47份大果番茄種質(zhì)資源表型性狀的遺傳多樣性

芮文婧+張倩男+王曉敏+胡新華+付金軍+高艷明+李建設(shè)

摘要：為研究番茄種質(zhì)資源的遺傳多樣性和親緣關(guān)系，以47份大果番茄為試驗材料，對其20個主要表型性狀進行遺傳多樣性分析。結(jié)果表明，20個表型性狀中，花柱長度的變異系數(shù)最大為44.14%，葉片長的變異系數(shù)最小為8.15%；質(zhì)量性狀的多樣性指數(shù)平均值為0.64，數(shù)量性狀的多樣性指數(shù)平均值為1.92；遺傳相關(guān)分析結(jié)果表明，各性狀間存在復(fù)雜的相互關(guān)系，其中果實硬度和葉片寬的相關(guān)系數(shù)最大，為0.957；根據(jù)非加權(quán)組平均法（unweighted pair-group method with arithmetic means，簡稱UPGMA），以歐氏距離0.38為閾值，將供試材料分為4類，每一類在性狀上都比較特殊，說明供試材料番茄種質(zhì)資源表型性狀遺傳多樣性豐富，親緣關(guān)系遠，可豐富、拓寬番茄種質(zhì)資源的遺傳多樣性。

關(guān)鍵詞：番茄；種質(zhì)資源；遺傳多樣性；表型性狀

中圖分類號： S641.202.4文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2017）12-0092-04

種質(zhì)資源是作物遺傳改良的物質(zhì)基礎(chǔ)，對種質(zhì)資源的鑒定、評價、收集、保存是一項長期并且重要的工作[1]。番茄由于其豐富的營養(yǎng)和獨特的風味，備受大家的青睞。番茄是嚴格的自花授粉植物，經(jīng)過長期的馴化和選育，番茄的遺傳背景逐漸變窄，所以通過廣泛的資源收集以豐富番茄的種質(zhì)資源對番茄育種極為重要[2]。歷史經(jīng)驗不斷地證明，番茄育種上取得的突破性進展都與種質(zhì)資源的利用密切相關(guān)。進行番茄種質(zhì)資源的遺傳多樣性和分類研究，對于鑒別特異種質(zhì)、確定核心親本、提高遺傳育種效率具有重要的意義[1]。近年來，有關(guān)番茄種質(zhì)資源遺傳多樣性研究不勝枚舉。李軍等對49個櫻桃番茄的9個果實及果穗性狀進行遺傳多樣性分析，最后結(jié)果表明，果實外觀及果穗性狀在不同品種間表現(xiàn)出不同的多樣性[3]。王曉靜對30份番茄種質(zhì)資源的17個品質(zhì)性狀利用形態(tài)學標記和分子標記2種方法進行遺傳多樣性分析，結(jié)果表明，不同材料和性狀間均存在很大的差異[4]。Suiliman等先后采用SSR標記技術(shù)對番茄種質(zhì)進行遺傳多態(tài)性和品種鑒別方面的研究[5-7]。陳佳等用19個SSR標記和7個AFLP引物組合對番茄9個類型的48個栽培種進行聚類分析[8]。劉希艷等利用16個表型性狀和81個（13對SSR、24對Indel、44對SNP）不同類型的分子標記對615份加工番茄的遺傳多樣性進行分析，結(jié)果表明，無論是表型還是基因型數(shù)據(jù)最后供試自交系的結(jié)果基本一致，都聚為2類[9]。但是不管是從表型性狀還是分子水平，有關(guān)寧夏地區(qū)番茄種質(zhì)資源遺傳多樣性的研究至今還未見報道，本研究利用20個表型性狀對在寧夏地區(qū)正常生長的47份番茄的表型性狀進行遺傳多樣性分析和聚類分析，為今后本地區(qū)的番茄育種提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試材料

供試材料為寧夏大學農(nóng)學院園林系蔬菜課題組收集的47份番茄材料，編號依次為1～47。

1.2試驗設(shè)計

供試材料于2016年4月15日播種于72孔穴盤中，5月25日定植于寧夏大學試驗農(nóng)場番茄育種基地露地栽培，采用隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，田間栽培株行距為45 cm×90 cm，每小區(qū)定植40株，常規(guī)田間管理。

1.3性狀調(diào)查

番茄表型性狀的調(diào)查參照文獻[10]進行，結(jié)合番茄種質(zhì)資源生長的實際情況，對供試材料的首花序節(jié)位、花柱長度、果梗洼大小、果實縱徑、果實橫徑、果型指數(shù)、成熟果色、果肩有無、葉片長、葉片寬、生長習性、單花序果數(shù)、單果質(zhì)量、可溶性固形物含量、硬度、果柄長度、果肉厚、心室數(shù)、總糖含量、有機酸含量等20個重要性狀進行測量和記錄。結(jié)合番茄種質(zhì)資源生長的實際情況，對供試材料的質(zhì)量性狀進行數(shù)量化賦值，具體標準如下：成熟果色，綠色為1，粉色為2，紅色為3；果肩無為1，有為2；生長習性，無限生長為1，有限生長為2；花柱長度，短為1，等為2，長為3。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析

應(yīng)用Excel 2007進行數(shù)據(jù)的整理分析與相關(guān)計算，SPSS 20.0進行方差分析、相關(guān)性分析，多樣性指數(shù)參照李振姣等的方法[11]，進行10個等級的劃分，每0.5σ為1級，σ為標準差，計算Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H′），其計算公式為H′=-∑Pi lnPi（i=1，2，3，…），其中Pi是某性狀第i個級別的材料數(shù)占總材料數(shù)的比例。利用SAS 8.2軟件采用 UPGMA 法進行聚類分析，繪制樹狀聚類圖。

2結(jié)果與分析

2.1番茄種質(zhì)資源性狀的表型變異分析

對47份供試材料的20個性狀進行分析，結(jié)果表明，不同材料之間存在很大的差異，不同的性狀在不同材料間也表現(xiàn)出不同程度的多樣性。由表1可知，在這47份供試番茄材料中花柱長度的變異系數(shù)最大，為44.14%；其次依次為果肩有無、單果質(zhì)量、果梗洼大小、心室數(shù)，分別為35.42%、33.57%、29.99%、28.47%；葉片長的變異系數(shù)最小，為 8.15%，此外變異系數(shù)在25%以上的還有果實硬度。其中單果質(zhì)量的極差是253.02 g，遠遠大于平均值185.08 g，說明單果質(zhì)量的表型更為分散，綜合表1中結(jié)果可以看出供試材料的遺傳改良潛力較大。

2.2番茄種質(zhì)資源遺傳多樣性分析

根據(jù)形態(tài)和農(nóng)藝性狀考察結(jié)果，計算每個表型性狀的Shannon-Weiner多樣性指數(shù)（H′=-∑Pi·lnPi）。從表2可知，4個質(zhì)量性狀中，多樣性指數(shù)變化范圍為0.18～0.93，平均值為0.64。花柱長度的遺傳多樣性指數(shù)最高，為0.93；生長習性最低為0.18?？傮w上質(zhì)量性狀的遺傳多樣性指數(shù)H′較低。16個數(shù)量性狀中，各個性狀的多樣性指數(shù)大都在 2.0 左右，多樣性指數(shù)變化范圍為1.57～2.04，其中果柄長度的多樣性指數(shù)最大，為2.04；果實硬度的多樣性指數(shù)最小，為157，平均值為1.92。數(shù)量性狀的遺傳多樣性指數(shù)明顯高于質(zhì)量性狀的多樣性指數(shù)，表明數(shù)量性狀的遺傳多樣性更豐富。endprint

質(zhì)量性狀多樣性指數(shù)H′數(shù)量性狀多樣性指數(shù)H′成熟果色0.87首花節(jié)位1.86果肩有無0.59果梗洼大小2.01生長習性0.18果實縱徑2.03花柱長度0.93果實橫徑1.99平均0.64果型指數(shù)2.02葉片長2.02葉片寬2.00單花序果數(shù)1.97單果質(zhì)量1.96可溶性固形物含量1.75果實硬度1.57果柄長度2.04果肉厚1.99心室數(shù)1.84總糖含量1.90有機酸含量1.77平均1.92

2.3番茄表型性狀的相關(guān)性分析

性狀的相關(guān)性可以通過對一種性狀的選擇間接達到另一種性狀的效果，從而提高選擇效率，加速育種進程[12]。對供試材料的47份種質(zhì)資源的20個表型性狀進行遺傳相關(guān)分析，相關(guān)系數(shù)見表3。其中有些性狀間為正相關(guān)關(guān)系，有些性狀間為負相關(guān)關(guān)系，表明性狀間具有復(fù)雜的相互關(guān)系。與心室數(shù)顯著或極顯著相關(guān)的性狀最多，達10個，其中果實縱徑、葉片長、單果質(zhì)量、可溶性固形物含量、總糖含量、有機酸含量這6個性狀與其呈極顯著正相關(guān)；其次為果實硬度，顯著或極顯著相關(guān)的性狀達到8個；果型指數(shù)與果實橫徑極顯著正相關(guān)；葉片長與果肩有無、葉片寬、果實硬度、果肉厚、心室數(shù)呈顯著或極顯著相關(guān)；葉片寬與果肩有無、葉片長、生長習性、單花序果數(shù)、果實硬度、果肉厚、心室數(shù)呈顯著或極顯著相關(guān)；生長習性與單花序果數(shù)、果實硬度呈顯著或極顯著負相關(guān)；單果質(zhì)量與可溶性固形物含量、果柄長度、心室數(shù)、總糖含量呈顯著或極顯著相關(guān)；可溶性固形物含量與果實硬度、果柄長度、心室數(shù)呈顯著或極顯著相關(guān)；果實硬度與果肉厚、心室數(shù)呈顯著或極顯著正相關(guān)；果柄長度與心室數(shù)、總糖含量顯著負相表3番茄種質(zhì)資源表型性狀的相關(guān)性分析

性狀相關(guān)系數(shù)

關(guān)；心室數(shù)與有機酸含量、總糖含量都極顯著正相關(guān)；總糖含量與有機酸含量顯著相關(guān)。在所有的顯著正相關(guān)中，果實硬度和葉片寬相關(guān)系數(shù)的絕對值最大，為0.957，表明以上2個性狀間遺傳相關(guān)性較大；最小的為有機酸含量和總糖含量的相關(guān)系數(shù)為0.290，表明這2個性狀間遺傳相關(guān)性較小。

2.4番茄表型性狀的聚類分析

對47份供試材料的20個性狀進行聚類分析（圖1）。結(jié)果表明，在歐式距離為0.38時可以把番茄分為4類，第1類包括23份材料，占聚類材料的48.9%，此類材料的主要特征是：葉片較長，葉片寬、心室數(shù)較少。第2類包含15份材料，占聚類材料的31.9%，此類材料主要是果型指數(shù)較大、果實硬度大、可溶性固形物含量高，但是單花序果數(shù)少。第3類包含5、16、24、27這4份材料，僅占聚類材料的8.5%，其主要特征是：果實縱橫徑大、果肉厚、心室數(shù)多、單果質(zhì)量大、果梗洼大。第4類包含5份材料，特點是首花序節(jié)位大、果柄長度大、可用于選育晚熟育種。這些表型性狀差異大的番茄資源是豐富番茄種質(zhì)資源的良好材料，可拓寬番茄種質(zhì)資源的遺傳基礎(chǔ)。

3結(jié)論與討論

番茄的育種、科研、生產(chǎn)及優(yōu)異材料的篩選中，種質(zhì)資源的多樣性是基礎(chǔ)工作。種質(zhì)資源的遺傳多樣性直接影響新品種的選育及品種改良的效果[13]，而種質(zhì)資源研究最基本的方法和途徑是農(nóng)藝性狀的鑒定和描述[14-15]。本研究通過對47份番茄種質(zhì)資源的20個表型性狀進行遺傳多樣性分析。結(jié)果表明，在質(zhì)量性狀上，大部分番茄資源表現(xiàn)為紅色，無限生長、無果肩的番茄類型，在數(shù)量性狀上花柱長度、果肩有無、單果質(zhì)量、果梗洼大小、心室數(shù)、果實硬度的變異系數(shù)較大，都達到了25%以上，說明這些性狀的遺傳多樣性豐富，資源可選范圍大。在47份種質(zhì)資源中46號番茄果梗洼最小，并且果梗洼的變異系數(shù)也大，表明在小果梗洼的品種育種中46號番茄可以成為后補材料。

本研究利用遺傳相關(guān)性分析、多樣性指數(shù)的計算并結(jié)合聚類分析，主要是為了解決在育種工作中親本選配的盲目性，對作物的雜交利用具有非常有意義的指導(dǎo)作用。遺傳相關(guān)性顯示，各性狀間大部分存在極顯著或顯著關(guān)系，其中果實硬度和葉片寬的正相關(guān)系數(shù)最大，為0.957。遺傳多樣性指數(shù)表明，質(zhì)量性狀的遺傳多樣性指數(shù)明顯低于數(shù)量性狀，質(zhì)量性狀的遺傳多樣性指數(shù)都低于1.0，數(shù)量性狀的遺傳多樣性指數(shù)在2.0左右，說明數(shù)量性狀的遺傳多樣性大。對47份番茄種質(zhì)的20個性狀進行聚類，聚類結(jié)果顯示，以歐氏距離038為閾值，可將47份番茄材料分為四大類，通過聚類能夠初步明確供試番茄種質(zhì)資源的不同類型，根據(jù)不同的育種目標可以在一定程度上提高育種效率。每一類在性狀上都較特殊，第1類材料的主要特征是葉片較長、葉片寬、心室數(shù)較少，不適合選育大葉番茄。第2類材料主要是果型指數(shù)較大，果實硬度大，可溶性固形物含量高，但是單花序果數(shù)少，適合選育耐儲存運輸和品質(zhì)好的番茄，但同時又單花序果數(shù)少，不適合選育產(chǎn)量要求高的番茄，所以，這類材料適合單個性狀的選拔和利用。第3類包含5、16、24、27這4份材料，僅占聚類材料的8.5%，其主要特征是果實縱橫徑大、果肉厚、心室數(shù)多、單果質(zhì)量大、果梗洼大，這類材料可以用來選育高產(chǎn)和果形大的番茄。第4類包含5份材料，首花序節(jié)位大、果柄長度大，可用于晚熟育種。這些表型性狀差異大的番茄資源是豐富番茄種質(zhì)資源的良好材料，可拓寬番茄種質(zhì)資源的遺傳基礎(chǔ)。對不同性狀進行差異化選擇可為番茄的育種工作提供豐富的原始育種材料，一些優(yōu)良的種質(zhì)資源經(jīng)過不斷地選育又可以作為生產(chǎn)中的后備資源。

綜上所有結(jié)果顯示，本研究中的47份番茄材料遺傳差異較大，親緣關(guān)系較遠，為育種家在選擇育種材料上提供了一定的理論依據(jù)，同時根據(jù)不同的育種目標可以選擇性狀互補的親本進行組合配置，使番茄育種中親本的選配更加完善。近年來隨著生物技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代分子手段已被廣泛應(yīng)用，但農(nóng)藝性狀的鑒定和描述仍然是種質(zhì)資源最基本的研究方法和最直接的手段，農(nóng)藝性狀是種以上或種內(nèi)分類不可缺少的依據(jù)，作物遺傳多樣性是遺傳改良的基礎(chǔ)，育種工作的成敗很大程度上取決于對育種原始材料（種質(zhì)資源）的占有量和研究利用的廣度與深度[16-17]。此外，在育種中了解親本遺傳多樣性可避免親本遺傳上的一致性，從而提高育種效率。品種間遺傳關(guān)系的信息已經(jīng)表明，對雜交親本的選擇和對子代表現(xiàn)的預(yù)測都是至關(guān)重要的[18]。所以，對種質(zhì)資源的搜集、保存、研究、創(chuàng)新、利用是番茄遺傳與育種研究進一步深入的重要前提。endprint

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