甜瓜種質(zhì)資源主要性狀的多變量分析

甜瓜種質(zhì)資源主要性狀的多變量分析

cucumismelo。l是葫蘆島科的一種高度形態(tài)多樣性的物種。在生長、外觀、品質(zhì)、口感、營養(yǎng)成分、抗性等方面存在著很大的變化。這種多態(tài)性產(chǎn)生了許多不同的變體和類型。最早對甜瓜進(jìn)行系統(tǒng)分類的是1895年法國的Naudin,根據(jù)相互雜交的親和性將甜瓜分為10個類型(相當(dāng)于現(xiàn)在植物分類學(xué)的變種),但目前使用較多的分類可能是2000年P(guān)itrat提出來的,將C.melo分為2個亞種16類型。我國栽培甜瓜主要分為薄皮甜瓜和厚皮甜瓜2大類。有學(xué)者認(rèn)為,厚皮與薄皮兩類甜瓜同源性極強(qiáng),其差異為不同生態(tài)型變種間的差異,分為2個亞種是不合理的。甜瓜生產(chǎn)栽培品種多屬于變種cantalupensis、reticulatus、inodorus和makuwa或chinensis。在過去的幾十年里,一方面是甜瓜各種類型之間的雜交育種及新品種推廣等因素,使新的品種不斷增加,也越來越難以對栽培品種及育種材料進(jìn)行明確分類;另一方面,和許多果蔬作物一樣,由于地方生態(tài)類型和傳統(tǒng)地方品種不斷被雜種一代所代替,以及重要基因資源保護(hù)的缺失,種內(nèi)遺傳多樣性減少,使種質(zhì)資源遺傳背景愈加狹窄。對育種材料多樣性的評價和鑒定是開展育種研究的重要步驟。雖然分子標(biāo)記是一種有效的研究植物資源特征性的方法,但是通過農(nóng)藝學(xué)性狀的多變量分析方法,可以使育種家能夠更直接地鑒定和選擇有價值的育種資源。本研究將該方法用于370份現(xiàn)代甜瓜育種資源的研究中,鑒定不同變種或類型甜瓜的特征及主要農(nóng)藝性狀的變異性。1材料和方法1.1大、面臨的生物學(xué)性狀本試驗所用材料系課題組多年從國內(nèi)外收集和選育所得,包括5個變種,共370份育種材料,其中部分材料屬于不同亞種間雜交選育的高代品系,難以進(jìn)行明確的分類(表1)。調(diào)查了包括植株、花性型和果實等方面的24個生物學(xué)性狀,其中數(shù)量性狀13個,質(zhì)量性狀11個(表2)。試驗于2009年3-7月在天津市西青區(qū)辛口實驗基地溫室大棚中進(jìn)行。3月6日播種,4月14日移栽至大棚,每個品系種植10株。單蔓整枝,高畦吊蔓栽培,采用人工授粉,厚皮甜瓜每株留1個瓜,薄皮甜瓜每株留瓜2~4個,整個生育期內(nèi)的栽培管理同常規(guī)生產(chǎn)。果實達(dá)到生理成熟期進(jìn)行采收,測定并記錄數(shù)量性狀,質(zhì)量性狀的記錄和轉(zhuǎn)化參照UPOV(TheInternationalUnionfortheProtectionofNewVarietiesofPlants)。1.2數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和分析方法分別計算9個類型甜瓜材料數(shù)量性狀的平均值,所有原始數(shù)據(jù)通過Zscores方法,轉(zhuǎn)化為均值為0、方差為1的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值,用SPSS17.0軟件對370份育種資源的24個性狀進(jìn)行聚類分析和主成分分析。2結(jié)果與分析2.1果實大小及生長和發(fā)育通過370份育種資源材料的聚類分析,根據(jù)性狀相關(guān)性緊密程度可將24個性狀分成5個聚類——聚類Ⅰ~Ⅴ,如圖1所示。聚類Ⅰ主要包括表現(xiàn)果實大小、種子大小、植株生長期和果實發(fā)育期的性狀。聚類Ⅰ中千粒質(zhì)量、種子長度和種子寬度三者呈高度極顯著正相關(guān)(r=0.863**~0.936**);果實橫徑、果肉厚度和單果質(zhì)量三者相關(guān)性亦達(dá)到極顯著水平(r=0.811**~0.853**);反映種子大小和果實大小的性狀同屬于聚類Ⅰ,說明果實大小與種子大小變化趨勢一致,二者間r=0.577**~0.759**。果實發(fā)育期、植株生長期與單果質(zhì)量及千粒質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)(r=0.517**~0.825**),可以解釋為薄皮甜瓜比厚皮甜瓜早熟。聚類Ⅱ主要包括控制果實表皮性狀的網(wǎng)紋、棱溝和果皮色以及控制成熟的果肉顏色、脫落和黃化性狀。其中,果實的脫落與黃化性狀呈極顯著相關(guān),相關(guān)系數(shù)r=0.672**,它們是判斷Americancantaloupe和Europeancantaloupe類型甜瓜成熟與否的重要指標(biāo)。聚類Ⅲ包括種皮顏色、花性型和可溶性固形物含量3個性狀,但三者間相關(guān)性很小(r=0.187~0.242)。由于遺傳基礎(chǔ)的不同,進(jìn)化與選擇的結(jié)果,甜瓜具有豐富的性型表現(xiàn),值得一提的是本研究中的雌雄異花同株植株可以省略雜交時的去雄工序,提高雜交率,而且避免了人工去雄損傷雌蕊,造成授粉不良及坐果率下降的問題。聚類Ⅳ包括果肉質(zhì)地性狀,甜瓜果肉質(zhì)地有硬、脆、酥、軟、多汁和面(粉質(zhì))等多種表現(xiàn)型。而聚類Ⅴ主要指果形指數(shù)。2.2不同品種甜瓜發(fā)育性狀所調(diào)查的農(nóng)藝性狀在9個類型370份甜瓜材料中表現(xiàn)出很大的變異性(表3)。在9個類型中,Casaba和Hamimelon的植株生長期(分別為128d和126d)和果實發(fā)育期(分別為47d和45d)最長;HoneyDew、Muskmelon、Europeancantaloupe和Americancantaloupe這4個類型的植株生長期和果實發(fā)育期非常相近,分別為122~123d和39~42d;薄皮甜瓜類型的3個變種conomon、chinensis和agrestis的植株生長期及果實發(fā)育期明顯短于厚皮甜瓜類型,分別為114~116d和28~30d。果實發(fā)育期性狀變異很大,從chinensis的最短22d到Casaba中的最長53d,相差31d,為不同熟性的育種提供了豐富的資源。在性狀聚類分析結(jié)果中,同在聚類Ⅰ的種子大小(種子長度、種子寬度、種子厚度和千粒質(zhì)量)和果實大小(果實縱徑、果實橫徑、果肉厚度和單果質(zhì)量)性狀表現(xiàn)出與植株生長期和果實發(fā)育期相同的趨勢,Hamimelon和Casaba類型的平均單果質(zhì)量分別為1969g和1531g,平均千粒質(zhì)量分別為43.2g和50.6g,遠(yuǎn)高于其他類型;HoneyDew、Muskmelon、Europeancantaloupe和Americancantaloupe這4個類型表現(xiàn)相近,平均單果質(zhì)量為1059~1347g,千粒質(zhì)量為28.6~35.6g;而薄皮甜瓜3個亞種表現(xiàn)出較大的差異,平均單果質(zhì)量為185~711g,千粒質(zhì)量為12.6~16.4g。值得注意的是,在370份育種資源中,種子千粒質(zhì)量表現(xiàn)出極大的變異性,從最小的6.5g到最大的62.7g?？扇苄怨绦挝锖渴窃u價甜瓜品質(zhì)的重要指標(biāo)之一,在本研究所用的材料中,除了conomon和agrestis變種的可溶性固形物含量顯著較低外(分別為6.9%和5.8%),其他類型的可溶性固形物平均含量均在10%以上,最高的為HoneyDew(13.1%),chinensis、Hamimelon、Casaba和Muskmelon類型中也有不少高可溶性固形物含量的材料,都可以作為甜瓜品質(zhì)育種的重要來源。甜瓜種質(zhì)資源遺傳多樣性表現(xiàn)最為豐富的器官甜瓜果實,370份甜瓜材料不僅在果皮顏色、果皮斑紋、皺皮與否、有無棱溝和網(wǎng)紋等外觀性狀上表現(xiàn)出很大的變異性,而且在果肉色、口感、質(zhì)地、香氣及成熟類型等方面差異也很大。2.3ssrpcr通過主成分分析法作因子提取,方差極大值法旋轉(zhuǎn),得到6個特征值大于1的綜合性狀,選前3個主成分——PC1,PC2和PC3作主成分散點圖,其累計貢獻(xiàn)率為50.2%。根據(jù)因子載荷判斷(表4),PC1的貢獻(xiàn)率最高,達(dá)33%,主要與反映果實大小(單果質(zhì)量、果實橫徑和果肉厚度)、種子大小(種子長度、種子寬度和種子厚度)及果實發(fā)育期的性狀相關(guān),因此可以將PC1概括為果實大小因子,通過PC1將生態(tài)學(xué)上的2個類型——薄皮甜瓜和厚皮甜瓜明顯區(qū)分開來。果實較小的類型,如薄皮甜瓜變種chinensis、conomon和agrestis的材料位于X軸左側(cè)(圖2-A,Ⅰ),它們親緣關(guān)系較近,混合分布在一起,其共同特點是果實發(fā)育期短,成熟早,果小,果肉薄,種子小,不耐貯運(yùn),單株可以坐多個果實等。在本研究中,雌雄異花同株多來自chinensis變種,位于X軸右側(cè)。厚皮甜瓜類型如Hamimelon、Casaba、HoneyDew、Europeancantaloupe、AmericanCantaloupe和MuskmelonCantaloape位于X軸右側(cè)(圖2-A,Ⅱ),它們果實較大,果肉厚度均在3.5cm以上,可溶性固形物含量較高,果實發(fā)育期長,尤其是Casaba和Hamimelon,屬于晚熟甜瓜類型,果皮硬,肉質(zhì)較硬或脆酥,非常耐貯運(yùn),這類材料多適用于選育長貨架期的品種。PC2主要與成熟時的果實脫落和果皮黃化性狀有關(guān),其因子載荷遠(yuǎn)大于其他性狀,分別為0.449和0.441,另外PC2也和果皮性狀(網(wǎng)紋和棱溝)、種皮色及花性型有關(guān),因此可以將PC2概括為成熟因子,用于判斷是否具有呼吸躍變現(xiàn)象。不具備脫落、黃化等性狀,貨架期較長的類型如Muskmelon、Casaba和Hamimelon位于Y軸下方(圖2-A);而大部分AmericanCantaloupe類型及部分EuropeanCantaloupe類型的材料,在成熟時果實脫落,果皮迅速黃化,香氣濃郁,貨架期較短,分布于Y軸上方(圖2-A,Ⅲ),其果肉普遍為橘色,果肉較軟,表現(xiàn)出典型的呼吸躍變現(xiàn)象。與PC1和PC2相比,PC3的貢獻(xiàn)率僅有7.1%,它與多個性狀相關(guān),特別是果實質(zhì)地、果肉顏色、果皮顏色、果實網(wǎng)紋和果皮花紋等性狀。表皮具有花斑、口感酥脆的Hamimelon位于Y軸上方(圖2-B,Ⅳ),表面皺皮、果肉較硬的Casaba位于Y軸下方(圖2-B,Ⅴ)。其他類型均勻分布于Y軸兩側(cè),說明果肉質(zhì)地、果肉顏色、果皮顏色和果皮網(wǎng)紋等性狀在不同類型中變異較大,是具有高度多樣性的性狀,這種多樣性為不同類型的品種選育提供了豐富的來源,同時也說明隨著現(xiàn)代甜瓜育種的不斷發(fā)展,各地種質(zhì)資源相互雜交,培育的新品種同時具備了不同變種或類型的復(fù)合性狀,對新品種的分類更加模糊。對未定類型的分布觀察發(fā)現(xiàn),它們大部分分布于厚皮甜瓜區(qū)域,與栽培類型HoneyDew、Americancantaloupe、EuropeanCantaloupe和Muskmelon等類型存在廣泛交叉重疊,說明未定類型多來源于這幾個類型間的雜交后代,具備了不同變種多個優(yōu)良性狀,難于對其進(jìn)行準(zhǔn)確分類。3甜瓜育種材料的多樣性本研究對370份甜瓜種質(zhì)資源進(jìn)行多變量分析發(fā)現(xiàn),雖然聚類分析和因子分析所用的計算方法不同(前者根據(jù)Pearson系數(shù),后者采用主成分分析方法),但得到的聚類與主成分比較一致。聚類分析中的相關(guān)系數(shù)大小用于說明各性狀相關(guān)性程度,從而提取少數(shù)具有代表性的性狀,達(dá)到減少調(diào)查量的目的。本研究中第一主成分(PC1)主要與果實發(fā)育期、果實大小及種子大小性狀緊密相關(guān),這些性狀對甜瓜的分類起了重要作用,與前人的研究結(jié)果一致。尤其是種子性狀表現(xiàn)出與果實性狀(尤其是果實大小)的極顯著相關(guān)水平,且在不同甜瓜類型間存在高度多樣性,對區(qū)分不同變種或類型具有指導(dǎo)意義。世界范圍內(nèi)生產(chǎn)上的栽培甜瓜多為cantalupensis、reticulatus、inodorus和makuwa(或chinensis)類型,長期的甜瓜育種也多在這些類型間進(jìn)行雜交選育,導(dǎo)致了現(xiàn)有育種資源中cantalupensis、reticulatus和inodorus這幾個變種在散點圖上的分布部分交叉重疊,許多未能明確分類的育種資源材料也分散在其中。本研究中HoneyDew類型育種材料在主成分散點圖中的分布廣泛,與多種類型甜瓜交叉重疊,其果形、表皮性狀、果肉顏色、果肉質(zhì)地均呈現(xiàn)出多樣性,可能與部分育種材料來自于HoneyDew與薄皮類型甜瓜的雜交后代,經(jīng)多代選擇獲得有關(guān)。日本的網(wǎng)紋甜瓜(Muskmelon)多引種自歐美國家,選于reticulatu