100份黄瓜种质资源商品瓜主要品质性状分析

李 悦，宋晓飞，杨艳红，赵剑宇，朱雪云，崔浩楠，李晓丽*，闫立英

(1.河北科技师范学院园艺科技学院，河北秦皇岛 066000；2.中国农业大学园艺学院，北京 100193)

黄瓜(CucumissativusL.)为葫芦科黄瓜属植物，又名胡瓜，是一种世界性蔬菜，我国已栽培2000多年，在蔬菜产业中占有重要地位[1]。“十三五”期间，我国黄瓜年均播种面积122.97万hm2，产量6 623.08万t[2]，生产规模位居世界第一。近年来，随着生活水平的提高，人们对黄瓜的商品品质提出了更高要求，因此提高商品瓜品质是黄瓜育种的重要目标[3]。利用遗传基础丰富的种质资源，了解黄瓜主要性状的遗传多样性，对黄瓜新品种选育具有十分重要的意义[4]。种质资源携带大量的生物遗传信息，是作物性状遗传和品种选育的物质基础[5]。目前，关于黄瓜种质资源的收集与评价及遗传多样性的研究较多，种质资源遗传多样性的常用分析方法有相关分析、主成分分析和聚类分析等[6]。徐强等[7]对19个加工类型黄瓜品种的主要品质性状进行了主成分分析和聚类分析，结果表明，当聚类平均距离为0.942时，19个品种被聚为短果中等品质、短果优质和长果高产3种类型。曹齐卫等[8]对138个来源于不同区、适于设施栽培的黄瓜品种的多个果实外观品质性状进行了遗传多样性分析，结果表明，华南型品种的果实数量性状变异系数均大于华北型品种和欧洲温室型品种。于娅等[9]对43份黄瓜种质资源的12个农艺性状进行了主成分分析和聚类分析，结果表明，12个性状可以综合成4个主要成分，即叶片因子、果实大小因子、颜色因子、产量因子。搜集并筛选优质黄瓜种质资源是黄瓜优质育种的前提，加强种质资源利用及开展种质资源鉴定评价将会对黄瓜育种工作有推动作用。笔者对课题组收集的100份黄瓜品种资源的商品瓜主要品质性状进行主成分分析和聚类分析，明确其品质主要特征，了解商品品质主要性状间的关系，并将100份黄瓜种质资源进行分类，为种质资源的利用及黄瓜新品种选育提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料试验材料来自国内外种质资源，共计100份。材料来源及编号见表1。

表1 试验材料来源及编号Table 1 Source and number of test materials

1.2 试验方法试验于2021年8—11月在河北科技师范学院园艺园林实验站施各庄基地进行。采用顺序排列法，不设重复，各材料定植4株。结果盛期，每份材料选取5条正常商品瓜进行主要品质性状的调查，包括单瓜重、瓜长、瓜横径、瓜把长、中心腔横径、瓜心室数、可溶性固形物含量。调查测定方法参照《黄瓜种质资源描述规范和数据标准》[10]。

1.3 数据分析应用Excel软件求出商品瓜各主要品质性状的最大值、最小值、平均值和标准差，并计算变异系数。运用DPS软件进行主成分分析并形成聚类图，聚类方法选择离差平方和法，聚类距离选择卡方距离[11]。

2 结果与分析

2.1 黄瓜种质资源商品瓜主要品质性状分布情况100份黄瓜种质资源的商品瓜主要品质性状分布情况见表2。由表2可知，100份种质资源的商品瓜主要品质性状存在不同程度的多样性。100份黄瓜平均单瓜重为150.89 g，瓜长平均为15.71 cm，瓜把长平均为2.44 cm，瓜横径平均为3.94 cm，中心腔横径平均为2.43 cm，可溶性固形物含量平均为3.32%，瓜心室数平均3.20个。这7个品质性状的变异系数相差较大，其中，瓜把长变异系数最大，为59.74%，最大值为8.28 cm，最小值为1.00 cm，标准差为1.46 cm。可溶性固形物含量变异系数最小，仅为7.53%，最大值4.25%，最小值2.83%，标准差为0.25%。各品质性状的变异系数由大到小依次为瓜把长>瓜长>单瓜重>中心腔横径>瓜心室数>瓜横径>可溶性固形物含量。说明100份种质资源商品瓜瓜把长分布较广，而可溶性固形物含量分布较为集中，可为不同育种目标的种质资源筛选奠定材料基础。

表2 100份黄瓜种质资源主要品质性状基本特征Table 2 Basic characteristics of main quality characters of 100 cucumber germplasm resources

2.2 黄瓜种质资源商品瓜主要品质性状主成分分析主成分分析能够将大量的性状简化成较少且不相关的指标信息[12]，近年来，主成分分析方法已被运用在中药[13]、水稻[14]、番茄[15]上开展种质资源评价。对100份黄瓜种质资源的商品瓜主要品质性状进行主成分分析，各特征根及其贡献率和特征向量表见表3和表4。特征根的大小说明该综合指标(即主成分)遗传方差的大小，其累计贡献率表示该综合指标对总遗传方差贡献的百分率[16]。

由表3可知，前4个特征根的累计贡献率已达93.908 7%，说明7个性状的绝大部分信息可简化为前4个主成分。按照累计贡献率一般应大于等于85%的原则，选前4个主成分及特征向量列于表4。特征向量可体现各性状对综合指标的贡献程度[7]。

表4 前4个主成分对应的特征向量Table 4 Eigenvectors corresponding to the first four principal components

由表3可知，第1主成分的特征值为3.523 7，贡献率为50.338 2%。对应的特征向量中，各性状从大到小依次为瓜长、瓜把长。在这一特征向量中，瓜长最大，其次为瓜把长，因此这一主成分可作为果实纵向表现的综合指标，定性为纵向因子。

表3 主成分的特征根及贡献率Table 3 Characteristic roots and contribution rate of principal components

第2主成分的特征值为1.328 8，贡献率为18.983 1%，累计贡献率达69.321 3%，瓜心室数最大。说明瓜心室数对第2主成分的贡献最大，故将第2主成分称为心室数因子。

第3主成分的特征值为1.005 9，贡献率为14.369 5%，累计贡献率达83.690 8%，可溶性固形物含量贡献最大，说明可溶性固形物含量可作为果实品质的综合指标，定性为可溶性固形物含量因子。

第4主成分的特征值为0.715 3，贡献率为10.217 9%，累计贡献率达93.908 7%，单瓜重贡献最大，说明单瓜重可作为果实产量的综合指标，定性为单瓜重因子。

由于这4个主成分的累计贡献率为93.908 8%，因此利用这4个主成分就可以区分出100份黄瓜种质资源的类型，为种质资源的快速评价与筛选利用奠定了理论基础。

2.3 黄瓜种质资源商品瓜主要品质性状的聚类分析聚类分析可了解种质资源的亲缘性，分析性状之间、种质资源之间的关系，为设定育种方案提供一定的理论依据[17]。近年来，运用聚类分析方法对种质资源进行评价在甜瓜[18]、大豆[19]、花椰菜[20]上已有报道。利用上述主成分分析中选取的4个主成分所涉及的5个性状指标作为分析指标，采用离差平方和法对100份黄瓜种质资源进行系统聚类分析。聚类结果(图1)显示，在阈值为1.54时，可将100份黄瓜种质资源分为四大类。第1类包括21A25、21A52、21A31、21A114、21A139、21A134、21A112、21A109、21A113、21A55、21A137、17S-209、21A111、21A107、21A108、21A118、21A135、17S-152、21A51、17S-43、17S-132、17S-217、21A53、17S-13、21A146、17S-56、21A04、21A142、21A140、17S-1、21A141、21A09、21A14、17S-211、21A126、17S-198、21A128、21A136，共38份种质资源，占38%。

图1 100份黄瓜种质资源商品瓜主要品质性状聚类分析Fig.1 Cluster analysis of main quality characters of commercial melons from 100 cucumber germplasm resources

第2类包括21A40、17S-208、21A110、21A133、21A56、21A08、17S-212、21A101、21A103、21A41、21A138、17S-86、21A96、21A119、17S-109、21A44、21A104、21A105、17S-49、17S-221、21A148、21A02、17S-98、21A12、17S-10、21A132，共26份种质资源，占26%。

第3类包括21A36、17S-4、17S-74、21A86、17S-185、21A149、17S-201、21A116、17S-108、21A106、17S-44、17S-116、17S-77、17S-175、17S-155、17S-28、17S-117、17S-126、17S-51，共19份种质资源，占19%。

第4类包括21A122、21A131、21A127、21A144、17S-210、17S-222、17S-3、21A125、17S-200、17S-31、21A143、17S-23、17S-118、17S-135、21A123、17S-199、17S-20，共17份种质资源，占17%。

各类群5个品质性状的平均值见表5。由表5可知，第1类种质资源共性特点是果实短小，瓜长平均11.98 cm，最短只有9.40 cm，最长为16.30 cm，可称为短果类型。第2类种质资源果实也较短，但可溶性固形物含量高于其他类群，可溶性固形物含量最高为3.80%，最低为3.20%，平均3.45%，可称为短果优质类型。第3类种质资源商品瓜均较长，瓜长平均23.11 cm，最长为29.90 cm，最短为15.10 cm，可称为长果类型。第4类瓜心室数多于其他类群，称为多心室类型。

表5 5个品质性状的平均值Table 5 Average value of 5 quality characters

3 结论与讨论

综合分析100份黄瓜种质资源的主要品质性状发现，这些资源具有丰富的遗传多样性，育种价值较大，可为黄瓜优良品种选育奠定材料基础。

变异系数大于10%时，说明品种间该性状差异较大[21]，该试验的7个品质性状中，瓜把长变异系数最大，为59.74%，最大值为8.28 cm，最小值为1.00 cm，标准差为1.46 cm。各品质性状的变异系数表现为瓜把长>瓜长>单瓜重>中心腔横径>瓜心室数>瓜横径>可溶性固形物含量。品种性状的变异系数高是品种改良及选育的基础[22]，该试验中100 份黄瓜种质资源品质性状变异较大，可为黄瓜品质育种提供丰富的材料。

主成分分析可进行目标性状的简化，该试验将 7个品质性状简化为4个主要成分，即纵向因子、心室数因子、可溶性固形物含量因子、单瓜重因子，累计贡献率达93.908 8%，说明前 4 个主成分已经包含了参试资源的大量遗传信息，可利用这些成分包含的性状进行种质资源的快速综合评价。

该试验通过聚类分析对搜集的100份黄瓜种质资源进行分类，发现在卡方距离为1.54时，可以将100份黄瓜分为四大类：第1类为短果型，共38份；第2类为短果优质型，共26份；第3类为长果型，共19份；第四类为多心室型，共17份。