摘要： 【目的】为了研究准确鉴定评价西瓜种质资源抗南方根结线虫侵染能力的方法，筛选抗性材料，【方法】以35份西瓜种质资源为试材，采用盆栽幼苗人工接种方法，测定了南方根结线虫侵染60 d时西瓜幼苗各器官相对生长量及相关抗病指标，并进行了聚类分析和隶属函数分析。【结果】结果表明，南方根结线虫侵染后不同西瓜种质资源幼苗各器官的相对生长量、抗病指标及其变异系数的影响显著不同；采用变异系数最大的根结指数进行聚类分析结果与4个抗病指标综合分析结果存在微小差异，但与5个相对生长量指标以及相对茎鲜质量的聚类分析结果存在较大差异。根据综合指标隶属函数分析，确定了西瓜种质资源抗南方根结线虫的顺序。【结论】采用多指标综合聚类分析与单一指标聚类分析相结合更能准确划分西瓜种质资源抗根结线虫的类群，通过综合鉴定评价，可将供试的35份西瓜种质资源分为高感、感病、低抗3个类群，无中高抗材料，其中抗性最强的是红籽瓜，抗性最弱的是中科6号。
关键词： 西瓜种质资源； 南方根结线虫； 相对生长量； 抗性指标； 聚类分析； 隶属函数分析
西瓜（Citrullus Lanatus （Thunb.）Mansf）是葫芦科重要的经济作物。我国是世界西瓜生产和消费大国，2010年种植面积达到181.25万hm2[1]。近年来，根结线虫病对西瓜生产危害程度呈上升趋势，生产实践中，采用抗性品种是甲基溴替代技术中最有效的方法[2-3]。但是目前国内开展西瓜抗根结线虫研究较少，西瓜种质资源抗根结线虫能力尚不十分清楚。为此，研究西瓜种质资源对根结线虫抗性的鉴定评价体系、筛选抗性强的西瓜种质资源，对于克服或减轻根结线虫对西瓜的危害，以及利用抗性材料培育抗根结线虫的西瓜品种，具有重要的理论意义和实践价值。
关于西瓜种质资源抗根结线虫的鉴定，国内外已有的报道中采用的鉴定指标并不一致。张学炜等[4]，Montalvo等[5]，Boyhan等[6]采用根结指数对供试西瓜品种和种质资源进行鉴定；沈镝等[7]采用病级指数对444份主要瓜类作物地方品种进行鉴定；而Thies等[8-9]采用根结指数、卵粒指数、繁殖系数和每克根鲜重卵粒数来鉴定西瓜种质资源抗根结线虫能力。徐小明等[10]、贾双双等[11]研究认为仅采用抗病指标对材料根结线虫抗性进行分类，会因抗病指标的划分标准不同而易出现偏差，也不能客观评价耐病材料。为此，我们通过测定不同西瓜资源幼苗接种南方根结线虫后各器官的相对生长量及相关抗病指标，利用聚类分析和隶属函数分析等方法，对供试西瓜种质资源进行抗性鉴定与评价，旨在探讨不同鉴定评价方法的差异，筛选抗性强的西瓜种质资源，为合理利用抗性西瓜种质资源提供参考。
1 材料和方法
1.1 试验材料
试验于2011—2012年在中国农业科学院郑州果树研究所进行。供试西瓜种质资源共35份，‘中科6号’、砧木西瓜（‘红籽2号’）、砧木西瓜（‘绿籽2号’）由中国农业科学院郑州果树研究所二倍体西瓜课题组提供，其余材料均由国家西甜瓜种质资源中期库提供（表1）。由于各西瓜种质资源的发芽势不同，为保证同期播种，根据各西瓜种质资源的适宜发芽时间，实行分期浸种、催芽。然后选取发芽种子播种于32孔穴盘中，播种后置于日光温室内培养。待幼苗长至二叶一心时，移栽到直径21 cm、高18 cm的塑料花盆中，每盆1株，每份材料种植90盆，每15盆为一个处理小区，共6个小区，栽培基质经过121 ℃高温灭菌1 h。
1.2 南方根结线虫的接种方法
南方根结线虫（Meloidogyne.incognita）由南京农业大学植物保护学院提供。先将其接种到用无菌土盆栽的易感根结线虫的番茄品种改良西粉902的根际，生长45 d后待番茄根系出现明显根结时，采用刘维志[12]的方法从番茄根部分离南方根结线虫的卵。然后用打孔器在盆栽西瓜幼苗根际打孔（6孔/盆），其中3个小区注入线虫卵悬浮液（每盆3 000卵），对照注入等量清水，最后用土掩埋。
1.3 测定指标及计算方法
1.3.1 生长指标 西瓜幼苗接种根结线虫60 d时，每小区随机选取6株测定其主蔓长、茎粗、根系鲜质量、茎鲜质量、叶鲜质量等生长指标，以6 株平均值为一个处理小区的实测值，计算幼苗各器官相对生长量。相对生长量（%）=处理区测定值/对照区测定值×100。
1.3.3 隶属函数值X（μ） 参照宋洪元等[15]的隶属函数值计算方法。抗性指标的隶属函数值X（μ）=1-（X-Xmin）/（Xmax-Xmin），生长指标的隶属函数值X（μ）=（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）。X为接种60 d时某西瓜材料幼苗某指标测定值，Xmax为所有供试幼苗该指标的最大值，Xmin为所有供试幼苗该指标的最小值。隶属函数值越大，表示该西瓜材料的抗根结线虫能力越强。
1.4 统计分析
采用Excel2003软件进行数据处理，计算平均值、标准差和变异系数，采用SAS9.0软件的类平均法进行聚类分析，聚类分析采用对原始数据进行标准化后，经欧氏距离法计算样本间距离，用类平均法聚类。
2 结果与分析
2.1 南方根结线虫对不同西瓜种质资源幼苗生长和抗病指标的影响
相对生长量可以反映植株遭受南方根结线虫侵染后保持原有生长势的能力，其值越大，说明抗病能力越强，反之，越弱。表1显示，接种南方根结线虫 60 d 时，西瓜材料的株高、茎粗及根、茎、叶鲜质量均降低，表明南方根结线虫侵染显著影响了西瓜植株的生长，红籽瓜植株各器官的相对生长量均较高，而砧用西瓜（‘绿籽2号’）各器官的相对生长量较低，说明红籽瓜抗病能力较强，而砧用西瓜（‘绿籽2号’）抗病能力较弱。表1还显示，各生长指标降低的幅度并不一致，说明南方根结线虫侵染对西瓜植株不同器官的抑制程度存在差异，通过计算不同生长指标的变异系数发现，茎鲜质量、叶鲜质量和根系鲜质量变异系数均较大，分别为21.56%、21.21%和19.23%，而相对茎粗较小，仅为8.15%，说明根结线虫侵染对植株茎、叶、根系影响均较大，而对茎粗影响较小。 由表1还可以看出，不同西瓜材料植株的根结指数（GI）、卵粒指数（EI）、繁殖系数（RF）和病情指数（DI）也存在显著差异，在35份西瓜种质资源材料中砧用西瓜（红籽1号）根结指数最低，红籽瓜卵粒指数最低，PI632751繁殖系数最低，砧木西瓜（‘红籽1号’）和野饲用西瓜病情指数最低，各指标变化也不一致，表明根据单一指标对西瓜材料抗病性进行分类的结果会存在一定差异。红籽瓜、野饲料西瓜、PI632751的4项抗病指标均较低，说明其对南方根结线虫抗性较强，而‘中科6号’、墨西哥-74-1的 4 项抗病指标均较高，表明其对南方根结线虫抗性较弱。
单个指标虽然可以反映西瓜种质资源抗南方根结线虫的差异，但是各材料反映的抗性水平却存在差异，因此还需要进一步加以分析将材料分类和综合评价各材料的抗性水平。
2.2 西瓜种质资源对南方根结线虫抗性的聚类分析
以GI、EI、RF和DI为指标进行聚类分析，当阀值为0.945（sprsq=0.0079）时，可将供试西瓜材料分为高感、感病和低抗3类（图1-A），其中‘中科6号’、‘蜜枚’、‘墨西哥-74-1’、‘PI482355’属于易感，‘11253’、‘PI386014’、‘PI537277’属于感病，其余材料为低抗。
以主蔓长、茎粗、茎鲜质量、叶鲜质量和根鲜质量等相对生长量为指标进行聚类分析，结果表明（图1-B），当阀值为0.985（sprsq=0.0115）时，可将供试材料分为3类，‘中科6号’、砧用西瓜（‘绿籽2号’）、‘北京野生’和砧木西瓜‘绿籽1号’属于高感，2号、34号、20号、22号、16号、18号、8号、23号、25号、28号、29号、7号、12号、14号和15号属于感病，其余材料为低抗。
西瓜材料幼苗遭受南方根结线虫侵染后，抗性指标中GI的变异系数最大，表明该指标对根结线虫侵染最敏感。以GI为指标进行聚类分析，结果表明（图1-C），当阀值为0.355（sprsq=0.0023）时，可将供试材料分为4类，第1类群1号‘中科6号’和31号‘PI482355’和第2类群2号‘蜜枚’和3号‘墨西哥-74-1’均属于高感，第3类群7号、10号、29号、11号、19号、34号、24号、33号、25号、8号和22号属于感病，第4类群为低抗。聚类结果与4个抗病指标聚类结果有所差别，但是高感材料判定完全一致，只是将GI判定为感病的7号、10号、29号、11号、19号、34号、24号、33号和22号判为低抗，将GI判定为低抗的26号判定为感病，说明这些材料抗性介于感病与低抗之间，表现出一定的耐病性；GI聚类结果与4个抗性指标聚类结果差别较少，而且聚类过程中的SPRSQ值较小，说明GI可基本准确反映西瓜种质资源抗南方根结线虫的水平。
以西瓜幼苗生长指标中变异系数较大的相对茎鲜质量进行聚类分析，结果表明（图1-D），当阀值为0.545（sprsq=0.0535）时，可将供试的西瓜材料分为3类，1号、8号、20号、23和35号属于易感，2号、16号、25号、22号、12号、28号、19号、34号、7号、29号和18号属于感病，其余各材料属于低抗。聚类结果与相对生长指标以及4个抗病指标聚类结果差别均较大，说明仅利用相对茎鲜质量不能确定西瓜种质资源抗南方根结线虫的水平。
2.3 西瓜种质资源抗根结线虫能力综合评价
计算不同西瓜材料幼苗各指标的隶属函数，结果（表2）表明，红籽瓜的隶属函数总值6.36最高，野饲用西瓜、‘中育10号’和‘三白’西瓜的隶属函数总值均大于6，说明它们有较强的抗根结线虫能力（根结线虫对其生长影响较小），‘中科6号’和‘PI482355’的隶属函数总值较低，仅分别为2.78和3.01，说明其抗根结线虫能力较弱；其他29份材料的隶属函数总值居中。根据隶属函数总值的大小，得出供试西瓜材料抗（耐）根结线虫能力由强到弱依次是：红籽瓜、‘三白’西瓜、野饲用西瓜、‘中育10号’、大板红籽瓜、砧木西瓜（‘绿籽2号’）、‘PI271775’、‘940-1’、‘PI185636’、宁夏红籽瓜、砧木西瓜（‘红籽1号’）、砧木西瓜（‘红籽2号’）、‘PI251244’、‘940-2’、‘PI540917’、‘蜜枚’（4X）、‘靖远大板一号’、‘PI249010’、‘PI299378’、北京野生西瓜、‘PI482257’、‘PI632751’、砧木西瓜（‘绿籽1号’）、‘940-3’、‘PI299379’、‘PI482322’、非洲野生西瓜、‘PI482246’、‘墨西哥-74-1’、‘11253’、‘PI386014’、‘蜜枚’、‘PI537277’、‘PI482355’和‘中科6号’。
3 讨 论
西瓜材料幼苗接种南方根结线虫后，各材料幼苗的相对生长量及相关抗病指标均发生显著变化，且材料之间存在显著差异，但各指标的变化趋势不一致。南方根结线虫侵染可显著降低西瓜材料幼苗的生长量，其中茎鲜质量、叶鲜质量以及根系鲜质量的变异系数较大，主蔓长度次之，茎粗最小，表明根结线虫侵染对幼苗的茎叶以及根系影响较大，而对茎粗影响较小。这与刘成静等[16]在西瓜以及李文超等[17]在黄瓜上的研究结果一致，根结线虫侵染后，西瓜和黄瓜的株高、叶片数、叶面积都显著降低。从试验结果还可以看出，相关抗性指标的变异系数均显著高于相对生长量的变异系数，其中根结指数的变异系数129.92%最大，表明该指标对根结线虫侵染最敏感，也说明单位根系鲜质量的根结数量最容易反映西瓜材料间抗南方根结线虫能力的大小，这与徐小明等[10]、贾双双等[11]在茄子砧木和番茄砧木抗南方根结线虫上的鉴定结果一致。
前人关于葫芦科作物抗根结线虫能力的鉴定报道较多，但多采用根结数、根结指数、病级指数等指标中的部分指标直接对供试材料进行抗病性鉴定，Thies等[8-9]采用根结指数、卵粒指数、繁殖系数和每克根鲜质量卵粒数来鉴定西瓜种质资源抗根结线虫能力，但主要还是根据根结指数来判定，其他指标只是作为辅证。由于南方根结线虫侵染对西瓜材料幼苗不同器官生长及抗病指标的影响并不一致，难以确定一个可靠准确的鉴定标准。桂连友等[18]、翟衡等[19]、郝玉金等[20]研究表明，采用单一指标对其抗性鉴定的结果势必存在一定的差异，且由于不同研究者判定抗、感病水平采用的标准不一致，得出的结论难以相互比较，而聚类分析可根据一些能客观反映研究对象之间亲疏关系的统计量，按距离远近或者性质相似的原则分为若干类，无需划分标准，排除了人为确定标准不一致造成的干扰，因此聚类分析法在植物抗性材料筛选中已被广泛应用。本试验中采用4个抗病指标进行聚类分析，在阀值为0.945（sprsq=0.0079）时，可将供试西瓜材料分为高感、感病和低抗3类；采用5个相对生长指标进行聚类分析，当阀值为0.985（sprsq=0.0115）时，也可将供试西瓜材料分为高感、感病和低抗3类，但判定结果差异较大；以生长指标中变异系数最大的相对茎鲜质量进行聚类分析，当阀值为0.545（sprsq=0.0535）时，也可将供试的西瓜材料分为3类，判定结果与前2者差异仍然较大；以变异系数最大的GI为指标进行聚类分析，当阀值为0.355（sprsq=0.0023）时，可将供试材料分为4类；以4个抗病指标聚类分析结果与GI聚类分析结果高感材料判定完全一致，但是感病材料与低抗材料判定结果不一致，判定结果的差异可能是由于这些材料表现为耐病，同时也说明本试验中采用多指标综合聚类分析与单一指标聚类分析相结合更能准确划分西瓜种质资源抗根结线虫的类群。由于聚类过程中的SPRSQ 为半偏 R2，可以用来判别一次合并的效果，该值越小，说明合并的效果越好，因此，以GI进行聚类分析时较其它指标的判定结果更准确，也说明GI可基本准确反映西瓜种质资源抗南方根结线虫的能力，这与变异系数初步判定结果一致，也与徐小明等[10]、贾双双等[11]在茄子砧木和番茄砧木上的鉴定结果一致。本试验中根据GI鉴定结果15号‘三白’西瓜为抗病材料，这与沈镝[7]鉴定结果一致，表明本试验抗性鉴定结果的准确可靠。 [10] XU Xiao-ming， XU Kun， YU Qin， ZHANG Xiao-yan. Screening and evaluation of eggplant rootstock for resistance to Meloidogyne incognita[J]. Acta Horticulturae Sinica，2008，35（10）： 1761-1765.
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