15份番茄種質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.新疆農業大學園藝學院，烏魯木齊 835000；2.新疆農業科學院農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]。種質資源對作物高產優質改良和研發的成敗起到關鍵的作用，而不同生態區域間種質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]。研究番茄種質資源外觀性狀及內在品質性狀在不同生態區的表現，對于鑒定特異種質資源、確定優良親本、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]。【前人研究進展】目前番茄種質資源的鑒定評價主要從形態學[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，篩選出優良的種質資源。李國花等[13]利用模糊隸屬函數法，篩選出2份抗病性較高、綜合抗性較好的番茄種質資源。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資源核心種質，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資源進行品種鑒別和遺傳多態性方面的研究。【本研究切入點】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藝性狀在新疆的表現及其與產量的關系鮮見報道。收集番茄種質資源并對其鑒定評價和分類利于育種家對種質資源的高效利用。【擬解決的關鍵問題】引進番茄種質資源15份，運用多元統計分析方法(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資源農藝性狀及內在品質性狀在新疆的表現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份番茄種質資源，所有材料均由新疆農業科學院農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

試驗在新疆農業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。小區面積1.0×5=5.0 (m2)。采用隨機區組設計，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。在番茄不同生長發育時期，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，收獲后留取果實調查果實數量性狀及產量計算。

1.2.2 測定指標

在番茄不同生長時期調查各生物學性狀，每個處理隨機選取10株調查，調查的主要性狀包括：株高(X1)、莖粗(X2)、葉片數(X3)、SPAD葉綠素(X4)、單果重(X5)、萼片數(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(X14)、可溶性固形物含量(X15)、成熟果色(X16)、首花序節位(X17)、第2花序節位(X18)、單花序花數(X19)、花序類型(X20)、葉長(X21)、葉寬(X22)、單株產量(X23)、畸形果數(X24)、單株果數(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 數據處理

數據整理匯總后，采用Microsoft Office Excel 2016進行數據計算和分析作圖，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個性狀的變異系數范圍在3.7%～130.4%，變異較為豐富。變異系數達50%以上的有：裂口長度(81.6%)、花序類型(68.1%)、畸形果數(130.4%)、單株果數(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，為優異種質資源篩選利用提供物質基礎。SPAD值和首花序節位變異系數最低，分別為3.7%和8.5%，其遺傳特性較為穩定，改良空間不大。表2

表2 番茄主要數量性狀表現值Table 2 The performance values of the main quantitative traits of tomato

2.2 不同番茄品種間主要農藝性狀的相關性

研究表明，單果重與莖粗、萼片數、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、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最高，為0.92，與可溶性固形物含量、單花序花數、花序類型、畸形果數、單株果數呈顯著負相關，與單株果數的相關系數最高，為0.90，大果型番茄可溶性固形物含量相對較低、結果數較少。單株產量與成熟果色、果梗洼大小、果洼處木栓化大小呈顯著正相關，與果梗洼處木質化大小的相關系數最高，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最高，為0.62。單株果數與葉片數、SPAD值、可溶性固形物含量、第2花序節位、單花序花數、畸形果數呈顯著正相關，而與株高、莖粗、單果重、萼片數、果梗洼大小、果洼處木栓化大小、縱徑、橫徑、果肉厚度、心室數、可溶性固形物含量呈顯著負相關。番茄欲獲得高產，需要協調好單株果數與單果重之間的平衡，適當降低畸形果數的數量。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%。根據因子得分系數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，其特征向量分別為0.84、0.90、0.89、0.85和-0.72，品種性狀表現主要為葉長和葉寬較大、單果重較重，但單株果數較少，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、單花序花數和果皮色，特征向量分別為0.77、0.75、-0.79，主要表現為葉片數和單株序花數較大，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、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，表現為心室多、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位，特征向量分別為0.84、-0.84，主要表現為粉紅色的基色，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位，特征向量分別為0.80、0.66，主要表現為裂口長度較大和第二花序節位較低，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量和果實橫切面形狀，特征向量分別為0.55、-0.90，主要表現為產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、單株產量高，該類型品種整體表現較好；第III類群包括2個品種(麗妃2號和香妃3號)，該類群單株產量和單果重較低，株高較大、葉片數多，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資源的分類和鑒定，克服了表型性狀選擇的不穩定性，同時縮短了育種周期，但是種質資源研究最基礎的方法和途徑是對農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點[5,8,14]。表型性狀是遺傳多樣性和環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區也會有所差異，所以有必要在不同生態區對種質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達3.7%～130.4%，變異較為豐富，這以后番茄的常規育種及雜交優異親本的選擇提供了物質基礎。畸形果數的變異系數最大(130.4%)，其次是裂口長度(81.6%)，花序類型(68.1%)、單株果數(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，可能是當地氣候和資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，加之當地番茄坐果期氣溫較高，容易在冠層下部形成高濕高溫的微環境，造成病害嚴重，使得畸形果數增加。不同來源的番茄品種在新疆畸形果數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區測定的有關，因為部分表型性狀對栽培環境和自然條件較為敏感。在研究中，單株果數與葉片數、SPAD、可溶性固形物含量、第2花序節位、單花序花數呈顯著正相關，而與株高、莖粗、單果重呈顯著負相關。番茄欲獲得高產，需要控制株高及莖粗，協調好單株果數與單果重之間的平衡、降低畸形果數的數量，提高番茄產量。果梗洼大小、果洼處木栓化大小、縱徑、橫徑可作為高產番茄選育過程中輔助選擇的農藝性狀因子。

在研究中，所調查的番茄表型變量之間存在較強的相關關系，而無法直接利用數學模型對番茄種質資源進行評價，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個表型性狀數據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、成熟果色、單花序花數、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號品種性狀表現出葉長和葉寬較大、單果重較重，但單株果數較少的特性；粉紅、粉紅甜肉、香妃3號則表現出較大的莖粗，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，單株產量較高，這類種質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，該類群單株產量和單果重較低，株高較大、葉片數多，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，該類型品種品質較好，在品質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在3.7%～130.4%，變異程度較大，種質資源遺傳多樣性豐富，為以后番茄的常規育種及雜交優異親本的選擇提供了物質基礎。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最高，為0.92，果實縱橫經越大，說明果實越大，單個果實越重；單果重與單株果數呈負相關，相關系數最高為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、單株產量高達1.8 kg，該類型品種整體表現較好；第III類群包括2個櫻桃番茄品種(麗妃2號和香妃3號)，該類群單株產量和單果重較低，株高較大、葉片數多，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和營養風味品質較好。根據不同的生產目標選用不同類型的品種，如選用大果型綜合表現好的品種，可選用第Ⅱ類群番茄品種；如需要品質口感較好的櫻桃番茄，可選用第Ⅲ類群品質較好的櫻桃番茄品種。育種家根據不同的育種目標選擇不同類群性狀互補的品種進行雜交，在進行番茄高產育種中，需協調好單株果數與單果重之間的平衡。