮为48份，占比47.52%，其次是绿白瓜皮，34份，占比33.67%，其余分别为17份绿色瓜皮，2份深绿色瓜皮瓠瓜资源。70份瓠瓜资源无斑纹，占比69.31%，其余均带有斑纹。瓜面茸毛以密为主，为42份，占比41.58%，其余分别为28份无茸毛，25份稀茸毛，3份中茸毛。50份资源为凹瓜顶，占比49.50%，44份资源为平瓜顶，占比43.56%，7份凸瓜顶，占比6.93%。肉质以紧致为主，占比87.13%，松软占比12.87%。82份瓠瓜资源无苦味，占比81.19%，其余19份微苦，占比18.81%。101份资源以早熟资源为主，占比78.22%，中熟资源15份，占比14.85%，晚熟资源7份，占比6.93%。瓜肉色以白色为主，占比89.11%，绿白色占比9.9%。12个质量性状的多样性指数依次为瓜形>瓜面茸毛>瓜皮色>结瓜习性>瓜顶形状>叶形>熟性>叶色>苦味有无>瓜肉色>肉质>瓜面斑纹。

表3 12个质量性状的遗传多样性分析Table 3 Genetic diversity analysis of twelve quality-related traits

表4 5个数量性状的遗传多样性分析Table 4 Genetic diversity analysis of five quantitative characters

2.3 瓠瓜种质资源数量性状的遗传多样性分析

瓠瓜种质资源数量性状的变异系数范围为21.66%～40.42%，其中首雌花节位变异系数最大，为40.42%，且瓜纵径、瓜横径、单瓜重变异系数均大于30%，具有较大改良潜力。多样性指数范围为1.904～2.004，以第一雌花节位最高，其余依次为单瓜重，瓜纵径，单株瓜数，瓜横径，并且5个性状多样性指数均大于1.5(表4)。

2.4 瓠瓜地方种质资源基于农艺性状的聚类分析

如图2所示，在欧氏距离为14时，101份江西省地方瓠瓜种质资源分为三大类群，各类群的具体数据见表5。类群Ⅰ包括79份种质资源，主要特征为叶片心脏五角、叶色绿、主蔓结瓜、瓜形为牛腿形、梨形，瓜皮色浅绿，无斑纹，瓜面茸毛密，瓜顶形状为凹，肉质紧致，无苦味，瓜肉色为白色，多为早熟，瓜纵径最长(33.94 cm)；类群Ⅱ包括5份资源，其特点为子蔓结瓜、瓜形为近圆形或扁圆形、瓜皮颜色以浅绿色为主，瓜面茸毛密，瓜顶形状平，多为中晚熟品种，白肉，首雌花节位的变异系数最大(55.75%)；类群Ⅲ包括17份资源，其主要特征为子蔓坐果，瓜肉浅绿色，多数资源瓜皮有不规则斑纹，瓜顶性状凹，多为晚熟品种，肉色绿白，单瓜重最轻(0.38 kg)。

2.5 瓠瓜地方种质资源基于农艺性状的主成分分析

为把多指标转换为少数综合指标，并消除性状间的相关性对种质评价产生的影响，特对101份瓠瓜种质资源17个表型性状进行主成分分析，共确定了8个主成分，累积贡献率为69.452%，详见表6。第1主成分的特征值为2.021，贡献率为11.887%，对应的特征性状为瓜横径(0.813)、首雌花节位(0.677)、瓜纵径(0.533)，其特征向量都在0.50以上，说明性状主要与瓠瓜熟性及果实重量有关。第2主成分的特征值为1.822，贡献率为10.719%，主要由瓜面斑纹、结瓜习性、瓜皮色构成，对应的特征向量中以瓜面斑纹最大(0.611)，其次为结瓜习性(0.572)及瓜皮色(0.568)，说明第2主成分主要与果实商品性相关。第3主成分的特征值为1.693，贡献率为9.964%，对应的特征向量中以单瓜重最大(0.590)，说明第3主成分主要是与单株产量相关的性状。

将标准化的17个表型性状数值代入上述8个主成分中，即得主成分因子得分公式[15-16]。

F1=0.572X1+0.476X2+0.374X3-0.183X4-0.226X5+0.01X6-0.99X7-0.200X8-0.165X9+0.012X10-0.060X11-0.149X12-0.247X13+0.129X14+0.031X15-0.057X16+0.191X17

F2=0.140X1+0.160X2+0.167X3+0.453X4+0.424X5+0.421X6-0.348X7+0.067X8-0.172X9-0.253X10+0.229X11+0.002X12+0.026X13-0.147X14-0.063X15+0.114X16-0.231X17

F3=0.149X1+0.216X2+0.239X3-0.206X4+0.165X5-0.357X6+0.152X7+0.453X8+0.433X9-0.275X10+0.127X11-0.108X12+0.211X13-0.114X14+0.071X15+0.286X16-0.109X17

F4=0.118X1+0.09X2-0.007X3+0.082X4-0.002X5+0.164X6-0.131X7+0.183X8+0.124X9-0.076X10-0.468X11+0.463X12+0.400X13+0.356X14-0.253X15+0.067X16+0.289X17

F5=0.006X1-0.149X2+0.348X3-0.096X4-0.139X5+0.273X6-0.286X7-0.115X8+0.163X9+0.308X10-0.045X11+0.236X12-0.008X13-0.299X14+0.372X15+0.331X16+0.368X17

F6=-0.021X1+0.021X2+0.248X3-0.294X4-0.040X5+0.123X6-0.406X7-0.291X8+0.116X9+0.319X10-0.170X11-0.208X12-0.266X13+0.066X14-0.521X15-0.097X16-0.201X17

F7=-0.160X1+0.172X2-0.249X3-0.212X4+0.348X5+0.029X6-0.076X7+0.266X8-0.255X9+0.262X10-0.030X11-0.136X12-0.300X13+0.412X14+0.099X15-0.457X16+0.086X17

F8=0.107X1-0.316X2+0.149X3+0.128X4-0.186X5+0.003X6-0.203X7-0.136X8+0.218X9-0.181X10+0.356X11-0.323X12-0.034X13+0.262X14-0.307X15+0.288X16+0.443X17

表5 瓠瓜种质资源各类群特征Table 5 Characteristics of various groups in bottle gourd germplasm resources

图2 江西瓠瓜资源基于17个性状的聚类分析Fig.2 Cluster analysis of 17 agronomic traits in bottle gourd germplasm resources in Jiangxi

表6 瓠瓜资源主要农艺性状主成分分析Table 6 Principal analysis of main agronomic traits of the bottle gourd germplasm resources

根据F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8数值及各主成分的贡献率权重(0.118、0.107、0.100、0.100、0.095、0.078、0.073、0.060)，由每个种质资源的综合得分公式：F=0.118F1+0.107F2+0.100F3+0.100F4+0.095F5+0.078F6+0.073F7+0.060F8计算F值。以F值大小为依据，对江西省101份瓠瓜种质进行评价，由表7可知，排在前4位的瓠瓜种质资源依次为2018362414(0.8)、2018361464(0.78)、P 341300141(0.69)、P 360983017(0.69)。

2.6 江西瓠瓜优异种质资源筛选

根据综合鉴定得分结果，从101份瓠瓜种质资源中筛选出4份优异资源。宁都瓠瓜(采集编号：2018362414，图3 A)，采集于赣州市宁都县赖村镇莲子村，在当地已有50年的种植历史，其坐果力强，茎蔓生，分枝力强，棒形，绿白皮，无斑纹，商品性美观，口感细嫩。玉山瓠瓜(采集编号：2018361464，图3 B)，采集于上饶市玉山县紫湖镇枫叶村，是一种具有观赏性的地方瓠瓜资源，细腰葫芦，分枝力强，瓜皮绿色，肉质致密，平均单瓜重0.40 kg左右。横水瓠瓜(采集编号：P 341300141，图3 C)，采集于赣州市崇义县横水镇茶滩村，一致性好，棒形，口感微甜，细嫩，深受当地农户喜爱。聂圩葫芦(采集编号：P 360983017，图3 D)，采集于宜春市高安市筠阳街道聂圩村，中晚熟，梨形，有斑纹，瓜纵径38～45 cm，瓜横径33～38 cm，当地农户喜将老瓜做容器使用。

3 讨论

作物种质资源经过数千年的驯化利用，形成了丰富的表型多样性，构成了育种家创制新品种的物质基础[12-13]。遗传多样性指数作为评价种质间性状变异的一个重要指标，可有效说明种质资源的丰富性[14]。近年来，多元统计分析被广泛应用在番茄[15]、板栗[16]、红花[17]、棉花[18]、冬瓜[19]、苋菜[20]等多种类型种质资源分析鉴定中，所筛选出的优异种质大多成为育种家们重点利用的亲本材料[21]。江西省植被种类繁多，地方蔬菜资源丰富，特别是经过长期生产实践，形成了许多特色地方蔬菜[22-23]。本研究对101份瓠瓜地方资源进行遗传多样性分析，发现江西省瓠瓜种质资源的数量性状多样性指数更高，其变幅为1.904～2.004，变异系数范围在21.66%～40.42%之间，且均大于20%。这一结果说明数量性状受多基因控制，不同类型的种质差异较大，与李家明等[24]研究结果较为一致。质量性状以瓜形最高，为1.968，其次为瓜面茸毛、瓜皮色和结果习性，分别为1.234、1.098、1.026，说明地方瓠瓜资源存在广泛的遗传多样性，且在外形性状方面有着巨大的改良潜力，这与李艳伟等[3]研究结论一致。进一步进行聚类分析发现，101份资源可分为三大类，每一类群种质都与其他类群种质有较大区别，育种家可根据不同育种目标选择亲本，其中第Ⅰ类群种质主要为浅绿色牛腿形、梨形瓠瓜资源，口感好，肉质紧致，单瓜重较重，适合作为亲本材料创制新种质，第Ⅱ类群种质以近圆形为主，果实较小，第Ⅲ类群多为细腰葫芦，且有不规则斑纹，可用于瓠瓜果实外形多样性相关研究。主成分分析法可简化筛选步骤，本研究将17个农艺性状简化为8个主成分，累计贡献率为69.45%。本研究以综合评分大小为依据，判别101份瓠瓜种质资源综合性状，结果表明，宁都瓠瓜(2018362414)、玉山瓠瓜(2018361464)、横水瓠瓜(P 341300141)和聂圩葫芦(P 360983017)综合表现最好，可作为亲本育种资源加以利用。