15份番茄種質(zhì)資源在新疆適應性綜合評價

馬 越，李玉姍，趙連佳，郭雅文，宋 羽，許紅軍

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學園藝學院，烏魯木齊 835000；2.新疆農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)作物品種資源研究所，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】對番茄品種的遺傳改良和選育仍然首要目標[1]。種質(zhì)資源對作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)改良和研發(fā)的成敗起到關鍵的作用，而不同生態(tài)區(qū)域間種質(zhì)資源特性也存在巨大差異[2]。新疆獨特的自然條件及灌溉措施為番茄大面積種植提供了有利條件[3]。研究番茄種質(zhì)資源外觀性狀及內(nèi)在品質(zhì)性狀在不同生態(tài)區(qū)的表現(xiàn)，對于鑒定特異種質(zhì)資源、確定優(yōu)良親本、提高育種效率，選育出符合育種目標的新品種具有重要意義[4,5]?！厩叭搜芯窟M展】目前番茄種質(zhì)資源的鑒定評價主要從形態(tài)學[6]、分子標記[7]、同工酶[8]和花粉學[9]共4個水平進行，其中形態(tài)學標記方法是遺傳多樣性研究最常用的方法[9]。芮文婧等[10]對47份大果番茄種質(zhì)資源表型性狀進行了遺傳多樣性分析。袁東升等[11]研究認番茄不同性狀在不同材料之間表現(xiàn)出不同程度的多樣性。劉鞏君等[12]采用相關性分析、主成分分析、聚類分析和綜合評價，篩選出優(yōu)良的種質(zhì)資源。李國花等[13]利用模糊隸屬函數(shù)法，篩選出2份抗病性較高、綜合抗性較好的番茄種質(zhì)資源。鄭福順等[14]采用相關性分析、主成分分析、聚類分析進行遺傳多樣性分析等，基于表型性狀構建了寧夏番茄種質(zhì)資源核心種質(zhì)，并對其進行代表性評價。劉希艷等[2]利用表型性狀和分子標記方法將加工番茄聚為2類。Suliman等[15]采用SSR標記技術對番茄種質(zhì)資源進行品種鑒別和遺傳多態(tài)性方面的研究?！颈狙芯壳腥朦c】目前，不管是從表型性狀還是分子水平，有關我國番茄品種主要農(nóng)藝性狀在新疆的表現(xiàn)及其與產(chǎn)量的關系鮮見報道。收集番茄種質(zhì)資源并對其鑒定評價和分類利于育種家對種質(zhì)資源的高效利用?！緮M解決的關鍵問題】引進番茄種質(zhì)資源15份，運用多元統(tǒng)計分析方法(主成分分析、相關性分析及聚類分析)對番茄種質(zhì)性狀之間的相關信息進行歸納、綜合和簡化，分析引進的番茄種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀及內(nèi)在品質(zhì)性狀在新疆的表現(xiàn)及性狀間的相互關系，為新疆番茄新品種選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗共15份番茄種質(zhì)資源，所有材料均由新疆農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)作物品種資源研究所提供。表1

表1 供試品種名稱及來源Table 1 Names and Sources of Varieties for Testing

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗在新疆農(nóng)業(yè)科學院綜合試驗場試驗點進行，2020年4月1日播種進行穴盤育苗，5月9日分苗，5月11日定植于大田。小區(qū)面積1.0×5=5.0 (m2)。采用隨機區(qū)組設計，以每個番茄品種為1個處理，每個處理種植20株，株行距35 cm×50 cm，試驗區(qū)周圍設保護行，植株3～4片真葉展開，可移栽定植。苗高30～40 cm時，可第1次綁蔓，其他栽培管理同常規(guī)。在番茄不同生長發(fā)育時期，測定番茄植株的生物學性狀。8月2日進行始收期采收，8月22日進行末收期采收，收獲后留取果實調(diào)查果實數(shù)量性狀及產(chǎn)量計算。

1.2.2 測定指標

在番茄不同生長時期調(diào)查各生物學性狀，每個處理隨機選取10株調(diào)查，調(diào)查的主要性狀包括：株高(X1)、莖粗(X2)、葉片數(shù)(X3)、SPAD葉綠素(X4)、單果重(X5)、萼片數(shù)(X6)、果柄長(X7)、果梗洼大小(X8)、果洼處木栓化大小(X9)、裂口長度(X10)、縱徑(X11)、橫徑(X12)、果肉厚度(X13)、心室數(shù)(X14)、可溶性固形物含量(X15)、成熟果色(X16)、首花序節(jié)位(X17)、第2花序節(jié)位(X18)、單花序花數(shù)(X19)、花序類型(X20)、葉長(X21)、葉寬(X22)、單株產(chǎn)量(X23)、畸形果數(shù)(X24)、單株果數(shù)(X25)、果面棱溝(X26)、果面茸毛(X27)、果頂形狀(X28)、果皮色(X29)、果實橫切面形狀(X30)、果肉色(X31)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)整理匯總后，采用Microsoft Office Excel 2016進行數(shù)據(jù)計算和分析作圖，采用SPSS20.0軟件進行主成分分析、相關性分析和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 不同番茄品種間主要性狀差異

研究表明，31個性狀的變異系數(shù)范圍在3.7%～130.4%，變異較為豐富。變異系數(shù)達50%以上的有：裂口長度(81.6%)、花序類型(68.1%)、畸形果數(shù)(130.4%)、單株果數(shù)(67.3%)、果面棱溝(66.0%)、果面茸毛(56.5%)和果實橫切面形狀(55.6%)，株高的極差值達113.7 cm，無限生長和有限生長類型的番茄株高差異較大，品種間主要性狀有較豐富的變異，為優(yōu)異種質(zhì)資源篩選利用提供物質(zhì)基礎。SPAD值和首花序節(jié)位變異系數(shù)最低，分別為3.7%和8.5%，其遺傳特性較為穩(wěn)定，改良空間不大。表2

表2 番茄主要數(shù)量性狀表現(xiàn)值Table 2 The performance values of the main quantitative traits of tomato

2.2 不同番茄品種間主要農(nóng)藝性狀的相關性

研究表明，單果重與莖粗、萼片數(shù)、果梗洼大小、果洼處木栓化大小、裂口長度、縱徑、橫徑、果肉厚度、心室數(shù)、葉長、葉寬、果面茸毛呈顯著或極顯著正相關，在極顯著正相關關系中，單果重與橫徑的相關系數(shù)最高，為0.92，與可溶性固形物含量、單花序花數(shù)、花序類型、畸形果數(shù)、單株果數(shù)呈顯著負相關，與單株果數(shù)的相關系數(shù)最高，為0.90，大果型番茄可溶性固形物含量相對較低、結果數(shù)較少。單株產(chǎn)量與成熟果色、果梗洼大小、果洼處木栓化大小呈顯著正相關，與果梗洼處木質(zhì)化大小的相關系數(shù)最高，為0.58，而與可溶性固形物含量呈顯著負相關，與可溶性固形物含量的相關系數(shù)最高，為0.62。單株果數(shù)與葉片數(shù)、SPAD值、可溶性固形物含量、第2花序節(jié)位、單花序花數(shù)、畸形果數(shù)呈顯著正相關，而與株高、莖粗、單果重、萼片數(shù)、果梗洼大小、果洼處木栓化大小、縱徑、橫徑、果肉厚度、心室數(shù)、可溶性固形物含量呈顯著負相關。番茄欲獲得高產(chǎn)，需要協(xié)調(diào)好單株果數(shù)與單果重之間的平衡，適當降低畸形果數(shù)的數(shù)量。表3

2.3 主成分貢獻率

研究表明，各主成分貢獻率分別為25.9%、20.1%、12.5%、12.3%、9.8%和7.3%。根據(jù)因子得分系數(shù)矩陣對不同番茄品種進行得分值排名。得分值越高，該變量與該主成分的相關性越高。主成分1的特征值最大，為14.4，特征向量中載荷較高的因子有單果重、縱徑、葉長、葉寬和單株果數(shù)，其特征向量分別為0.84、0.90、0.89、0.85和-0.72，品種性狀表現(xiàn)主要為葉長和葉寬較大、單果重較重，但單株果數(shù)較少，代表品種有黔園、粉紅和早粉2號。主成分2的特征值為4.4，特征向量中載荷絕對值較高的主要性狀有葉片數(shù)、單花序花數(shù)和果皮色，特征向量分別為0.77、0.75、-0.79，主要表現(xiàn)為葉片數(shù)和單株序花數(shù)較大，代表品種有粉紅、粉紅甜肉、香妃3號。主成分3的特征值為3，特征向量中載荷絕對值較高的主要性狀有心室數(shù)、果面茸毛，特征向量分別為0.78、0.84，主要反映番茄外觀品質(zhì)，表現(xiàn)為心室多、果面茸毛較多，代表品種有高比斯海爾舍木、健康紅、香妃3號。主成分4的特征值為2.1，特征向量中載荷絕對值較高的主要性狀有成熟果色和首花序節(jié)位，特征向量分別為0.84、-0.84，主要表現(xiàn)為粉紅色的基色，代表品種有高比斯海爾舍木、華南東粉、北京10號。主成分5的特征值為1.9，特征向量中載荷絕對值較高的主要性狀有裂口長度和第二花序節(jié)位，特征向量分別為0.80、0.66，主要表現(xiàn)為裂口長度較大和第二花序節(jié)位較低，代表品種有粉紅、矮性花紅、香妃3號。主成分6的特征值為1.5，特征向量中載荷絕對值較高的主要性狀有單株產(chǎn)量和果實橫切面形狀，特征向量分別為0.55、-0.90，主要表現(xiàn)為產(chǎn)量高和果實橫切面形狀多為圓形，代表品種有粉紅、保加利亞4號、高比斯海爾舍木。表4,表5

表4 主分量性狀的特征值、貢獻率、累積貢獻率Table 4 Characteristic Values, contribution rate cumulative proportion of the principal components

續(xù)表4 主分量性狀的特征值、貢獻率、累積貢獻率Table 4 Characteristic Values, contribution rate cumulative proportion of the principal components

表5 各主成分中排名前3的代表性材料及其主成分得分值Table 5 Representative materials and their principal component scores of top-3 in each principal

2.4 農(nóng)藝性狀聚類

研究表明，第I類群包括7個品種，該類群株高較矮，心室多，單株產(chǎn)量較高。第II類群包括6個品種，該品種株高適中，莖稈粗壯，單果重大，橫徑和縱徑大，葉長和葉寬較大、單株產(chǎn)量高，該類型品種整體表現(xiàn)較好；第III類群包括2個品種(麗妃2號和香妃3號)，該類群單株產(chǎn)量和單果重較低，株高較大、葉片數(shù)多，果梗洼小，可溶性固形物含量高，沒有果面棱溝、果面茸毛和裂口，該類型品種外觀品質(zhì)較好。表6，圖1

表6 參試品種資源各類群的性狀特征Table 6 Characteristics of each cluster

圖1 參試番茄品種聚類結果Fig.1 Cluster result of tested tomato varieties

3 討 論

目前，盡管各種分子標記和同工酶標記已廣泛的應用于各種植物種質(zhì)資源的分類和鑒定，克服了表型性狀選擇的不穩(wěn)定性，同時縮短了育種周期，但是種質(zhì)資源研究最基礎的方法和途徑是對農(nóng)藝性狀的鑒定和描述，因為該方法具有簡單、直觀和易于操作等優(yōu)點[5,8,14]。表型性狀是遺傳多樣性和環(huán)境因素共同作用的結果，即使同一作物同一表型性狀在不同生態(tài)區(qū)也會有所差異，所以有必要在不同生態(tài)區(qū)對種質(zhì)資源進行鑒定和分類[9,12]。在研究中，31個表型性狀的變異系數(shù)達3.7%～130.4%，變異較為豐富，這以后番茄的常規(guī)育種及雜交優(yōu)異親本的選擇提供了物質(zhì)基礎?；喂麛?shù)的變異系數(shù)最大(130.4%)，其次是裂口長度(81.6%)，花序類型(68.1%)、單株果數(shù)(67.3%)，這幾個性狀具有一定的改良空間，這與袁東升[11]、芮文婧[10]和李春橋[16]等的研究結果有所不同，可能是當?shù)貧夂蚝唾Y源來源綜合作用的結果，覆膜滴灌栽培技術使水大部分集中在耕層20 cm處，加之當?shù)胤炎跉鉁剌^高，容易在冠層下部形成高濕高溫的微環(huán)境，造成病害嚴重，使得畸形果數(shù)增加。不同來源的番茄品種在新疆畸形果數(shù)和裂口長度上存在較大差異，在覆膜滴灌栽培中應選用抗病性好的的番茄品種。

劉珮君[12]、吳麗艷[17]等研究表明，單果重與果梗洼大小、果洼處木栓化大小、縱徑、橫徑呈顯著正相關，研究結果與其一致，但與芮文婧等[10]的研究略有不同，這可能與品種特性及在不同生態(tài)區(qū)測定的有關，因為部分表型性狀對栽培環(huán)境和自然條件較為敏感。在研究中，單株果數(shù)與葉片數(shù)、SPAD、可溶性固形物含量、第2花序節(jié)位、單花序花數(shù)呈顯著正相關，而與株高、莖粗、單果重呈顯著負相關。番茄欲獲得高產(chǎn)，需要控制株高及莖粗，協(xié)調(diào)好單株果數(shù)與單果重之間的平衡、降低畸形果數(shù)的數(shù)量，提高番茄產(chǎn)量。果梗洼大小、果洼處木栓化大小、縱徑、橫徑可作為高產(chǎn)番茄選育過程中輔助選擇的農(nóng)藝性狀因子。

在研究中，所調(diào)查的番茄表型變量之間存在較強的相關關系，而無法直接利用數(shù)學模型對番茄種質(zhì)資源進行評價，因為這將會使模型變的很復雜，而且還會帶來多重共線性等問題。主成分分析將眾多的初始變量整合成少數(shù)幾個相互無關的主成分變量，盡可能的包含了初始變量的全部信息，然后用這些新的變量來代替以前的變量進行分析。大量科研工作者運用主成分分析將供試番茄品種進行分類和鑒定[10-13]。研究利用主成分分析將31個表型性狀數(shù)據(jù)進行標準化處理后共提取6個主成分，總貢獻率達到87.9%，能比較全面地反映番茄遺傳差異信息。果實縱橫徑、單株果數(shù)、成熟果色、單花序花數(shù)、葉長、葉寬表型性狀指標是評價番茄表型遺傳多樣性的重要指標，這與芮文婧等[10]的研究結果一致。根據(jù)得分值的不同將供試品種進行排序，可以清楚品種較為明顯的表型特征。例如，黔園、粉紅和早粉2號品種性狀表現(xiàn)出葉長和葉寬較大、單果重較重，但單株果數(shù)較少的特性；粉紅、粉紅甜肉、香妃3號則表現(xiàn)出較大的莖粗，莖粗較粗在作物抗倒伏中起到重要作用。所以，育種工作者可根據(jù)不同的育種目標選擇不同特性的品種，從而減少了工作量。

對15份番茄種質(zhì)資源的31個性狀進行聚類分析，在歐氏距離為5時將供試品種分為3個類群。第I類群包括7個品種，主要特征是株高較矮，心室多，單株產(chǎn)量較高，這類種質(zhì)資源可以用來選育大果型的番茄，可適當增加密度。第II類群包括6個品種，該品種株高適中，莖稈粗壯，單果重大和單株產(chǎn)量高，橫徑和縱徑大，葉長和葉寬較大，該類型材料可以用來選育高產(chǎn)的番茄，由于葉片長和寬較大，在定植時要注意控制密度。第III類群包括2個品種，該類群單株產(chǎn)量和單果重較低，株高較大、葉片數(shù)多，果梗洼小，可溶性固形物含量高，沒有果面棱溝、果面茸毛和裂口，該類型品種品質(zhì)較好，在品質(zhì)育種過程中可以加以考慮，但是株高較大，易倒伏。

4 結 論

研究中的15份番茄31個表型性狀的變異系數(shù)在3.7%～130.4%，變異程度較大，種質(zhì)資源遺傳多樣性豐富，為以后番茄的常規(guī)育種及雜交優(yōu)異親本的選擇提供了物質(zhì)基礎。在各性狀相關性分析中，單果重與果實縱徑橫徑呈正相關，單果重與橫徑的相關系數(shù)最高，為0.92，果實縱橫經(jīng)越大，說明果實越大，單個果實越重；單果重與單株果數(shù)呈負相關，相關系數(shù)最高為0.90，植株單株果實越多，單個果實重量越小。通過聚類分析，在歐氏距離為5時將15份供試品種分為3個類群。第I類群包括7個大中果型番茄品種，該類群株高較矮，心室多，單株產(chǎn)量較高達1.7 kg。第II類群包括6個大中果型番茄品種，該品種株高適中，莖稈粗壯，果實橫徑和縱徑大，單個果實重量較高，達200 g，葉片寬大、單株產(chǎn)量高達1.8 kg，該類型品種整體表現(xiàn)較好；第III類群包括2個櫻桃番茄品種(麗妃2號和香妃3號)，該類群單株產(chǎn)量和單果重較低，株高較大、葉片數(shù)多，果梗洼小，無果面棱溝、果面茸毛和裂口，可溶性固形物含量高，該類型品種外觀品質(zhì)和營養(yǎng)風味品質(zhì)較好。根據(jù)不同的生產(chǎn)目標選用不同類型的品種，如選用大果型綜合表現(xiàn)好的品種，可選用第Ⅱ類群番茄品種；如需要品質(zhì)口感較好的櫻桃番茄，可選用第Ⅲ類群品質(zhì)較好的櫻桃番茄品種。育種家根據(jù)不同的育種目標選擇不同類群性狀互補的品種進行雜交，在進行番茄高產(chǎn)育種中，需協(xié)調(diào)好單株果數(shù)與單果重之間的平衡。