關鍵詞：西瓜；苗期；耐弱光性；隸屬函數(shù)；聚類分析

中圖分類號：S651 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2025）02-0038-10

西瓜（Cutrykkys lanatus L.）原產(chǎn)于非洲，為一年生蔓生藤本植物，在世界范圍內廣泛種植。據(jù)統(tǒng)計，2022年中國西瓜收獲面積為138.41萬hm²，占全世界總收獲面積的47.46%，是西瓜生大國。隨著現(xiàn)代生活水平的提高，通過設施栽培技術已實現(xiàn)西瓜的周年生產(chǎn)和供應，滿足了城鄉(xiāng)人民的生活需要。但設施西瓜生產(chǎn)常會遇到陰天寡照、骨架結構遮擋以及種植密度過大等因素導致的弱光逆境。

西瓜屬喜光植物，光照充足條件下，植株生長健壯，莖蔓粗壯，花芽分化早，坐果率高，抗病性強；弱光能顯著降低西瓜植株的株高、莖粗、葉數(shù)和葉大小，并能顯著抑制植株的光合作用和干鮮物質積累。王學梅等研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)的弱光處理會導致西瓜植株及果實生長發(fā)育受阻，影響單果重和總體產(chǎn)量，且不利于西瓜糖分積累，造成果實品質下降，還易導致病菌的發(fā)生和傳播。弱光環(huán)境也易導致早春西瓜上市期推遲，不利于穩(wěn)定生產(chǎn)。段青青研究發(fā)現(xiàn)，西瓜種苗貯運過程中的弱光或黑暗環(huán)境會對幼苗造成脅迫，導致幼苗葉片發(fā)黃、脫落，質量下降。培育耐弱光西瓜品種是從源頭上降低弱光逆境傷害的重要途徑，也是最經(jīng)濟有效的方法。因此，研究西瓜的耐弱光特性、找出與耐弱光相關的性狀和指標并建立簡單、實用、較為可靠的綜合評價方法已變得十分必要。

多元統(tǒng)計分析是一種綜合分析方法，它能夠在多個對象和多個指標互相關聯(lián)的情況下分析它們的統(tǒng)計規(guī)律：李丹丹等利用遮陽網(wǎng)模擬弱光條件，采用多元統(tǒng)計分析方法評價黃瓜品系耐弱光性的強弱，將參試品系的1個指標利用因子分析分成5個主因子，其累計貢獻率達85.62%，同時通過聚類分析將供試品系分為耐弱光材料、較耐弱光材料、弱光中度敏感材料和弱光敏感材料；方榮等以耐弱光系數(shù)作為衡量耐弱光性指標，利用因子分析將12個形態(tài)性狀指標集約于5個主因子上，并根據(jù)綜合評價值D值的大小將12份供試辣椒種質分為耐弱光材料、較耐弱光材料、弱光中度敏感材料和弱光敏感材料4類。目前將多元統(tǒng)計分析運用到作物耐鹽性、耐低溫性及其他抗逆性的研究已有大量報告。在西瓜耐弱光性評價上，陳年來等試驗得出，西瓜可以從種子大小方面來評價其耐弱光性，但是利用相關性分析、主成分分析、隸屬函數(shù)分析進行多元分析和綜合評價的相關研究還未有報道。為此，本研究以61份西瓜種質為試材，室內設置2種不同LED光強（200μmol.m^-2·s^-1和60μmol·m^-2·s^-1）處理，測定不同處理下西瓜苗期13個主要農(nóng)藝性狀的表現(xiàn)，進而采用相關性分析、主成分分析、隸屬函數(shù)分析、聚類分析對苗期耐弱光性進行綜合評價，旨在建立一套實用、簡單、科學、標準的鑒定方法，為篩選出耐弱光性較好的西瓜種質和挖掘西瓜耐弱光基因提供理論支撐和技術參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試61份西瓜種質由河南農(nóng)業(yè)科學院園藝研究所提供，均為小果型西瓜引種資源，相關信息見表1。

1.2試驗設計

試驗于2023年6-10月在河南農(nóng)業(yè)大學園藝學院設施結構與環(huán)境調控團隊育苗室內進行。試驗選用LED燈進行光照處理，光配比為紅光：藍光=7：3，紅光波長為660nm，藍光波長為460nm。首先，將61份種質均選擇大小一致且飽滿的種子于55℃溫湯下催芽，露白后，用50孔穴盤（尺寸：54 cmx28 cm）進行純蛭石育苗，在200μmol·m^-2·s^-1光強下西瓜幼苗長至二葉一心后，移栽進育苗缽（直徑10cm，高10cm）進行弱光處理，每缽栽苗1株。試驗設置2種光強，以200μmol·m^-2·s^-1光強為對照，60μmol·m^-2·s^-1光強為弱光處理。隨機區(qū)組試驗設計，重復3次，每個重復選取生長一致的10株幼苗進行光照試驗。試驗光周期為12h，每天6：00—18：00對西瓜苗進行光照處理，日間（6：00—18：00）溫度維持在（25±1）℃，夜間（18：00—6：00）溫度維持在（15±1）℃，空氣濕度維持在60amp;～80%。每隔5d灌施一次Hoagland營養(yǎng)液，每株灌施150 mL。

1.3測定指標及方法

1.3.1生長指標 不同光強處理25d時，每個處理隨機取20株西瓜幼苗，測定株高、莖粗、葉長、葉寬、葉柄長度、地上部地下部鮮重、地上部地下部干重、總根長、根系總表面積、根系總體積、根系平均直徑共13個指標。株高：用卷尺測量幼苗莖基部到幼苗生長點的高度：莖粗：用數(shù)顯游標卡尺測量幼苗主莖基部寬度；葉長、葉寬、葉柄長度分別用直尺測量幼苗（第3片葉／完全葉）葉片從葉基到葉尖的距離、葉片最寬處的橫徑、葉片與莖相連接的距離；地上部、地下部干重鮮重：先將所取植株用去離子水沖洗，然后用濾紙擦干植株表面水分，再用精度0.01g電子天平分別稱得地上部、地下部鮮重，之后后將其放在105℃烘箱中殺青15min、75℃下烘干至恒重，用精度0.0001g電子天平稱得地上部、地下部干重；用根系掃描儀（Epson，Long Beach，USA）測得總根長、根系總表面積、根系總體積和根系平均直徑。

1.3.2耐弱光系數(shù)的計算 根據(jù)測得的原始數(shù)據(jù)，用公式（1）計算單項耐弱光性系數(shù)，用公式（2）計算各項指標的變異系數(shù)，用公式（3）計算各項指標的脅迫系數(shù)。

耐弱光系數(shù)（%）=弱光處理測定值／對照處理測定值×100； （1）

變異系數(shù)（%）=標準差／均值×100； （2）

脅迫系數(shù)（%）=（正常對照值－脅迫處理值）／正常對照值×100。 （3）

1.3.3隸屬函數(shù)值的計算 利用SPSS 21.0軟件對各指標的耐弱光系數(shù)進行主成分分析，將原本多個指標轉化為少數(shù)幾個相互獨立的綜合指標。之后，用公式（4）計算出各西瓜種質綜合指標的隸屬函數(shù)值。式中，C_i為第i個主成分，C_imin為第i個主成分的最小值，C_imax為第i個主成分的最大值。

1.3.4綜合指標D值的計算 權重（W_i）表示第i個主成分在所有主成分中的重要程度及權重大小，P_i表示各西瓜種質第i個主成分的貢獻率，計算公式見式（5）。

2.2不同LED光強處理下西瓜種質苗期農(nóng)藝性狀耐弱光系數(shù)的相關性分析

對61份西瓜種質13個性狀的耐弱光系數(shù)進行相關性分析，結果（表3）可知，不同性狀耐弱光系數(shù)之間的相關性存在不同程度的差異。其中，株高的耐弱光系數(shù)與葉長、地上部鮮重、地下部鮮重、地上部干重的耐弱光系數(shù)呈極顯著正相關，與葉寬、地下部干重的呈顯著正相關；莖粗的耐弱光系數(shù)與葉柄長度的呈顯著正相關：葉寬的耐弱光系數(shù)與葉長、葉柄長度、地上部鮮重、地上部干重的呈極顯著正相關：葉長的耐弱光系數(shù)與葉柄長度、地上部鮮重、地上部干重的呈極顯著正相關；地上部鮮重的耐弱光系數(shù)與地下部鮮重、地上部干重、地下部干重、根系總表面積、根系總體積的呈極顯著正相關，與根系平均直徑的呈顯著正相關；地下部鮮重的耐弱光系數(shù)與地上部干重、地下部干重、根系總表面積、根系總體積、根系平均直徑的呈極顯著正相關：地上部干重的耐弱光系數(shù)與地下部干重、根系總表面積、根系總體積、根系平均直徑的呈極顯著正相關：地下部干重的耐弱光系數(shù)與根系總表面積、根系總體積、根系平均直徑的呈極顯著正相關：總根長的耐弱光系數(shù)與根系總表面積的呈顯著正相關；根系總表面積、根系平均直徑、根系總體積之間的耐弱光系數(shù)均呈極顯著正相關。綜上，這13個性狀的耐弱光系數(shù)均存在不同程度的相關性，綜合影響著西瓜幼苗的耐弱光能力，可作為61份西瓜種質耐弱光與否的評價指標。

2.3不同LED光強處理下61份西瓜種質苗期農(nóng)藝性狀耐弱光系數(shù)的主成分分析

運用主成分分析可以消除各指標間的相互影響，排除次要指標的干擾作用，提高分析的準確性。對13個性狀指標的耐弱光系數(shù)進行主成分分析，結果（表4）表明，前4個主成分的貢獻率依次為42.54%、20.78%、8.87%和8.29%，累計貢獻率達到80.48%，說明這4個主成分能代表13個性狀耐弱光系數(shù)的絕大部分信息。由表5可以看出，主成分1中，耐弱光系數(shù)載荷由大到小依次為地下部干重、地上部干重、地上部鮮重、根系總體積、根系總表面積和地下部鮮重；主成分2中，葉長、葉寬耐弱光系數(shù)載荷較大，由大到小依次為葉寬、葉長和葉柄長度；主成分3中，莖粗、株高耐弱光系數(shù)載荷較大：主成分4中，總根長和根系平均直徑耐弱光系數(shù)載荷較大。

綜上所述，通過主成分分析將西瓜13個性狀耐弱光系數(shù)指標轉換為4個相互獨立的綜合指標，可用于進行下一步耐弱光性綜合評價。

2.4 61份西瓜種質苗期耐弱光性綜合評價

2.4.1隸屬函數(shù)分析 利用公式（4）計算得出61份西瓜種質各綜合指標耐弱光系數(shù)的隸屬函數(shù)值（表6）。隸屬函數(shù)值反映不同西瓜幼苗受弱光脅迫影響的程度，其值越大，說明弱光環(huán)境對幼苗的影響越小，該西瓜種質的耐弱光性越強。

2.4.2耐弱光性綜合評價 利用公式（5）計算得出4個綜合指標的權重，分別為0.53、0.26、0.11和0.10。利用公式（6）計算得出不同西瓜種質的耐弱光性綜合評價值D值（表6），其范圍在0.250～0.711之間。依據(jù)D值大小對不同西瓜種質的耐鹽性強弱進行排序，D值越大表示西瓜的耐弱光性越強，D值越小表示西瓜的耐弱光性越弱。

2.4.3聚類分析 以不同西瓜種質的弱光系數(shù)為基礎，依據(jù)其D值大小進行系統(tǒng)聚類分析，結果（圖1）顯示，在歐氏距離為10時分為4類。第1類為極耐弱光性種質，只有1份，為HY-25；第Ⅱ類為耐弱光性種質，包括：HY-90、HY-81、YQ-11、DQ-68、HY-20、MW020、HY-91、YQ-34、HY-17、HY-27、HY-3、HY-13、HY-26、MW016、MW002、YQ-46、HY-83、HY-28、HY-12、HY-87、YQ-45、MW003共22份種質；第Ⅲ類為中耐弱光性種質，包括：YQ-44、HY-16、YQ-37、YQ-38、MW004、YQ-24、YQ-49共7份種質；第Ⅳ類是弱光敏感性種質，包括：YQ-36、HY-58、YQ-43、HY-75、YQ-13、YQ-39、YQ-40、YQ-48、DQ-38、YQ-17、HY-62、YQ-35、YQ-42、HY-69、YQ-47、HY-86、YQ-41、DQ-37、DQ-53、HY-73、DQ-69、DQ-23、DQ - 46、HY-56、HY-82、MW010、HY-18、HY-33、YQ-18、HY-34、DQ-22共31份種質。其中，耐弱光性最強的種質是HY-25，其次是HY- 90和HY-81;耐弱光性最弱的種質是DQ-22，其次是HY-34和YQ-18。

3討論與結論

光能是植物進行光合作用的主要能量來源，在弱光條件下，植株因得不到足夠的能量而致光合作用、同化作用受到抑制，進而營養(yǎng)生長受限，植株生長形態(tài)發(fā)生較大的變化。西瓜喜光，弱光對其植株生長、果實發(fā)育形成會造成不利影響，尤其是冬季設施生產(chǎn)中弱光是常見的脅迫現(xiàn)象。因此，研究西瓜的耐弱光特性，找出與耐弱光相關的性狀和鑒定指標，構建西瓜耐弱光性的鑒定方法，對西瓜設施栽培中培育壯苗、降低弱光逆境傷害、提高西瓜產(chǎn)量和品質、培育耐弱光性品種具有重要意義。

研究發(fā)現(xiàn)，植物生長形態(tài)是衡量其生長表現(xiàn)最直觀的指標，具有直觀、實用及簡便等特點，是植物耐逆性的重要鑒定指標。在植物耐弱光能力鑒定體系與指標確定上，邢燕等研究發(fā)現(xiàn)，低溫弱光條件下西瓜幼苗植株高度、莖粗、葉面積增長量都受到抑制：王紅梅研究發(fā)現(xiàn)，西瓜植株鮮干重、莖粗、莖長等形態(tài)指標可以初步作為其耐弱光鑒定指標：王薇薇研究發(fā)現(xiàn)，弱光處理顯著降低西瓜幼苗的株高、莖粗、葉面積、地上部鮮干重、地下部鮮干重，100μmolm^-2·s^-1弱光下植株鮮重等可作為西瓜耐弱光品種篩選的鑒定指標。另外，也有學者認為，植物的耐弱光性遺傳機理復雜，是一個受多因素影響的數(shù)量性狀，用任何單一或少數(shù)幾個指標進行評價鑒定均不能全面、準確地反映耐弱光性的綜合能力，但目前尚沒有統(tǒng)一準確的劃分標準。本研究結果顯示，弱光處理下61份西瓜種質的株高、莖粗、葉寬、葉長、葉柄長度、地上部地下部干鮮重、根系總表面積等13個性狀都受到一定程度的抑制，脅迫系數(shù)范圍為5.53%～65.73%，與上述前人研究結果一致。同時由此看出，用單個指標鑒定西瓜的耐弱光能力其結果會相差較大，因此需通過盡可能多的指標用主成分分析、隸屬函數(shù)分析、聚類分析等多元分析方法進行綜合評價。徐心誠以6個番茄品種為試材，對中度弱光脅迫和重度弱光脅迫下番茄多個生理生化指標和產(chǎn)量指標進行測定，并用主成分分析法進行較系統(tǒng)的評價，探索出快速有效的番茄品種耐弱光性鑒定技術：韓霜以22份切花菊為試材，設置自然光照（對照）和15%光照處理，應用主成分分析和隸屬函數(shù)法綜合評價各材料的耐陰性，兩者得出的耐陰性評價指標結果一致：苗永美等采用遮光處理，運用相關性分析、主成分分析和聚類分析得出，甜瓜9個指標提取到的4個主成分的累計貢獻率達78.25%，32份甜瓜的耐弱光性聚類分為4個等級，并篩選出耐弱光性強的材料。

綜上，本研究中，弱光脅迫下61份西瓜種質幼苗的株高、莖粗、葉寬、葉長、葉柄長度、地上部地下部干鮮重及各根系指標的變異系數(shù)均超過對照的變異系數(shù)，為18.39%～76.36%，說明這些性狀對弱光脅迫較為敏感，存在顯著的遺傳差異性，這為61份西瓜種質用于耐弱光性品種篩選提供了可能。通過對西瓜種質13個性狀耐弱光系數(shù)的相關性分析發(fā)現(xiàn)，它們之間均存在不同程度的相關性：運用主成分分析法將西瓜13個性狀耐弱光系數(shù)指標轉化為4個相互獨立的綜合指標，其累計貢獻率達到80.48%：通過隸屬函數(shù)分析得出耐弱光系數(shù)綜合評價值D值，并按D值大小在歐氏距離為10時進行聚類分析，將61份種質分成4類，同時篩選出耐弱光性最強的種質（HY-25、HY-90和HY-81）和弱光敏感性種質（DQ-22等）。此結果可為篩選西瓜耐弱光性鑒定指標、科學評價西瓜種質的耐弱光性、西瓜耐弱光基因的發(fā)掘和耐弱光性品種的選育提供參考依據(jù)。

植物的耐弱光性是由多基因和復雜的數(shù)量性狀所控制，不同光環(huán)境、發(fā)育時期等條件下，其表現(xiàn)出的抗性也不同，試驗采用的試材、方法和條件不同所獲結論也會不同。另外作物耐弱光性的強弱最終仍要考察其產(chǎn)量差異，對于西瓜耐弱光育種和生產(chǎn)而言，有研究發(fā)現(xiàn)弱光脅迫往往發(fā)生在西瓜果實膨大的敏感和關鍵時期，而果實膨大與西瓜產(chǎn)量息息相關。因此，本試驗在苗期確定的耐弱光西瓜種質是否能在弱光生產(chǎn)環(huán)境中獲得高產(chǎn)，還需要通過生產(chǎn)實踐和生理指標測定來進一步驗證。