西瓜品种果实性状的变异性及主成分和聚类分析

赵卫星，李晓慧，徐小利，常高正，梁 慎，康利允，高宁宁

（河南省农业科学院园艺研究所，河南郑州450002）

西瓜品种果实性状的变异性及主成分和聚类分析

赵卫星，李晓慧，徐小利，常高正，梁 慎，康利允，高宁宁

（河南省农业科学院园艺研究所，河南郑州450002）

以国内收集到的56份主栽品种为材料，分析了单果质量、纵径、横径、果皮厚、中心糖含量、边缘糖含量、中边糖含量差等7个果实性状变异性，并对其进行了主成分分析和聚类分析，为西瓜品种选育和改良提供参考依据。结果表明，单果质量、果皮厚、中边糖含量差等数量性状变异范围较大，极差分别为4.53 kg、2.32 cm、3.00%，变异系数分别为21.74%、33.95%、26.64%。主成分分析结果显示，7个数量性状可转化为4个综合成分，其累积贡献率达93.94%。以综合成分中主要因子为指标进行聚类分析，可将56份西瓜品种分为小果型、中小果型、中果型和大中果型4类，各类间性状上有较大差异。单果质量、果皮厚、中心糖含量和中边糖含量差4个主要指标对西瓜果实品质影响较大，育种过程中，对这4个指标进行选择有利于加速新品种的选育和改良。

西瓜；果实性状；变异；主成分分析；聚类分析

我国是世界上西瓜生产大国，栽培面积和总产量均居世界首位。据《中国农业统计资料（2014版）》记载，全国西瓜播种面积185.23万hm2，总产量7 484.30万t［1］。近年来，随着西瓜育种单位和人员的增加以及育种方法上的不断探索和创新，育成了一批丰产、优质、抗病、具特殊性状的西瓜新品种［2］，加之国外品种大量引入，市场上西瓜品种越来越多，对我国西瓜产区品种的筛选及新品种的改良提出了更高要求。因此，对现有品种的特性进行总结分析和综合客观评价，了解亲本溯源或遗传背景，对今后加快品种改良具有重要意义。

主成分分析和聚类分析法是作物品种综合评价常用的方法，该方法已在棉花、小麦、花生、番茄、甜瓜等主要农作物育种研究中广泛应用［3-17］，其研究结果提高了选择的效率和预见性。目前，有关学者开展了西瓜种质资源的变异性和聚类分析等方面的研究，为种质资源的利用提供了依据［18］，而相关品种方面的综合评价却鲜有报道。鉴于此，对国内现有大部分主栽西瓜果实数量性状多项指标进行主成分分析，找出支配多个性状的公共因子，在此基础上进行聚类分析，以期为不同区域西瓜品种的筛选和确定改良目标提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料

供试材料为56份西瓜品种，均为全国各地主栽品种（表1）。

1.2 方法

试验在河南省农业科学院试验基地塑料大棚内进行。土壤质地为黏土，肥力中等偏下，每公顷施干鸡粪22 500 kg，撒可富硫酸钾型复合肥750 kg、磷酸二铵600 kg。于2015年3月10日育苗，4月12日定植，行距2 m，株距0.55 m，每个品种30株，设3次重复，随机区组排列，三蔓整枝，留单瓜，除三倍体西瓜人工授粉外，其他田间管理一致。果实成熟期调查果实形状、单果质量、纵径、横径、果皮颜色、果皮厚度、瓤色。并用LB32T型手持测糖仪测定中心和边缘糖含量。

1.3 数据分析

采用Excel 2007进行数据汇总和计算，利用DPS 7.05统计分析软件进行主成分分析和聚类分析，根据欧氏距离法计算各个样品间的遗传距离，采用系统聚类法建立分析树状图。

2 结果与分析

2.1 西瓜果实性状的变异分析

56份西瓜品种的果实性状涵盖了大部分西瓜类型（表2）。从西瓜的倍性来看，三倍体和二倍体各占50%。从果实形状来看，以圆形果实为主，占总数的69.6%，椭圆形的占30.4%；从果皮颜色来看，以花皮和黑皮类型居多，分别占57.1%和28.6%，其次是绿皮类型，占10.7%，仅有2份黄皮类型。从果肉颜色来看，以红瓤类型为主，占85.7%，粉红瓤类型占10.7%，另有2份黄瓤类型。

56份西瓜品种果实性状的变异结果见表3。其中，单果质量、果皮厚、中边糖含量差等数量性状变异范围较大，极差分别为4.53 kg、2.32 cm、3.00%，变异系数分别为21.74%、33.95%、26.64%。横径、中心糖及边缘糖含量等数量性状变异范围较小，变异系数均在10%以下。

2.2 西瓜果实性状的主成分分析

对56份西瓜品种的7个果实数量性状进行主成分分析，以特征向量值大于1为标准，可将7个性状归为4个主成分。这4个主成分的累积贡献率可达93.94%（表4），说明这4个主成分代表了所选西瓜品种的绝大部分信息。其中，第1主成分对总方差的贡献率最大，达44.35%，其对应特征向量值中绝对值较大的性状是单果质量、果皮厚。第2主成分的贡献率为19.69%，其对应特征向量值中绝对值较大的性状是中心糖含量、中边糖含量差。第3主成分的贡献率为15.53%，其对应特征向量值中绝对值最大的性状是边缘糖含量。第4主成分的贡献率为14.37%，其对应特征向量值中绝对值最大的性状是纵径。以上结果表明，单果质量、果皮厚、中心糖含量、中边糖含量差是影响所选西瓜品种数量性状的主要因子，果实边缘糖含量和纵径是次要因子。

2.3 西瓜果实性状的聚类分析

以主成分分析得到的4个主成分中的4个重要因子为指标，其中，将果皮厚度和中边糖含量差2个指标的数值进行倒数转换，采用系统聚类法，利用欧氏距离，对56份西瓜品种进行聚类分析，可将其分为4类（图1）。

第1类为小果型。包含三倍体品种3份，二倍体品种2份，单果质量2.05～3.05 kg，果皮厚度均在1.0 cm以下，中心糖含量为11.83%～12.67%，中边糖含量差为1.83%～2.50%。该类果实以花皮圆形为主，花皮4份，黑皮1份，圆果4份，椭圆果1份，果肉均为大红。

第2类为中小果型。包含小果型品种2份，中果型品种16份。以二倍体品种为主，有14份，三倍体4份，单果质量3.28～4.57 kg，果皮厚度0.7～1.45 cm，中心糖含量11.50%～12.83%，中边糖含量差为1.83%～4.00%。该类以花皮圆果红瓤类型为主，花皮类型16份，黑皮1份，青皮1份；圆果类型14份，椭圆4份；红瓤16份，黄瓤1份，粉瓤1份。

第3类为中果型。包含二倍体品种8份，三倍体2份，单果质量4.48～5.30 kg，果皮厚度1.07～1. 70 cm，中心糖含量11.67%～12.75%，中边糖含量差为2.33%～4.25%。该类果实均为椭圆形，花皮类型4份，黑皮6份；果肉红瓤类型6份，粉瓤4份。

第4类为大中果型。包含二倍体品种4份，三倍体19份，单果质量4.60～6.58 kg，果皮厚度0.93～2.95 cm，中心糖含量11.17%～13.00%，中边糖含量差为1.67%～4.25%。该类圆果形类型20份，椭圆形3份；花皮类型9份，黑皮8份，青皮4份，黄皮2份；红瓤类型21份，粉瓤1份，黄瓤1份。

3 结论与讨论

本试验所选品种在果实形状、皮色、瓤色等质量性状涵盖了西瓜的大部分类型，体现了全国西瓜品种的多样性。通过对7个果实数量性状的统计发现，单果质量、果皮厚及中边糖含量差变异范围较大，变异系数均在20%以上，说明这3个性状在育种改良上还有很大空间。而横径、中心糖及边缘糖含量等数量性状变异范围较小，变异系数均在10%以下，在现有品种的基础上被改良的空间较小，这可能与目前多数育种者对这3个果实性状作为主要育种目标有很大关系。

主成分分析方法是一种将多个指标化为少数几个不相关的综合指标的多元统计分析方法［19］。利用主成分分析评价作物品种各综合指标的主成分，可为合理选配亲本及快速筛选评价指标提供理论依据［20］。从本试验主成分分析的结果来看，第1主成分值与果实的质量因子有关，单果质量越大，其最终产量越高，果皮厚度是影响单果质量的主要因素，但根据市场消费习惯来看，皮薄的品种市场前景较好，因此，果皮厚度这一因子应取其极低值。第2主成分值与果实的品质性状有关，中心糖含量越高，中边糖含量差越小，西瓜品质越好，因此，中边糖含量差这一因子也应取其极低值。第3、4主成分值对应的因子分别为边缘糖含量和纵径，这2个因子反映果实的品质和形状指标，为果实数量性状指标的次要因子。

利用聚类分析对品种资源进行分析，可以真实反映品种的综合性状，结果稳定，可为育种取材提供客观依据［21-22］。本试验以果实性状参数为依据，对56份西瓜品种进行聚类分析，将其分成4类，第1类全部为小果型，单果质量最小，中心糖含量高，中边含糖量差小，皮薄；第2类为中小果型，单果质量较小，中心糖含量高，中边含糖量差中等，皮薄；第3类为中果型，单果质量较大，中心糖含量中等，中边糖含量差中等，果皮厚度中等；第4类为大中果型，单果质量较大，中心糖含量中等，中边糖含量差较大，皮薄。通过系统的聚类分析，使果实性状相近的聚为一类，克服了仅依据少数性状进行直观、经验性分类的弊端。同时，通过对所选择的品种进行分类，可以了解现有品种遗传差别及与地理区域分布，这一方面有利于育种家进行品种选育和改良，另一方面，为西瓜生产中品种的筛选提供了方便。

本试验仅从表型上对西瓜果实形状进行了主成分和聚类分析，揭示了所选品种之间的关系，虽然表型特征和育种、生产的关系较为紧密，但易受环境、基因-环境互助效应等因素影响，具有一定的局限性，还需利用分子生物学技术深入研究，揭示品种之间的多样性，以更好地为西瓜品种育种与改良奠定理论基础。

参考文献：

［1］ 中国蔬菜编辑部.2014年全国各地蔬菜、西瓜、甜瓜、草莓、马铃薯播种面积和产量［J］.中国蔬菜，2016（1）：17.

［2］ 高素燕，焦定量，商纪鹏.我国西瓜育种研究进展［J］.长江蔬菜，2014（6）：1-4.

［3］ 米国全，程志芳，赵肖斌，等.华北地区保护地番茄主栽品种果实性状调查研究［J］.河南农业科学，2013，42（9）：91-94.

［4］ 汤飞宇，程锦，黄文新，等.陆地棉高品质系数量性状的遗传变异与选择指数［J］.棉花学报，2009，21（5）：361-365.

［5］ 康立宁，魏益民，欧阳韶辉，等.小麦品种品质性状的基因型因子分析［J］.西北植物学报，2004，24（1）：120-124.

［6］ 郭贵敏.21个花生地方品种的数量性状分析和聚类分析［J］.花生学报，2004，33（3）：29-31.

［7］ 周亚峰，许彦宾，王盼乔，等.河南省主栽甜瓜品种苗期表型性状变异分析［J］.北方园艺，2016（5）：17-21.

［8］ 曾德志，刘然方，李霖超，等.玉米自交系表型性状主成分聚类分析研究［J］.现代农业科技，2014（21）：26-28，30.

［9］ 梁万鹏，徐振飞，赫春杰，等.应用聚类分析和主成分分析法评价饲用高粱生产性能［J］.现代农业科技，2015（8）：277-278，293.

［10］ 孙振纲，姜艳丽，陈耕，等.27个陆地棉新种质材料主要性状研究及聚类分析［J］.山西农业科学，2015，43（7）：773-776.

［11］ 杜海平.农作物品种最佳聚类方法研究［J］.山西农业科学，2016，44（7）：918-924.

［12］ 杨兆顺，董海合，吴俊强，等.利用RAPD分子标记法聚类分析糯玉米种质资源［J］.天津农业科学，2005，11（4）：48-50.

［13］ 郭丽芬，张跃，胡尊红，等.地方红花种质资源的形态标记聚类分析［J］.河南农业科学，2013，42（2）：41-45，97.

［14］ 何澎，韩晓哲.聚类分析在烟草种植区划上的应用分析［J］.现代农业科技，2013（14）：281，284.

［15］ 吕中显，赵铭钦，刘国顺，等.主成分和聚类分析在烤烟化学品质分类评价中的应用［J］.河南农业科学，2010（11）：31-35.

［16］ 王晨阳，郭天财，朱云集，等.不同环境条件下小麦主要品质性状的聚类分析［J］.河南农业科学，2003（12）：9-12.

［17］ 臧贺藏，贺德先.河南省主导小麦品种根系性状的聚类分析［J］.河南农业科学，2009（5）：24-28.

［18］ 陈萍，祝佳强，祝双田，等.西瓜种质材料果实性状的变异性和聚类分析［J］.北方园艺，2010（17）：182-184.

［19］ 洪素珍.如何有效利用主成分分析中的主成分［D］.武汉：华中师范大学，2008.

［20］ 朱明哲，任荣军，张建莉，等.棉花区试品种的数量性状因子分析与聚类分析及综合评价［J］.河南科技学院学报，2016，42（3）：1-7.

［21］ 张彩英，张丽娟，段会军，等.大豆种质资源的分类鉴定研究［J］.中国油料作物学报，2002，24（1）：33-37.

［22］ 陈华萍，王照丽，魏育明，等.四川小麦地方品种农艺性状与品质性状的聚类分析［J］.麦类作物学报，2006，26（6）：29-34.

Variability Study，Principal Component and Cluster Analysis on Fruit Characters ofWatermelon Varieties

ZHAO Weixing，LIXiaohui，XU Xiaoli，CHANG Gaozheng，LIANG Shen，KANG Liyun，GAO Ningning
（Institute of Horticulture，Henan Academ y of Agricultural Sciences，Zhengzhou 450002，China）

In order to offer references for selection and improvement of elite watermelon cultivars，using 56 mainly cultivated watermelon cultivars in China，the variation，principal component and cluster analyses of seven fruit characters（single fruit weight，longitudinal diameter，transverse diameter，pericarp thickness，center sugar content，marginal sugar content，the difference value of center and boundary sugar content）were conducted.The results showed that the variabilities of single fruit weight，pericarp thickness and the difference value of center and boundary sugar contentwere large with range of 4.53 kg，2.32 cm，3.00%，and variation coefficients of them were 21.74%，33.95%，26.64%.The principal component analysis was performed and showed that seven traits were classified into four components with their cumulative contribution of 93.94%.Based on the results of principal component analysis，the 56 watermelon cultivars were divided into small，medium-small，large-medium and medium fruit type four groups with clustering analysis，among which there were obvious differences in the traits.These findings cleared that single fruit weight，pericarp thickness，center sugar content and the difference value of center and boundary sugar content had great effect on quality of watermelon，selection of which in the process of breeding would accelerate the breeding and improvement of new varieties in the future.

watermelon；fruit characters；variability；principal component analysis；clustering analysis

S651

A

1004-3268（2017）01-0105-05

2016-07-24

国家西甜瓜产业技术体系建设项目（CARS-26）；河南省农业科学院科研发展专项（20157804）

赵卫星（1978-），男，河南上蔡人，副研究员，博士，主要从事西甜瓜育种及栽培生理方面的研究。E-mail：wxzhao2008@163.com