蛇瓜资源农艺性状相关性、主成分与聚类分析

张朝明, 邓俭英

(广西壮族自治区农业科学院蔬菜研究所, 南宁 530007)

蛇瓜(TrichosanthesanguinaL.),别名蛇豆、印度丝瓜等,葫芦科栝楼属一年生攀缘性草本植物,因其瓜形细长弯曲似蛇而得名。原产印度(已有2 000年的栽培历史)、马来西亚,广泛分布于东南亚各国和澳大利亚,在西非、美洲热带和加勒比海等地也有栽培。蛇瓜按瓜体分为短瓜型、长瓜型,依皮色分为灰白色系、绿色系、青黑色系,依个纹可分为青皮白个、白皮青丝、灰皮青斑资源。蛇瓜在中国各地均有栽培,特别是在我国南方栽培较多。蛇瓜适应性强、耐高温、抗低温、抗干旱、抗病虫害能力较强,供应期长,高产稳产。蛇瓜以嫩瓜食用,营养丰富、肉质松,可以用来做汤或炒食,别具风味。另外,蛇瓜有清暑解热、利尿降压等功效,有较高的食用和观赏价值。蛇瓜色、香、味俱佳,深受消费者青睐。近年来,随着农业产业结构的调整,发展名、特、优农产品成为农村重要经济增长点。蛇瓜以其形态奇特、营养丰富、肉质脆嫩、风味清香甘甜、品质上等而成为集观赏、保健、食用于一体的优良蔬菜品种[1]。

蛇瓜株高270～300 cm,根系发达,在15～40 ℃条件下均能生长,最适生长温度为20～35 ℃,各种类型的土壤均可栽培。蛇瓜的嫩瓜、嫩叶、嫩茎均可食用,主要以嫩瓜为食,嫩瓜一般长130～170 cm,长柱形,两端渐尖细,尾端常弯曲成蛇状,表皮浅绿色,肉鲜绿色,肉质松软。蛇瓜性凉、味微甘,具有清热、化痰、润肺、滑肠、利尿、降压等功效。蛇瓜营养丰富,含有多种碳水化合物、维生素和矿物质,嫩瓜中含蛋白质11 g/kg、脂肪1 g/kg、糖类29 g/kg、粗纤维8 g/kg。蛇瓜抗病性、抗虫性强,整个生育期基本没有病虫害,是目前最为理想的绿色蔬菜,具有良好的发展前景[2]。

广西壮族自治区蛇瓜的栽培面积零星分布,随着蔬菜产业的不断发展,蛇瓜的栽培较之前有了进一步的扩大趋势。随着国家乡村振兴的不断推进和休闲农业的蓬勃发展,市场对蛇瓜的需求日益增加,生产规模不断扩大;但是品种却存在退化现象,表现为商品瓜型参差不齐、瓜型的纵径和横径变化大,瓜皮色深浅不一,产量降低、抗病和抗逆性下降,生产效率不高。因此,有必要对现有的蛇瓜资源进行评价筛选,甄选出优良的蛇瓜资源。种质资源的科学评价是合理利用的前提和新品种选育的基础[3]。在种质资源综合评价中由于考察的多个性状间通常存在一定的相关性[4],造成信息重复而使综合评分法的准确性受到影响。主成分分析通过降维有效避免了信息重叠并使信息浓缩[5],为资源的评价和选择提供了科学依据。主成分分析与聚类分析是农业研究中重要的统计分析方法,已广泛应用于南瓜[6]、辣椒[7]、苦瓜[8]、甜瓜[9]、黄瓜[10]、大白菜[11]、菜心[12]、甘蓝[13]、葱[14]、茶[15]、花椰菜[16]、油菜[17]和白羊草[18]等多种作物种质资源农艺性状的评价之中,然而,在蛇瓜农艺性状研究上,目前还没有相关的报道。通过对不同种质之间的数据进行分析及分类,探究不同种质资源间的亲缘关系,为种质资源的利用提供了依据,也大大提高了育种的效率[19]。本试验对蛇瓜的瓜纵径、瓜横径、叶纵径、叶横径、叶柄长、植株节间长、瓜肉厚度、单瓜质量、单瓜种子数量、种子百粒重等指标进行对比筛选,并通过相关性、主成分和聚类分析,对蛇瓜资源的农艺性状进行客观评价,以期为蛇瓜资源利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试资源为广西农业科学院蔬菜研究所收集的12份蛇瓜资源分别为WD451420、WD453154、WD261437、WD268275、WD450421022、WD450120、GC451030、GC450101、GC261437、GC321549、GC263275、GC266337。其中皮色为白色的蛇瓜资源7份,皮色为白底青斑的蛇瓜资源5份。

1.2 方 法

1.2.1试验设计

试验于2021年8—12月在广西壮族自治区农业科学院明阳基地进行,前茬作物为莴笋。12份资源2021年8月9日浸种催芽[20],最早的种子于2021年8月13日发芽,2021年8月29日定植,9月30日开花,10月10日开始收获,12月28日采收结束。每穴播苗1株;拱棚栽培,跨幅400 cm,棚高230 cm,沿棚两边对爬,地膜覆盖栽培,株行距200 cm×50 cm,施羊粪7 500 kg/hm2,复合肥300 kg/hm2;小区面积480 m2,试验随机区组排列,3次重复,栽培管理按统一标准进行。

1.2.2测定项目及方法

丰产期进行田间观察和蛇瓜资源主要农艺性状测定,每小区随机抽取蛇瓜资源10株,调查其叶纵径、叶横径、叶柄长、植株节间长;盛果期每份资源分别取10个成熟的商品瓜,调查瓜纵径、瓜横径、瓜肉厚度、单瓜重,计算小区产量;采收老熟种子清洗晒干后测量单瓜种子数量、种子百粒重。

1.3 统计分析

试验数据采用SPSS19.0软件进行标准化处理,同时进行相关性分析、主成分分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 蛇瓜资源农艺性状的相关性分析

12份参试蛇瓜种质资源农艺性状相关性结果见表1。叶纵径与叶横径呈极显著正相关;叶横径与叶纵径呈极显著正相关,与瓜肉厚度呈极显著负相关;瓜横径与瓜肉厚度呈极显著正相关,与瓜纵径呈极显著负相关,与单瓜质量呈显著负相关;单瓜质量与瓜纵径、叶柄长呈极显著正相关,与单瓜种子数量呈极显著负相关,与瓜横径呈显著负相关;表明叶片越宽瓜越轻,瓜重则瓜长,瓜轻则瓜短,瓜短则肉厚。叶柄长与单瓜质量、瓜纵径呈极显著正相关,与植株节间长呈显著正相关,与单瓜种子数量呈极显著负相关,与单株产量呈显著负相关;表明瓜长和叶柄长,种子数量会减少。植株节间长度与叶柄长呈显著正相关,与单株产量呈显著负相关;单株产量与叶柄长、植株节间长度呈显著正相关;表明植株节间越长,叶柄越长,产量越低,生理生长越旺盛,单株产量越低。

表1 相关性分析

2.2 主成分分析

2.2.1数据标准化处理

对参试蛇瓜资源的11个农艺性状指标进行标准化处理,结果如表2所示。

2.2.2主成分的特征根、贡献率和累积贡献率

对标准化后的数据进行主成分分析,各个主成分的特征值和累积贡献率见表3。从表3可看出,前4个主成分F1、F2、F3、F4变量的特征值均大于1.000,贡献率分别为40.107%,29.504%,14.471%,9.330%,累积贡献率达93.412%,超过90%,4个主成分将蛇瓜资源的11个农艺性状指标的多数信息表达,所以提取4个主成分作为蛇瓜资源农艺性状的综合鉴定和评价指标。

表4 方差正交主成分载荷矩阵

2.2.3主成分载荷值

对主成分载荷矩阵使用方差正交旋转法进行旋转,第一主成分(F1)载荷较高且为正值主要指标为单瓜质量、瓜纵径(0.976,0.901),说明这两个性状存在较强的正相关性,与蛇瓜产量有紧密关联,可概括为产量因子,可综合反映蛇瓜产量目标;第二主成分(F2)载荷较高且为正值主要指标为叶横径、叶纵径(0.951,0.846),这些性状反映了叶片生长情况,可概括为叶片因子;第三主成分(F3)载荷较高且为正值主要指标为叶纵径和叶柄长(0.078,0.595),性状反映了植株生长的情况,可概括为生长因子;第四主成分(F4)载荷较高且为正值主要指标为种子百粒重和植株节间长(0.939,0.554),性状反映了种子形成和植株节间长度的关系,可概括为种质因子。前4个主成分包含了单瓜质量、瓜纵径、瓜横径、叶纵径、叶横径、植株节间长、种子百粒重等,这些指标都是蛇瓜种质资源鉴定与评价的重要指标(表5)。

表5 方差正交旋转主成分载荷矩阵

2.2.4主成分得分

利用参试12份蛇瓜资源农艺性状指标的方差正交旋转主成分得分矩阵,统计蛇瓜资源农艺性状各主成分得分并计算综合得分及排名,结果如表6所示。得分排名前3位的GC261437、GC450101、GC451030综合得分分别为60.49,58.36,52.67。

表6 主成分得分、综合得分及排名

2.3 聚类分析

采用欧氏距离平均法对12份蛇瓜资源进行系统聚类分析,在欧氏距离5处分为4类群。第一类群包含3份资源,分别为GC321549、GC263275、GC266337,植株叶柄长度大、瓜横径宽、单株瓜数少,瓜长度和单瓜重仅次于第四类群,该类群可发现植株节间长度大、风味浓郁的蛇瓜种质;第二类群包含2份资源,分别为WD450421022、WD450120,植株叶片宽大、叶纵径在各类群中最高,该类群可发现叶色深绿、叶片厚,瓜身带浅绿斑纹,观赏性强的种质;第三类群包含4份资源,分别为WD451420、WD453154、WD261437、WD268275,植株叶片小、叶柄短、瓜短、种子数量多,该类群可发现晚熟、品质一般、分枝数多的蛇瓜种质;第四类群包含3份资源,分别为GC451030、GC450101、GC261437,其中单瓜质量、瓜纵径在3个分类中最高,该类群可发现带浅绿断层斑纹,品质高,植株茎粗,种子数少的蛇瓜种质(图1)。

图1 系统聚类分析

2.4 农艺性状比较

叶纵径最长为GC451030,最短为WD451420,其余10个蛇瓜资源叶纵径由长到短顺序为WD450120、WD450421022、GC321549、GC263275、GC266337、GC261437、GC450101、WD453154、WD261437、WD268275;叶横径最长为GC451030,最短为WD451420,其余资源叶横径由长到短排序为WD450120、WD450421022、GC266337、GC263275、GC321549、GC261437、WD268275、GC450101、WD261437、WD453154;叶柄长最长为GC450101和GC321549,最短为WD261437,其余资源叶柄长由长到短排序为GC263275、GC261437、GC266337、WD450120、WD453154、WD450421022、WD268275=GC451030、WD451420;植株节间长最长为GC321549,最短为WD451420,其余资源植株节间长由长到短排序为GC450101、GC263275、GC261437、GC266337、WD453154、WD261437、WD268275、GC451030、WD450421022、WD450120;其余性状详见表7。

表7 不同蛇瓜农艺性状指标比较

3 讨 论

相关性分析结果表明,叶纵径与叶横径呈极显著正相关;叶片长度的选择会极显著地影响到叶片宽度的增减,瓜横径与瓜纵径呈极显著负相关,瓜横径一旦增加,瓜纵径必然减小,结果与杜占芬和闫立英[21]的研究结果一致。单瓜质量与瓜纵径、叶柄长呈极显著正相关,与单瓜种子数量呈极显著负相关,与瓜横径呈显著负相关;表明叶片越宽瓜越轻,瓜重则瓜长,瓜轻则瓜短,瓜短则肉厚。叶柄长与单瓜质量、瓜纵径呈极显著正相关,与植株节间长呈显著正相关,与单瓜种子数量呈极显著负相关,与单株产量呈显著负相关;表明瓜长和叶柄长,则种子数量会减少。植株节间长度与叶柄长呈显著正相关,与单株产量呈显著负相关;单株产量与叶柄长、植株节间长度呈显著正相关;表明植株节间越长,叶柄越长,产量越低,生理生长越旺盛,单株产量越低。主成分分析结果显示,第一主成分特征根为4.412,贡献率为40.107%,载荷较高且为正值主要指标为单瓜质量、瓜纵径分别为0.976,0.901,说明这两个性状存在较强的正相关性,与蛇瓜产量有紧密关联,可概括为产量因子,可综合反映蛇瓜产量目标;第二主成分特征根为3.245,贡献率为29.504%,载荷较高且为正值主要指标为叶横径、叶纵径,特征向量分别为0.951,0.846,这些性状反映了叶片生长等情况,可概括为叶片因子;第三主成分特征根为1.592,贡献率为14.471%,载荷较高且为负值的主要指标为叶纵径和叶柄长,特征向量为0.780,0.595,性状反映了植株生长的情况,可概括为生长因子;第四主成分特征根为1.026,贡献率为9.330%,载荷较高且为正值主要指标为种子百粒重、植株节间长,特征向量为0.939,0.554,性状映了种子形成和植株节间长度的关系,可概括为种子因子。采用欧氏距离平均法对12份蛇瓜资源进行系统聚类分析,在欧氏距离5处分为4个类群,各类群农艺性状特征详见表7。第一类群包含3份资源,分别为GC321549、GC263275、GC266337,植株叶柄长度大、瓜横径宽、单株瓜数少,瓜长度和单瓜重仅次于第四类群,该类群可发现植株节间长度大、风味浓郁的蛇瓜种质;第二类群包含2份资源,分别为WD450421022、WD450120,植株叶片宽大、叶纵径在各聚类中最高,该类群可发现叶色深绿、叶片厚,瓜身带浅绿斑纹,观赏性强的种质;第三类群包含4份资源,分别为WD451420、WD453154、WD261437、WD268275,植株叶片小、叶柄短、瓜短、种子数量多,该类群可发现晚熟、品质一般、分枝数多的蛇瓜种质;第四类群包含3份资源,分别为GC451030、GC450101、GC261437,其中单瓜质量、瓜纵径在4个类群中最高,该类群可发现带浅绿断层斑纹,品质高,植株茎粗,种子数少的蛇瓜种质。解决了在亲本选配过程中通过单一性状无法直观分类的弊端,进而可以更好地应用种质资源,提高育种效率[18]。

4 结 论

供试的GC261437、GC450101、GC451030蛇瓜资源,经过分析鉴定其农艺性状优良,适合作为选育高产长瓜型的蛇瓜品种的材料。