甜瓜種質(zhì)資源的形態(tài)學分類及品種分類研究

甜瓜種質(zhì)資源的形態(tài)學分類及品種分類研究

以植物形態(tài)特征、生物學特征和果實性狀為明顯區(qū)分的甜瓜屬、香瓜、蛇南瓜、薄皮南瓜和厚皮瓜果。我國甜瓜種質(zhì)資源分為:野生甜瓜、薄皮甜瓜、厚皮甜瓜3類,我國栽培甜瓜分為薄皮甜瓜和厚皮甜瓜2大類,這2類甜瓜有著顯著的區(qū)別,不同類別與不同的適宜栽培區(qū)域相對應,不能任意跨區(qū)栽培。近年來在我國發(fā)展迅速的甜瓜新品種如玉金香、中甜一號等,其栽培特性、商品特性介于薄皮甜瓜和厚皮甜瓜之間,由于果皮不可食用,一般稱之為厚皮甜瓜,但它們可以在我國東部地區(qū)栽培的特性又與傳統(tǒng)厚皮甜瓜截然不同,因此目前生產(chǎn)中甜瓜品種的分類比較混亂,再加上甜瓜本身類型非常豐富,多年來各國育種者利用各種類型之間雜交育種,使新的類型不斷增加,因此很難對栽培品種及育種材料進行分類及明確它們之間的親緣關(guān)系,也就是說對雜交組合或育種材料的栽培適宜區(qū)域不明確,如要將每個育種材料或組合都在不同地區(qū)進行田間鑒定,則因數(shù)量太多不現(xiàn)實,所以有必要研究這些選育的新品種的分類及其親緣關(guān)系,進而預測其生態(tài)適應性,更快更好地指導育種、生產(chǎn)。分子標記已經(jīng)成為分子水平的種質(zhì)親緣關(guān)系鑒定及檢測種質(zhì)資源多樣性的有效工具,前人利用RAPD技術(shù)對中國兜蘭屬、美人蕉、百合、栽培羅漢果、馬鈴薯等進行了遺傳多樣性和親源關(guān)系的研究,后發(fā)展起來的AFLP技術(shù)則因一次實驗中同時可以觀測到大量限制性片段的優(yōu)點,在黃瓜、蓮藕、云南野生蘭屬、蘋果、香牙蕉、花椰菜類、水稻、哈密瓜、甜菜、玉米等的親緣關(guān)系及遺傳多樣性研究上得到了更廣泛的應用。分子標記在甜瓜上的應用最早見于Neuhausen利用RFLP技術(shù)進行了甜瓜種的遺傳多樣性研究,在分子水平對44份材料進行分類,但在Muskmelon(粗皮甜瓜)與honeydew(卡沙巴甜瓜)2個類型內(nèi)的多態(tài)性分子標記較少。許亮利用RAPD技術(shù)進行了甜瓜的起源和分類研究,認為厚皮與薄皮甜瓜在DNA水平上存在較大的差異,同時分子標記的結(jié)果也支持了網(wǎng)紋甜瓜可單獨劃分為厚皮甜瓜的一個變種的結(jié)論。劉萬勃等用ISSR和RAPD2種分子標記技術(shù)對37份甜瓜種質(zhì)進行了遺傳多樣性的研究:RAPD10個引物共擴增出多態(tài)性帶106條,多態(tài)性條帶比率為58.62%,平均相似系數(shù)為0.754;ISSR引物共擴增出多態(tài)性帶73條,多態(tài)性條帶比率為65.51,平均相似系數(shù)為0.687,供試材料分為2大類群:野生甜瓜和栽培甜瓜;栽培甜瓜又分為厚皮甜瓜和薄皮甜瓜2大亞群,各野生甜瓜種質(zhì)之間的遺傳距離較遠。金基石用RAPD對22份薄皮甜瓜種質(zhì)進行了遺傳多樣性的研究:按遺傳相似度0.865為閥值,可將實驗材料按照皮色分為6大類;按遺傳相似度0.84為閾值,供試品種分為中國品種(來自東北地區(qū))和2類日本品種。樂錦華等利用20個隨機引物對厚皮甜瓜8個親本與4個雜交種進行了雜交種分析,結(jié)果表明,可以利用RAPD標記在DNA水平上進行厚皮甜瓜親緣關(guān)系的鑒定。美國Staub等利用分子標記評價甜瓜種質(zhì)并對遺傳親緣關(guān)系進行了聚類分析,試材分別屬于粗皮甜瓜、冬甜瓜、蛇形甜瓜和菜瓜(屬于薄皮甜瓜)等園藝類型的46份甜瓜種質(zhì),使用57個隨機擴增多態(tài)DNA(RAPD)引物所確定的118個標記位點,建立了瓜類種質(zhì)標準化分子標記調(diào)查方法。前人對甜瓜資源的研究多注重于資源的分類,對于育種資源的遺傳多樣性和親源關(guān)系,無論是運用形態(tài)學或分子生物學手段,都未見有研究報道。我們對甜瓜育種資源及品種進行分類和親緣關(guān)系的研究,為確定甜瓜育種資源的親緣關(guān)系和育種提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1厚皮甜瓜品種選取在生產(chǎn)中有代表性的材料31份(見表1),包括在我國南北各地種植面積較廣的白啄瓜、廣州蜜、甜寶(引自日本)等薄皮甜瓜;我國東部地區(qū)保護設(shè)施栽培的一品紅、雪紅等厚皮甜瓜及其親本;我國東部地區(qū)保護設(shè)施及露地栽培兼用的品種中甜一號、翠玉等(以上2類甜瓜是薄皮和厚皮的雜交后代,因果皮不能食用,暫且歸為厚皮甜瓜);我國西部地區(qū)種植的不同類型的傳統(tǒng)厚皮甜瓜;美國、法國、西班牙及烏克蘭的栽培品種;同時還選擇了野生甜瓜馬包作為栽培品種的參照。1.2方法1.2.1數(shù)據(jù)分析方法在甜瓜生長期,隨機調(diào)查10株甜瓜的性狀,觀察記載按西瓜甜瓜調(diào)查項目和方法的標準進行,觀察記載的性狀有子葉縱徑、下胚軸粗度、蔓粗、節(jié)間、坐果習性、果形、皮色、果面、肉色、果皮不可食部份、單瓜質(zhì)量、果肉厚度、種子縱徑、千粒質(zhì)量、中心糖含量、全生育期、氣候適應性。用SPSS10.0軟件進行數(shù)據(jù)分析。對一些原始數(shù)據(jù)賦值后生成原始數(shù)據(jù)庫。得到所有的原始數(shù)據(jù)后,由于各個性狀所使用的單位不同,故對其進行無量綱化,采用數(shù)據(jù)標準差標準化變化,在SPSS內(nèi)按Zscores方法將各變量值減去均值后除以標準差進行。用SPSS10.0程序計算種質(zhì)間的平方歐氏距離,用分層聚類程序中的離差平方和法(Word法)進行聚類分析,通過Polts生成樹狀聚類圖。1.2.2aflp標記顯帶采用CTAB法提取甜瓜DNA。AFLP擴增按照鼎國生物技術(shù)有限責任公司提供的試劑盒中的程序,主要包括模板DNA的制備,酶切片段擴增以及凝膠電泳分析。由于70~400bp的帶具有很好的帶型和重復性,因此本實驗統(tǒng)計70~400bp的帶。AFLP標記顯帶的記錄方法為:針對某一條帶,“有”記作“1”,“無”記作“0”,生成“0”和“1”組成的原始矩陣。種質(zhì)間的相似系數(shù),采用NTSYS-pc(Ver-sion2.1)軟件處理,計算樣品間的遺傳相似性采用Jaccard’s相似系數(shù)分析方法進行,得到相似性系數(shù)矩陣,以除權(quán)配對法(UPGMA)進行SAHN聚類分析。并通過Treeplot模塊生成聚類圖。2結(jié)果與分析2.1基礎(chǔ)譜圖熱圖2根據(jù)形態(tài)學標記所獲得的樹狀聚類圖見圖1,在歐氏距離為25處,31份甜瓜栽培品種被分為2組:即厚皮甜瓜與薄皮甜瓜;厚皮甜瓜又可分為網(wǎng)紋甜瓜、早熟厚皮甜瓜(包括薄皮甜瓜和厚皮甜瓜雜交而成的大部分品種)、晚熟厚皮甜瓜3個亞組。薄皮甜瓜分為傳統(tǒng)薄皮甜瓜、部分薄皮甜瓜和厚皮甜瓜雜交而成(中甜一號、中甜一號父本)的新品種。第1組厚皮甜瓜:法MEL01F、法MEL03F、Perlicaf、Honeyloupe、PMR45、紅心脆、炮臺紅、早皇后、伽師瓜、西SFM007、一品紅、一品紅母本、高普聯(lián)卡、拉達、西SFM006、翠玉、雪紅、雪紅母本、白皮脆、一品紅父本。這一組在我國甜瓜栽培品種傳統(tǒng)分類中都屬于厚皮甜瓜,具有“皮厚不可食”的特點,抗病、耐濕性較差,在我國東部較濕潤地區(qū)露地栽培不易成功。第2組薄皮甜瓜:白啄瓜、E28、甜寶、青州銀瓜、E18、廣州蜜、E27、中甜一號母本、中甜一號、馬包、中甜一號父本。這組甜瓜除了中甜一號、中甜一號父本外具有“皮薄可食”的薄皮甜瓜特性,適應性廣,可在我國各地露地種植。以上形態(tài)學標記對厚皮甜瓜聚類分析的結(jié)果,將傳統(tǒng)的按照“有無網(wǎng)紋”、“熟性”2種分類方法結(jié)合起來了,首先按照“有無網(wǎng)紋”將網(wǎng)紋甜瓜分類,接著按照“熟性”將早熟、晚熟品種分類,并將我國東部地區(qū)借助保護設(shè)施可栽培的部分新品種分在“早熟”亞組內(nèi);對薄皮甜瓜聚類分析的結(jié)果是:傳統(tǒng)薄皮甜瓜“根據(jù)皮色”來細分,部分選育的新品種單獨分成一類。形態(tài)學標記的結(jié)果基本符合目前我國栽培甜瓜的分類,對引種栽培具有指導意義。但由于形態(tài)標記數(shù)量有限,沒有體現(xiàn)選育的新品種與傳統(tǒng)薄皮甜瓜及厚皮甜瓜的差異,如果增加標記數(shù)量、安排多年、多點試驗將更有助于指導甜瓜資源在育種中的利用。2.2共同特點1.731份甜瓜栽培品種的AFLP擴增結(jié)果(圖2),6對引物共擴增產(chǎn)生524條擴增帶,其中多態(tài)性條帶398條,多態(tài)性帶的比率為76%,平均每對引物產(chǎn)生87.3條帶和76條多態(tài)性帶,各引物擴增出的多態(tài)性帶從43到87不等(表2)。試驗結(jié)果表明:31份甜瓜栽培品種分為3類薄皮甜瓜(根據(jù)不同的生態(tài)區(qū)域劃分為不同的類別)和厚皮甜瓜、網(wǎng)紋甜瓜共5類,聚類結(jié)果見圖3。根據(jù)6對多態(tài)性引物的擴增結(jié)果,經(jīng)聚類分析,31份甜瓜栽培品種的Jacard相似系數(shù)范圍在0.50~0.77,在相似系數(shù)0.65附近,31份甜瓜栽培資源被分為了5大組:在相似系數(shù)0.69附近長江中下游的薄皮甜瓜被聚在一起,在相似系數(shù)0.65附近與厚皮甜瓜聚在一起,在相似系數(shù)0.64附近再與華南薄皮甜瓜聚在一起,在相似系數(shù)0.61附近再與東北薄皮甜瓜類群聚在一起,最后在相似系數(shù)0.56附近與網(wǎng)紋甜瓜聚在一起。第1組:甜寶(C1)、E27(C5)、青州銀瓜(C7)、中甜一號母本(C16)、白啄瓜(C2)、馬包(C8)。具有的共同特點是均是薄皮甜瓜,屬于長江中下游薄皮甜瓜類群。而甜寶來自于日本中部本州島,可能與我國長江中下游栽培區(qū)的甜瓜有比較近的親緣關(guān)系。第2組:這一組內(nèi)在相似系數(shù)0.70又可分為4個亞組:第1亞組包括雪紅(C11)與雪紅父本(C14)、西班牙的2個品種(C23、C24)、白皮脆(C26)以及Honeyloupe(C20)、紅心脆(C25)、法MEL01F(C30)、高普聯(lián)卡(C21)、法MEL03F(C31),雪紅等前5個材料首先被聚在一起,在形態(tài)特征上它們都具有光皮、肉質(zhì)脆、緊的特征,而Honeyloupe等后5個材料果皮上具有網(wǎng)或絨毛、肉質(zhì)脆且較疏松的特征,第2亞組包括一品紅母本(C13)、拉達(C22),具有果實成熟時果皮上仍有絨毛的特征。第3亞組翠玉(C12)、一品紅父本(C15),具有早熟光皮的特征。第4亞組中甜一號父本(C17)、Perlicaf(C19)、早皇后(C29)、炮臺紅(C27)、伽師瓜(C28),該組材料具有果肉醇香的特征。在這一組內(nèi)甜瓜種質(zhì)的親緣關(guān)系聚類具有明顯的地域趨勢,如:雪紅與雪紅父本、西班牙的2個品種、來自新疆的炮臺紅與伽師瓜。第3組:廣州蜜(C3)、一品紅(C9)。廣州蜜來源于廣東農(nóng)家品種,一品紅是選育的新品種。第4組:E28(C6)、中甜一號(C10)、E18(C4)。E28、E18來源于東北農(nóng)家品種,中甜一號屬于選育的新品種。第5組:PMR45(C18),來自美國的網(wǎng)紋甜瓜。聚類結(jié)果表明,甜瓜仍明顯地按照薄皮甜瓜和厚皮甜瓜分類,網(wǎng)紋甜瓜單獨分為一類,同時薄皮甜瓜又聚成3大類,薄皮甜瓜的分類與材料來源地及其生態(tài)氣候基本吻合。3討論3.1不同生態(tài)區(qū)域聚合成3大品種、不同類型薄皮甜瓜的考慮從以上實驗結(jié)果可以看出,形態(tài)標記與AFLP2者都按照網(wǎng)紋甜瓜、薄皮甜瓜、厚皮甜瓜對31份栽培甜瓜進行分類。2者的不同點:對厚皮甜瓜,形態(tài)學標記是按照“熟性”將早熟、晚熟品種分類,AFLP則將厚皮甜瓜聚為一類,且明顯具有原產(chǎn)地相同的材料相似系數(shù)高,聚類分析首先被聚在一起的趨勢;對于薄皮甜瓜,形態(tài)學標記將薄皮甜瓜聚成一類,而AFLP將薄皮甜瓜按照不同生態(tài)區(qū)域聚成3大類,且不同類型薄皮甜瓜之間比薄皮甜瓜與厚皮甜瓜的之間的親緣關(guān)系更遠;對于薄皮甜瓜與厚皮甜瓜雜交而成的新品種,根據(jù)形態(tài)學分類將中甜一號及其父本劃分在薄皮甜瓜內(nèi),其余被劃分為厚皮甜瓜。AFLP分析則將“一品紅”、“中甜一號”劃分為薄皮甜瓜,其余新類型甜瓜被劃分為厚皮甜瓜。形態(tài)學標記與AFLP標記在育種過程運用時各有長處,2者結(jié)合使用更有利于種質(zhì)資源研究的深入。形態(tài)學標記簡便易行,對大多數(shù)栽培品種的分類結(jié)果與品種的生態(tài)適應性一致,如果增加多年、多點試驗,結(jié)果會更好,因此大量的栽培品種、育種資源的分類都可以采用。本試驗中,AFLP用于檢測差異性不大的薄厚皮雜交類型的甜瓜種質(zhì)之間的分類非常有效,如AFLP標記將薄皮甜瓜按照不同生態(tài)區(qū)域聚成三大類,這更符合生產(chǎn)中南方薄皮甜瓜、北方薄皮甜瓜適應不同氣候特點的栽培特性,又如中甜一號父本,形態(tài)學標記將它劃分為薄皮甜瓜,AFLP劃分為厚皮甜瓜,而劃分為厚皮甜瓜更符合它的栽培特性。為了加快甜瓜育種進程,對于不同來源、不同類型及選育的新品種這些遺傳背景較為復雜的資源,同時運用形態(tài)學標記與AFLP標記2種方法,可以較為快速、準確地了解它們的分類及其親緣關(guān)系,為雜交育種提供理論依據(jù)。3.2皮甜瓜雜交的品種AFLP聚類結(jié)果表明參試的大部分新選育的薄皮甜瓜與厚皮甜瓜雜交的品種與傳統(tǒng)厚皮甜瓜的親緣關(guān)系近,可劃分為厚皮甜瓜。而中甜一號則與薄皮甜瓜的親緣關(guān)系更近。因此,具體到每一個薄厚皮雜交甜瓜品種的分類,仍需要做試驗研究。3.3aflp試驗結(jié)果由于對薄皮甜瓜資源的研究利用非常薄弱,因此我國甜瓜工作者習慣認為薄皮甜瓜只是一個變種,從未提出過薄皮甜瓜之間的差別,但在實際栽培過程中會發(fā)現(xiàn)南北地區(qū)的薄皮甜瓜差異大,如原產(chǎn)東北地區(qū)的有些優(yōu)良品種在我國中部、南部種植表現(xiàn)抗逆性差、品質(zhì)、產(chǎn)量嚴重下降的現(xiàn)象。以上AFLP試驗結(jié)果也表明:原產(chǎn)于我國不同生態(tài)區(qū)域的薄皮甜瓜之間的親緣關(guān)系比較遠,這可能是因為對薄皮甜瓜的人工選擇和干預少,大部分仍是傳統(tǒng)的農(nóng)家品種,基本沒有外來基因的交流,而我國幅員遼闊,氣候差異大,長期的自然選擇造成了不同生態(tài)區(qū)域薄皮甜瓜差異大的結(jié)果。這一試驗結(jié)