甜瓜种质资源遗传多样性分析与评价

2024-12-31迟翔丹赵艳菲王薇陈莹

中国瓜菜 2024年12期

摘" " 要：为筛选出优质的甜瓜种质资源，对吉林省蔬菜花卉科学研究院现存的65份甜瓜种质资源进行遗传多样性分析与评价，对其果实主要性状进行调查统计、数据分析。通过对果实性状进行遗传分析，发现其变异系数的变化范围为16.62%～59.25%，多样性指数变化范围为4.11～4.38；对甜瓜果实性状进行相关性分析，有22对性状间呈极显著相关，有2对性状间呈显著相关；对甜瓜资源的果实性状进行主成分分析，在累积贡献率为84.19%处，筛选出了5个主成分因子，分别为糖酸因子、质量因子、表型因子、果柄因子、品质因子；对甜瓜果实性状进行聚类分析，在欧式距离12.5处将65份甜瓜种质资源聚为三大类群；通过综合评价得分计算，筛选出了10份果实性状较好的种质资源，分别为卡加里麝香、Q196、拉贾斯坦蜜瓜、FY39、斑比洋香瓜、Q174、Q171、浓郁的甜味132、蜜露、Q163，他们的品质优良、单果质量适中。

关键词：甜瓜；果实；农艺性状；评价

中图分类号：S652 文献标志码：A " "文章编号：1673-2871（2024）12-019-10

收稿日期：2024-07-30；修回日期：2024-11-05

基金项目：吉林省财政专项；吉林省财政厅（20240013）

作者简介：迟翔丹，女，研究实习员，研究方向为甜瓜育种及栽培。E-mail：939375151@qq.com

通信作者：王" " 薇，女，教授，研究方向为瓜类育种及栽培。E-mail：wangwei@jlau.edu.cn

陈" " 莹，女，副研究员，研究方向为甜瓜育种及栽培。E-mail：56429596@qq.com

Analysis and evaluation of genetic diversity of melon germplasm resources

CHI Xiangdan1， ZHAO Yanfei1， WANG Wei2， CHEN Ying1

（1. Jilin Vegetable and Flower Science Research Institute， Changchun 130118， Jilin， China;" 2. College of Horticulture ， Jilin Agricultural University， Changchun 130118， Jilin， China）

Abstract： To screen out high-quality melon germplasm resources， genetic diversity analysis and evaluation were conducted on 65 existing melon germplasm resources at Jilin Vegetable and Flower Science Research Institute. The investigation， statistics， and data analysis were conducted on the main fruit traits. Through genetic analysis of the fruit， it was found that the coefficient of variation ranged from 16.62% to 59.25%， and the diversity index ranged from 4.11 to 4.38. Correlation analysis was conducted on the fruit traits of cantaloupe， with 22 traits showing extremely significant correlation and 2 traits showing significant correlation. Principal component analysis was conducted on the fruit traits of melon resources， and five principal component factors were selected at a cumulative contribution rate of 84.19%， namely sugar acid factor， mass factor， phenotype factor， fruit stem factor， and quality factor. Cluster analysis was conducted on the fruit traits of cantaloupe， and 65 cantaloupes were clustered into three major groups at a Euclidean distance of 12.5. Through comprehensive evaluation score calculation， 10 varieties with good traits were selected， including Kagari Musk， Q196， Rajasthan Honey Melon， FY39， Bambi Western Melon， Q174， Q171， Rich Sweetness 132， Milu， Q163， which had excellent quality and moderate fruit mass.

Key words： Melon; Fruit; Agronomic traits; Evaluate

甜瓜又名香瓜，为葫芦科黄瓜属一年生匍匐或攀援草本植物。林德佩[1]将甜瓜（Cucumis melo）种下划分成两个亚种，即短毛甜瓜亚种（ssp. agrestis）和长毛甜瓜亚种（ssp. melo）。甜瓜含有丰富的营养物质，口感香甜，在水果市场上备受青睐。中国是甜瓜生产大国，2022年甜瓜种植面积增长到38.08万hm2，总产量增长到1 386.5万t[2]。甜瓜作为世界重要的瓜果作物之一，具有栽培周期较短、栽培技术较简单、生产适应性较强、投入产出比较高、增加农民收入效果显著等优点，是一种高效经济的瓜果作物[3]。

种质是决定生物遗传性状并将遗传信息从亲代传递给子代的遗传物质，具有种质并能繁衍的生物体统称为种质资源或遗传资源[4]。目前，我国已建立了种质资源中长期保存体系，在国家西瓜甜瓜中期库保存了约2000份甜瓜种质资源[5]。甜瓜种质资源是科学研究与新品种培育的重要物质基础，在甜瓜生产中起着重要作用。虽然甜瓜已经育成了许多新品种，但由于甜瓜种质遗传背景复杂、种质资源呈现多样性，所以也产生诸多问题。如杂交育种遗传背景狭窄、育成的品种具有地域适应性等[6]。

近两年，农业农村部立足产业需求，确定了首批可利用资源，其中就有甜瓜资源[7]。通过对不同地区甜瓜品种的遗传分析，为甜瓜育种提供了理论支持。通过分析遗传多样性，确定具有优良性状的基因资源，如抗病性、高产、优质等，以助力目标育种。如康利允等[8]探明了不同甜瓜种质资源氮钾双高效遗传差异，筛选出了氮钾双高效种质资源；王禄星等[9]筛选出甜瓜白粉病室内苗期抗性鉴定方法，并在此基础上在宁夏地区对23份甜瓜种质资源进行白粉病抗病性评价。但目前以东北地区甜瓜为栽培背景的研究较少，且同名异物、同物异名现象频发。因此，笔者利用吉林省蔬菜花卉科学研究院现存的65份甜瓜种质资源，对其果实进行主要品质性状的测定，通过对测得的数据进行相关性分析、遗传多样性分析、主成分分析和聚类分析，深入了解甜瓜种质资源果实品质性状之间的关系、遗传多样性情况并进行分类归纳，为甜瓜种质资源的开发利用和品种改良提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料为65份甜瓜种质资源，供试材料编号和名称见表1，供试材料为吉林省蔬菜花卉科学研究院多年来培育自交系、杂交种及引进的外地品种。

1.2 方法

本试验于2022年10月至2024年2月在吉林省长春市吉林省蔬菜花卉科学研究院B3日光温室进行。该温室土壤为壤土，肥力均匀。单行种植，行株距120 cm×40 cm。田间进行统一管理，采用吊蔓栽培，单蔓整枝，瓜前1～2片叶摘心。3月中旬播种育苗，2周后定植，5月7日开始人工授粉，6月中旬采收结束。

1.3 指标测定及分析方法

于甜瓜果实成熟时，每份材料选取3个性状相近的果实，进行3次重复测量。使用游标卡尺、直尺、电子天平等测量果实外在品质性状。果实内在品质性状的测定中，采用手持糖度计测定中心可溶性固形物、边部可溶性固形物含量；采用蒽酮比色法测定果糖、葡萄糖含量；采用碱滴定法测定柠檬酸、苹果酸含量；采用2，6-二氯酚靛酚滴定法测定维生素C含量；采用考马斯亮蓝比色法测定蛋白质含量[10]。

对测得的甜瓜主要农艺性状进行赋值，综合数量性状，在WPS中进行数据统计，在IBM SPSS Statistics 27分析软件中输入赋值和标准化后的数值，进而计算分布频率、最大值、最小值、极差、平均值、标准差和多样性指数H'；变异系数=标准差/平均值；利用皮尔逊相关性分析法，对各性状进行相关性分析；在软件中进行主成分分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 甜瓜种质资源果实品质性状多样性分析

甜瓜果实外在品质性状变异系数见表2，变化范围为16.62%～59.25%，由高到低分别为果柄粗度（59.25%）gt;果柄长度（46.15%）gt;单果质量（37.62%）gt;果脐大小（31.28%），该数据表明，果柄性状遗传变异率较高。其他3个性状变异系数由高到低分别为果实长度（25.19%）＞果肉厚度（20.60%）＞果实宽度（16.62%），果实的长宽变异范围较为狭窄。多样性指数变化范围为4.111～4.383，均值为4.255，多样性指数越高，代表其性状多样性越丰富，差异性显著。多样性指数最高的性状为果肉厚度，达4.383，不同果实果肉厚度均有差异性；其次为果脐大小（4.361）、果柄粗度（4.344），多样性指数最高的3个性状分布于甜瓜果实的不同部位，反映不同位置的多样性丰富度均有不同；排名第四的为果实宽度（4.212），果实长度（4.186）和果柄长度（4.185）多样性指数接近；多样性指数最低的为单果质量，仅有4.111。

甜瓜内在品质是综合评价的基础。对65份甜瓜种质资源内在品质进行多样性分析，结果如表3所示。变异系数变化范围为17.49%～43.89%，平均值29.17%。变异系数最高的是维生素C含量（43.89%）；其次是苹果酸含量（43.29%），变异程度仅低于维生素C含量；蛋白质含量是体现果实品质的重要指标，其变异系数为30.81%；变异系数较低的分别是中心可溶性固形物含量（17.49%）、果糖含量（21.33%）、边部可溶性固形物含量（24.23%）、葡萄糖含量（26.05%），反映出果实甜度能够稳定遗传，有助于筛选出优质品种。多样性指数变化范围为4.094～7.034，均值为4.917，仅有2个品质性状超过平均值，分别是柠檬酸含量（7.034）和苹果酸含量（6.736），两种酸含量的多样性较为丰富；其次是蛋白质含量（4.525）；四种糖含量多样性指数由高到低为葡萄糖含量（4.344）、果糖含量（4.207）、边部可溶性固形物含量（4.202）、中心可溶性固形物含量（4.197）；多样性指数最低的是维生素C含量，仅有4.094。

2.2 甜瓜种质资源果实品质性状相关性分析

由表4可知，果实长度与单果质量（0.611）、果实宽度与单果质量（0.631）、果实宽度与果实长度（0.460）、果肉厚度与单果质量（0.757）、果肉厚度与果实长度（0.534）、果肉厚度与果实宽度（0.682）均呈极显著正相关，反映出果实长宽数值越大，果肉厚度数值越大，反之相同。果柄粗度与果实宽度（0.373）呈极显著正相关，与单果质量（0.272）呈显著正相关。

由表5可知，边部可溶性固形物含量与中心可溶性固形物含量（0.970）呈极显著正相关；果糖含量与中心可溶性固形物含量（0.954）、边部可溶性固形物含量（0.965）均呈极显著正相关；葡萄糖含量与中心可溶性固形物含量（0.960）、边部可溶性固形物含量（0.974）、果糖含量（0.995）均呈极显著正相关，反映出果实内不同组分糖含量之间的关联是非常明显的；柠檬酸含量与中心可溶性固形物含量（-0.942）、边部可溶性固形物含量（-0.951）、果糖含量（-0.985）、葡萄糖含量（-0.983）呈极显著负相关；苹果酸与各组分糖含量也呈极显著负相关，即柠檬酸、苹果酸含量越高，各组分糖含量越低；且柠檬酸含量与苹果酸含量（0.983）呈极显著正相关。

2.3 甜瓜果实品质性状指标的主成分分析

对65份甜瓜种质资源的15个果实性状进行主成分分析，由图1可知，碎石图的纵坐标为特征值，前5个主成分特征值大于1。碎石图曲线的陡峭程度，可以直接反映各成分的变化趋势，进而明确主成分的提取数量[11]。

对数据进行标准化处理后（见表6～7），以特征值大于1.0为标准提取主成分[12]，得到5个主成分，累积贡献率高达84.191%，具有一定的代表性，包含了甜瓜果实品质性状的大部分信息。

由表6～7可知，第1主成分特征值为6.160，累积贡献率为41.065%，对其作用的特征向量为正，由高到低分别为葡萄糖含量（0.981）、果糖含量（0.978）、边部可溶性固形物含量（0.978）、中心可溶性固形物含量（0.975）；特征向量为负的有柠檬酸含量（-0.967）、苹果酸含量（-0.952），第1主成分主要与果实内在糖酸含量有关，因此可以定性为糖酸因子。第2主成分特征值为2.948，累积贡献率为60.717%，对应的特征向量中，单果质量、果肉厚度、果实长度、果实宽度较大，第2主成分主要与果实质量有关，定性为质量因子。第3主成分特征值为1.392，累积贡献率为69.999%，特征向量为正的是果脐大小（0.640）、果柄粗度（0.531），第3主成分主要与表型性状有关，定性为表型因子。第4主成分特征向值为1.122，累积贡献率为77.476%，对其有影响的特征向量为果柄长度（0.807），定性为果柄因子。第5主成分特征值为1.007，累积贡献率达84.191%，有影响的特征向量为维生素C含量（0.846），可定性为品质因子。

2.4 甜瓜果实内在品质性状的聚类分析

由图2可知，在遗传距离为12.5处，将65份甜瓜资源聚为三大类。类群I共23份种质；类群II共13份种质；类群III共29份种质。

以上三大类群的8个内在品质性状均值见表8。3个类群中，类群I中心可溶性固形物含量和维生素C含量的平均值都是最高的，但是类群I中的维生素C含量（25.51）平均值远高于类群II、III；类群II中的边部可溶性固形物含量（10.09）和果糖含量（10.11）较其他两个类群含量更高；类群III中的柠檬酸（0.16）和苹果酸含量（0.17）均值最低。

表8 三大类群甜瓜果实内在品质平均值

Table 8" " The average intrinsic quality of melon fruits in three major groups

[性状

Character 类群I

平均值

Average of

group 1 类群II

平均值

Average of

group 2 类群III

平均值

Average

of group 3 w（中心可溶性固形物）

Central soluble solids content/% 12.92 14.62 12.36 w（边部可溶性固形物）

Edge soluble solids content/% 8.55 10.09 8.34 w（果糖）

Fructose content/% 8.71 10.11 8.47 w（葡萄糖）

Glucose content/% 2.57 2.58 2.45 w（维生素C）

Vitamin C content/% 25.51 19.85 18.98 w（蛋白质）

Protein content/% 1.28 1.20 1.20 w（柠檬酸）

Citric acid content/% 0.17 0.18 0.16 w（苹果酸）

Malic acid content/% 0.19 0.20 0.17 ]

2.5 65份甜瓜种质资源的综合评价

果实品质是引种、选育及加工利用的关键因素，其综合品质是多个品质指标共同作用的结果[13]。根据主成分分析结果，通过选定的5个主成分的得分系数，对65份甜瓜种质资源进行综合评价。将15个果实性状标准化数值代入这5个主成分中，得到每个品种的综合得分。根据5个主成分的合计初始特征值和各自组成系数，计算出综合得分线性方程为：F=0.410 65y1+0.196 52y2+0.092 82y3+0.074 77y4+0.067 14y5。

最终计算65份甜瓜种质资源综合得分的排名见表9。综合得分变化范围在-1.71～1.72，F值越高说明甜瓜资源表现越好。共有10份资源综合得分大于1，说明这10份资源具有优良性状，分别是卡加里麝香、Q196、拉贾斯坦蜜瓜、FY39、斑比洋香瓜、Q174、Q171、浓郁的甜味132、蜜露、Q163，品质优良、单果质量适中；有35份资源得分小于0，说明这些种质资源品质相对较差，参考价值较低。

3 讨论与结论

对物种遗传多样性进行研究，能够为植物分类、育种奠定一定的基础[14]。本研究结果表明，甜瓜种质资源的多样性较为丰富。从果实外在品质来看，果柄、单果质量、果实长度变异系数较高，这与朱彩华等[15]的研究结果一致；从果实内在品质来看，甜瓜苹果酸含量的遗传系数和多样性指数均较高，遗传范围广，这与黄松等[16]的结果相同。

研究各性状间的相关关系，可以有效地提高良种选育效率并使重要的性状得到改良[17]。通过对65份甜瓜资源各性状之间的相关性进行分析，从甜瓜果实外在品质来看，果实长宽与单果质量呈极显著正相关，即果实越长、越宽，单果质量越大；从甜瓜果实内在品质来看，果实内不同糖含量间呈极显著正相关，与果实内柠檬酸含量、苹果酸含量呈极显著负相关，即糖分含量越高，酸含量越低。

用主成分分析来筛选资源，这样筛选出来的资源不是某单一性状突出，而是相关性状综合优质，在育种上更有意义[13]。对65份甜瓜资源的果实性状进行主成分分析后，简化为5个主成分，累积贡献率高达84.191%。第1主成分为糖酸因子，第2主成分为质量因子，第3主成分为表型因子，第4主成分为果柄因子，第5主成分为品质因子。

聚类分析是数理统计中研究“物以类聚”的一种方法[18]，该综合评价方法已用于分析辣椒[19]、高抗晚疫马铃薯[20]、豇豆[21]、酿酒葡萄[22]等。对65份甜瓜资源的15个性状进行聚类分析，在欧式距离12.5处将试材分为三大类群。第I类群包含23份资源，这类甜瓜资源维生素C含量较高；第II类群共13份资源，是资源份数最少的，此类甜瓜资源中心可溶性固形物和边部可溶性固形物含量较高，具有食用价值。第III类群包含29份资源，是三大类群中资源份数最多的，含酸量较低。

通过对65份甜瓜资源果实品质性状的主成分分析，根据5个主成分的合计初始特征值和各自组成系数，计算出综合得分。共有10份资源综合得分大于1，说明这10份资源具有优良性状，糖度较高、单果质量适中、品质良好；有35份资源得分小于0，这些种质资源品质相对较差，参考价值较低。

综上所述，通过对甜瓜果实的综合评价，发现这65份资源遗传范围较广、多样性丰富，不同性状间存在显著相关性，并筛选出了10份具有栽培价值、能够促进种质创新的资源。将来可以进一步扩大样本数量，选择跨地区和生长环境差异较大的资源，挖掘独特优良基因，并根据育种目标配制杂交组合、进行纯化，进一步丰富种质资源库。

参考文献

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