陳 林，曹振強(qiáng)，梁肇均，何曉明，王 敏，劉文睿，彭慶務(wù)，林毓娥

（廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所/廣東省蔬菜新技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640）

【研究意義】黃瓜（Cucumis sativusL.）屬于葫蘆科黃瓜屬蔬菜，是世界上重要蔬菜之一。我國是黃瓜主要生產(chǎn)國，種植規(guī)模和產(chǎn)量都位居世界第一。據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）統(tǒng)計(jì)，2019 年我國黃瓜總產(chǎn)量達(dá)7 034 萬t，占世界總產(chǎn)量的70%以上。黃瓜根據(jù)地理分布區(qū)域和生態(tài)學(xué)特性，一般可分為華北型黃瓜、華南型黃瓜、歐洲溫室型黃瓜、歐洲露地型黃瓜、野生型黃瓜以及加工型黃瓜等6 個(gè)生態(tài)類型［1-2］。在黃瓜長期育種過程中，黃瓜種質(zhì)資源的擴(kuò)展以及遺傳多樣性的研究一直是改善其品種的重要基礎(chǔ)［3-4］。廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所自20 世紀(jì)60 年代起就開展黃瓜種質(zhì)資源收集、鑒定、保存和利用工作，至今已有50 多年，對本課題組收集的黃瓜種質(zhì)資源開展深度資源評價(jià)顯得尤為重要?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】黃瓜種質(zhì)資源關(guān)于農(nóng)藝性狀遺傳多樣性的研究報(bào)道較多。于婭等［5］對43 份黃瓜種質(zhì)資源的葉片、果實(shí)、風(fēng)味、產(chǎn)量等性狀進(jìn)行評價(jià)，分析得出12 份豐產(chǎn)類型的黃瓜種質(zhì)資源、6 份風(fēng)味較好的黃瓜種質(zhì)資源、5 份可溶性糖較高的黃瓜種質(zhì)資源、6 份維生素C 含量較高的黃瓜種質(zhì)資源，為黃瓜多樣化育種的親本篩選提供參考依據(jù)。李錫香［6］基于對黃瓜種質(zhì)34 個(gè)形態(tài)性狀的數(shù)據(jù)聚類分析鑒定，將70 份種質(zhì)分為五大類群，聚類結(jié)果較好地反映了黃瓜種質(zhì)間的形態(tài)相似性及其與地理區(qū)域之間的關(guān)系。史建磊等［7］以69份華南型黃瓜為材料發(fā)現(xiàn)，24 個(gè)農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)在6.19%～73.89%之間，進(jìn)一步系統(tǒng)聚類分為4 大類群，為華南型黃瓜優(yōu)異資源的挖掘提供了一定價(jià)值。種質(zhì)資源遺傳多樣性分析中普遍運(yùn)用的分析方法包括相關(guān)性、主成分、聚類分析等。目前這些方法在水稻［8］、棉花［9］、綠豆［10］、梨［11］、番茄［12］、茶［13］、兜蘭［14］、花生［15］等植物種質(zhì)資源中均有廣泛利用。于婭等［16］通過對43 份黃瓜種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性進(jìn)行主成分和聚類分析，結(jié)果表明12 個(gè)性狀可以劃分為4 個(gè)主要成分，包括果實(shí)因子、葉片因子、顏色因子、產(chǎn)量因子；聚類分析將43 份種質(zhì)資源劃分為3 個(gè)類群，分別為歐洲溫室型黃瓜、華北型黃瓜、華南型黃瓜?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】根據(jù)廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所前期種質(zhì)資源收集的工作，加強(qiáng)種質(zhì)資源利用、開展種質(zhì)資源評價(jià)將會對黃瓜育種工作有直接推動作用。【擬解決的關(guān)鍵問題】對本課題組收集到的197 份黃瓜種質(zhì)資源的10 個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行調(diào)查，再結(jié)合主成分分析和聚類分析方法研究遺傳多樣性，明確本團(tuán)隊(duì)收集的黃瓜種質(zhì)資源變異豐富程度，為黃瓜育種提供一定參考和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為197 份從全國各地收集的黃瓜種質(zhì)資源。試驗(yàn)在廣州市國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所基地進(jìn)行。

1.2 調(diào)查方法

2018年9月4日育苗、9月11日調(diào)查幼苗性狀、9 月12 日移栽，設(shè)3 個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)定植30 株。種植管理按常規(guī)田間栽培管理。調(diào)查197 份黃瓜種質(zhì)資源的10 個(gè)性狀，每個(gè)重復(fù)調(diào)查10 株，包括下胚軸長、子葉長、子葉寬、葉片長、葉片寬、葉柄長、主蔓粗、葉色、第一分支節(jié)位和第一雌花節(jié)位。數(shù)據(jù)采集、測量的方法和標(biāo)準(zhǔn)參照《黃瓜種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》。其中，下胚軸長、子葉長、子葉寬在直播7 d 后調(diào)查；葉片長、葉片寬、葉柄長、主蔓粗、葉色在結(jié)果盛期調(diào)查，選取植株主蔓中部最大葉片測量葉片長、葉片寬、葉柄長；葉色采用目測方法，賦值分為4 級（淺綠=l、黃綠=2、綠=3、深綠=4）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本研究調(diào)查的黃瓜農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行原始數(shù)據(jù)整理，分析性狀的平均值、最小值、最大值、極差、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)。利用SPSS 22.0 軟件進(jìn)行10 個(gè)性狀之間的相關(guān)性和主成分分析，同時(shí)采用離差平方和法（Ward’ s method）對種質(zhì)資源性狀進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃瓜種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀的多樣性分析

由表1 可知，197 份黃瓜資源的變異幅度較大，介于10.03%～48.35%之間，平均變異系數(shù)為22.59%，其中變異幅度最大的是第一雌花節(jié)位，表明第一雌花節(jié)位的遺傳多樣性較豐富，變異幅度最小的是子葉寬。

表1 黃瓜種質(zhì)資源10 個(gè)農(nóng)藝性狀的多樣性分析Table 1 Diversity analysis of 10 agronomic traits in cucumber germplasm resources

在子葉性狀中，下胚軸長、子葉長、子葉寬的平均值分別為7.21、3.71、2.15 cm，其中變異系數(shù)最大的是下胚軸長、為24.30%，子葉長和子葉寬的變異系數(shù)分別為11.04%和10.03%。下胚軸長最長為PE161（11.63 cm），最短為PE130（3.61 cm）；子葉長最長為PE52（4.87 cm），最短為PE184（2.77 cm）；子葉寬最大為PE131（3.50 cm），最小為PE184 和PE198（1.49 cm）。

在葉片性狀中，葉長、葉寬、葉柄長和葉色分別為17.53 cm、20.87 cm、17.18 cm 和2.77，其中變異系數(shù)最大為葉色（34.18%），葉長、葉寬和葉柄長的變異系數(shù)分別為12.06%、11.24%和22.11%。葉片顏色表現(xiàn)深綠的材料有35 份，表現(xiàn)淺綠的材料35 份；葉片最長為PE59（22.91 cm），最短為PE54（8.01 cm）；葉片最寬為PE156（26.76 cm），最短為PE54（9.37）；葉柄最長為PE119（27.48 cm），最小為PE64（5.63 cm）。

在枝條性狀中，主蔓粗、第一雌花節(jié)位和第一分支節(jié)位的平均值分別為5.55 cm、15.41和3.30，變異系數(shù)最大的是第一雌花節(jié)位（48.35%），主蔓粗和第一分支節(jié)位的變異系數(shù)分別為11.74%和40.84%。主蔓粗最粗為PE144（7.68 mm），最細(xì)為PE135（4.07 mm）；第一雌花節(jié)位最高為PE55，最低為PE40；第一分支節(jié)位最高為PE112，最低有17 份，為PE63、PE64、PE81、PE83、PE85、PE86、PE87、PE89、PE91、PE93、PE99、PE105、PE108、PE116、PE177、PE183 和PE184。

2.2 黃瓜種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

對197 份黃瓜種質(zhì)資源的10 個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果（表2）顯示，呈極顯著相關(guān)的性狀有20 對，其中正相關(guān)17 對、負(fù)相關(guān)3 對；呈顯著相關(guān)的性狀有5 對，其中正相關(guān)3 對、負(fù)相關(guān)2 對。下胚軸長、子葉長和子葉寬間兩兩呈極顯著相關(guān)，葉長、葉寬和葉柄長兩兩呈極顯著相關(guān)。第一雌花節(jié)位與葉長、葉寬、葉柄長、主蔓粗呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。第一分支節(jié)位與葉長、葉寬、葉柄長、主蔓粗呈顯著或極顯著相關(guān)。葉色只與葉柄長呈顯著相關(guān)。

表2 黃瓜種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis of agronomic traits in cucumber germplasm resources

2.3 黃瓜種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀的主成分分析

對197 份黃瓜種質(zhì)資源的10 個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見表3。從表3 可以看出，以特征值大于1 為標(biāo)準(zhǔn)提取主成分，前3 個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率為63.17%。其中，第1 主成分的特征值為3.19、貢獻(xiàn)率為31.91%，主要反映葉片長寬、主蔓粗、第一分支節(jié)位的影響；第2 主成分的特征值為2.03、貢獻(xiàn)率為20.30%，主要反映幼苗期下胚軸和子葉的影響；第3 主成分的特征值為1.10、貢獻(xiàn)率為10.97%，主要反映第一雌花節(jié)位和葉色的影響（表3、表4）。

表3 主成分方差因子的貢獻(xiàn)率Table 3 Contribution rate of principal component variance factors

表4 黃瓜種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀的主成分分析Table 4 Principal component analysis of agronomic traits in cucumber germplasm resources

利用第1 主成分和第2 主成分做成散點(diǎn)圖（圖1），結(jié)果展示了不同性狀之間的關(guān)系。10 個(gè)農(nóng)藝性狀可以較明顯地區(qū)分成3 類：第1 類為葉片長、葉片寬、葉柄長、主蔓粗以及第一分支節(jié)位；第2類為子葉長、子葉寬和下胚軸長；第3 類為第一雌花節(jié)位和葉色。以上分析結(jié)果與10 個(gè)性狀相關(guān)性分析結(jié)果基本一致，說明性狀間存在明顯相關(guān)性。

圖1 黃瓜種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀主成分二維坐標(biāo)散點(diǎn)圖Fig.1 Two-dimension coordinate scatter diagram for principal components of agronomic traits in cucumber germplasm resources

2.4 黃瓜種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀的聚類分析

黃瓜種質(zhì)資源的聚類分析如圖2 所示，在歐式距離為10 時(shí)，可以將197 份黃瓜種質(zhì)資源分為4 大類群，不同類群之間存在一定差異。第Ⅰ類群包括67 份種質(zhì)材料，占總種質(zhì)資源的34.01%，主要特征是下胚軸較長，平均下胚軸長為7.46 cm；第Ⅱ類群包括47 份材料，占總種質(zhì)資源的23.86%，主要特征是葉片較大及主蔓較粗，平均葉片長19.49 cm、葉片寬 22.99 cm、葉柄長20.74 cm、莖粗6.03 cm；第Ⅲ類群包括33份種質(zhì)資源材料，占總種質(zhì)資源的16.75%，主要特征是子葉較大（平均子葉長3.86 cm、子葉寬2.25 cm）以及第一雌花節(jié)位較低（平均9.69）；第Ⅳ類群包括50 份種質(zhì)資源材料，占總種質(zhì)資源的25.38%，主要特征是子葉和葉片較小，平均子葉長為3.59cm、子葉寬為2.04 cm，平均葉片長15.60 cm、葉片寬18.79 cm（表5）。

表5 黃瓜種質(zhì)資源不同類群農(nóng)藝性狀的平均值和變異系數(shù)Table 5 Mean value and coefficient of variation of agronomic traits in different groups of cucumber germplasm resources

圖2 黃瓜種質(zhì)資源的聚類分析Fig.2 Cluster dendrogram based on traits of cucumber germplasm resources

3 討論

種質(zhì)資源是育種的關(guān)鍵基礎(chǔ)，充分了解種質(zhì)資源的遺傳多樣性、研究種質(zhì)資源的遺傳變異和背景，可以為植物新品種的選育提供參考。本研究對197 份黃瓜種質(zhì)資源的10 個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行了調(diào)查分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)10 個(gè)農(nóng)藝性狀中變異系數(shù)最大達(dá)10.03%、最小為48.35%，平均22.59%，說明197 份種質(zhì)資源的農(nóng)藝性狀差異明顯，遺傳多樣性較豐富。本研究中黃瓜子葉長、子葉寬、葉長、葉寬的變異系數(shù)在10.03%～12.06%之間，變異系數(shù)較小，表明黃瓜葉片和子葉的性狀能夠穩(wěn)定遺傳，這與于婭等［5］研究結(jié)果基本一致。第一雌花節(jié)位和第一分支節(jié)位變異系數(shù)較大（均＞30%），均具有較大的選擇潛力，這些數(shù)據(jù)對早熟品種的選育有較好的參考依據(jù)。

通過對197 份黃瓜種質(zhì)資源10 個(gè)主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)各農(nóng)藝性狀至少與一個(gè)農(nóng)藝性狀呈顯著或極顯著相關(guān)。下胚軸長、子葉長和子葉寬兩兩呈極顯著相關(guān)，表明可以通過下胚軸的長短初步判斷子葉的長寬。葉片長、葉片寬和葉柄長兩兩呈極顯著相關(guān)，這與于婭等［16］研究結(jié)果一致。

主成分分析是考察多個(gè)變量間相關(guān)性的一種多元統(tǒng)計(jì)方法，在種質(zhì)資源評價(jià)和鑒定中可以將絕大部分信息進(jìn)行簡化。近年來，運(yùn)用主成分分析方法開展種質(zhì)資源評價(jià)已在番茄［17］、茶［13］、花生［15］上已有大量報(bào)道。本研究對197 份黃瓜種質(zhì)資源10 個(gè)農(nóng)藝性狀的主成分分析結(jié)果表明，前3 個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率為63.17%，能夠代表10 個(gè)性狀指標(biāo)63.17%的原始信息，分別為葉片大小因子、幼苗期因子、早熟因子。第1 主分成主要反映葉片長寬、主蔓粗、第一分支節(jié)位的影響；第2 主成分主要反映幼苗期下胚軸和子葉的影響；第3 主成分反映第一雌花節(jié)位和葉色的影響。因而，在黃瓜育種工作中，可以根據(jù)育種目標(biāo)由主成分分析的因子排序，全面評價(jià)各個(gè)種質(zhì)資源的優(yōu)劣，從而為黃瓜育種服務(wù)。

聚類分析可分析不同目標(biāo)性狀以及不同種質(zhì)資源之間的關(guān)系，了解種質(zhì)資源的親緣性，為育種方案的設(shè)定提供一定的理論依據(jù)［18］。近年來，不少研究者提出采用聚類分析對不同目標(biāo)性狀進(jìn)行相對應(yīng)的親本選擇，如李［19］、番茄［20］、綠豆［10］、辣椒［21］等作物上已有應(yīng)用。本研究對197 份黃瓜種質(zhì)資源的10 個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行聚類分析，得到4 個(gè)類群，初步明確各個(gè)類群之間的特征，其中第Ⅰ類群的種質(zhì)資源可用于篩選下胚軸長的品種，第Ⅱ類群可用于選育葉片較大的品種，第Ⅲ類群可用于選育子葉較大的品種，第Ⅳ類群可用于選育子葉和葉片較小的品種。

由于種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀的農(nóng)藝調(diào)查和鑒定比較容易受到環(huán)境因素的影響，特別是光照、溫度、濕度等對調(diào)查結(jié)果影響較大，因此后續(xù)對種質(zhì)資源的評價(jià)還應(yīng)結(jié)合DNA 分子鑒定的方法以及多年多點(diǎn)的研究方法，這樣對種質(zhì)資源的鑒定評價(jià)才會更加全面和系統(tǒng)。

4 結(jié)論

本研究對本課題組收集的197 份黃瓜種質(zhì)資源的農(nóng)藝性狀進(jìn)行了多樣性、相關(guān)性、主成分和聚類分析，多樣性及相關(guān)性結(jié)果表明這197 份種質(zhì)資源具有豐富的遺傳多樣性，且各農(nóng)藝性狀之間存在不同的相關(guān)性。主成分分析結(jié)果表明前3個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為63.17%，能夠代表10個(gè)性狀指標(biāo)63.17%的原始信息，分別是葉片大小因子、幼苗期因子、早熟因子。聚類分析結(jié)果顯示將197 份黃瓜種質(zhì)資源分為4 大類群，各個(gè)類群差異主要表現(xiàn)在下胚軸長短、葉片大小、子葉大小等特征上。本研究為黃瓜育種親本的選配和性狀改良奠定了一定的研究基礎(chǔ)。