蛇瓜資源農藝性狀相關性、主成分與聚類分析

張朝明, 鄧儉英

(廣西壯族自治區農業科學院蔬菜研究所, 南寧 530007)

蛇瓜(TrichosanthesanguinaL.),別名蛇豆、印度絲瓜等,葫蘆科栝樓屬一年生攀緣性草本植物,因其瓜形細長彎曲似蛇而得名。原產印度(已有2 000年的栽培歷史)、馬來西亞,廣泛分布于東南亞各國和澳大利亞,在西非、美洲熱帶和加勒比海等地也有栽培。蛇瓜按瓜體分為短瓜型、長瓜型,依皮色分為灰白色系、綠色系、青黑色系,依個紋可分為青皮白個、白皮青絲、灰皮青斑資源。蛇瓜在中國各地均有栽培,特別是在我國南方栽培較多。蛇瓜適應性強、耐高溫、抗低溫、抗干旱、抗病蟲害能力較強,供應期長,高產穩產。蛇瓜以嫩瓜食用,營養豐富、肉質松,可以用來做湯或炒食,別具風味。另外,蛇瓜有清暑解熱、利尿降壓等功效,有較高的食用和觀賞價值。蛇瓜色、香、味俱佳,深受消費者青睞。近年來,隨著農業產業結構的調整,發展名、特、優農產品成為農村重要經濟增長點。蛇瓜以其形態奇特、營養豐富、肉質脆嫩、風味清香甘甜、品質上等而成為集觀賞、保健、食用于一體的優良蔬菜品種[1]。

蛇瓜株高270～300 cm,根系發達,在15～40 ℃條件下均能生長,最適生長溫度為20～35 ℃,各種類型的土壤均可栽培。蛇瓜的嫩瓜、嫩葉、嫩莖均可食用,主要以嫩瓜為食,嫩瓜一般長130～170 cm,長柱形,兩端漸尖細,尾端常彎曲成蛇狀,表皮淺綠色,肉鮮綠色,肉質松軟。蛇瓜性涼、味微甘,具有清熱、化痰、潤肺、滑腸、利尿、降壓等功效。蛇瓜營養豐富,含有多種碳水化合物、維生素和礦物質,嫩瓜中含蛋白質11 g/kg、脂肪1 g/kg、糖類29 g/kg、粗纖維8 g/kg。蛇瓜抗病性、抗蟲性強,整個生育期基本沒有病蟲害,是目前最為理想的綠色蔬菜,具有良好的發展前景[2]。

廣西壯族自治區蛇瓜的栽培面積零星分布,隨著蔬菜產業的不斷發展,蛇瓜的栽培較之前有了進一步的擴大趨勢。隨著國家鄉村振興的不斷推進和休閑農業的蓬勃發展,市場對蛇瓜的需求日益增加,生產規模不斷擴大;但是品種卻存在退化現象,表現為商品瓜型參差不齊、瓜型的縱徑和橫徑變化大,瓜皮色深淺不一,產量降低、抗病和抗逆性下降,生產效率不高。因此,有必要對現有的蛇瓜資源進行評價篩選,甄選出優良的蛇瓜資源。種質資源的科學評價是合理利用的前提和新品種選育的基礎[3]。在種質資源綜合評價中由于考察的多個性狀間通常存在一定的相關性[4],造成信息重復而使綜合評分法的準確性受到影響。主成分分析通過降維有效避免了信息重疊并使信息濃縮[5],為資源的評價和選擇提供了科學依據。主成分分析與聚類分析是農業研究中重要的統計分析方法,已廣泛應用于南瓜[6]、辣椒[7]、苦瓜[8]、甜瓜[9]、黃瓜[10]、大白菜[11]、菜心[12]、甘藍[13]、蔥[14]、茶[15]、花椰菜[16]、油菜[17]和白羊草[18]等多種作物種質資源農藝性狀的評價之中,然而,在蛇瓜農藝性狀研究上,目前還沒有相關的報道。通過對不同種質之間的數據進行分析及分類,探究不同種質資源間的親緣關系,為種質資源的利用提供了依據,也大大提高了育種的效率[19]。本試驗對蛇瓜的瓜縱徑、瓜橫徑、葉縱徑、葉橫徑、葉柄長、植株節間長、瓜肉厚度、單瓜質量、單瓜種子數量、種子百粒重等指標進行對比篩選,并通過相關性、主成分和聚類分析,對蛇瓜資源的農藝性狀進行客觀評價,以期為蛇瓜資源利用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試資源為廣西農業科學院蔬菜研究所收集的12份蛇瓜資源分別為WD451420、WD453154、WD261437、WD268275、WD450421022、WD450120、GC451030、GC450101、GC261437、GC321549、GC263275、GC266337。其中皮色為白色的蛇瓜資源7份,皮色為白底青斑的蛇瓜資源5份。

1.2 方 法

1.2.1試驗設計

試驗于2021年8—12月在廣西壯族自治區農業科學院明陽基地進行,前茬作物為萵筍。12份資源2021年8月9日浸種催芽[20],最早的種子于2021年8月13日發芽,2021年8月29日定植,9月30日開花,10月10日開始收獲,12月28日采收結束。每穴播苗1株;拱棚栽培,跨幅400 cm,棚高230 cm,沿棚兩邊對爬,地膜覆蓋栽培,株行距200 cm×50 cm,施羊糞7 500 kg/hm2,復合肥300 kg/hm2;小區面積480 m2,試驗隨機區組排列,3次重復,栽培管理按統一標準進行。

1.2.2測定項目及方法

豐產期進行田間觀察和蛇瓜資源主要農藝性狀測定,每小區隨機抽取蛇瓜資源10株,調查其葉縱徑、葉橫徑、葉柄長、植株節間長;盛果期每份資源分別取10個成熟的商品瓜,調查瓜縱徑、瓜橫徑、瓜肉厚度、單瓜重,計算小區產量;采收老熟種子清洗曬干后測量單瓜種子數量、種子百粒重。

1.3 統計分析

試驗數據采用SPSS19.0軟件進行標準化處理,同時進行相關性分析、主成分分析和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 蛇瓜資源農藝性狀的相關性分析

12份參試蛇瓜種質資源農藝性狀相關性結果見表1。葉縱徑與葉橫徑呈極顯著正相關;葉橫徑與葉縱徑呈極顯著正相關,與瓜肉厚度呈極顯著負相關;瓜橫徑與瓜肉厚度呈極顯著正相關,與瓜縱徑呈極顯著負相關,與單瓜質量呈顯著負相關;單瓜質量與瓜縱徑、葉柄長呈極顯著正相關,與單瓜種子數量呈極顯著負相關,與瓜橫徑呈顯著負相關;表明葉片越寬瓜越輕,瓜重則瓜長,瓜輕則瓜短,瓜短則肉厚。葉柄長與單瓜質量、瓜縱徑呈極顯著正相關,與植株節間長呈顯著正相關,與單瓜種子數量呈極顯著負相關,與單株產量呈顯著負相關;表明瓜長和葉柄長,種子數量會減少。植株節間長度與葉柄長呈顯著正相關,與單株產量呈顯著負相關;單株產量與葉柄長、植株節間長度呈顯著正相關;表明植株節間越長,葉柄越長,產量越低,生理生長越旺盛,單株產量越低。

表1 相關性分析

2.2 主成分分析

2.2.1數據標準化處理

對參試蛇瓜資源的11個農藝性狀指標進行標準化處理,結果如表2所示。

2.2.2主成分的特征根、貢獻率和累積貢獻率

對標準化后的數據進行主成分分析,各個主成分的特征值和累積貢獻率見表3。從表3可看出,前4個主成分F1、F2、F3、F4變量的特征值均大于1.000,貢獻率分別為40.107%,29.504%,14.471%,9.330%,累積貢獻率達93.412%,超過90%,4個主成分將蛇瓜資源的11個農藝性狀指標的多數信息表達,所以提取4個主成分作為蛇瓜資源農藝性狀的綜合鑒定和評價指標。

表4 方差正交主成分載荷矩陣

2.2.3主成分載荷值

對主成分載荷矩陣使用方差正交旋轉法進行旋轉,第一主成分(F1)載荷較高且為正值主要指標為單瓜質量、瓜縱徑(0.976,0.901),說明這兩個性狀存在較強的正相關性,與蛇瓜產量有緊密關聯,可概括為產量因子,可綜合反映蛇瓜產量目標;第二主成分(F2)載荷較高且為正值主要指標為葉橫徑、葉縱徑(0.951,0.846),這些性狀反映了葉片生長情況,可概括為葉片因子;第三主成分(F3)載荷較高且為正值主要指標為葉縱徑和葉柄長(0.078,0.595),性狀反映了植株生長的情況,可概括為生長因子;第四主成分(F4)載荷較高且為正值主要指標為種子百粒重和植株節間長(0.939,0.554),性狀反映了種子形成和植株節間長度的關系,可概括為種質因子。前4個主成分包含了單瓜質量、瓜縱徑、瓜橫徑、葉縱徑、葉橫徑、植株節間長、種子百粒重等,這些指標都是蛇瓜種質資源鑒定與評價的重要指標(表5)。

表5 方差正交旋轉主成分載荷矩陣

2.2.4主成分得分

利用參試12份蛇瓜資源農藝性狀指標的方差正交旋轉主成分得分矩陣,統計蛇瓜資源農藝性狀各主成分得分并計算綜合得分及排名,結果如表6所示。得分排名前3位的GC261437、GC450101、GC451030綜合得分分別為60.49,58.36,52.67。

表6 主成分得分、綜合得分及排名

2.3 聚類分析

采用歐氏距離平均法對12份蛇瓜資源進行系統聚類分析,在歐氏距離5處分為4類群。第一類群包含3份資源,分別為GC321549、GC263275、GC266337,植株葉柄長度大、瓜橫徑寬、單株瓜數少,瓜長度和單瓜重僅次于第四類群,該類群可發現植株節間長度大、風味濃郁的蛇瓜種質;第二類群包含2份資源,分別為WD450421022、WD450120,植株葉片寬大、葉縱徑在各類群中最高,該類群可發現葉色深綠、葉片厚,瓜身帶淺綠斑紋,觀賞性強的種質;第三類群包含4份資源,分別為WD451420、WD453154、WD261437、WD268275,植株葉片小、葉柄短、瓜短、種子數量多,該類群可發現晚熟、品質一般、分枝數多的蛇瓜種質;第四類群包含3份資源,分別為GC451030、GC450101、GC261437,其中單瓜質量、瓜縱徑在3個分類中最高,該類群可發現帶淺綠斷層斑紋,品質高,植株莖粗,種子數少的蛇瓜種質(圖1)。

圖1 系統聚類分析

2.4 農藝性狀比較

葉縱徑最長為GC451030,最短為WD451420,其余10個蛇瓜資源葉縱徑由長到短順序為WD450120、WD450421022、GC321549、GC263275、GC266337、GC261437、GC450101、WD453154、WD261437、WD268275;葉橫徑最長為GC451030,最短為WD451420,其余資源葉橫徑由長到短排序為WD450120、WD450421022、GC266337、GC263275、GC321549、GC261437、WD268275、GC450101、WD261437、WD453154;葉柄長最長為GC450101和GC321549,最短為WD261437,其余資源葉柄長由長到短排序為GC263275、GC261437、GC266337、WD450120、WD453154、WD450421022、WD268275=GC451030、WD451420;植株節間長最長為GC321549,最短為WD451420,其余資源植株節間長由長到短排序為GC450101、GC263275、GC261437、GC266337、WD453154、WD261437、WD268275、GC451030、WD450421022、WD450120;其余性狀詳見表7。

表7 不同蛇瓜農藝性狀指標比較

3 討 論

相關性分析結果表明,葉縱徑與葉橫徑呈極顯著正相關;葉片長度的選擇會極顯著地影響到葉片寬度的增減,瓜橫徑與瓜縱徑呈極顯著負相關,瓜橫徑一旦增加,瓜縱徑必然減小,結果與杜占芬和閆立英[21]的研究結果一致。單瓜質量與瓜縱徑、葉柄長呈極顯著正相關,與單瓜種子數量呈極顯著負相關,與瓜橫徑呈顯著負相關;表明葉片越寬瓜越輕,瓜重則瓜長,瓜輕則瓜短,瓜短則肉厚。葉柄長與單瓜質量、瓜縱徑呈極顯著正相關,與植株節間長呈顯著正相關,與單瓜種子數量呈極顯著負相關,與單株產量呈顯著負相關;表明瓜長和葉柄長,則種子數量會減少。植株節間長度與葉柄長呈顯著正相關,與單株產量呈顯著負相關;單株產量與葉柄長、植株節間長度呈顯著正相關;表明植株節間越長,葉柄越長,產量越低,生理生長越旺盛,單株產量越低。主成分分析結果顯示,第一主成分特征根為4.412,貢獻率為40.107%,載荷較高且為正值主要指標為單瓜質量、瓜縱徑分別為0.976,0.901,說明這兩個性狀存在較強的正相關性,與蛇瓜產量有緊密關聯,可概括為產量因子,可綜合反映蛇瓜產量目標;第二主成分特征根為3.245,貢獻率為29.504%,載荷較高且為正值主要指標為葉橫徑、葉縱徑,特征向量分別為0.951,0.846,這些性狀反映了葉片生長等情況,可概括為葉片因子;第三主成分特征根為1.592,貢獻率為14.471%,載荷較高且為負值的主要指標為葉縱徑和葉柄長,特征向量為0.780,0.595,性狀反映了植株生長的情況,可概括為生長因子;第四主成分特征根為1.026,貢獻率為9.330%,載荷較高且為正值主要指標為種子百粒重、植株節間長,特征向量為0.939,0.554,性狀映了種子形成和植株節間長度的關系,可概括為種子因子。采用歐氏距離平均法對12份蛇瓜資源進行系統聚類分析,在歐氏距離5處分為4個類群,各類群農藝性狀特征詳見表7。第一類群包含3份資源,分別為GC321549、GC263275、GC266337,植株葉柄長度大、瓜橫徑寬、單株瓜數少,瓜長度和單瓜重僅次于第四類群,該類群可發現植株節間長度大、風味濃郁的蛇瓜種質;第二類群包含2份資源,分別為WD450421022、WD450120,植株葉片寬大、葉縱徑在各聚類中最高,該類群可發現葉色深綠、葉片厚,瓜身帶淺綠斑紋,觀賞性強的種質;第三類群包含4份資源,分別為WD451420、WD453154、WD261437、WD268275,植株葉片小、葉柄短、瓜短、種子數量多,該類群可發現晚熟、品質一般、分枝數多的蛇瓜種質;第四類群包含3份資源,分別為GC451030、GC450101、GC261437,其中單瓜質量、瓜縱徑在4個類群中最高,該類群可發現帶淺綠斷層斑紋,品質高,植株莖粗,種子數少的蛇瓜種質。解決了在親本選配過程中通過單一性狀無法直觀分類的弊端,進而可以更好地應用種質資源,提高育種效率[18]。

4 結 論

供試的GC261437、GC450101、GC451030蛇瓜資源,經過分析鑒定其農藝性狀優良,適合作為選育高產長瓜型的蛇瓜品種的材料。