Botanical Research 植物学研究, 2020, 9(4), 341-353
Published Online July 2020 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/br https://doi.org/10.12677/br.2020.94042
Morphological Classification and Molecular Identification of Germplasm Resources in Momordica charantia L.
Guoli Wang
School of Life Science, Huizhou University, Huizhou Guangdong
ththth
Received: Jun. 28, 2020; accepted: Jul. 13, 2020; published: Jul. 20, 2020
Abstract
Combined with morphological markers and molecular markers, a solution is provided for com-prehensive analysis of genetic diversity of Dading bitter gourd resources. According to the mor-phological description standard of Momordica charantia, the variation and cluster analysis of the morphological indexes of Dading bitter gourd were carried out. And the cluster analysis was car-ried out based on SRAP and SSR molecular marker technology. The results showed that, among the 33 morphological indexes, the variation coefficient of leaf shape is the largest, followed by the seed skin color. The variation coefficients of melon habit, leaf color, leaf shape, single melon weight, number of seeds per melon and longitudinal diameter of commercial melon were more than 25%. However, the coefficient of variation of six indexes, such as lobes count, sexual type, hide subtending leaf of flower stalk, melon surface gloss, end face shape of proximal melon pedicel and species melon skin color, was 0. At the threshold of genetic distance of 18, all bitter gourd materials were divided into three groups. A total of 282 polymorphic bands were amplified by 25 pairs of SRAP primers, and the tested materials could be divided into 4 groups at the threshold of genetic similarity coefficient of about 0.66. A total of 58 polymorphic bands were amplified by 20 pairs of SSR primers, and at the threshold of 0.64, the tested materials of Dading bitter gourd could be divided into four groups. The similarity of the clustering results of the two markers was 92.86%, and the comprehensive clustering result based on the two markers was basically the same as those of SSR markers. The clustering similarity between morphological markers and mo-lecular markers reached 78.57%. It is more reliable in analysing the genetic diversity of Dading bitter gourd germplasm resources than the analysis with single methodology, and the results of the two molecular markers were highly consistent with each other. The geographical distribution of germplasm and the first female flower node are very important for the classification of Dading bitter gourd germplasm, as well as melon shape, single melon weight, seed coat color and leaf shape are very important.
Keywords
Dading Bitter Gourd (Momordica charantia L.), Germplasm Resouces, Morphological Classification, Molecular Marker
文章引用: 王国莉. 大顶苦瓜种质资源的形态分类及分子鉴定[J]. 植物学研究, 2020, 9(4): 341-353. DOI: 10.12677/br.2020.94042
王国莉
大顶苦瓜种质资源的形态分类及分子鉴定
王国莉
惠州学院生命科学学院，广东 惠州
收稿日期：2020年6月28日；录用日期：2020年7月13日；发布日期：2020年7月20日
摘 要
结合形态学标记和分子标记技术，为综合分析大顶苦瓜种质资源遗传多样性提供解决方案。根据苦瓜形态学描述规范对供试大顶苦瓜进行形态学指标的变异和聚类分析，并采用SRAP和SSR分子标记技术进行聚类分析。结果发现，33个形态学指标中叶形的变异系数最大，其次是种皮色。结瓜习性、叶色、瓜形、单瓜重、单瓜种子数、商品瓜纵径的变异系数均大于25%，而裂片数、花柄遁形苞叶、性型、瓜面光泽、近瓜蒂端面形状和种瓜皮色等6个指标的变异系数为0，在遗传距离为18处，所有苦瓜材料被分为3大组群。采用25对SRAP引物扩增共获得282条多态性条带，在遗传相似系数阈值约0.66处可将供试材料分为4个类群；20对SSR引物扩增共获得多态性条带有58条，在遗传相似系数阈值0.64处可将大顶苦瓜供试材料分为4个类群。两种分子标记的聚类结果相似性达到92.86%，综合两种分子标记的聚类结果与SSR标记基本相同。形态标记和分子标记的聚类相似度达到78.57%。采用形态学标记结合分子标记技术综合分析大顶苦瓜种质资源的遗传多样性可靠度较高，两种分子标记的分析结果一致度非度高。种质的地理分布和第一雌花节位是大顶苦瓜种质分类中非常重要的依据，瓜形、单瓜重、种皮色、叶形等性状也很重要。
关键词
大顶苦瓜，种质资源，形态分类，分子标记
Copyright ? 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Open Access 1. 引言
苦瓜(Momordica charantia L.)是葫芦科一年生草本攀缘植物，起源于印度，在我国栽培历史悠久，南北各地均有分布，以华南及长江流域栽培居多[1] [2]。经过长期的驯化、自然杂交和人工选择，苦瓜形成了丰富的品种和类型[3] [4]。大顶苦瓜药食兼用，瓜形肥大，肉厚色绿，质地细密，顶平粒粗，味道微苦但甘甜，口感爽脆无渣[5]，种植的经济价值极高。收集并规范性分析和系统整理大顶苦瓜种质，是对大顶苦瓜种质资源有效利用和选育工作的基础[6]。苦瓜的遗传变异基础广泛，如果根据形态标记对苦瓜进行分类[7] [8]，需要鉴定者经验丰富，不仅耗时费力，还容易受外界环境、生育期及基因显隐性的影响[9]。DNA分子标记现已被应用于苦瓜亲缘关系分析[10] [11]、种质资源的遗传多样性分析[12] [13]、苦瓜抗病性[14]和性别分化研究[15] [16]、品种鉴定[17]等多个方面。SSR (simple sequence repeat) [18]和SRAP (Sequence-Related Amplified Polymorphism) [19]是研究群体遗传变异的两种有效分子标记。王国莉等[11]
DOI: 10.12677/br.2020.94042
342
植物学研究
王国莉
[16] [17]综合利用两种分子标记技术，成功对苦瓜育种新组合22份材料进行了亲缘关系的分析，对育种新品种进行了分子鉴定，并对不同性型苦瓜雌雄花芽的分化展开研究。李光光[12]等利用16对SSR引物对50份不同来源的苦瓜材料进行多态性扩增，参试苦瓜遗传信息丰富、具有较大的遗传多样性，杂交实验发现，相同母本杂交后代经自交选育后产生了较大的遗传距离。米军红[14]等建立了苦瓜抗白粉病SRAP标记的优化体系，为获得苦瓜抗白粉病的SRAP分子标记、加快苦瓜抗白粉病新品种的选育提供参考依据。赵秀娟等[20]采用SRAP标记分析了苦瓜种质资源的遗传进化关系。综合运用形态学标记和分子标记技术专门分析经济价值高、种质珍贵的大顶苦瓜亲缘关系的研究并不多。本研究以课题组收集的14份大顶苦瓜种质为材料，尝试采用形态标记规范描述，结合SSR和SRAP分子标记，综合分析大顶苦瓜种质的遗传多样性，以期为准确了解大顶苦瓜种质间的亲缘关系，实现分子标记辅助大顶苦瓜育种提供理论基础和方法参考。
2. 材料与方法
2.1. 材料
2017~2018年，自国内外收集大顶苦瓜种质14份，种质特性见表1。2019年春将苦瓜种子催芽，幼苗长至2叶1心期时定植于温室，温度26℃~28℃，湿度60%~80%，每品种各20株。于生长旺盛期内采取苦瓜嫩叶，液氮速冻后置于?80℃冰箱保存，用于提取苦瓜基因组DNA。
Table 1. Characteristics of 14 Dading Germplasms of bitter gourd 表1. 14个大顶苦瓜种质特性
种质编号 种质 Serial number Germplasm
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
翠绿厚肉 金顶2号 翠娘珍珠 金菠萝 江门大顶 翠绿厚肉特优 绿顶1号 玉和 富优1号 丰秀大顶 国优大顶 金科3号 翠鼎大顶 翠绿3号
产地 Place of origin 赣或甘 汕头 甘肃 泰国 四川 江西 广东 汕头 广东 广东 广东 泰国 广东 广东
性状 characteristic
早熟种，雌花多，瓜长为20 cm左右，横径约12~15 cm，圆锥形，珠瘤肥大，肉厚腔小，瓜皮墨绿色，有光泽。
早熟种，雌花多，瓜长为25 cm左右，横径约10~15 cm，圆锥形，瘤粒肥大，肉厚腔小，瓜皮深绿色，有光泽。
中早熟，瓜长22~26 cm左右，肩宽8~12 cm，圆锥形，皮绿色，珠瘤肥大，钝尾，单瓜重500~1000 g，果肉厚1.5 cm左右。
早熟，雌花多，抗裂果，皮色浓绿有光泽，条圆瘤粗直，瓜长15 cm，肩宽9 cm，肉厚，单瓜重400 g。
早熟，果型大，皮色翠绿有光泽，瘤条突起粗直，果实长15 cm，肩宽10 cm，主侧蔓均可结瓜。
瓜长约14~16 cm，肩宽约11~14 cm，肉厚，瓜形呈纺锤形。皮色翠绿色有光泽，瘤条粗直。
结瓜早，雌花多，皮色浓绿有光泽，条粒瘤相间，粗直。瓜长13 cm左右，肩宽10 cm左右，肉厚，单瓜重450 g左右。
雌花多，座瓜率高，瓜长为25 cm左右，横径约10~15 cm，圆锥形，瘤粒肥，肉厚腔小，瓜皮深绿色，有光泽。
中早熟，雌性中等，单瓜重500~600 g，长15~18 cm，肩宽10~13 cm，肉厚约1.4 cm，最高可达1.6 cm，果皮绿色有光泽。
中早熟，圆锥形，底部较平，肉特厚，皮色油绿有光泽。瓜长约13~15 cm，单瓜重500~600 g。
早熟，结瓜早，雌花多，座果力强。皮色浓绿有光泽，条圆瘤粗直，瓜长15 cm，肩宽12 cm，肉厚，单瓜重400 g。
早熟，结瓜多，雌花多，座果力强。皮色浓绿有光泽，条圆瘤粗直，瓜长15 cm，肩宽9 cm，肉厚，单瓜重400 g。
早熟，主侧蔓均可结瓜，果实鼎形，肉特厚，瘤条粗直，皮色油绿且有光泽。 早熟，雌性强，座果力强，结瓜多。单瓜重约350~550 g，长约12~14 cm，肩宽约9~10 cm，肉厚，皮绿色，有光泽。
DOI: 10.12677/br.2020.94042
343
植物学研究
王国莉
2.2. 方法
2.2.1. 种质资源的规范性描述
每个品种选取生长旺盛、长势一致的单株10株，根据苦瓜种质资源描述规范和数据标准[21]，结合向长萍等的方法[22]，田间观察并记录所有种质的形态学数据，数据按照茎叶性状、花果性状和果实性状分别进行归类。茎叶性状包括主蔓色、蔓长、主蔓粗、节间长、叶形、叶色、叶缘、叶裂刻、裂片数、叶片长、叶片宽、叶柄长12个。花果性状包括第一雌花节位、性型、花柄遁形苞叶、结瓜习性、瓜形、商品瓜皮色、瓜瘤类型、棱瘤稀密、瓜瘤大小、瓜面光泽、近瓜蒂端面形状11个。果实性状包括瓜顶形状、商品瓜纵径、商品瓜横径、商品瓜肉厚、商品瓜肉色、单瓜重、商品瓜成熟天数、种瓜皮色、单瓜种子数、种皮色10个。 2.2.2. SSR和SRAP-PCR扩增
采用改良CTAB法提取14份大顶苦瓜材料的基因组DNA。SSR和SRAP引物序列、引物筛选和反应体系参考王国莉等[11] [16] [17]的方法。聚丙烯酰胺凝胶电泳分离PCR产物，银染后拍照。 2.2.3. 数据处理
参考王国莉等[11] [16] [17]方法，读取电泳图上的位点长度，以不同顺序记录等位基因，对其进行赋值，用“1”来表示电泳图谱上清晰出现的条带，同一位置无条带的记为“0”，获得矩阵。用NTSYS PC 2.10e计算待测样品之间的遗传距离及遗传相似系数，并采用UPGMA方法进行聚类分析。
3. 结果与分析
3.1. 形态学标记的变异和聚类分析
3.1.1. 种质资源的形态学指标变异分析
14份大顶苦瓜种质的33个形态学性状的多样性分析见表2。从表2可以看出，所有形态学指标中叶形的变异系数最大，其次是种皮色。结瓜习性、叶色、瓜形、单瓜重、单瓜种子数、商品瓜纵径的变异系数均大于25%。而叶裂刻、性型、瓜面光泽等6个指标的变异系数为0。
Table 2. Diversity analysis of 14 bitter gourd germplasms 表2. 14份大顶苦瓜种质的多样性分析
形态特征
Morphological character 主蔓色Main vines 蔓长(m) Vine length 主蔓粗(cm) Main vine diameter 节间长(cm) Internode length
叶形Leaf shape 叶色Leaf color 叶缘Leaf margin 叶裂刻Leaf crack 裂片数Lobes count 叶片长(cm) Leaf length
均值 Average 3.53 3.15 1.19 6.79 1.93 3.06 2.20 2.93 7.00 11.63
最大值 Maximum 4.00 4.18 1.75 8.75 3.00 4.00 3.00 3.00 7.00 14.70
最小值 Minimum 3.00 2.05 0.89 3.82 1.00 1.00 2.00 2.00 7.00 10.20
标准差 Standard deviation 0.52 0.60 0.25 1.58 0.80 0.88 0.41 0.26 0.00 1.26
变异系数(%) Coefficient of variation
14.62 19.11 21.01 23.31 41.32 28.82 18.81 8.80 0.00 10.86
DOI: 10.12677/br.2020.94042
344
植物学研究
王国莉
Continued
叶片宽(cm) Leaf width 叶柄长(cm) Petiole length
第一雌花节位(节) First Female Flower Node
性型Sexual type
花柄遁形苞叶Hide subtending leaf of flower stalk
结瓜习性Melon habit 瓜形Melon shape
商品瓜皮色commercial melon skin color
瓜瘤类型Melon tumor type 棱瘤稀密Melon tumor density 瓜瘤大小Melon tumor size 瓜面光泽Melon surface gloss
近瓜蒂端面形状End face shape of proximal melon pedicel
瓜顶形状Melon top shape
商品瓜纵径(cm) Longitudinal diameter of
commercial melon
商品瓜横径(cm) Transverse diameter of commercial melon
商品瓜肉厚(cm) Melon meat thickness 商品瓜肉色Meat color of commercial melon
单瓜重(g) Single melon weight
商品瓜成熟天数Maturity days of commercial melons
种瓜皮色Species melon skin color 单瓜种子数(粒) Number of seeds per melon
种皮色Seed coat color
17.56 8.64 13.37 5 1 2.47 4.20 5.47 3.60 3.40 3.47 1 1 2.29 15.45 10.72 1.25 3.83 433.39 21.64 1 33.93 2.27
21.50 10.50 16.50 5 1 3.00 6.00 6.00 4.00 4.00 4 1 1 3.00 26.00 14.00 1.48 4.00 756.20 26 1 61.00 3.00
14.80 6.50 7.00 5 1 1.00 3.00 5.00 2.00 3.00 3 1 1 2.00 10.50 9.30 1.00 3.00 278.90 17 1 19.00 1.00
1.64 0.93 2.62 0 0 0.92 1.08 0.52 0.83 0.51 0.52 0 0 0.47 4.49 1.26 0.17 0.39 124.01 2.53 0 9.43 0.88
9.33 10.74 19.60 0 0 37.11 25.77 9.44 23.00 14.91 14.89 0 0 20.51 29.05 11.75 13.23 10.15 28.61 11.69 0 27.78 38.77
在所有茎叶性状中，叶形变异系数达到41.32%，种质中心脏形叶片居多，其次是掌形，最少的是近圆形。叶片深裂居多，叶裂数均为7，变异系数为0。从变异系数来看，叶形变异度大，可以作为大顶苦瓜种质鉴定分类的一个主要形态指标，叶色、节间长和主蔓直径等指标的变异系数也较大，也具有一定的参考价值。
在所有花果性状中，结瓜习性的变异系数最大，瓜形、瓜瘤类型和第一雌花节位的变异系数也较大。大顶苦瓜种质一般雌性强、早熟，所以性型的变异系数为0。但第一雌花节位是衡量苦瓜品种熟性的重要指标，跟经济产量密切相关，第一雌花节位低，属早熟类型，节位高，属晚熟类型。这个性状的变异系数19.60%，其中翠鼎苦瓜的第一雌花节位最低，在第7节，翠绿3号和富优1号的第一雌花节位最高，在第16节。
果实的形态特征是苦瓜种质多样性的最重要特征，包括果形、果色、瓜瘤形状大小、瓜瘤的稀密程度、单果重等。其中差异较大的是商品瓜纵径，其变异系数为29.05%，最大值为26 cm，而最小值仅为10.5 cm；其次是商品瓜的重量，变异系数28.61%，最重的是翠娘珍珠，最重达756.2 g，最轻的是国优大顶，重量为278.9 g；商品瓜的瓜棱大小、瓜皮颜色、果肉厚等性状的变异系数都不高，在10%至15%
DOI: 10.12677/br.2020.94042
345
植物学研究
大顶苦瓜种质资源的形态分类及分子鉴定 - 图文
