西瓜茎叶表型性状的多样性分析

李钰婷，安美忱，张兴雷，付丹阳，林凡，张慕月，王学征

（1.农业部东北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室，黑龙江哈尔滨150030；2.东北农业大学园艺园林学院，黑龙江哈尔滨150030）

西瓜茎叶表型性状的多样性分析

李钰婷1，2，安美忱1，2，张兴雷1，2，付丹阳1，2，林凡1，2，张慕月1，2，王学征1，2

（1.农业部东北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室，黑龙江哈尔滨150030；2.东北农业大学园艺园林学院，黑龙江哈尔滨150030）

为研究西瓜种质资源茎叶性状遗传多样性，调查了100份西瓜资源的节间长度、茎粗、叶片长度、叶片宽度和叶柄长等5项茎叶性状，进行了变异系数分析、相关性分析、主成分分析以及聚类分析。结果表明，西瓜茎叶性状的变异系数范围为6.67%～21.27%，具有较强的多样性；西瓜茎叶性状之间也存在较高的相关性。前3个主成分的累积方差贡献率为82.655%，可以作为西瓜茎叶性状选择的综合指标。聚类分析结果表明，取阈值为5时，将供试西瓜材料可分为6个类型。西瓜茎叶表型分析对于西瓜品种鉴定、种质创新和杂交育种亲本选配具有重要的应用价值。

西瓜；种质资源；茎叶性状；遗传多样性

西瓜（Citrullus lan atus（Thunb.）Matsum.et Nakai）是葫芦科西瓜属植物，具有较高的食用价值和药用价值，是世界十大水果型蔬菜之一[1]。西瓜的栽培历史悠久，资源丰富，其在世界各地均有栽培。随着人们生活水平的提高，对西瓜品种的要求也越来越高，不仅要求高产，而且根求优质、抗逆，所以，育种工作者不断面临新的挑战，这就需要育种工作者掌握丰富的种质资源。种质资源的拥有量及研究水平是衡量一个国家或育种单位育种工作发展水平的重要标志之一。

种质资源是利用和改良西瓜遗传的物质基础，更是实施各个育种途径的原材料。在明确育种目标的前提下，首先要选择原始材料，这在很大程度上决定育种的效果。而原始材料的选择又依赖于所掌握种质资源的广度和对其所了解的深度。李艳梅等[2]对57个西瓜用AFLP指纹图谱进行基因组DNA多态性分析，结果表明，品种间遗传相似系数变化范围在0.24～0.99，平均相似系数为0.70，说明西瓜品种间遗传基础狭窄。张爱萍等[3]对64份西瓜用SRAP技术进行种质资源遗传多样性分析，结果得到西瓜间遗传的相似系数范围为0.47～0.97，说明材料间同源性较高，遗传分化较小。尚建立等[4]以我国西瓜甜瓜种质资源中期库内1 200份西瓜种质为材料，对12项主要植物学性状进行遗传多样性及相关性分析，结果表明，12项植物学性状多样性指数平均值为1.70。纪海波等[5]以768份西瓜种质资源为材料，通过2009，2010年2年的田间试验进行了24个性状的表型多样性研究，结果表明，西瓜种质资源不同性状指标的变异程度和多样性指数较大，表明其具有丰富的变异程度和多样性。戴照义等[6]对8份来源不同的西瓜种质资源，采用37个表型性状和22对SSR分子标记进行遗传多样性分析，结果表明，表型性状变异主要体现在果实形状、品质和叶片等性状上，前3个主成分的累计贡献率为34.4%，依据表型性状进行聚类分析，在欧氏距离13.5时，将材料分为3类；SSR分子标记共扩增出55个多态性位点，平均多态性信息含量为0.41。西瓜茎叶性状丰富，其与植株生长势、植株营养供需、产量等密切相关[7-8]。前人的研究主要集中在西瓜果实性状、品质性状上，而对于西瓜茎叶性状并没有专门的研究。

本研究以100份西瓜品系为材料，对5个茎叶表型性状进行遗传多样性、相关性分析，旨在为西瓜种质资源收集、常规杂交育种研究和优异基因的挖掘提供参考。

1 材料和方法

1.1 材料

供试西瓜材料为东北农业大学园艺园林学院西甜瓜课题组保存和收集的种质资源，材料来源及编号列于表1。

表1 100份西瓜种质资源编号、名称和来源

续表1

1.2 试验方法

试验于2015—2016年在东北农业大学向阳试验基地塑料大棚内进行。试验地土壤肥力中等，肥水管理等外界因素相同。每份材料种植9株，采用双蔓整枝的方法，从每份材料中选择3株无病虫害、生长正常的植株进行性状测定，取平均值以减小误差。测定标准参照《西瓜种质资源描述规范和数据标准》[9]。用刻度尺分别测量第7～8节间叶片宽度、叶片长度、叶柄长与节间长度。用游标卡尺测量7～8节间的茎粗。

1.3 数据分析

采用Excel 2010对原始数据进行记录，使用SPSS软件对材料进行变异系数、相关性、主成分以及聚类分析。

2 结果与分析

2.1 西瓜茎叶性状的变异程度分析

表2 西瓜茎叶性状指标及其变异系数

由表2可知，节间长度、茎粗、叶片长度、叶片宽度、叶柄长、节间长度/茎粗、叶长/叶宽、叶柄长/叶长平均值分别为10.45 cm，7.21 mm，25.69 cm，24.30 cm，12.25 cm，14.78，1.06，0.48。节间长度、茎粗、叶片长度、叶长/叶宽的变异系数小于15%，分别为14.80%，14.55%，13.45%，6.76%，表明这几个性状间的差异较小，遗传稳定性较高[10-11]；其他性状的变异系数均高于15%，表明这些性状个体间的差异较大，性状表现不稳定；西瓜茎叶性状变异系数从小到大依次为叶长/叶宽＜叶片长度＜茎粗＜节间长度＜叶片宽度＜叶柄长/叶长＜节间长度/茎粗＜叶柄长度。

2.2 西瓜茎叶性状间的相关性分析

由表3可知，节间长度与叶片长度、叶片宽度、叶柄长度、节间长度/茎粗间存在极显著正相关，其相关系数分别为0.287，0.277，0.357，0.679，其中，节间长度与节间长度/茎粗的相关系数最高；茎粗与叶片长度、叶片宽度、叶柄长度间存在极显著正相关，相关系数分别是0.521，0.600，0.390，茎粗与节间长度/茎粗、叶长/叶宽间存在极显著负相关，相关系数分别是-0.678，-0.281；叶片长度与叶片宽度、叶柄长度间存在极显著正相关，其相关系数分别是0.901，0.678；叶片宽度与叶柄长度间相关系数为0.710，二者呈极显著正相关，叶片宽度与节间长度/茎粗存在显著负相关，相关系数为-0.198，叶片宽度与叶长/叶宽存在极显著负相关，相关系数为-0.440；叶柄长度与叶长/叶宽存在极显著负相关，相关系数为-0.225，叶柄长度与叶柄长/叶长间相关系数为0.767，二者呈极显著正相关；叶片/叶宽与叶柄长/叶长间存在极显著负相关，相关系数是-0.306。

表3 西瓜茎叶性状相关性分析

2.3 西瓜茎叶性状的主成分分析

表4 西瓜叶片性状主成分分析

对西瓜的8个叶片性状进行主成分分析，其中，在第1主成分中叶片宽度所占系数最大，方差贡献率为42.220%，说明第1主成分是表示叶片宽度性状的综合因子；在第2主成分中，节间长度/茎粗所占系数最大，方差贡献率为24.760%，说明第2主成分是表示节间长度/茎粗的综合因子；在第3主成分中，叶长/叶宽所占系数最大，方差贡献率为15.675%，说明第3主成分是表示叶片长度的综合因子。前3个主成分的累计方差贡献率为82.655%，超过了80%，说明前3个主成分可以概括8个性状的大部分信息（表4）。因此，选取前3个主成分作为西瓜叶片性状选择的综合指标。由此可见，西瓜叶片之间的差异主要表现为节间叶片宽度、节间长度/茎粗、叶长/叶宽的不同。

2.4 西瓜茎叶性状的聚类分析

对所选的西瓜进行聚类分析，结果表明，取阈值为5时，可将100份材料分为6类，分别标记为A1，A2，A3，A4，A5，A6（表5）。西瓜茎叶性状各指标平均值在各组的分布如表6所示，其中，A1组包含18份材料，占总体样本的18%；A2组包含19份材料；占总体样本的19%；A3组包含10份材料，占总体样本的10%，其中，节间长度/茎粗、节间叶长/叶宽2个指标的平均值最大，分别为18.24，1.15；A4组包含18份材料，占总体样本的18%，其中，节间长度、节间叶柄长度、节间叶柄长/叶长3个指标的平均值较大，分别为11.84，15.91 cm和0.57；A5组包含17份材料，占总体样本的17%，其中，节间茎粗、节间叶长、节间叶宽3个指标的平均值较大，分别为8.58 mm和28.33，27.43 cm；A6组包含18份材料，占总体样本的18%。因此，100份西瓜材料具有各自的叶片表型特征，这为开展西瓜亲本选择奠定了基础[8]。

表5 100份西瓜材料聚类分析结果

表6 西瓜茎叶性状各指标平均值在各组中的分布

3 讨论

通过对植物的性状进行变异分析和相关性分析，可以研究其遗传多样性，有针对性地了解种质资源，该方法最简单有效[10-11]。本试验对100份材料西瓜茎叶性状进行分析，结果表明，8个性状的变异系数分别为14.80%，14.55%，13.54%，15.16%，21.27%，20.51%，6.76%和15.67%，其中，节间长度、茎粗、叶片长度，叶长/叶宽的变异系数均小于15%，遗传稳定性相对较高；其他4个性状变异幅度较大，与纪海波等[5-6]的研究结果一致，表明西瓜种质资源这些性状的遗传多样性较高。通过相关性分析可知，西瓜节间长度与叶片长度、叶片宽度、叶柄长呈极显著正相关，茎粗与叶片长度、叶片宽度、叶柄长呈极显著正相关，叶片长度与叶片宽度、叶柄长呈极显著正相关，叶片宽度与叶柄长度也呈极显著正相关。由此可见，每个性状间都相互联系，当对某一性状进行改良时，要考虑其对其他性状表现的影响[12]。通过茎叶各性状的相关性分析，可以明确性状间的关系，为种质资源改良、人工选择及优良品种选育奠定基础[13-15]。

通过主成分分析，可把茎叶表型性状分为8个成分，前3个成分的累积方差贡献率为82.655%，即把前3个成分作为西瓜茎叶性状选择的综合指标，与王志强等[16]的研究结果一致。因此，西瓜茎叶之间的差异主要表现为叶片宽度、长度/茎粗、叶长/叶宽。对西瓜进行聚类分析，当取阈值为5时，将100份材料划分为6个类型，基本可以将供试西瓜资源的茎叶性状加以区分。本研究通过对西瓜茎叶性状的鉴定与分析，明确了西瓜茎叶性状的遗传多样性，其研究结果对于西瓜资源表型性状精准鉴定[17]、种质创新及杂交育种亲本选配[18-20]等方面具有积极的作用。

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Analysis on the Genetic Diversity of Stem and Leaf Phenotypic Traits in Watermelon Germplasm Resources

LI Yuting1，2，ANMeichen1，2，ZHANGXinglei1，2，FUDanyang1，2，LINFan1，2，ZHANGMuyue1，2，WANGXuezheng1，2
（1.Ministry ofAgriculture Key Laboratory ofBiology and Germplasm Enhancement ofHorticultural Crops in Northeast China，Harbin 150030，China；2.College ofHorticulture and Landscape Architecture，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China）

To study the genetic diversity of stem and leaf traits of watermelon germplasm resources,and to provide the basis for the accurate identification of the phenotypic characteristics of watermelon resources,the innovation of germplasm resources and the selection of hybrid breeding parents，5 stem and leaf characters of 100 watermelon resources were investigated,including internode length,stem diameter,leaf length,leaf width and petiole length,and the analysis of variance coefficient,correlation analysis,principal component analysis and cluster analysis were carried out.The results showed that coefficient of variation of watermelon stems and leaf characters ranged from 6.67%to 21.27%.There was a high correlation between stem and leaftraits.The cumulative variance contribution rate ofthe first 3 principal components was 82.655%,which could be used as a comprehensive index for the selection of stem and leaf traits.Based on the cluster analysis,the watermelon materials were divided into 6 types.The phenotypic analysis of stem and leaf of watermelon has important application value for watermelon variety identification,germplasm innovation and cross breeding.

watermelon;germplasm resources;stem and leaftraits;genetic diversity

S651

：A

：1002-2481（2017）07-1061-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.07.04

2017-03-24

农业部东北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室大学生科技创新项目计划（NEAU-HC-UNDS-201611）；国家西甜瓜产业技术体系项目（CARS-026-02）

李钰婷（1996-），女，黑龙江哈尔滨人，在读本科，研究方向：西甜瓜育种。王学征为通信作者。