黄瓜种质资源果实性状遗传多样性分析

摘    要：为深入了解黄瓜果实性状的遗传多样性，优化育种策略，对221份种质资源的13个果实农艺性状进行遗传多样性分析、相关性分析、主成分分析、聚类分析。结果表明，221份黄瓜种质资源的遗传多样性指数平均为1.392，平均变异系数为30.78%。相关性分析表明，除瓜瘤大小外，其他12个性状均有与其关联性较高的性状；主成分分析表明，前4个主成分（PC1～PC4）的累积贡献率为68.82%，包含了黄瓜果实性状的大部分信息。通过表型性状及分子标记分别对种质资源进行聚类分析，结果表明，在欧式距离为0.003时，将221份种质资源的表型性状分为5类，每一类分别包含90、65、9、38、19份种质资源； 在欧式距离为1.400时，将221份种质资源采用分子标记分为5类，分别包含了35、70、45、54、17份种质资源。表型数据和分子标记聚类结果对比，发现两者具有一定的吻合度，但仍存在差异。研究结果为优良育种亲本的选配奠定了一定的基础，也为后续工作提供了参考。

关键词：黄瓜；遗传多样性；表型性状；分子标记

中图分类号：S642.2 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2024）07-020-09

Genetic diversity analysis of fruit-related traits in cucumber germplasm resource

WANG Rong1， 2， DONG Shaoyun2， LIU Xiaoping2， GUAN Jiantao2， MIAO Han2，  LI Sen1， ZHANG Shengping2

（1. College of Horticulture， Shanxi Agricultural University， Taigu 030801， Shanxi， China; 2. The State Key Laboratory of Vegetable Biobreeding/Institute of Vegetables and Flowers， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100081， China）

Abstract： To understand the genetic diversity of cucumber fruit traits and optimize breeding strategies， genetic diversity analysis， correlation analysis， principal component analysis and cluster analysis were performed for 13 fruit agronomic traits of 221 germplasm resources. The results showed that the average genetic diversity index of 221 cucumber germplasm resources was 1.392， with the average coefficient of variation of 30.78%. Correlation analysis showed that except the size of fruit tumor， the other 12 traits had high correlation. Principal component analysis showed that the cumulative contribution rate of the four principal components （PC1-PC4） was 68.82%， which contained most of the information of cucumber fruit traits. Cluster analysis was conducted on germplasm resources using phenotypic traits and molecular markers. The results showed that the phenotypic traits of 221 germplasm resources were divided into 5 categories when the Euclidean distance was 0.003， and each category contained 90， 65， 9， 38 and 19 germplasm resources， respectively. When the Euclidean distance was 1.400， the molecular markers of 221 germplasm resources were divided into 5 categories， including 35， 70， 45， 54 and 17 germplasm resources， respectively. The comparison between phenotype data and molecular marker clustering results showed that there was a certain degree of agreement between them. The results have laid a foundation for the selection of excellent breeding parents and provided a reference for the subsequent work.

Key words： Cucumber; Genetic diversity; Phenotypic characters; Molecular marker

黄瓜（Cucumis sativus L.）是重要的葫芦科蔬菜作物，在全球范围内广泛种植。中国是黄瓜生产面积最大、产量最高的国家，占全球总产量的80.80%[1-3]。2016—2020年，我国黄瓜年均播种面积为122.97万hm²，产量6 623.08万t[4]。黄瓜果实性状主要包括瓜形、瓜皮色、瓜长、瓜把长、瓜横径、瓜肉厚、瓜心室数、瓜肉色、瓜刺瘤稀密、瓜刺色、瓜瘤大小等。近年来，随着生活水平的提高，人们对黄瓜的果实外观和品质提出了更高的要求，提高黄瓜的果实品质成为黄瓜育种的主要目标之一[4]。

种质资源多样性是进行品种选育的前提。目前关于黄瓜种质资源鉴定与评价的报道较多，曹守军等[5]对58份烟台地方黄瓜种质资源进行鉴定和聚类分析，结果表明，华南型和华北型两大类群的划分与地理分布相吻合；徐强等[6]对19个加工类型黄瓜品种进行鉴定评价，将19个黄瓜品种聚类为短果中等品质、短果优质和长果高产3种类型；曹齐卫等[7]以山东地方黄瓜品种为研究对象，通过对果实外观进行鉴定，明确其具有丰富的遗传多样性；沈镝等[8]对30份西双版纳黄瓜种质资源的18个农艺性状进行鉴定，表明其形态具有一定的遗传多样性。任思玲等[9]对228份黄瓜种质资源进行感官评价，结果表明，果实中心腔处涩感显著弱于果皮处。综上可知，多数研究集中在地方黄瓜种质资源方面，对全国收集的种质资源鉴定评价较少。笔者在本文中通过对全国各地黄瓜种质资源的果实性状进行遗传多样性分析，深入了解不同种质资源的亲缘关系，以期为黄瓜育种实践提供理论依据，加快黄瓜新品种选育进程。

1 材料与方法

1.1 材料

以来自国家蔬菜种质资源库的221份黄瓜种质资源为试验材料，该试验材料来自于全国各省份，其中河南27份，山东23份，吉林17份，湖南14份，四川12份，广东、山西、天津各11份，内蒙古、新疆各9份，黑龙江、江苏各7份，河北6份，辽宁5份，贵州、湖北、浙江各4份，广西、上海、云南各3份，安徽、福建、甘肃、江西、宁夏、陕西各2份，北京1份，未知省份的种质资源有18份。

1.2 方法

分别在2022年3月和2023年3月进行材料种植。首先分别对221个黄瓜品种进行催芽，将种子放于培养皿中用55 ℃温水浸泡，然后放于28 ℃恒温培养箱中培养24 h左右，待种子发芽率超过70%时播种于32孔穴盘（54 cm×28 cm×4.5 cm）中，待幼苗2叶1心时定植于中国农业科学院寿光蔬菜研发中心试验基地的连栋温室中，株距为30 cm，行距为60 cm。试验随机区组排列，设置3个生物学重复，每个重复5株。为减少环境对植株生长带来的差异，所有供试材料的灌溉、药物防治以及吊蔓等田间管理均保持一致。

1.3 农艺性状调查

笔者在黄瓜农艺性状数据调查过程中，选取13个与果实相关的农艺性状进行综合评价。在表型性状调查过程中，主要参照《黄瓜种质资源描述规范和数据标准》[10]。数据采集在定植50 d天左右，在盛果期调查各项性状指标。每个生物学重复调查5根长势相似的商品瓜瓜条。采用目测法比对《黄瓜种质资源描述规范和数据标准》，完成瓜皮色、瓜肉色、瓜刺色、瓜刺瘤疏密、瓜形、瓜瘤大小、瓜心室数等性状的评价，使用游标卡尺、软尺、电子秤完成瓜长、瓜横径、瓜把长、心腔直径、单瓜质量、果形指数等性状的测量。受环境或者种苗本身的影响，不同材料之间有所差异，对果实成熟较晚的材料单独标记后，根据生长状况延后调查时间。调查工作主要由固定的两人（一人测量，一人记数）完成，尽可能减小误差，保证数据的一致性和准确性。

1.4 SSR标记检测

采用CTAB法提取221份黄瓜种质资源的DNA[11]，利用分布于黄瓜全基因组的240对SSR引物进行PCR扩增。PCR反应体系10 μL，包括样品DNA1.0 μL，上下游引物各0.5 μL，2×SG Green qPCR Mix 5.0 μL，ddH2O 3.0 μL。扩增程序：95 ℃预变性3 min，95 ℃变性15 s，55 ℃退火30 s，72 ℃延伸30 s，共31个循环，72 ℃延伸10 min，4 ℃保存。扩增产物经聚丙烯酰胺凝胶电泳进行检测。

1.5 数据标准化处理及分析

为提高数据的准确性，将瓜长、瓜把长、瓜横径、心腔直径、瓜心室数、单瓜质量等性状进行分级处理[12]。对瓜皮色、瓜形、瓜肉色、瓜刺大小、瓜刺颜色、瓜刺瘤疏密等进行赋值，赋值结果见表1。使用Microsoft Excel 2016计算各性状数据的极值、平均值、偏度、峰度、标准差、变异系数等参数；利用公式计算各性状的遗传多样性指数（H'），H'= -∑Pi×LnPi（Pi是指第i个样品的样品数占总样品数的比例）；使用IBM SPSS Statistics 20进行相关性分析和主成分分析；使用Origin 2023 b绘制相关性分析热图和聚类分析图。

2 结果与分析

2.1 黄瓜种质资源果实性状遗传多样性分析

对221份黄瓜种质资源农艺性状调查结果进行遗传多样性指数计算，结果如表2所示，黄瓜种质资源的遗传多样性指数平均为1.392，各性状的遗传多样性指数不同，瓜长、瓜横径、瓜把长、心腔直径、单瓜质量、瓜形、瓜皮色、果形指数的遗传多样性指数大于1.000，其中以瓜长遗传多样性指数最高，为2.079；瓜肉色、瓜瘤大小、瓜心室数、瓜刺色和瓜刺瘤稀密遗传多样性指数小于1.000，其中以瓜心室数遗传多样性指数最低，为0.546。变异系数在7.49%～55.17%之间 ，平均变异系数为30.78%，变异系数从高到低依次为：瓜刺色>瓜形>瓜刺瘤稀密>瓜把长>瓜皮色>瓜肉色>果形指数>瓜长>单瓜质量>瓜瘤大小>心腔直径>瓜心室数>瓜横径。以上结果表明，黄瓜果实性状遗传多样性指数较高，说明该研究中收集到的种质资源遗传多样性丰富，具有较高的研究价值，可为黄瓜育种提供优异的种质资源。