151份貴州地方櫻桃番茄資源的遺傳多樣性分析

裴 蕓，徐秀紅，陸錦彪，陳阿敏，張萬(wàn)萍，*

(1.貴州大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025；2.貴州大學(xué) 蔬菜研究院，貴州 貴陽(yáng) 550025)

番茄是貴州省主要的外銷(xiāo)蔬菜，得益于氣候和區(qū)位優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)銷(xiāo)成本相對(duì)較低及產(chǎn)品品質(zhì)上佳，在華南地區(qū)夏秋淡季市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)日益凸顯，2019年全省栽培面積3.87萬(wàn)hm，產(chǎn)值達(dá)42.3億元，已成為貴州蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一張“名片”。近年來(lái)，雖然銷(xiāo)售市場(chǎng)不斷拓展，但生產(chǎn)上大面積栽培選取品種較少，這種遺傳單一性傾向不利于貴州省番茄產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。且隨著生活水平提高，消費(fèi)者對(duì)番茄品質(zhì)和多樣性需求亦越來(lái)越高，因此，需要快速培育抗病、早熟、高產(chǎn)、綜合性狀表現(xiàn)優(yōu)異的品種以滿足市場(chǎng)需求，給育種工作帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。

表型性狀是種質(zhì)資源鑒定評(píng)價(jià)最為基本和直接的途徑，能利用肉眼觀察生物生長(zhǎng)過(guò)程中其外部特征或反映其變異情況，具有直觀、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，仍然是大多數(shù)科研人員認(rèn)為穩(wěn)妥和可靠的方式，是傳統(tǒng)育種中必不可少的重要環(huán)節(jié)。種質(zhì)資源是作物遺傳改良的基礎(chǔ)，優(yōu)異種質(zhì)資源的發(fā)掘與利用是育種工作能否取得突破的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本研究主要針對(duì)收集到的貴州省各地區(qū)151份櫻桃番茄種質(zhì)資源，利用主成分分析和聚類分析方法從形態(tài)學(xué)水平上進(jìn)行其遺傳多樣性分析，探究它們的親緣關(guān)系，確定相對(duì)合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)，為番茄農(nóng)藝性狀優(yōu)異基因發(fā)掘和分子標(biāo)記輔助選擇育種提供一定的參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)材料為來(lái)源于貴州不同地區(qū)的151份地方櫻桃番茄種質(zhì)資源，其中24份來(lái)自貴陽(yáng)市；21份來(lái)自遵義市；13份來(lái)自安順市；11份來(lái)自銅仁市；3份來(lái)自六盤(pán)水市；24份來(lái)自貴州省黔東南苗族侗族自治州；15份來(lái)自黔西南布依族苗族自治州；27份來(lái)自黔南布依族苗族自治州；13份來(lái)自畢節(jié)市，采集面積涉及到貴州省全省。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與種植管理

本試驗(yàn)于2018年1月26日—2月1日期間進(jìn)行燙種、浸種、催芽等播前處理，2月2日播種于貴州大學(xué)南校區(qū)玻璃溫室，采用電熱溫床育苗，2月27日進(jìn)行假植，并于3月30日定植于貴州大學(xué)南校區(qū)蔬菜園，土壤類型為壤土，肥力中等。采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，株行距各40 cm，每份資源種植6株，田間管理水平一致。

1.2.2 指標(biāo)觀察和測(cè)定

參照李錫香等對(duì)24個(gè)重要農(nóng)藝性狀進(jìn)行調(diào)查和測(cè)定，并結(jié)合實(shí)際情況略作調(diào)整。于田間統(tǒng)計(jì)其葉片顏色、株型、蔓性、生長(zhǎng)習(xí)性、花梗離層、熟性、葉片類型、葉片形狀、成熟果色、萼片形狀、花序類型、葉著生狀態(tài)、裂果性、花柱長(zhǎng)度等質(zhì)量性狀。其中，測(cè)量其數(shù)量性狀時(shí)首花序節(jié)位、第二花序節(jié)位采用讀數(shù)法；葉片長(zhǎng)、葉片寬采用直尺測(cè)量法；單花序果數(shù)采用統(tǒng)計(jì)法；果柄長(zhǎng)度采用直尺測(cè)量法；果梗洼大小、果實(shí)縱徑、果實(shí)橫徑采用游標(biāo)卡尺測(cè)量法；單果重采用稱重法。

1.2.3 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理及統(tǒng)計(jì)分析

使用WPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用SPSS軟件進(jìn)行主成分分析，同時(shí)基于番茄24個(gè)農(nóng)藝性狀，采用系統(tǒng)聚類利用組間聚合的方法對(duì)151份番茄種質(zhì)資源進(jìn)行聚類，采用平方歐式距離得到近似矩陣，用SPSS軟件繪制聚類結(jié)果圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 質(zhì)量性狀遺傳多樣性分析

151份貴州地方櫻桃番茄資源遺傳多樣性指數(shù)(′)的變化范圍為0.12～1.06(表1)，葉片顏色主要以深綠為主，比例為58%；熟性以中熟為主，極早熟的材料最少，只有兩份是極早熟；葉片著生狀態(tài)以直立和水平為主；生長(zhǎng)習(xí)性、花梗離層、葉片形狀、花序類型和裂果性的變異系數(shù)均低于0.50；株型的變異系數(shù)′為0.34，其中蔓性的材料所占比例為89%；花序類型的′值為0.36，頻率分布主要在單式花序，為89%；花梗離層的變異系數(shù)也較低，′為0.39，頻率分布主要為有離層，占比為87%；葉片類型的變異系數(shù)′為0.63，以普通葉型為主，占總材料的78%。

表1 櫻桃番茄質(zhì)量性狀分布頻率表

2.2 數(shù)量性狀遺傳多樣性分析

櫻桃番茄11個(gè)數(shù)量性狀的變異系數(shù)在18.45%～32.47%，遺傳多樣性指數(shù)為1.64～2.45。在總的11個(gè)數(shù)量性狀中，變異系數(shù)大于25%的有5個(gè)，分別是單花序果數(shù)、果實(shí)縱徑、心室數(shù)、第一花序節(jié)位、第二花序節(jié)位(表2)。

表2 櫻桃番茄數(shù)量性狀變異系數(shù)表

2.3 農(nóng)藝性狀主成分分析

對(duì)151份貴州地方櫻桃番茄資源農(nóng)藝性狀進(jìn)行主成分分析(表3)，提取的主成分有7個(gè)特征值在1.0以上，前7個(gè)主成分貢獻(xiàn)率累積達(dá)到了67.633%。第一主成分的貢獻(xiàn)率為32.295%，特征值為7.427，明顯大于其他6個(gè)特征值，負(fù)載值較高的有株型、生長(zhǎng)習(xí)性、花梗離層、熟性、葉片類型、葉片形狀、成熟果色、萼片形狀、葉片著生狀態(tài)和裂果性；第二主成分的貢獻(xiàn)率為8.259%，特征值為1.900，負(fù)載值較高的有單花序果數(shù)、葉寬、第一花序節(jié)位、葉長(zhǎng)、果梗洼大小和第二花序節(jié)位；第三主成分的貢獻(xiàn)率為6.867%，特征值為1.579，負(fù)載值較高的有果實(shí)縱徑、果實(shí)橫徑、花序類型、葉寬、果柄長(zhǎng)度和單果質(zhì)量；第四主成分特征值為1.335，貢獻(xiàn)率為5.805%，負(fù)載值較高的有單花序果數(shù)、單果質(zhì)量、第二花序結(jié)位、果實(shí)橫徑、果實(shí)縱徑和株型；第五主成分貢獻(xiàn)率是5.065%，特征值為1.165，負(fù)載值較高的有心室數(shù)、花序類型、第一花序節(jié)位、葉片顏色和果實(shí)縱徑；第六主成分特征值為1.123，負(fù)載值較高的有果柄長(zhǎng)度、果實(shí)縱徑和心室數(shù)；第七主成分的特征值為1.027，負(fù)載值較高的有花序類型、果梗洼大小和葉寬。綜合分析可得，從各主成分中篩選出果實(shí)縱徑、橫徑、葉片類型、葉寬、葉長(zhǎng)單果質(zhì)量、果梗洼大小、果形、單花序果數(shù)、葉片狀態(tài)、熟性、心室數(shù)、萼片形狀、成熟果色、第一花序節(jié)位、裂果性和花序類型共17個(gè)重要農(nóng)藝性狀，對(duì)貴州櫻桃番茄種質(zhì)資源的評(píng)價(jià)具有一定的參考價(jià)值。

表3 151份貴州本地櫻桃番茄種質(zhì)資源24個(gè)農(nóng)藝性狀的主成分分析

2.4 農(nóng)藝性狀聚類分析

對(duì)151份貴州本地櫻桃番茄種質(zhì)資源的24個(gè)農(nóng)藝性狀(包括13個(gè)質(zhì)量性狀和11個(gè)數(shù)量性狀)通過(guò)聚類分析分析其親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近，結(jié)果如圖1所示，在歐式距為3.0處將151份種植資源分為9大類群，具體分析如下。

圖1 151份貴州本地櫻桃番茄Ward聚類分析

第Ⅰ類群共包含36份材料。其主要特征是單果重小、果柄長(zhǎng)度低、果實(shí)縱橫徑小、心室數(shù)少、裂果率低，葉片形狀以二回羽狀復(fù)葉為主，熟性表現(xiàn)為極早熟和早熟為主。此類群可以作為培育早熟番茄的育種材料。

第Ⅱ類群共包含16份材料。果形以圓形為主，而果實(shí)硬度是反映番茄耐貯藏特性的重要指標(biāo)，單果質(zhì)量小、果梗大小小、果柄較短、葉片類型以復(fù)細(xì)葉型為主、萼片形狀為微翹、熟性表現(xiàn)為早熟和中熟。此類群可以作為培育高品質(zhì)的番茄育種材料，其中編號(hào)35材料性狀最為突出，可以作為優(yōu)良種質(zhì)進(jìn)行研究。

第Ⅲ類群共有19份材料。其主要特征是單花序果數(shù)較多、心室數(shù)較少、果梗洼較小、果實(shí)縱橫徑較小、單果質(zhì)量適中，其中單花序果數(shù)是反映番茄產(chǎn)量的重要指標(biāo)。果形以扁圓為主，熟性為早熟和中熟，生長(zhǎng)習(xí)性絕大多數(shù)為無(wú)限生長(zhǎng)型，成熟果色絕大多數(shù)為紅色。這一類群的材料可以在今后的育種工作中稍做改良優(yōu)化，培養(yǎng)出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的商品番茄。

第Ⅳ類群包括7份材料。其特點(diǎn)是單果質(zhì)量較高、果梗洼較小、果實(shí)橫徑較小、心室數(shù)較少、裂果性好、果形以圓形為主，這一類群的多數(shù)性狀與其他類群相比，整體性狀指標(biāo)表現(xiàn)較為良好，可以在今后選用不同利用價(jià)值的番茄時(shí)作為育種材料。篩選出性狀值比較高的材料有編號(hào)37、38和39的3份資源，這3份資源都是來(lái)自遵義地區(qū)。

第Ⅴ類群共包含30份材料。這一類群材料其主要特征是果柄長(zhǎng)度低、單果質(zhì)量小、心室數(shù)少、裂果率低，葉片類型以普通葉為主，少數(shù)材料為復(fù)細(xì)葉型，葉著生狀態(tài)為平行和下垂，葉色以深色為主，熟性表現(xiàn)為早熟和中熟為主。這一類群的一些性狀相比于其他類群，整體性狀指標(biāo)表現(xiàn)較為一般，但是葉色相比其他類群表現(xiàn)更綠，這一特性可在未來(lái)育種工作中加以利用。

第Ⅵ類群僅包含4份材料，它們分別來(lái)自貴陽(yáng)市白云區(qū)、都勻市、施秉縣和鳳崗縣，其單果質(zhì)量小、果梗洼較小、果實(shí)橫徑較小、心室數(shù)較少、裂果性一般、果形以圓形為主。通過(guò)與其他類群材料綜合比較可知，這一類群整體性狀指標(biāo)表現(xiàn)較差，沒(méi)有突出點(diǎn)，所以這一類群被淘汰，不作為材料用于今后的育種工作當(dāng)中。

第Ⅶ類群包含5份材料，在研究該材料植株葉片顏色、葉著生狀態(tài)和生長(zhǎng)類型的基礎(chǔ)上，綜合所有調(diào)查的農(nóng)藝性狀值分析可知，這一類群材料綜合表現(xiàn)穩(wěn)定，產(chǎn)量性狀表現(xiàn)良好，植株生長(zhǎng)旺盛，屬于優(yōu)良的種質(zhì)資源。

第Ⅷ類群共有17份材料，其主要特征是單花序果數(shù)一般、果形以圓形為主，熟性為早熟和中熟，成熟果色多數(shù)為紅色、心室數(shù)較少、葉片多、葉片類型為普通葉、葉片狀態(tài)為直立型和下垂型、葉片顏色以綠和深綠為主、生長(zhǎng)習(xí)性絕大多數(shù)為無(wú)限生長(zhǎng)型，綜合分析表明，這一類群植株生長(zhǎng)力強(qiáng)，其中編號(hào)為30和76的兩個(gè)材料性狀最為突出，可以作為優(yōu)良材料用于育種工作當(dāng)中。

第Ⅸ類群共有17份材料，其主要特征是單果質(zhì)量小、裂果性好、葉色為綠和深綠、生長(zhǎng)類型為無(wú)限生長(zhǎng)型、熟性為中熟和晚熟為主。可以利用這一類群的材料選育晚熟品種。

3 討論與結(jié)論

植物表型多樣性是遺傳多樣性與環(huán)境多樣性的綜合體現(xiàn)，對(duì)表型性狀的研究可以從整體上了解研究對(duì)象的多樣性程度。本研究對(duì)151份供試材料農(nóng)藝性狀中的13個(gè)質(zhì)量性狀和11個(gè)數(shù)量性狀進(jìn)行遺傳多樣性分析，質(zhì)量性狀遺傳多樣性指數(shù)(′)變化范圍為0.12～1.06，數(shù)量性狀遺傳多樣性指數(shù)(′)為1.64～2.45，這表明供試的番茄種質(zhì)資源存在廣泛的遺傳多樣性，其中多樣性指數(shù)最高的是果實(shí)縱徑，果實(shí)縱徑、果實(shí)橫徑、第一花序節(jié)位、第二花序節(jié)位、葉長(zhǎng)和葉寬的遺傳多樣性指數(shù)都大于2.0，研究結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)芮文婧和李春僑等的研究結(jié)論。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，農(nóng)藝性狀遺傳多樣性分析結(jié)果表明供試材料的果實(shí)外觀形態(tài)指標(biāo)、果實(shí)品質(zhì)性狀和植株形態(tài)性狀的變異類型較為豐富，但是個(gè)別性狀變異類型不豐富，在所有試驗(yàn)材料中基本只呈現(xiàn)1～2個(gè)性狀。果實(shí)產(chǎn)量的指標(biāo)中單花序果數(shù)的遺傳多樣性指數(shù)最小、變異系數(shù)最小，與袁東升等的研究相一致。

對(duì)主要成分的分析將幾種主要的農(nóng)作指數(shù)轉(zhuǎn)化為較少的主要成分，而且該分析簡(jiǎn)單卻比較綜合和全面，能夠較為直觀的顯示出番茄各性狀的重要程度。周蓉等對(duì)番茄表型的性狀進(jìn)行了分析研究，最終歸納歸納出5個(gè)因子作為考核番茄主成分的指標(biāo)。而本研究提取的前7個(gè)主成分貢獻(xiàn)率累積達(dá)到了67.633%，基本能夠反映出所測(cè)23個(gè)指標(biāo)的大部分信息，其他如葉片類型、果實(shí)縱橫徑等16個(gè)農(nóng)藝性狀指標(biāo)可作為評(píng)價(jià)番茄表型遺傳多樣性的重要指標(biāo)。

芮文婧等將353份番茄最終聚為6類，而本研究則通過(guò)聚類分析將151份材料劃分為9類，這說(shuō)明貴州省地方櫻桃番茄存在廣泛的遺傳多樣性。隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)的飛速發(fā)展，利用SNP、InDel等分子標(biāo)記技術(shù)進(jìn)行植物遺傳多樣性研究越來(lái)越廣泛。因此，下一步研究中應(yīng)將兩者結(jié)合，為櫻桃番茄遺傳育種研究提供更為準(zhǔn)確、可靠的依據(jù)。