番茄自交系農(nóng)藝性狀的表型分析

張逸鳴，喬巖峰，劉愛群，張子君，鄒慶道，王 濤

(1.遼寧省農(nóng)業(yè)科學院 蔬菜研究所，遼寧 沈陽 110161；2.重慶禾谷珍種業(yè)有限公司，重慶 400000)

0 引 言

番茄是一種可以當水果吃的蔬菜，被譽為“蔬菜中的水果”，因其營養(yǎng)豐富，味道鮮美，深受廣大消費者喜愛，在全世界范圍內(nèi)廣泛種植。在實際育種中，應(yīng)針對不同的育種目標，根據(jù)性狀遺傳規(guī)律，盡量選擇優(yōu)良性狀多，不良性狀少及性狀互補的親本材料進行雜交[1]。鑒于表型性狀的分析具有簡單、方便和直觀的優(yōu)點，是品種資源保護與評價的關(guān)鍵指標[2]，已成為育種的重要手段。植物表型性狀的變異是遺傳多樣性與環(huán)境多樣性綜合作用的結(jié)果，不僅能在某種程度上反映個體水平的變異，而且還能反映物種水平的遺傳變異程度。目前，在茄子[3-4]、辣椒[5-6]及油菜[7-8]等蔬菜作物均有表型多樣性的相關(guān)研究工作。近年來，很多學者對番茄種質(zhì)資源的表型多樣性進行了相關(guān)研究[9-12]。番茄自交系作為雜種優(yōu)勢利用的親本材料，對其進行系統(tǒng)評價具有重要意義。但目前以番茄自交系作為研究對象的較少，且僅對品質(zhì)有關(guān)性狀進行了分析[13]。因此，對番茄自交系表型性狀進行研究分析，將有助于把握其表型變異規(guī)律，了解其遺傳穩(wěn)定性和選擇潛力，對發(fā)掘、利用和創(chuàng)新現(xiàn)有自交系材料具有重要指導意義。

本研究以46份番茄自交系為對象，對其株高、單果重和產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀進行遺傳多樣性及變異水平分析，旨在深入了解這些自交系材料的表型變異程度及變異規(guī)律等遺傳多樣性信息，為品種創(chuàng)新和種質(zhì)資源的科學保護提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為遼寧省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜研究所番茄課題組(二組)收集整理的46份番茄自交系材料，編號依次為1-46(表1)。

表1 自交系材料的來源地情況Table 1 The origins of inbred lines

1.2 試驗方法

2015年7月31日播種于育苗盤中，8月10日倒苗于營養(yǎng)缽中，8月24日定植于遼寧省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜研究所西地溫室大棚(41°82′86″N,123°55′46″E)，株行距33 cm×55 cm，每個重復定植9株，每份材料設(shè)置3次重復，采取隨機區(qū)組設(shè)計，田間采用常規(guī)管理。

1.3 性狀調(diào)查

定植后30 d測量株高，從每個重復中隨機選取一株測量。收獲期從不同植株上隨機選取3個大小均勻的成熟果實，對單果重、果實橫徑、果實縱徑、果形指數(shù)、心室數(shù)、果實硬度及可溶性固形物含量等農(nóng)藝性狀進行測量和記錄[14]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

使用Excel 2007、SPSS 20.0和NTSYS2.1軟件，分別對各種表型性狀的數(shù)據(jù)進行遺傳變異度分析、主成分分析、遺傳相關(guān)性分析、通徑分析和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 變異度分析

對各農(nóng)藝性狀的變異度分析結(jié)果表明，46份番茄自交系材料的變異系數(shù)范圍為12.6%～36.8%， 9個性狀的平均變異系數(shù)是21.8%，其中，單果重的變異系數(shù)最大，達到36.8%，變幅為2.34～197g；其次為總產(chǎn)量和心室數(shù)的變異系數(shù)較大，分別為33.5%和28.6%，變幅分別為25.0～983 g(單株第二穗果平均產(chǎn)量)和2.00～7.67個；果實硬度的變異系數(shù)最小，僅為12.6%，在0.17～0.66之間(表2)。從以上結(jié)果可以看出，本研究中的46份試驗材料之間具有顯著的遺傳差異，而且各性狀在不同材料之間也存在不同程度的多樣性。

表2 各試驗材料的農(nóng)藝性狀變異情況Table 2 Variations of agronomic traits in the tested materials

2.2 主成分分析

主成分分析是把多個指標簡化為少數(shù)幾個綜合指標的一種降維統(tǒng)計方法，能清楚地顯示各表型性狀在遺傳多樣性構(gòu)成中的作用，特征值和貢獻率是選擇主成分的依據(jù)，以特征值大于1 為提取標準[15]。對46份番茄自交系材料的9個農(nóng)藝性狀進行主成分分析，其中前4個主成分，即株高、坐果率、總產(chǎn)量和單果重累計貢獻率為84.4%，涵蓋了所有指標的絕大部分信息(表3)，表明這4個主成分能夠代表這9個性狀所包含的全部遺傳信息。

第1主成分特征值為4.40，其貢獻率為48.9%，主要包括果實縱徑、果實橫徑、單果重、果實硬度、總產(chǎn)量和心室數(shù)，其特征向量均在0.70以上，這些性狀與番茄的產(chǎn)量和果實品質(zhì)有關(guān)。第2主成分的特征值為1.226，貢獻率為13.6%，主要由坐果率和可溶性固形物決定，其特征向量分別為-0.771和0.569。第3主成分的特征值為0.988，貢獻率為11.0%，主要是可溶性固形物和心室數(shù)決定。第4主成分的特征值為0.980，貢獻率為10.9%，其由株高決定，特征向量為0.775。依照貢獻率特征值的大小，從主成分中選擇出果實縱徑、果實橫徑、單果重、果實硬度、總產(chǎn)量和心室數(shù)是形成番茄自交系表型差異的關(guān)鍵因素，可作為未來番茄創(chuàng)新育種中進行品種資源評價和親本篩選的首要性狀指標。

表3 番茄自交系材料9個性狀的主成分分析Table 3 Principal component analysis on 9 agronomic traits of tomato inbred lines

2.3 相關(guān)性分析

性狀的相關(guān)性是指利用一種性狀的選擇可以達到間接選擇另一種性狀的效果，進而可以有效提高育種的選擇效率和進程[16]。

對9個農(nóng)藝性狀進行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示(表4)，大多數(shù)性狀之間存在顯著或極顯著相關(guān)性，總產(chǎn)量除了與株高不存在相關(guān)性以外，與其他8個性狀均存在相關(guān)性，其中，總產(chǎn)量與單果重、果實橫徑、果實縱徑、果實硬度和心室數(shù)均表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)；另外，坐果率與總產(chǎn)量之間表現(xiàn)為顯著正相關(guān)關(guān)系，可溶性固形物與產(chǎn)量呈顯著負相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。單果重與果實橫徑、果實縱徑、果實硬度和心室數(shù)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。果實橫徑與果實縱徑、果實硬度和心室數(shù)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)；與可溶性固形物呈顯著負相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。果實縱徑與果實硬度和心室數(shù)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。果實硬度與心室數(shù)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)；與可溶性固形物含量之間表現(xiàn)為極顯著負相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。其它性狀間相關(guān)性不顯著。

2.4 通徑分析

經(jīng)多元回歸分析，得到如下方程式：Y=0.349+0.458X2+0.663X5+0.053X8，方程的方差F值為16.055，達極顯著水平(P<0.01)。同時，進行通徑分析，揭示各個性狀對因變量總產(chǎn)量的相對重要性。從表5可以看出，坐果率、果實橫徑與心室數(shù)的直接通徑系數(shù)分別為0.292、0.370和0.363，這3個性狀是影響番茄自交系單株產(chǎn)量的主要原因，且均對產(chǎn)量有決定性的正效應(yīng)。坐果率、果實橫徑和心室數(shù)兩兩之間均通過間接正效應(yīng)來影響產(chǎn)量。因此，可通過適當提高坐果率來增加產(chǎn)量。

2.5 聚類分析

基于表型性狀對番茄46份自交系材料進行聚類分析，分析其親緣關(guān)系遠近，結(jié)果表明：在遺傳距離為0.16處可聚為3個類群，不同類群番茄材料的表型性狀存在一定差異(圖1)。第一類群包括29份材料，占聚類材料的63.0%，可細分為3個亞類，第1亞類只包括1份來自美國的番茄自交系材料；第2亞類共5份材料，其中包括2份國外自交系材料，1份來自日本(編號31)，1份來自荷蘭(編號35)；第3亞類都是中國的番茄自交系材料。第二類只包括1份中國的野生番茄材料(編號36)，僅占聚類材料的0.02%，此類材料特點主要是果形指數(shù)較大，心室數(shù)少，可溶性固形物含量高。第三類包含16份材料，占聚類材料的34.8%?？杉毞譃?個亞類，第1亞類均來自中國番茄自交系；第2亞類包含3份國外自交系材料，其中2份來自俄羅斯(編號27和32)，1份來自美國(編號30)。這些表型性狀差異大，遺傳距離遠的番茄自交系可以用來作為雜交育種的親本，可用于制種番茄的品種改良和優(yōu)良新品種的選育。

表4 不同農(nóng)藝性狀之間的相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlation coefficient of different agronomic traits

注：*0.05水平顯著相關(guān)，**0.01水平極顯著相關(guān)。下同。X1：株高；X2：坐果率；X3：總產(chǎn)量；X4：單果重；X5：果實橫徑；X6：果實縱徑；X7：果實硬度；X8：心室數(shù)；X9：可溶性固形物。

Note:* indicates significant differences at 0.05 level,and ** indicates significant differences at 0.01 level.The same is as below.X1Plant height;X2Fruit set rate;X3Total yeild;X4Weight per fruit;X5Transverse diameter of fruit;X6Longitudinal diameter of fruit;X7Fruit hardness;X8Number of ventricles;X9Soluble solids content.

表5 番茄自交系農(nóng)藝性狀與單株產(chǎn)量的通徑系數(shù)Table 5 Path analysis between total yield per plant and other agronomic traits of tomato inbred lines

3 討 論

番茄種質(zhì)資源的遺傳多樣性是新品種改良與選育的基礎(chǔ)[17-19]，而表型性狀的鑒定與描述是研究種質(zhì)資源的最簡單、易行的基本方法，也是檢測遺傳變異最傳統(tǒng)、最直觀的方法[20-23]。本研究的主要目的是為了解決在雜交育種工作中親本選配的盲目性，對雜種優(yōu)勢利用具有指導意義。通過對46份番茄自交系9 個農(nóng)藝性狀的表型遺傳多樣性分析，同時采用主成分、相關(guān)性和聚類分析方法挖掘它們潛藏的育種價值，這些試驗材料的表型性狀具有較豐富的遺傳變異，性狀變異系數(shù)為12.6%～36.8%，其中單果重的變異系數(shù)最大，為36.8%。優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)是目前番茄育種的一個重要目標，番茄單果重和產(chǎn)量之間有密切關(guān)系[24]，這與研究者[13,25-26]對番茄單果重等性狀遺傳多樣性的研究結(jié)果相似，說明番茄單果重在群體間和群體內(nèi)均存在豐富變異，表型多樣性水平很高，預示著通過現(xiàn)有個體選擇來改良從而實現(xiàn)高產(chǎn)是可行的。

本研究發(fā)現(xiàn)，總產(chǎn)量、單果重和心室數(shù)的變異系數(shù)較大，均超過了25%，說明這些性狀的變異最為豐富，育種選擇潛力大。株高和果實硬度變異較小，遺傳穩(wěn)定性相對較好。研究還發(fā)現(xiàn)，單果重、果實橫徑、果實縱徑、果實硬度及心室數(shù)這些果實性狀間均具有較高程度的相關(guān)性，而株高與其他所有性狀間的相關(guān)性均不顯著，可溶性固形物則與其他所有性狀均呈負相關(guān)關(guān)系，該結(jié)論與前人研究結(jié)果相同[27-28]。此外，本研究主成分分析表明，株高、坐果率、總產(chǎn)量和單果重等性狀是形成番茄自交系材料間表型差異的關(guān)鍵因素，這與前人獲得的產(chǎn)量因子可用于對番茄品質(zhì)綜合評定的結(jié)果一致[25,29]，因此，這些性狀可作為番茄育種親本材料評價和選擇的重要形態(tài)指標。本研究通過聚類分析，將46份番茄自交系劃分為3大類，來自國外的品種較緊湊的聚在一起，但其中來自美國的兩個材料卻分別聚在第一類群和第三類群，可能是由于材料本身遺傳差異較大，也可能是數(shù)據(jù)誤差導致。這個結(jié)果與周蓉的研究結(jié)果相似[9]。由于本課題組選育的自交系材料在聚類的各類群中均有分布，說明通過多年的引種和育種實踐，遼寧省內(nèi)的番茄資源已較豐富，已改變了以往育種材料來源比較單一的局面。通過聚類能初步明確各供試材料間的差異，在實際育種工作中，根據(jù)不同的育種目標，可選擇相關(guān)表型性狀差異大，親緣關(guān)系較遠的優(yōu)異材料進行雜交，避免親本遺傳上的一致性，以達到有的放矢，優(yōu)勢互補，從而提高選育效率。雖然植物表型性狀的調(diào)查測定操作簡單、方便、直觀，是物種資源研究最基本的方法和途徑[30]。但是，表型性狀是環(huán)境與遺傳共同作用的結(jié)果，表型鑒定易受材料生長發(fā)育階段、環(huán)境條件、栽培因素及評價賦值等因素影響，有一定的局限性[31]，因此，應(yīng)該以表型性狀研究為基礎(chǔ)，與分子分析結(jié)果相結(jié)合[32]，以提高鑒定和選擇的準確性與效率，為番茄育種提供有力的理論依據(jù)。

圖1 番茄自交系材料的聚類分析Fig.1 Cluster analysis of tomato inbred lines

4 結(jié) 語

(1) 46份番茄自交系材料的9個農(nóng)藝性狀中，單果重的變異系數(shù)最大，果實硬度的變異系數(shù)最小，分別為36.8%和12.6%。說明這些材料的果實大小變異較為廣泛，果實硬度差異不大。

(2) 相關(guān)性分析結(jié)果顯示單株產(chǎn)量與心室數(shù)、果實橫徑、果實縱徑和單果重的相似系數(shù)較大，依次為0.597、0.567、0.566和0.565。而通徑分析結(jié)果為，單株產(chǎn)量與果實橫徑、心室數(shù)和坐果率的直接通徑系數(shù)較大，分別為0.370、0.363和0.292。綜合相關(guān)分析和通徑分析結(jié)果。單株產(chǎn)量與心室數(shù)、果實橫徑、果實縱徑、單果重和坐果率5個性狀關(guān)系最為密切。

(3)表型聚類分析結(jié)果顯示，在歐氏距離為0.16處，可將46份自交系材料劃分為3大類群。國外品種主要集中于第一類群第1、2亞類和第三類群第2亞類；中國的1份野生番茄單獨成為第二類群，其他中國的自交系材料零星分布于第一和第三大類群之中。根據(jù)這些材料間親緣關(guān)系的遠近，可以為未來雜交育種親本的選擇提供參考。