246份番茄種質(zhì)資源表型性狀的遺傳多樣性

趙云霞 顏秀娟 王學(xué)梅 楊冬艷 蘇慧

摘要：為研究番茄種質(zhì)資源的遺傳多樣性和親緣關(guān)系，科學(xué)評價種質(zhì)，以246份番茄種質(zhì)資源為試驗材料，對其25個質(zhì)量性狀和8個數(shù)量性狀進行遺傳多樣性、相關(guān)性及主成分分析。結(jié)果表明：供試材料的表型性狀具有豐富的遺傳多樣性，質(zhì)量性狀中葉片著生狀態(tài)的多樣性指數(shù)最高的是2.46;單果質(zhì)量的變異系數(shù)最大，為57.86%，8個表型性狀的F值都達到了極顯著的水平，各性狀間存在復(fù)雜的相互關(guān)系;主成分分析中提取的9 個主成分累計貢獻率為66.18%，包含了全部指標(biāo)的大部分信息?；诒硇托誀?，采用系統(tǒng)聚類組間聚合的方法在遺傳距離為10 處將供試的246份資源主要以單果質(zhì)量劃分為4個組群。明確番茄表型變異的豐富程度及不同種質(zhì)間的遺傳關(guān)系，為番茄種質(zhì)資源的進一步研究及番茄育種提供理論依據(jù)和工作基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：番茄;種質(zhì)資源;表型性狀;遺傳多樣性

中圖分類號：S641.202.4?? 文獻標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）17-0134-07

收稿日期：2020-12-29

基金項目：寧夏農(nóng)林科學(xué)院科技創(chuàng)新專項（編號：DWX-2018031）;寧夏農(nóng)林科學(xué)院科技平臺提升項目（編號：NKYP-19-12）;國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（編號：CARS-23-G24）。

作者簡介：趙云霞（1983—），女，山東高唐人，碩士，助理研究員，從事蔬菜栽培及番茄育種研究。E-mail：yunxiazhao2011@163.com。

番茄又名西紅柿、洋柿子，是茄科番茄屬1年生或多年生草本植物，原產(chǎn)于南美洲。在南美西部安第斯山脈的狹長地帶均有番茄野生種存在[1]。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[2]，因此廣泛收集資源來豐富番茄的種質(zhì)資源遺傳背景，這對其育種極為重要[3]。植物表型的變化反映了基因型對環(huán)境變化的適應(yīng)程度，植物表型在長期的壓力選擇中發(fā)生不可逆的變化，經(jīng)穩(wěn)定遺傳后產(chǎn)生新的基因型。因此，表型變異往往在適應(yīng)和進化上有重要意義[4]。目前有關(guān)番茄種質(zhì)資源遺傳多樣性的研究報道較多，孫亞東等對番茄種質(zhì)資源材料進行了遺傳多樣性和親緣關(guān)系的分析[5-12]。同時，主成分分析[13-14]、聚類分析[15-16]等統(tǒng)計方法的應(yīng)用為研究種質(zhì)資源奠定了基礎(chǔ)。

番茄品種改良的關(guān)鍵是種質(zhì)資源的有效利用，進行番茄種質(zhì)資源遺傳多樣性和分類的研究，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意義[17]。因此，本試驗在前人研究的基礎(chǔ)上，針對收集到的246份番茄種質(zhì)資源材料的33個表型性狀進行遺傳多樣性分析研究，利用主成分分析和聚類分析方法從形態(tài)學(xué)水平上研究其遺傳多樣性，明確番茄表型變異的豐富程度及不同種質(zhì)間的遺傳關(guān)系，以期為番茄種質(zhì)資源的進一步研究及番茄育種提供理論依據(jù)和工作基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為寧夏農(nóng)林科學(xué)院園藝研究所蔬菜課題組于2018—2020年收集的246份材料，如表1所示。

1.2 試驗設(shè)計

試驗在寧夏農(nóng)林科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綜合試驗示范基地蔬菜種質(zhì)資源圃進行。采用完全隨機區(qū)組排列的方式將引進的番茄種質(zhì)材料，于每年4月育苗，5月定植，畦寬70 cm，畦溝寬95 cm，畦高 25 cm，株距35 cm，雙行定植，每個資源定植30株，統(tǒng)一進行日常田間管理。

1.3 表型性狀的調(diào)查

番茄生長發(fā)育時期主要以第1穗果白熟期、第2穗果成熟期和第3穗果成熟期為主，每個種質(zhì)資源隨機調(diào)查10株，共調(diào)查33個形態(tài)指標(biāo)。其中，縱徑、橫徑、果梗洼大小、果洼處木栓化大小、果肉厚度均采用游標(biāo)卡尺測量，可溶性固形物含量采用 TD-45 糖度計測量，單果質(zhì)量采用稱質(zhì)量法測量。質(zhì)量性狀采用直接觀察法，分別調(diào)查生長習(xí)性、株型、花序類型、花柱長度、花柱形狀、花柱茸毛、花色、莖葉茸毛、葉片類型、葉片形狀、葉片著生狀態(tài)、葉色、葉裂刻、成熟前果色、成熟果色、果面棱溝、果面茸毛、果頂形狀、果肩、果肩形狀、果形、果實橫切面形狀、果肉色、胎座膠狀物質(zhì)顏色、果皮色25個指標(biāo)。具體觀測標(biāo)準(zhǔn)參照文獻[18]。

1.3 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。應(yīng)用SPSS 20.0計算各質(zhì)量性狀的分布頻率及遺傳多樣性指數(shù)（H′），各數(shù)量性狀的最小值、最大值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)。

分布頻率Pij=nij/n。式中：Pij表示第i個性狀第j個變異的分布頻率;nij表示第i個性狀處于第j個變異的材料數(shù)量，個;n表示材料的總數(shù)，個。

變異系數(shù)（coefeicient of variation，CV）=σ/μ（σ表示標(biāo)準(zhǔn)差;μ表示平均值），表示某一性狀的離散程度。

遺傳多樣性指數(shù)。利用數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差進行 10 個等級的劃分，每 0.5σ為1級。香農(nóng)-威納（Shannon-Wiener） 多樣性指數(shù)（H′）=-∑ni=1[Pi（ln Pi）]（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。

用SPSS 20.0進行相關(guān)性分析和主成分分析，同時基于246份番茄種質(zhì)資源的28個表型性狀，利用組間聚合的方法進行系統(tǒng)聚類，采用歐式距離繪制樹狀圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 番茄種質(zhì)資源表型性狀的遺傳多樣性分析

2.1.1 質(zhì)量性狀的遺傳多樣性 對供試的246份番茄種質(zhì)資源材料的25個主要質(zhì)量性狀進行描述性統(tǒng)計分析（表2），共檢測到92個變異類型，各個性狀變異類型頻率分布各不相同。

注：生長習(xí)性：1代表無限生長、2代表有限生長;株型：1代表蔓生、2代表半蔓生;花序類型：1代表單花、2代表單式花序、3代表雙歧花序、4代表多歧花序;花柱長度：1代表短于雄蕊、2代表與雄蕊近等長、3代表長于雄蕊;花柱形狀：1代表單圓花柱、2代表扁生花柱;花柱茸毛：1代表有、2代表無;花色：1代表淺黃、2代表黃;莖葉茸毛：1代表短稀、2代表短密、3代表長稀、4代表長密;葉片類型：1代表普通葉型、2代表薯葉型、3代表復(fù)寬葉型、4代表復(fù)細葉型;葉片形狀：1代表羽狀復(fù)葉、2代表二回羽狀復(fù)葉;葉片著生狀態(tài)：1代表直立、2代表水平、3代表下垂;葉色：2代表淺綠、3代表綠、4代表深綠;葉裂刻：1代表淺、2代表中、3代表深、4代表無;成熟前果色：1代表綠白、2代表淺綠、3代表綠、4代表深綠;成熟果色：1代表黃白、2代表淺黃、3代表黃、4代表橘黃、5代表綠、6代表粉紅、7代表紅、8代表深紅、9代表花色、10代表咖啡色;果面棱溝：1代表輕、2代表無;果面茸毛：1代表稀、2代表中，3代表無;果頂形狀：1代表深凹、2代表微凹、3代表圓平、4代表微凸、5代表凸尖;果肩：1代表無、2代表有;果肩形狀：1代表平、2代表微凹、3代表深凹;果形：1代表扁平、2代表扁圓、3代表圓形、4代表高圓、5代表長圓、6代表卵圓、7代表桃形、8代表長梨形;果實橫切面形狀：1代表圓形、2代表等邊多規(guī)則;果肉色：1代表黃白、2代表淺黃、3代表黃、4代表粉紅、5代表紅、6代表綠、7代表咖啡色、8代表花色;胎座膠狀物質(zhì)顏色：1代表黃白、2代表黃、3代表黃綠、4代表綠、5代表粉紅;果皮色：1代表無色、2代表黃色、3代表紅色。

H′為0.03～2.46，其中H′超過1.0的番茄質(zhì)量性狀為葉片著生狀態(tài)、葉裂刻、成熟前果色、成熟果色、果形、果肉色、胎座膠狀物質(zhì)顏色。葉片著生狀態(tài)的H′最高，達到2.46，其中以下垂為主，分布頻率達到57.32%;其次是胎座膠狀物質(zhì)顏色，其H′為1.19，以黃白和黃綠為主，分布頻率分別為45.53%和37.81%;成熟果色的H′為1.16，以粉紅色和紅色為主，分布頻率分別為48.78%和39.43%;果肉色的H′為1.12，其中粉紅色和紅色的分布頻率達到了48.78%和39.84%;成熟前果色的H′為1.12，以綠色為主，分布頻率55.69%;葉裂刻為中的分布頻率達到 45.12%，果形為圓形的分布頻率達到67.89%，生長習(xí)性以無限生長為主，分布頻率94.72%;株型以半蔓生為主，分布頻率91.87%;花序類型以單式花序為主，分布頻率84.55%;花柱長度以短于雄蕊為主，分布頻率85.37%;花柱形狀以單花柱為主，分布頻率80.89%;以有花柱茸毛為主，分布頻率97.56%;花色以黃色為主，分布頻率97.56%;莖葉茸毛以長密為主，分布頻率65.04%;葉片類型以復(fù)寬葉型為主，分布頻率50.41%;葉片形狀以二回羽狀復(fù)葉為主，分布頻率97.96%;葉色以深綠為主，分布頻率60.16%;果面棱溝以輕為主，分布頻率78.05%;果面茸毛以無為主，分布頻率62.60%;果頂形狀以圓平為主，分布頻率77.24%;果肩以無為主，分布頻率90.24%;果肩形狀以平為主，分布頻率95.10%;果實橫切面形狀以圓形為主，分布頻率99.59%;果皮色以無色為主，分布頻率53.66%。

2.1.2 不同數(shù)量性狀的表型變異分析 對供試的246份番茄種質(zhì)資源材料的8個主要數(shù)量性狀進行描述性統(tǒng)計分析，結(jié)果見表3。單果質(zhì)量的變異系數(shù)最高，為57.86%，其次是心室數(shù)、果洼處木栓化大小和果梗洼大小，分別為46.30%、41.89%和41.84%，可溶性固形物含量的變異系數(shù)較小，為 18.68%，說明這個性狀的變異程度較小。8個表型性狀的F值都達到了極顯著水平，說明這246份番茄種質(zhì)資源材料各表型性狀間都存在著非常大的遺傳差異。

2.2 不同數(shù)量性狀表型性狀間的相關(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選擇另一種性狀的效果，從而提高選擇效率，加快育種的進程[19]。由表4可知，不同表型性狀間均存在極顯著的相關(guān)關(guān)系。單果質(zhì)量與縱經(jīng)、橫徑、果梗洼大小、心室數(shù)、果肉厚度、果洼處木栓化大小極顯著正相關(guān)，與可溶性固形物含量呈極顯著負相關(guān);縱徑與橫徑、果梗洼大小、果肉厚度、心室數(shù)、果洼處木栓化大小呈極顯著正相關(guān)，與可溶性固形物含量呈極顯著負相關(guān);橫徑與果梗洼大小、果肉厚度、心室數(shù)、果洼處木栓化大小呈極顯著正相關(guān)，與可溶性固形物含量呈極顯著負相關(guān);果梗洼大小與心室數(shù)、果肉厚度、果洼處木栓化大小呈極顯著正相關(guān)，與可溶性固形物含量呈極顯著負相關(guān);果洼處木栓化大小與果肉厚度、心室數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與可溶性固形物含量呈極顯著負相關(guān);果肉厚度與心室數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與可溶性固形物含量呈極顯著負相關(guān); 心室數(shù)與可溶性固形物含量呈極顯著負相關(guān)。在極顯著正相關(guān)關(guān)系中，單果質(zhì)量與橫徑的遺傳相關(guān)系數(shù)最大，為0.948;果肉厚度與心室數(shù)的相關(guān)系數(shù)最小，為0.328。在極顯著負相關(guān)關(guān)系中，橫徑與可溶性固形物含量的相關(guān)系數(shù)最大，為 0.601;心室數(shù)與可溶性固形物含量的遺傳相關(guān)性最小，相關(guān)系數(shù)為0.268。

2.3 番茄種質(zhì)資源表型性狀的主成分分析

為了能夠更加充分地反映番茄種質(zhì)資源各性狀間起主導(dǎo)作用的綜合指標(biāo)，對番茄種質(zhì)資源調(diào)查的33個表型性狀進行主成分分析，其結(jié)果（表5）顯示，9個主成分的特征值都在1.0以上，提取的前9個主成分累積貢獻率達到66.18%，基本能夠反映全部指標(biāo)的大部分信息。

主成分1特征值最大，為7.85，貢獻率為23.80%。載荷值絕對值較高的農(nóng)藝性狀有橫徑、單果質(zhì)量、果洼處木栓化大小、果梗洼大小、果肉厚度、縱徑和果面棱溝，其載荷值分別為0.97、0.93、0.90、0.89、0.85、0.81和0.78，這些性狀主要反映果實外觀性狀。

主成分2特征值為2.70，貢獻率為8.19%，載荷較高且為正的農(nóng)藝性狀有花色、成熟果色、果肉色、葉色、果皮色，載荷值分別為0.73、0.55、0.53、0.44、0.42，這些性狀主要與果實顏色有關(guān)。

主成分3載荷值正向較高的性狀有果肉色、成熟果色，特征向量分別為0.72、0.65，這些性狀主要與果實顏色有關(guān)。

主成分4中載荷值正向較高的性狀為果肩性狀和果肩，載荷值分別為0.59、0.58，說明這一主成分主要與果實外觀有關(guān)。

主成分5累計貢獻率為50.16%，載荷值較高為正的性狀是葉片形態(tài)和葉片類型，主要與葉片性狀有關(guān)。

主成分6中載荷值正向最大的性狀為株型，主要反映植株的性狀。

主成分7累計貢獻率達到 58.76%，葉片著生狀態(tài)的載荷值最大，主要反映葉片的性狀。

2.5 番茄種質(zhì)資源表型性狀的聚類分析

以246份番茄種質(zhì)資源對的8個數(shù)量性狀和25個質(zhì)量性狀的均值為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用組間聚合的方法對246份番茄種質(zhì)資源進行聚類，采用歐式距離繪制樹狀圖，結(jié)果見圖1。按歐式距離10為閾值，可以將246份番茄種質(zhì)材料分為4類，第1類175份，主要以中等番茄為主，單果質(zhì)量200 g左右;第2類49份，以小果番茄為主，單果質(zhì)量小于40 g;第3類8份，以中果番茄為主，單果質(zhì)量大于40且小于100 g;第4類4份，分別是14、101、237、21號，以特大果番茄為主，單果質(zhì)量大于350 g。

3 結(jié)論與討論

本研究通過對246份番茄種質(zhì)資源的表型性狀進行遺傳多樣性分析，在質(zhì)量性狀上，各個性狀變異類型頻率分布各不相同。Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)（H′）變化范圍0.03～2.46，H′超過1.0的番茄質(zhì)量性狀為葉片著生狀態(tài)、葉裂刻、成熟前果色、成熟果色、果形、果肉色、胎座膠狀物質(zhì)顏色，葉片著生狀態(tài)的H′最高，達到2.46;通過對不同數(shù)量性狀的表型變異分析，單果質(zhì)量的變異系數(shù)最高，為57.86%，8個數(shù)量性狀的F值都達到了極顯著的水平，說明這246份番茄種質(zhì)資源材料各表型性狀間都存在著非常大的遺傳差異。對246份番茄種質(zhì)資源的8個數(shù)量性狀進行遺傳相關(guān)分析可知，所有表型性狀間存在極顯著相關(guān)關(guān)系。在極顯著正相關(guān)中，單果質(zhì)量與橫徑相關(guān)系數(shù)最大，為0.948;在極顯著負相關(guān)中，單果質(zhì)量與可溶性固形物含量的相關(guān)系數(shù)最大，表明各性狀間存在復(fù)雜的相互關(guān)系;主成分分析中9 個主成分的累計貢獻率為66.18%，包含了全部指標(biāo)的大部分信息。聚類結(jié)果顯示，以歐式距離10為閾值，可將246份番茄資源分成四大類，主要以單果質(zhì)量劃分。聚在同一類的材料表明其親緣關(guān)系較近，有可能來自同一個祖先，不同類別間種質(zhì)資源的親緣關(guān)系較遠，遺傳差異較大，多樣性豐富，可豐富和拓寬番茄種質(zhì)資源的遺傳多樣性，為番茄育種提供良好的資源材料。

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