69份大果番茄種質(zhì)資源的遺傳多樣性和聚類分析

呂維梧，但 忠，蘇銀玲，杜康華，木萬福*，張 娟

（1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所，云南元謀 651300；2.山東省德州市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東德州 253000）

番茄（Solanum lycopersicum）別名西紅柿、洋柿子，是茄科番茄屬一年生或多年生草本植物，原產(chǎn)于中美洲和南美洲，作為重要的食用蔬菜已在全球廣泛種植，味美多汁，含有豐富的礦物質(zhì)、維生素、番茄紅素等營養(yǎng)物質(zhì)，一直受到人們的喜愛[1-3]。番茄是嚴(yán)格的自花授粉植物，經(jīng)過長期馴化和選育，番茄的遺傳背景逐漸變得狹窄，因此，對于番茄種質(zhì)資源的廣泛收集、調(diào)查和遺傳分類多樣性的研究，對培育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的品種有重要意義[4-5]。大果番茄是一般指生產(chǎn)中果實(shí)在150 g 以上的品種，是目前番茄中消費(fèi)量最大的一個(gè)類型[6]。

種質(zhì)遺傳多樣性是育種的基礎(chǔ)，提升番茄品質(zhì)需要大量搜集具有優(yōu)良特性的番茄種質(zhì)，并將這些優(yōu)良種質(zhì)的遺傳多樣性挖掘整理，用于指明育種方向和道路[7]。目前，關(guān)于番茄種質(zhì)資源的遺傳多樣性研究的報(bào)道相對較多[8-10]。袁東升等[11]對100 番茄種質(zhì)資源進(jìn)行遺傳多樣性分析，利用主成分分析篩選出21 個(gè)重要的表型評價(jià)指標(biāo)，并篩選出了綜合性狀優(yōu)秀的B97 號材料。張靜等[12]將32 份番茄種質(zhì)分為6 個(gè)類群，包括2 個(gè)大果番茄類群和4 個(gè)小果番茄類群，其中大果番茄類群果實(shí)橫徑大于7.06 cm，果型和果實(shí)橫切面性狀均為不規(guī)則性狀。

本試驗(yàn)對2020 年收集的69 份大果番茄種質(zhì)資源進(jìn)行遺傳多樣性分析、相關(guān)性分析和聚類分析，以明確番茄不同類型的遺傳多樣性差異，為下一步篩選優(yōu)質(zhì)番茄材料提供理論依據(jù)和種質(zhì)資源。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料來源于云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所2020 年收集的69 份大果番茄種質(zhì)材料，編號依次為1～69，包括40 個(gè)自交系，29 份收集的資源（云南10份，貴州2 份，廣州17 份）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)材料于2020 年8 月20 日播種在102 孔穴盤中進(jìn)行育苗；9 月16 日定植于云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所后山大田。該地海拔1 070 m，地勢平坦，為酸性沙土，有機(jī)質(zhì)含量2.54 g/kg。全年干燥炎熱，光照和熱量充足。年均降雨量558～801.2 mm，蒸發(fā)量2 636～3 830 mm；年均氣溫17.9～21.9 ℃，最高氣溫42.5 ℃，最低氣溫1 ℃，年日照時(shí)數(shù)2 179.4～2 736 h，是典型的干熱河谷氣候。

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)材料種植30 株，株距40 cm，行距60 cm，常規(guī)田間管理。

1.3 性狀調(diào)查

在番茄生長發(fā)育時(shí)期，每個(gè)種質(zhì)資源調(diào)查10 株，記錄其下胚軸顏色、株高、單果質(zhì)量和心室數(shù)等25 項(xiàng)主要形態(tài)指標(biāo)，包括14 個(gè)質(zhì)量性狀和11 個(gè)數(shù)量性狀。質(zhì)量性狀用直接觀察法，數(shù)量性狀采用具體測量法，其中葉長、葉寬、株高用卷尺測量，顏色用RSH Colour Chart 色卡，果實(shí)橫徑、縱徑；果柄洼大小用MNT-150 游標(biāo)卡尺測量，質(zhì)量用島津TX2202L 電子天平測量[13]。觀測和測量的標(biāo)準(zhǔn)參照《番茄種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[14]和《植物新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測試指南番茄》[15]。番茄種質(zhì)資源質(zhì)量性狀描述分布圖見表1。

表1 番茄種質(zhì)資源質(zhì)量性狀描述分布圖Table 1 Grouping of tomato germplasm resources according to qualitative traits

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

本實(shí)驗(yàn)采用多元統(tǒng)計(jì)法，用Excel 2010 進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，用SPASS 20.0 軟件進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析。基于平均值和標(biāo)準(zhǔn)差對數(shù)據(jù)進(jìn)行10 個(gè)等級的劃分，每0.5σ為一級，σ為標(biāo)準(zhǔn)差，計(jì)算Shanon-Wiener 多樣性指數(shù)（H'），計(jì)算公式見式（1）。變異系數(shù)計(jì)算公式見式（2）。

式中，i為等級數(shù)；Pi是某形狀第i個(gè)級別的材料占總材料數(shù)的百分比。

式中，CV為變異系數(shù)；SD為標(biāo)準(zhǔn)偏差；MN為平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 番茄種質(zhì)資源性狀的多樣性分析

2.1.1 番茄質(zhì)量性狀遺傳多樣性分析

遺傳多樣性指數(shù)越高，遺傳變異越豐富，物種對于環(huán)境變化的適應(yīng)能力越強(qiáng)[16-18]。對供試的69 份種質(zhì)資源材料的14 個(gè)質(zhì)量性狀進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析，如表2 所示，遺傳多樣性指數(shù)（H'）的變化范圍為0.386～1.333，其中遺傳多樣性較大的性狀，H'大于1，分別是萼片形狀、葉片狀態(tài)、熟性和果面棱溝。

表2 番茄種質(zhì)資源質(zhì)量性狀頻率分布圖和多樣性指數(shù)Table 2 Frequency distribution map and diversity index of quality traits in tomato germplasm resources

萼片形狀的H'值最高，為1.333，變異類型最為豐富。69 份資源中，萼片形狀主要以微翹和微卷為主，占65%；萼片卷曲占20%；而平萼片占15%，因其賣相好而最受市場歡迎，是今后番茄育種的主要目標(biāo)之一。葉片狀態(tài)的H'值為1.080；葉片狀態(tài)以水平和下垂為主，其分布頻率分別為40%和35%。熟性的H'值為1.039，早熟、中熟和晚熟分布頻率分別為29%、57%和12%。極早熟僅為3%，但極早熟有利于縮短培育周期，搶占市場，是重要的育種指標(biāo)。果面棱溝的H'值為1.028，其中無楞溝占58%，也是番茄選育的主要目標(biāo)之一。

葉片類型和成熟果色的H'均在1.0 以下，其中葉片以復(fù)細(xì)葉和復(fù)寬葉為主，此次的供試材料中沒有薯葉形材料；成熟果色為粉色和紅色，分布頻率分別為59%和41%；花柱長度以等于和短于雌蕊為主，綠肩以無綠肩為主，生長習(xí)性以有限生長為主；葉片形狀以二回羽狀復(fù)葉為主，葉片顏色以深綠為主，僅有3%的材料表現(xiàn)為黃綠色；株型以半蔓性為主；75%的供試材料沒有簇生花；83%的供試材料沒有畸形果。

2.1.2 番茄數(shù)量性狀分析

長期的品種選育能保留相對符合市場偏好的番茄數(shù)量性狀，包括單果質(zhì)量在200～210 g 之間，果柄洼大小和木栓化越小越好，果實(shí)縱徑/橫徑比值為1.01～1.5之間較好等[19-20]。如表3（見下頁）所示，供試材料的數(shù)量性狀變異系數(shù)CV在8.69%～46.32%之間，遺傳多樣性指數(shù)H'為1.49～2.05，多樣性豐富。

表3 番茄種質(zhì)資源數(shù)量性狀頻率遺傳多樣性分析Table 3 Genetic diversity analysis of quantitative trait frequency of tomato germplasm resources

果實(shí)橫徑、縱徑、果柄洼大小、木栓化大小是番茄果實(shí)外觀的重要指標(biāo)，果實(shí)縱徑變異系數(shù)最小為8.69%，遺傳多樣性指數(shù)H'最大為2.05；果柄洼木栓化大小的變異系數(shù)最大為46.32%，多樣性指數(shù)為1.99，可能受多基因調(diào)控。葉長和葉寬的變異系數(shù)和多樣性指數(shù)相近，分別為18.91%、18.38%和2.01、2.00。首花節(jié)位、單果質(zhì)量、株高、果柄長度的變異系數(shù)均小于30%，說明材料性狀趨于一致，且首花節(jié)位、果柄洼大小、果柄長度和心室數(shù)的變異系數(shù)都在20%以上，分析結(jié)果與李云洲[21]的研究結(jié)果一致。

2.2 番茄種質(zhì)資源數(shù)量性狀相關(guān)性分析

為進(jìn)一步了解不同數(shù)量性狀之間的關(guān)聯(lián)程度，提高育種的選擇指導(dǎo)性，對69 份種質(zhì)材料的11 個(gè)數(shù)量性狀進(jìn)行相關(guān)性分析，見表4。由表可知，11 個(gè)數(shù)量性狀之間相關(guān)性明顯。株高與葉長、葉寬呈顯著正相關(guān)；葉長與葉寬、木栓化呈顯著正相關(guān)，與首花節(jié)位呈顯著負(fù)相關(guān)；果實(shí)橫徑與縱徑、果柄洼大小、單果質(zhì)量呈顯著正相關(guān)；果實(shí)縱徑與果柄洼、單果質(zhì)量呈顯著正相關(guān)；果柄洼大小與單果質(zhì)量呈顯著正相關(guān)；果柄洼大小與木栓化、單果質(zhì)量呈顯著正相關(guān)。在相關(guān)性分析結(jié)果中，有部分性狀相關(guān)性與劉佩君[22]研究結(jié)果一致，也有部分結(jié)果存在差異。出現(xiàn)差異的情況，可能是因?yàn)檠芯克玫姆逊N質(zhì)資源的遺傳背景不同，在相同的自然栽培條件下，番茄種質(zhì)資源的表型性狀發(fā)生了改變，致使研究者對同一性狀的描述和統(tǒng)計(jì)結(jié)果表現(xiàn)出較大差異，因此相關(guān)性分析結(jié)果也存在差異。

表4 番茄種質(zhì)資源的11 個(gè)數(shù)量性狀相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of 11 quantitative traits of tomato germplasm resources

2.3 聚類分析

對69 份資源的25 個(gè)性狀進(jìn)行聚類分析，性狀相似的材料聚為1 類，以研究供試材料親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近，以12 為界，可以把材料分為5 大類群，結(jié)果見圖1。

圖1 番茄種質(zhì)資源的聚類樹狀圖Fig.1 Cluster dendrobium of tomato germplasm resources

第1 類群共33 個(gè)材料，可分為兩個(gè)亞群，其首花節(jié)位在5 個(gè)大類群中最大；單果質(zhì)量，果實(shí)橫徑和縱徑最小，果型小，平均單果質(zhì)量僅為134.09 g；成熟果色以粉色為主，熟性為晚熟，葉色深綠，果面楞溝無或者輕，萼片形狀為微卷；其中18、19、38 號材料長勢旺盛，果型高圓，且果梗洼大小和木栓化程度低，無綠肩、無畸形果，可作為優(yōu)良材料利用。

第2 類群包含1 個(gè)材料，該材料相較于其他類群，植株更加矮小、長勢弱，其株高、葉長、葉寬最小，心室數(shù)卻最大，粉果、有綠肩、中熟、二回羽狀復(fù)細(xì)葉、萼片平。

第3 類群包含6 個(gè)材料，單果質(zhì)量、果柄長度、果柄洼、木栓化、果實(shí)橫徑最大，平均單果質(zhì)量為215.78 g，無綠肩、無簇生花、無畸形果、成熟果色為紅色、二回羽狀復(fù)細(xì)葉、葉色深綠、萼片卷曲，可選育外形優(yōu)良的番茄。

第4 類群包含5 個(gè)材料，其主要特征是植株長勢旺盛，其株高、葉長和葉寬最大，心室數(shù)最少，粉果、二回羽狀復(fù)寬葉，葉片狀態(tài)以下垂為主，生長習(xí)性全部為無限生長型。

第5 類群包含24 個(gè)材料，這個(gè)類群的材料大部分性狀值在5 大組群中處于中間水平，以無綠肩、無簇生花和無畸形果為主，熟性為中熟和晚熟，萼片以微卷為主，這類材料整體表現(xiàn)良好，是選育不同利用價(jià)值番茄的重要材料。

3 結(jié)論

通過本試驗(yàn)對69 份大果番茄資源的25 個(gè)表型性狀遺傳多樣性進(jìn)行分析，并利用相關(guān)性分析及聚類分析研究探討其育種價(jià)值。其中，25 個(gè)表型的多樣性指數(shù)H'變化范圍為0.386～2.05，表明供試番茄種質(zhì)資源存在豐富的遺傳多樣性。其中多樣性指數(shù)最小的是葉片形狀，為0.386，供試材料的葉片形狀多以二回羽狀復(fù)葉為主；多樣性指數(shù)最大的是果實(shí)縱徑，葉長、葉寬、果實(shí)橫徑和單果質(zhì)量多樣性指數(shù)都在2.0 以上；11 個(gè)數(shù)量性狀變異系數(shù)為8.69%～46.32%，其中果柄洼木栓化大小的變異系數(shù)最大，可能受多基因調(diào)控；首花節(jié)位、果柄洼大小、果柄長度和心室數(shù)的變異系數(shù)都在20%以上，分析結(jié)果與李云洲[15]的研究結(jié)果一致。遺傳多樣性分析結(jié)果表明供試材料的植株形態(tài)形狀和果實(shí)外觀形態(tài)有豐富的變異類型，其中植株長勢、葉片狀態(tài)、果面楞溝和萼片形狀都能為后期不同育種目標(biāo)提供理論基礎(chǔ)和研究方向。

對11 個(gè)數(shù)量性狀進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明葉長、葉寬、株高和首花節(jié)位之間有較高程度的相關(guān)性；單果質(zhì)量與果實(shí)橫徑、縱徑和果柄洼大小呈正相關(guān)通過聚類分析，將材料劃分為5 大類群，能初步篩選不同類群、不同特性的番茄種質(zhì)資源材料。其中類群3 材料的平均單果質(zhì)量最大，無綠肩、無簇生花、無畸形果、果實(shí)品質(zhì)較好，是選育大型果番茄的優(yōu)良材料。

種質(zhì)資源的遺傳多樣性是育種工作的基礎(chǔ)，大量的育種實(shí)踐證明，每一項(xiàng)優(yōu)良種質(zhì)的選育均取決于優(yōu)良基因的發(fā)現(xiàn)和利用，因此，品種改良是的關(guān)鍵是種質(zhì)資源的有效利用[23-25]。

本研究利用整合聚類分析、相關(guān)性分對大果番茄種質(zhì)資源進(jìn)行綜合評價(jià)，篩選出51、54、59、60、37 和50 號材料這6 份種質(zhì)資源，為理清大果番茄遺傳多樣性，加快種質(zhì)資源的利用和遺傳改良奠定基礎(chǔ)。