鹽堿地栽培條件下8份野生型番茄種質田間綜合性狀評價

張文博 劉蕓希 李國銘 劉慧英

摘要：為了對中國科學院遺傳發育研究所提供的8份野生番茄種質在鹽堿地栽培條件下的田間綜合形狀進行評價，通過對鹽堿地種植條件下8份供試野生番茄種質的生長、產量和果實品質等13個農藝性狀進行觀測，并運用主成分分析法結合隸屬函數法，評價野生番茄種質材料的田間綜合性狀。經主成分分析，最終提取5個主成分；隸屬函數法分析結果表明，在鹽堿地栽培條件下，8份野生番茄材料的田間綜合性狀從優到劣排序為新鹽14號＞新鹽13號＞新鹽16號＞新鹽18號＞新鹽12號≈新鹽15號＞新鹽17號＞新鹽11號。其中，新鹽14號和新鹽13號的綜合性狀評價值（D值）最高，分別為0.73和0.62，說明這2個野生番茄材料在鹽堿地上具有明顯的生長優勢，綜合表現最佳。

關鍵詞：野生型番茄；種質資源；主成分分析法；隸屬函數法；綜合性狀評價

中圖分類號：S641.203.7? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）03-0173-06

土壤鹽漬化是全球面臨的主要環境危機之一，也是造成農業損失的重要限制因子［1］。我國受鹽堿脅迫影響的耕地面積總計超過0.33億hm2，位居世界第三［2-3］，主要分布在我國華北、西北、東北和濱海地區在內的17個省（市、區），占據全國耕地面積的1/4，尤其是西北地區，多為鹽化和堿化的復合土壤類型，對作物產生鹽堿雙重脅迫［4-5］。因此，挖掘品種本身的耐鹽堿能力，篩選和培育耐鹽堿品種，是現階段開發利用鹽堿土最為有效的手段。

番茄（Solanum lycopersicum L.）屬于茄科茄屬，是我國重要的蔬菜作物之一，廣泛栽培于露地和設施生產中［6］。番茄屬于耐鹽堿性中等的植物，但仍然會遭受鹽堿脅迫的危害，導致產量和品質下降。前人研究發現，野生型番茄相較栽培品種更為耐鹽堿，且栽培番茄的耐鹽堿基因多來自野生番茄［7］。野生番茄中醋栗番茄（S. pimpinellifolium）主要作為一種良好的耐鹽堿資源被利用。此外，潘那利番茄、加拉帕戈斯番茄（S. galapagense）、契斯曼妮番茄和秘魯番茄等野生番茄種質也具有良好的耐鹽堿性［8］。因此，保護和挖掘優良野生番茄耐鹽堿種質資源，對確保番茄耐鹽堿基因的多樣性至關重要，可為番茄耐鹽堿品種的育種和馴化提供基礎材料。目前，有關番茄種質資源的耐鹽堿性研究主要集中在室內可控環境下的種子萌發期及幼苗期，而對成熟期和收獲期的研究相對較少［9］，尤其是在鹽堿地上全生育期的研究尚未見報道。因此，本研究對鹽堿地種植條件下8份野生番茄種質的生長、產量和果實品質等農藝性狀進行觀測，運用主成分分析法結合隸屬函數法進行鹽堿地栽培條件下農藝性狀的綜合評價，篩選出優良的種質材料，為其進一步研究及應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本研究供試的8份野生型番茄種質材料為新鹽11號、新鹽12號、新鹽13號、新鹽14號、新鹽15號、新鹽16號、新鹽17號和新鹽18號，其中僅新鹽16號是加拉帕戈斯番茄，其他的番茄材料均為醋栗番茄，均由中國科學院遺傳與發育生物學研究所提供。

1.2 試驗設計

本試驗于2022年5—9月在石河子大學試驗場基地4連鹽堿地（86°02′E，44°18′N）進行。試驗實施地點位于干旱的溫帶大陸性氣候區域，供試土壤的電導率為6.98 mS/cm，pH值為8.37，堿解氮含量為31.79 mg/kg，速效磷含量為37.35 mg/kg，速效鉀含量為158.81 mg/kg。前茬作物為棉花。

8份野生型番茄材料采用完全隨機區組試驗設計，1個小區1份材料，每個小區種植番茄20株，小區面積為96 m2，重復3次。在番茄的種植過程中，采用覆膜滴灌的栽培方式，膜帶寬度為120 cm，按照2行/膜的規格進行種植，株距為40 cm。供試材料于2022年3月23日播種并進行無土穴盤育苗，待幼苗長出4～5張真葉時即5月2日移栽至大田后開始進行灌溉和施肥，隨后進行田間管理。在番茄生長期間，對供試植株物候期和生長性狀指標進行觀測并記錄，在采收期對果實性狀、品質和產量進行調查測定，以綜合評估其生長表現和產量水平。

1.3 測定指標與方法

本次調查所采用的方法遵循NY/T 1858.5—2010《番茄主要病害抗病性鑒定技術規程 第5部分：番茄抗瘡痂病鑒定技術規程》。

1.3.1 主要物候期

播種期為在穴盤中播種番茄種子的確切日期；定植期為番茄幼苗實際移栽到田間的日期；開花期為番茄植株開花率達到50%的日期；始收期為番茄植株結出可收獲果實率達到30%的日期；定植到收獲的生長時間即從定植到首次收獲的時間，d。

1.3.2 植物生長性狀

株高：測量植株主干從生長點到根部的距離。莖粗：用數顯游標卡尺測量植株莖基部的直徑。葉片數：自下往上統計植株葉片總數。

1.3.3 果實性狀

果實形狀：觀察完全成熟的正常果實的外觀。果實顏色：用肉眼觀察已成熟商品果的果皮顏色。果實硬度：使用硬度計隨機測量10個成熟果實的硬度，計算平均值。果實橫縱徑：隨機選擇10個成熟的果實，并用游標卡尺測量其橫縱徑，最后計算平均值。果實心室數：隨機選取10個成熟果實，切開觀察果實心室數，并記錄平均值。果肉厚度：隨機選取10個成熟果實，并用游標卡尺測量果肉厚度，然后記錄平均值。平均單果質量：隨機選擇10個成熟果實，并用天平稱質量，計算平均質量。

1.3.4 果實品質

可溶性固形物含量使用手持式折射儀測量成熟果實的折射率［10］；可溶性糖含量利用Gurrieri等的方法［11］進行測定；可滴定酸含量測定過程中采用Miller等的方法［12］；番茄紅素含量采用Yang等的方法［13］進行測定；維生素C含量采用楊麗等提出的方法［14］進行測定。

1.3.5 果實小區產量

果實產量：對每個小區實際收獲的產量進行加和，然后求其平均值（kg）。

1.4 數據處理及統計分析

1.4.1 各指標的隸屬函數值

各指標的隸屬函數值［μ（Xj］的公式為：

μ（Xj）=Xj-XminXmax-Xmin j=1，2，…，n。（1）

式中：Xj為第j個指標的測定值；Xmax為第j個測定指標的最大值；Xmin為第j個測定指標的最小值。

1.4.2 各綜合指標的權重

各綜合指標的權重公式為：

Wj=Pj∑nj=1Pj j=1，2，…，n。（2）

式中：Wj表示第j個綜合測定指標的權重；Pj為第j個測定指標的方差貢獻率；∑nj=1Pj為累計貢獻率。

1.4.3 綜合評價值

耐鹽堿性綜合評價值（D值）公式為：

D=∑nj=1［μ（Xj）×Wj］ j=1，2，…，n。（3）

1.4.4 數據處理

采用SPSS 19.0軟件進行主成分分析和隸屬函數值計算，以得出不同野生型番茄品種的D值，并進行排序。采用Excel 2010繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 鹽堿地栽培條件下不同野生型番茄種質材料的物候期

由表1可知，8份野生型番茄材料的開花期在5月21—27日之間，其中新鹽12號、新鹽13號、新鹽14號、新鹽15號、新鹽17號和新鹽18號的開花期較早，都在5月21日；而新鹽11號和新鹽16號的開花期相對較晚，在5月27日。這8份野生型番茄材料的始收期介于8月10—23日之間，其中新鹽13號和新鹽18號最早開始第1批果實采收，均在8月10日；而新鹽12號、新鹽14號、新鹽15號、新鹽16號和新鹽17號則在8月23日采收第1批果實。這8份野生型番茄材料從定植到收獲所需的時間在101～114 d之間，其中新鹽18號用時最短，只需101 d，而新鹽12號、新鹽13號、新鹽14號、新鹽15號、新鹽16號和新鹽17號則用時較長，需要114 d。

2.2 鹽堿地栽培條件下不同野生型番茄種質材料的生長性狀

由表2可知，8份野生型番茄材料的株高在146.67～188.33 cm之間，其中新鹽14號的株高最高，其次是新鹽12號和新鹽16號，而新鹽15號的株高顯著低于其他材料（新鹽11號、新鹽18號除外）。供試番茄材料的莖粗均在0.88～1.56 cm之間，其中新鹽14號的莖最粗，新鹽13號的莖最細。在野生番茄材料中，葉片數在21～35張之間，其中新鹽14號和新鹽15號的葉片數之間沒有顯著差異，且均明顯高于其他野生型番茄材料；新鹽13號和新鹽17號的葉片數明顯少于其他供試野生型番茄品種，而新鹽16號和新鹽18號之間的葉片數則相近，且沒有顯著差異。

2.3 鹽堿地栽培條件下野生型番茄種質材料的果實性狀

由表3可以看出，在8份野生型番茄材料中，新鹽12號、新鹽14號、新鹽15號和新鹽18號的果實成熟后變成紅色，而新鹽13號、新鹽16號和新鹽17號的果實則變成粉紅色。野生型番茄根據果形和果形指數可分為2類：圓形果和高圓形果。其中，新鹽11號、新鹽12號、新鹽15號、新鹽16號和新鹽18號屬于圓形果，果形指數介于0.87～1.00之間；而新鹽13號、新鹽14號和新鹽17號則屬于高圓形果，果形指數大于1.00。在單果質量方面，供試野生型番茄介于1.01～1.49 g之間，其中新鹽18號的單果質量最大，且顯著高于除新鹽15號外的其他供試野生型番茄品種。對于果實硬度這一指標，供試野生型番茄的表現在5.7～10.3 kg/cm2之間，其中新鹽16號品種表現最好，其次為新鹽17號，而新鹽11號的果實硬度最小，遠遠低于其他野生型番茄品種。供試野生型番茄的果肉厚度平均值為 1.295 mm，新鹽12號的果肉厚度最厚，為 1.51 mm，顯著高于除新鹽13號外的其他供試野生型番茄品種；而新鹽14號的果肉厚度最薄，為 1.21 mm，顯著低于其他供試野生型番茄品種。

2.4 鹽堿地栽培條件下野生型番茄種質材料的果實品質性狀

由表4可知，就可溶性固形物含量而言，供試野生型番茄的范圍為6.86%～12.67%。其中，新鹽13號野生型番茄的含量最高，顯著高于其他品種；其次為新鹽16號和新鹽14號，這2個品種之間差異不顯著，但它們的可溶性固形物含量明顯高于除新鹽13號外的其他品種。野生型番茄供試材料的可溶性糖含量范圍為17.17～27.06 mg/g。供試野生型番茄的維生素C含量在89.17～99.93 μg/g之間，其中新鹽12號的維生素C含量最高，其次為新鹽11號和新鹽15號；新鹽13號、新鹽14號、新鹽16號、新鹽17號和新鹽18號之間差異不顯著，且新鹽18號最低。供試野生型番茄的番茄紅素含量介于23.94～60.52 μg/g之間，其中新鹽11號在番茄紅素含量方面表現最好，顯著高于其他野生型番茄品種；其次為新鹽13號；再次為新鹽17號、新鹽12號和新鹽14號，且新鹽12號和新鹽14號之間差異不顯著；新鹽15號的番茄紅素含量最低。

2.5 鹽堿地栽培條件下野生型番茄種質材料的產量

由表5可知，這8份野生型番茄品種的產量相差較大，新鹽18號品種的產量最高，小區產量達到54.00 kg，且顯著高于除新鹽15號外的其他供試材料；其次是新鹽15號、新鹽14號；新鹽17號的小區產量最低，為29.03 kg，顯著低于除新鹽16號外的其他供試材料。

2.6 鹽堿地栽培條件下野生型番茄種質材料農藝性狀的綜合分析

2.6.1 野生型番茄種質材料農藝性狀的主成分分析

對供試的8份野生型番茄材料的13個農藝性狀指標進行主成分分析，結果見表6。選取方差累計貢獻率大于85% 的5個主成分（Z1、Z2、Z3、Z4和Z5），分別對應的方差貢獻率是26.814%、22.672%、16.748%、14.123%和10.505%，這5個主成分的方差累計貢獻率為90.862% 基本包含了

供試野生型番茄農藝性狀指標的全部信息。5個主成分的基本表達式如下：

Z1=0.065X1+0.222X2+0.153X3+0.179X4+0.130X5+0.044X6-0.220X7+0.093X8-0.043X9-0.208X10-0.150X11-0.106X12+0.152X13；

Z2=0.193X1-0.053X2-0.063X3+0.127X4-0.184X5+0.278X6+0.103X7+0.244X8+0.118X9-0.115X10-0.105X11-0.002X12-0.243X13；

Z3=0.129X1+0.087X2-0.131X3+0.259X4-0.158X5-0.230X6-0.029X7+0.110X8-0.375X9-0.059X10+0.234X11+0.241X12-0.050X13；

Z4=0.339X1+0.107X2+0.369X3-0.168X4-0.218X5-0.083X6+0.169X7+0.085X8-0.119X9+0.310X10-0.168X11+0.008X12+0.158X13；

Z5=-0.183X1-0.368X2+0.080X3+0.051X4+0.309X5-0.077X6+0.242X7+0.388X8-0.084X9-0.071X10-0.259X11+0.347X12+0.210X13。

式中：X1～X13分別代表供試番茄的株高、莖粗、葉片數、果形指數、單果質量、果實硬度、果肉厚度、可溶性固形物含量、可溶性糖含量、維生素C含量、番茄紅素含量、可滴定酸含量及小區平均產量等。

在主成分分析中，各因子系數的絕對值能夠體現其對主成分的重要性。從表7可以看出，5個主成分表達式中貢獻率最大的因子依次是主成分1中的莖粗（0.222）、主成分2中的果實硬度（0.278）、主成分3中的可溶性糖含量（-0.375）、主成分4中的葉片數（0.369）以及主成分5中的可溶性固形物含量（0.388）。

2.6.2 野生型番茄材料農藝性狀的隸屬函數分析

利用綜合評價公式，對8份野生型番茄在鹽堿地栽培條件下的農藝性狀進行綜合評價（求得D值），D值反映了各材料農藝性狀的綜合表現，其數值越大，表明綜合性狀表現越好，結果如圖1所示。將所有供試野生型番茄材料的D值進行排序，依次為新鹽14號>新鹽13號>新鹽16號>新鹽18號>新鹽12號≈新鹽15號>新鹽17號>新鹽11號。結果表明，在鹽堿地栽培條件下，新鹽14號和新鹽13號的D值在所有供試野生型番茄中較高，分別為0.73、0.62，表現出植株生長優勢強，綜合性狀較佳；新鹽17號和新鹽11號的D值在所有供試野生型番茄材料中較低，綜合性狀較差。

3 討論

目前，在園藝作物的耐鹽堿品種育種和馴化工作中，存在許多作物基因的遺傳多樣性資源已經接近枯竭的問題，特別是自花授粉等作物，其中番茄就是一個典型的自花授粉作物［15］。但研究發現，這些作物的原始種通常具有較高的變異水平，而野生種的變異類型則更為豐富［16］。因此，搜集和保護野生型番茄種質資源，以確保番茄耐鹽堿品種基因的遺傳多樣性非常重要。王忠宇對300份野生番茄材料進行全基因組測序，篩選出25株最耐鹽堿的品種，對保護番茄耐鹽堿有關基因和培育耐鹽堿性材料至關重要［17］。張建華等開展的研究發現，在鹽堿脅迫下，野生型番茄的干質量顯著高于常規番茄，野生番茄不僅能保持較高的根冠比和葉片含水量，而且在酶帶數量和酶活性水平方面同樣遠遠高于常規番茄，尤其是在過氧化物酶2（POD2）這條酶帶上［18］。這些特點說明野生番茄相對常規番茄表現出更強的鹽堿適應能力。另外，孫云賀研究發現，在鹽脅迫條件下，野生番茄相對于常規番茄來說，在組織和細胞水平上Na+積累相對較少，而對K+的吸收較高，這也是野生型番茄更為耐鹽堿的一個重要原因［19］。因此，保護和挖掘優良野生耐鹽堿番茄種質資源，以確保番茄耐鹽堿基因的多樣性至關重要，可為番茄耐鹽堿品種的育種和馴化提供基礎材料。

篩選出適合在鹽堿土地生長的高產優質耐鹽番茄品種，需要對相關的農藝性狀及產量進行測定，并采用科學合理的方法進行綜合評價。目前，主成分分析和隸屬函數法等方法已被廣泛應用于評價作物的產量、品質和抗逆性等方面［20］。因此，本研究對8份野生番茄品種的13個農藝性狀進行主成分分析，提取5個主成分。結果表明，可溶性糖和可溶性固形物含量分別在主成分3、5中具有較高的貢獻率，因此這2個指標可以用來代表野生番茄的品質。新鹽13號的可溶性固形物含量最高，達到12.67%，明顯高于其他供試番茄品種；新鹽16號的可溶性糖含量最高，達到27.06 mg/g，顯著高于其他供試野生型番茄品種；雖然新鹽13號和新鹽16號的營養品質非常出色，但是它們的產量相對較低，因此后期可以通過雜交選育等方法來改良這2個品種，以提高其產量并維持其營養品質。

通過隸屬函數法，對8份野生番茄種質在農藝性狀和產量性狀方面進行綜合評價。結果顯示，在鹽堿地栽培條件下，新鹽14號、新鹽13號的綜合評價（D值）較高，分別為0.73、0.62，表明這2個品種在植株生長方面具有較強的優勢，綜合表現較佳。相反，新鹽17號和新鹽11號的D值較低，表明它們在鹽堿地栽培條件下綜合表現較差。盡管本研究使用隸屬函數對供試品種進行全面評估，但也不能忽略野生番茄材料在某些方面的出色表現，例如生育期最短且單果質量最大的新鹽18號、維生素C含量最高的新鹽12號和番茄紅素含量最高的新鹽11號，鑒于這些材料在特定方面的出色表現，它們的種質資源具有廣泛的應用前景。因此，應充分挖掘它們的潛力，以滿足不同方面的需求。

4 結論

本試驗以8份野生型番茄種質為供試材料，開展鹽堿地栽培條件下番茄種質資源物候期、植株生長性狀、果實品質及產量性狀的比較，進而通過主成分分析并結合隸屬函數的方法對鹽堿地上番茄種質資源進行綜合性狀評價。結果顯示，8份野生型番茄中新鹽13號和新鹽18號的生育期最短，定植后101 d就能成熟，此外新鹽18號的單果質量最大，為1.49 g。新鹽16號的果實硬度和可溶性糖含量均最高，分別為 10.3 kg/cm2 和27.06 mg/g。新鹽13號的可溶性固形物含量最高，為12.67%。新鹽11號的番茄紅素含量比其他品種高，為 60.52 μg/g。在鹽堿地上種植的野生番茄田間綜合性狀從優到劣的排名為新鹽14號>新鹽13號>新鹽16號>新鹽18號>新鹽12號≈新鹽15號>新鹽17號>新鹽11號。

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