籽用南瓜是一类以生产白瓜籽为主要目的的南瓜总称,是葫芦科南瓜属中一类经济价值高、营养价值丰富的作物^[1],可划分为美洲南瓜、印度南瓜和中国南瓜3个栽培种,作为商品类型可分为光板（美洲南瓜）、毛边（中国南瓜）、雪白（印度南瓜）和黄厚皮（印度南瓜）4个类型^[2]。在我国,籽用南瓜已被大范围种植,主要集中分布在黑龙江、内蒙古、甘肃、陕西等地区^[2]。籽用南瓜富含蛋白质、维生素、脂肪等营养物质,近年来,其市场日渐壮大,产业发展迅速^[3]。但是,目前籽用南瓜种质资源的瓜形、瓜色繁杂不一,植株抗性差,品种纯度不高,可供选择的育种亲本单一等问题限制了籽用南瓜产量的提高和育种工作的顺利进行^[4]。因此,籽用南瓜种质资源的研究工作需要深入全面开展,更多的优质高产新品种亟待育出。

对于籽用南瓜种质资源农艺性状的分析前人已有研究。张岩等^[5]对18份籽用南瓜材料的36个农艺性状进行研究,对供试材料进行了聚类并得出用于区别不同籽用南瓜材料的主要形态指标。屈淑平等^[6]通过对籽用南瓜的形态学多样性进行分析,得出44个植物学性状的变异系数,聚类后将76份材料分成两类并得到5个籽用南瓜植物学评价的代表性状。然而,前者材料范围来源区域小,均来自内蒙古;后者虽来源广,但仅有美洲南瓜和印度南瓜2个栽培种。本研究采用形态学标记对38份来自4个不同地区的3个籽用南瓜栽培种进行遗传多样性分析,探讨供试材料间的亲缘关系和材料农艺性状间的相关性,为籽用南瓜种质的育种工作提供参考,为更多优质籽用南瓜新品种的选育奠定材料基础。

试验中所使用的38份籽用南瓜品种来源于4个地区,其中有美洲南瓜23个、印度南瓜11个、中国南瓜4个。供试材料基本信息见表1。

于2016年和2017年的5-10月将38份南瓜供试材料播种在内蒙古农业大学示范园区。田间试验采用随机区组设计,每份材料种植10株,设置3次重复,株行距为1.0m×1.5m。种植前先对供试材料种子进行浸种催芽,温汤浸种后置于28℃恒温培养箱中。待种子露白后播于温室装有基质营养钵中育苗。待幼苗长至2片真叶时定植,花期时进行人工授粉,其他按常规管理。

对38个籽用南瓜种质的50个植物学性状进行测量统计,其中每份材料随机选取10株进行调查统计,性状调查的指标与标准参照《南瓜种质资源描述规范和数据标准》^[7]。

1.4.1 相关遗传参数计算 利用Excel软件对供试材料各指标调查统计所得原始数据进行处理分析,计算每个形态学性状的最值、平均值、标准差和变异系数。

1.4.2 聚类分析和主成分分析 采用DPS 11.5统计分析软件对38个籽用南瓜品种的50个形态学指标进行R型聚类分析,将标准化处理后的数据根据各指标间欧式距离进行聚类,分析各植物学性状之间的相关性。通过非加权类平均法（UPGMA）对采用的38个供试材料品种进行系统聚类分析^[8,9],通过所得聚类结果分析各品种之间的亲缘关系,然后进行主成分分析。

对38份籽用南瓜材料的50个植物学性状调查表明,供试材料的植物学性状变异系数最大值是86.29%,最小值是8.52%,这充分体现了籽用南瓜植物学性状遗传多样性的丰富性（表2）。在平均变异系数中,数量性状（37.56%）小于质量性状（45.64%）,说明籽用南瓜的数量性状比质量性状的变异小,遗传相对稳定。综合对比所有性状的变异系数,瓜形指数的最大,为86.29%,说明籽用南瓜瓜形变异非常丰富;种子出仁率最小,为8.52%,说明了种子出仁率的稳定遗传性。其他大部分性状变异系数均分布在20%~60%,体现出籽用南瓜种质资源在不同水平上都具有丰富的遗传多样性。

本试验调查的50个植物学性状为38份籽用南瓜材料的植株生长盛期、果实成熟期及种子成熟期的性状指标。植株生长盛期的15个植物学性状的平均变异系数为41.58%,果实成熟期的21个植物学性状的平均变异系数为48.54%,种子成熟期的14个植物学性状的平均变异系数为34.68%,说明这3个时期中,果实成熟期的植物学性状变异程度较大,遗传变异十分丰富;而与种子成熟期相关的一些性状变异程度较小,遗传相对稳定。所统计的植物学性状中,瓜形指数、瓜面蜡粉、老瓜瓜面斑纹、瓜瘤多少、老瓜皮色5个性状的变异系数最大,说明这5个性状在籽用南瓜遗传多样性研究中起关键作用。

利用DPS软件对供试籽用南瓜材料的50个形态学性状进行R型聚类分析,所得结果如图1。当欧氏距离为8.66时,可将50个形态学性状分为三大类,任一大类中的形态学性状与其他两大类中的性状距离都较远。由供试材料的50个性状间的欧式距离得出,种喙特征（X28）与种子周缘（X29）间欧氏距离最大,为11.2360;单种重和种子千粒重存在显著相关性。种子千粒重（X49）与种仁质量（X45）间欧氏距离最小,为1.1117,说明种仁质量与种子千粒重间存在一定的相关性。除了老瓜瓜外横径（X35）与内腔横径（X38）间的欧氏距离较小之外,其他各个性状间的欧氏距离基本都在2.5000以上。

基于供试材料的50个植物学性状,利用DPS统计软件对38个籽用南瓜种质资源进行聚类分析得到其系统聚类图,如图2。采用UPGMA法,通过欧式聚类来判断遗传距离进而分析各南瓜种质间的亲缘关系,南瓜种质间的遗传距离范围为4.7118~15.6285,较广泛的欧氏距离说明38份籽用南瓜种质资源具有丰富的遗传多样性。美洲南瓜03（3）和美洲南瓜48（10）间欧式距离最小,为4.7118,说明两者之间的亲缘关系非常近;密本南瓜（25）和美洲南瓜73（36）的欧氏距离最大,为15.6285,说明两者之间亲缘关系较远,遗传差异最大。

图2为对38份供试材料基于形态学性状系统聚类后得到的树状聚类图。由图2可知,在欧氏距离为10.38水平时,可将38份籽用南瓜材料分成四大类：第一大类包括材料9、2、15、26、13、24、28、30、7和33,这些材料在分类上均属于印度南瓜;第二大类包括31和32两份材料,这两份材料分别属于印度南瓜和美洲南瓜;第三大类包括材料12、25、27和22,这4份材料均属于中国南瓜类型;第四大类包括材料3、11、36、18、8、34、6、4、16、38、37、17、21、5、14、19、23、10、20、35、29和1,共22份籽用南瓜品种,均属于美洲南瓜类型。其中,第四大类包含了供试材料的一大部分,还可以将其再细分。

综合聚类分析结果可知,通过系统聚类完全将美洲南瓜、中国南瓜和印度南瓜区分开来,并且从大方向上将美洲南瓜和中国南瓜聚到一起,与印度南瓜区分开来,说明美洲南瓜和中国南瓜的亲缘关系较近,两者与印度南瓜的亲缘关系相对较远,与前人研究结果^[10,11]一致。

利用DPS软件对38份籽用南瓜材料的50个形态学性状进行主成分分析,分析结果见表3。从表3中看出,第一、二、三主成分的方差贡献率分别为26.5339%、11.6368%、9.9525%,累计方差贡献率为48.1231%,即可以通过这3个主成分所包含的信息来反映试验中调查的50个形态学性状的大部分信息。

通过分析表3可得,第一主成分的方差贡献率最大,为26.5339%,其中,种子千粒重、皮壳质量、单种重、种仁质量、瓜梗基部膨大形状、种子宽度、种子长度、内腔横径的贡献较大,种子相关指标贡献值所占比重较大,表明第一主成分主要反映的是种子特征;第二主成分主要反映的是老瓜肉厚、瓜脐直径、单瓜重、瓜柄直径、单瓜种子数、老瓜瓜外横径这6个形态学指标;第三主成分主要反映的是老瓜内腔纵径、生活习性、瓜梗长、分枝性、瓜外纵径、叶形这6个植物学性状。在3个主成分中,种子千粒重、老瓜肉厚和老瓜内腔纵径3个指标在每一成分中的贡献值都最大,即这3个性状能够代表籽用南瓜综合评价的重要指标。

根据每份籽用南瓜材料的主成分值作出38份籽用南瓜种质资源的第一、二主成分散点图（图3）,可将供试材料的分类变得更加直观。38份籽用南瓜种质资源被分成了五大类：第一大类主要为美洲南瓜,包括材料3、11、36、18、8、34、6、4、16、38、37、17、21、5、14、19、23、10、20、35、29、1和22,共23份,其中仅22号为中国南瓜;第二大类为印度南瓜,包括材料9、2、15、26、13、24、28、30、7和33,共10份材料;第三大类为中国南瓜,包括材料12、25和27;第四类只有31号;第五类只有32号（图3）。主成分分析第一、二散点图分类结果与系统聚类分析结果基本一致,验证了本研究中形态学标记在籽用南瓜种质上的应用是准确可靠的。

在籽用南瓜材料的收集过程中,发现很多农家优质材料。由于农户对品种保存、纯化、繁育意识不强,造成优良种质流失,因此,要加强收集优质籽用南瓜种质,为育种工作者提供更多的备选育种材料。籽用南瓜植株生长盛期、果实成熟期及种子成熟期的性状指标均具有丰富的遗传多样性。本试验选取调查了50个植物学性状,通过对比分析各性状变异系数得出,瓜形指数、瓜面蜡粉、老瓜瓜面斑纹、瓜瘤多少、老瓜皮色5个性状的变异系数较大,可作为籽用南瓜遗传多样性的代表性状。主成分分析结果表明,前3个主成分中种子千粒重、老瓜肉厚和老瓜内腔纵径3个成分的方差贡献率相对较高,可作为评价籽用南瓜品种的综合性指标。这与张岩等^[5]、屈淑平等^[6]、曹丽霞等^[12]对籽用南瓜形态学方面的研究结论基本一致。

本研究中选取的籽用南瓜供试材料来源地相距较远,材料间相似系数较低,美洲南瓜中选有裸仁和有壳两种类型,保证了材料的品种遗传多样性。从对植物学性状进行的R型聚类分析中可以看出,单种重和种子千粒重存在显著相关性,欧氏距离最小的是种子千粒重与种仁质量,说明种仁质量与种子千粒重是存在一定的相关性的。这一关系在籽用南瓜材料中恰恰说明种子产量高代表种仁产量高,这一特性是籽用南瓜种质专有特征。在系统聚类分类中,将38份材料基本上按照中国南瓜、美洲南瓜和印度南瓜栽培类型区分开来,且中国南瓜和美洲南瓜亲缘关系较近,两者与印度南瓜亲缘关系相对较远,与前人研究结果相同。与主成分分析分类结果对比后得出,系统聚类将材料31和32归成了一类,而主成分分析将两者划分成了两类,故主成分分析分类结果比系统聚类结果多一类。而且主成分分析结果将22号中国南瓜与美洲南瓜群体分到一类,产生这些现象的原因有可能是两种分析方法的侧重点不一样,聚类分析在亲缘关系较近的种质间应用效率是较高的,但在表现群体关系时无法满足要求^[13]。主成分分析则正好相反,这种分析方法能够通过二、三维坐标图直观地将种群间的关系反映出来,将亲缘关系不太密切的种质进行区分^[14]。

聚类结果将美洲南瓜中的裸仁材料和有壳材料区分开来,说明尽管形态学标记结果易受环境和人为因素影响,但是大的方向仍是可靠的,加上其简单易操作的优点,已应用到其他更多作物上^[15,16,17]。

通过增加试验的样本重复数,改善试验设计方案,开发更准确的性状辨别标准,能够大大增强形态学标记的可靠性和准确性,同时结合分子标记等其他遗传学标记对籽用南瓜材料进行遗传多样性分析^[18],尽可能地减小试验中的误差。本研究基于植物学性状对38份籽用南瓜种质进行形态多样性分析,得出籽用南瓜材料50个植物学性状间的相关性及供试材料间的亲缘关系,为籽用南瓜育种提供遗传背景依据。