基于主成分和隸屬函數分析的露地大果番茄雜交組合綜合評價

摘" " 要：為了提高番茄雜交組合育種選育效率和篩選出適宜寧夏地區露地栽培的綜合性狀優良的大果番茄雜交組合，以62個露地大果番茄雜交組合為材料，以2個當地主栽品種豐收128（CK1）和美粉869（CK2）為對照，采用變異分析法和主成分分析法對28個表型性狀數據進行分析，并對62個雜交組合和對照品種進行綜合評價。結果表明，11個植物學性狀中葉片長的變異系數最小，為7.73%，萼片形狀的變異系數最大，為46.74%；17個果實性狀中果形指數的變異系數最小，為6.31%，裂果性的變異系數最大，為43.38%；利用主成分分析法提取到的前10個主成分累積方差貢獻率為73.31%，包含了雜交組合表型性狀的大部分遺傳信息。基于主成分分析與隸屬函數法相結合的策略對62個番茄雜交組合進行綜合評價，篩選出綜合評價值比2個對照品種高的4個番茄雜交組合為AF07、AF46、AF44和AF55。研究結果為寧夏地區越夏露地大果番茄品種選育奠定了理論基礎。

關鍵詞：番茄；雜交組合；變異分析；主成分分析；綜合評價

中圖分類號：S641.2 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2024）12-088-08

收稿日期：2024-04-01；修回日期：2024-07-06

基金項目：寧夏回族自治區農業特色優勢產業育種專項（NXNYYZ20200104）；寧夏大學園藝國家一流專業建設項目（2020）；寧夏科技領軍人才培養項目（2023GKLRLX12）

作者簡介：擺福紅，男，本科，研究方向為蔬菜生物技術與遺傳育種。E-mail：2932112030@qq.com

通信作者：王曉敏，女，教授，研究方向為蔬菜生物技術與遺傳育種。E-mail：wangxiaomin_1981@163.com

Comprehensive evaluation of open field large fruit tomato hybrid combinations based on principal component and membership function analysis

BAI Fuhong1， WANG Xiaomin1， 2， HU Xinhua3， WANG Kaibin1， GUO Meng1， 2， CHENG Guoxin1， 2， FU Jinjun3， GAO Yanming1， 2， LI Jianshe1， 2

（1. School of Enology and Horticulture， Ningxia University， Yinchuan 750021， Ningxia， China; 2. Ningxia Modern Facility Horticulture Engineering Technology Research Center/Ningxia Key Laboratory of Modern Molecular Breeding of Dominant and Characteristic Crops， Yinchuan 750021， Ningxia， China; 3. Ningxia Jufeng Seedlings Limited Liability Company， Yinchuan 750021， Ningxia， China）

Abstract： In order to improve the efficiency of tomato hybrid combination breeding and screen for large fruit tomato hybrid combinations with excellent comprehensive traits suitable for open field cultivation in Ningxia region. 62 hybrid combinations of open field large fruit tomatoes were used as materials， with two main varieties Fengshou 128（CK1） and Meifen 869（CK2） as controls. The data of 28 phenotypic traits were processed and analyzed using variation analysis and principal component analysis. A comprehensive evaluation was conducted on 62 hybrid combinations and control varieties. The results showed that among the 11 botanical traits， the" variation coefficient of the leaf length was the smallest， at 7.73%， and the variation coefficient of sepal shape was the largest， at 46.74%. Among the 17 fruit traits， the variation coefficient of fruit shape index is the smallest， at 6.31%， and the variation coefficient of fruit cracking is the largest， at 43.38%. The cumulative variance contribution rate of the top 10 principal components extracted using principal component analysis is 73.31%， which includes most of the genetic information of the phenotypic traits in hybrid combinations. Based on the combination of principal component analysis and membership function method， a comprehensive evaluation was conducted on 62 tomato hybrid combinations. Four tomato hybrid combinations with higher comprehensive evaluation values than the two control varieties were selected as AF07， AF46， AF44 and AF55， with comprehensive evaluation values of 0.76， 0.74， 0.69， and 0.68， respectively. This study provides a theoretical basis for the breeding of large fruit tomato varieties in the summer open field of Ningxia region.

Key words： Tomato; Hybrid combination; Variation analysis; Principal component analysis; Comprehensive evaluation

番茄（Solanum lycopersicum）又名西紅柿、洋柿子等，是茄科番茄屬一年生或多年生草本植物[1]。番茄因具有色澤鮮艷、味道獨特且富含維生素、番茄紅素及礦物質等多種營養物質的特點而深受人們喜愛[2-3]。寧夏地區氣候冷涼，采用黃河水灌溉，具有污染少、番茄品質佳等優勢，使番茄成為寧夏地區農民增收致富與特色蔬菜產業發展的重要組成部分。但隨著番茄栽培面積的擴大以及為了適應更新迭代的種業市場，如何培育綜合性狀優良的大果番茄新品種成為當下番茄育種工作中急待解決的問題之一。

對配置的番茄雜交組合進行綜合評價是番茄新品種選育工作的重要組成部分，同時為研究作物遺傳變異、新品種培育、親本與F1代的表型特征異同等方面提供依據，也是進行品種改良以及雜種優勢利用的重要基礎[4]。賈琪等[5]對25個粉果番茄雜交組合進行比較評價，篩選出4個單產高、品質佳的雜交組合。劉奇[6]選用抗性優良的番茄自交系材料作為輪回親本與含有抗性基因的自交系材料配置成多個雜交組合，綜合評價篩選出了適宜春季與秋季栽培的2個番茄雜交組合。利用主成分分析與隸屬函數法對參試材料的多個重要性狀進行綜合評價，可將多個性狀轉化成幾個綜合變量，有利于更加全面科學地對考察指標進行評價[7]。王曉敏等[8]基于30個表型性狀對配置的番茄雜交組合進行分析評價，從500多個大果番茄雜交組合中篩選出了綜合表現優良的多個雜交組合。周艷超等[9]基于對14個品質性狀的調查分析，從29個番茄雜交組合中綜合篩選出品質優良的數個雜交組合。袁東升[10]通過對多個植物學性狀與品質性狀進行調查分析，基于主成分分析與隸屬函數法從278個番茄雜交組合中篩選出多個綜合性狀優良的雜交組合，大大提高了雜交育種工作效率。方瑤瑤[11]從連續2年分別配置的150個櫻桃番茄雜交組合中篩選出多個抗青枯病且品質良好的雜交組合。目前對番茄雜交組合的研究主要集中在高產、品質優良、抗病性等方面[5-6，10-13]，但關于寧夏地區露地大果番茄雜交組合的研究較少且進展較慢[9-10]。

鑒于此，筆者以62個參試大果番茄雜交組合和2個對照品種為試驗材料，對28個表型性狀進行變異分析和主成分分析，通過綜合評價以期篩選出綜合性狀表現優良的大果番茄雜交組合，為寧夏地區露地大果番茄雜交組合的選育及后期生產試驗奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

以前期篩選的優質自交系為父母本，從配置的270個大果番茄雜交組合中初步篩選出的62個表現較優良的雜交組合為試驗材料進行具體的性狀調查，編號依次為AF01～AF62，以當地主栽優良品種豐收128（CK1）與美粉869（CK2）作為對照。由寧夏大學葡萄酒與園藝學院蔬菜課題組和寧夏巨豐種苗有限責任公司共同完成雜交組合配置工作。

1.2 方法

供試番茄于2020年3月21日播種在穴盤中育苗，種子點播后及時進行水分和溫度管理，確保出苗；5月2日定植于寧夏賀蘭縣五星村寧夏巨日現代農業科技有限公司園區。采用單壟雙行栽培，株距35 cm，行距60 cm，小區面積6 m2，采用隨機區組設計，3次重復，生長期間按照常規方法田間管理。

1.3 性狀調查

在參試番茄雜交組合的第二穗果和第三穗果成熟期進行具體表型性狀的調查與測定，28個表型性狀的具體調查方法和相關質量性狀賦值標準詳見《番茄種質資源描述規范和數據標準》[14]，結合粉果大番茄雜交組合生長的實際情況略作修改，具體詳見表1。對番茄雜交組合進行隨機調查，每個性狀3次重復。

11個植物學性狀，分別是花序類型、株高、葉片長、葉片寬、葉片數、節間距、莖粗、萼片形狀、生長勢、熟性和綜合抗病性。主要測量儀器是鋼卷尺與MNT?150T 游標卡尺。

17個果實性狀，分別是成熟果色、果面棱溝、果實光澤度、果面沙點、綠肩、果頂大小、果個整齊度、裂果性、畸形果、單果質量、果梗洼木栓化大小、縱徑、橫徑、果形指數、硬度、果肉厚和可溶性固形物含量，主要測量儀器有TD?45 糖度計和GT?4 硬度計。

1.4 數據處理

使用Excel 2010與 SPSS 26.0軟件對參試大果番茄雜交組合28個表型性狀進行變異分析與主成分分析，參照劉珮君等[15]的方法對62個大果番茄雜交組合進行綜合評價。

2 結果與分析

2.1 番茄雜交組合表型性狀變異分析

2.1.1 番茄雜交組合植物學性狀的變異分析 參試大果番茄雜交組合11個植物學性狀的變異分析結果如表2所示。11個植物學性狀變異系數的變化范圍較大，在7.73%～46.74%之間。其中，葉片長的變異系數最小，平均值為39.81 cm；萼片形狀的變異系數最大，平均值是2.03，以微翹為主。花序類型的變異系數為32.51%，平均值是2.52，主要為雙歧花序；株高的變異系數為11.75%，平均值是205.98 cm，表明植株生長情況良好；葉片寬的變異系數是12.54%，平均值是38.62 cm；葉片數的變異系數為31.39%，平均值是1.81。節間距與莖粗的變異系數相差不大，分別為12.13%、13.01%。生長勢的變異系數為38.78%，平均值為2.06，以中為主。熟性的平均值是2.82，表明雜交組合的果實熟性以中熟為主。綜合抗病性的變異系數為38.10%，平均值為2.00，表明雜交組合綜合抗病性一般。由此可知，雜交組合在11個植物學性狀之間存在豐富的變異，變異豐富的表型性狀在后續的品種選育過程中更具有選擇優勢與潛能，對后期改善品種特性具有重要意義。

2.1.2 番茄雜交組合果實性狀的變異分析 參試大果番茄雜交組合17個果實性狀的變異分析結果如表3所示。17個果實性狀的變異系數變化范圍較大，在6.31%～43.38%之間。其中，果形指數的變異系數最小，平均值為0.89，果實形狀以扁圓形為主；裂果性的變異系數最大，平均值為2.15，以不易裂為主。

由表3可知，成熟果色的變異系數為35.25%，平均值為1.87，以粉色為主。果面棱溝的平均值為2.32，以輕為主，這是影響果實外觀的重要指標之一。果實光澤度的平均值為2.05，主要表現為較亮。果面沙點的變異系數較大，為41.10%，平均值是1.42，以少為主，果面沙點是影響果實光澤度的重要因素。綠肩的變異系數和平均值分別為31.67%和1.16，表明參試番茄雜交組合的果實絕大多數無綠肩。果頂大小的變異系數較高，為39.57%，平均值為1.81，表明參試番茄雜交組合的果實果頂以中為主。果個整齊度的平均值為2.02，以較均勻為主。畸形果的變異系數為35.12%，平均值為1.39，以無畸形果為主。果梗洼木栓化大小的變異系數為14.01%，平均值為1.28 cm。果實縱徑的變異系數與平均值分別為8.09%和5.74 cm，果實橫徑的變異系數與平均值分別為7.25%和6.46 cm。單果質量的變異系數為17.16%，單果質量最大為242.94 g，最小為113.20 g。單果質量的標準差是所有性狀中最大的，標準差是反映性狀變化幅度的重要指標，因此單果質量的變異幅度大，更具有選擇潛力。

通過對參試番茄雜交組合的果實品質性狀進行分析，由表3可知，果實硬度的變異系數為24.94%，平均值為2.49 kg·cm-2，果實硬度對果實的商品質量和延長貯運期方面有重要意義。果肉厚的變異系數為15.11%，平均值為0.56 cm，果肉厚是影響番茄加工的重要因素。可溶性固形物含量的變異系數為7.44%，平均值是6.22%，糖度含量較高，對番茄的風味口感有利。番茄雜交組合的果實性狀各自具有特點，有進一步研究和培育優良品種的價值。

2.2 番茄雜交組合表型性狀的主成分分析

為了能夠簡單清晰地反映出各表型性狀在雜交組合中的作用，對參試大果番茄雜交組合28個表型性狀進行主成分分析，結果如表4所示，提取的前10個主成分特征值均在1.00以上，累積貢獻率達到73.31%，基本包含了大部分信息。

第1主成分特征值為4.37，方差貢獻率為15.62%，主要反映單果質量、果實橫徑、果實縱徑、果梗洼木栓化大小和果頂大小等性狀，特征向量均高于0.63，依次為0.82、0.81、0.77、0.74、0.64，主要與產量和果實外觀形狀密切相關。其中果肉厚、果實硬度和葉片多少的特征向量為負，分別是-0.24、-0.23和-0.22。第2主成分的特征值為3.04，方差貢獻率為10.85%，主要反映果實光澤度、花序類型和果面沙點等表型性狀，特征向量分別為0.57、0.54與0.50，載荷負向較高的有葉片寬、成熟果色與生長勢等，特征向量分別為-0.58、-0.58與-0.48，主要與植株生長狀態和果實表皮光澤有關。第3主成分的特征值與方差貢獻率分別為2.48和8.85%，主要反映熟性，與番茄成熟時間有關。第4主成分的特征值為2.18，方差貢獻率為7.79%，主要反映的是株高與生長勢，特征向量分別為0.60和0.51，主要與植株的生長情況相關。第5主成分的特征值為1.86，方差貢獻率為6.65%，主要反映綠肩與果形指數，特征向量分別為0.51與-0.66。第6主成分特的征值為1.67，方差貢獻率為5.95%，主要反映可溶性固形物含量與節間距等性狀，特征向量分別為0.70和0.42，載荷負向較高的是果肉厚，特征向量為-0.58，主要與果實品質相關。第7主成分的特征值和方差貢獻率分別為1.38、4.93%，主要反映莖粗。第8、第9和第10主成分的特征值分別為1.37、1.12和1.06，方差貢獻率依次為4.89%、4.00%和3.78%。根據特征值、貢獻率以及特征向量的大小從主成分中篩選出單果質量、果實橫徑、果實縱徑、果梗洼木栓化大小、果頂大小、可溶性固形物含量、株高、果實光澤度、花序類型、綠肩、果面沙點、果肉厚、果實硬度、葉片多少、生長勢、熟性、葉片寬、成熟果色與果形指數等性狀是番茄表型性狀差異的主要因素，對今后番茄創新育種與綜合評價具有一定的參考價值。

2.3 番茄雜交組合綜合評價

利用隸屬函數對10個主成分得分進行處理得到u值，依據提取到的前10個主成分的方差貢獻率與累積方差貢獻率的比值，計算出各個主成分的權重，10個主成分的權重系數分別為0.213、0.148、0.121、0.106、0.091、0.081、0.067、0.067、0.055和0.052。根據綜合評價的計算公式求出各雜交組合的綜合評價值（D值），D值越大代表雜交組合綜合表現越好。對62個參試番茄雜交組合與2個對照主栽品種進行綜合評價，綜合評價值與排序結果如表5所示。排名前4的屬于綜合表現優良的番茄雜交組合，其中編號為AF07的番茄雜交組合D值（0.76）最高，兩個對照品種CK1與CK2的排名分別為第9和第5。

3 討論與結論

番茄雜交組合表型性狀的統計分析是番茄育種研究的基礎方法。筆者基于62個番茄雜交組合的28個表型性狀，通過變異分析，表明番茄雜交組合的28個表型性狀變異類型豐富，變異系數范圍在6.31%～46.74%，豐富的變異可以在雜交選育過程中進行改善與有效利用，是良種選育的重要遺傳基礎[16]。總體的變異范圍與前人相比較小[10]，其可能存在的原因除了試驗材料外，還與環境條件、管理方法等因素有關。11個植物學性狀中萼片形狀的變異系數最大，為46.74%；果實性狀中裂果性的變異系數最大，為43.38%。變異系數越大表明該性狀受到溫度、營養、光照等環境條件的影響越大，可以利用整枝、起壟覆膜等調整栽培技術改善這些性狀。植物學性狀中葉片長的變異系數最小，為7.73%；果實性狀中果形指數的變異系數最小，為6.31%。其中，果實縱徑的變異系數為8.09%，果實橫徑的變異系數為7.25%，結果相差不大，這與前人的研究結果接近[17]。

番茄雜交育種是改善與選育新品種的重要途徑，但雜交育種工作量大，提高育種效率成為番茄雜交育種工作中急待解決的問題[8]。筆者基于主成分分析與隸屬函數分析相結合的策略對供試番茄雜交組合進行綜合評價，在保留綜合評價所需關鍵指標的同時，有效地提高了育種效率，避免了主觀因素的影響，確保了結果的科學與準確，該方法在鮮食蠶豆[18]、番茄[19]、大白菜[20]、谷子[21]、玉米[22]、板栗[23]等作物的綜合評價中被廣泛應用。利用主成分分析從64個參試材料的28個表型性狀中提取到10個主成分，累積方差貢獻率為73.31%，這個結果與袁東升等[24]、芮文婧等[25]、趙云霞等[26]和饒慶琳等[27]提取主成分的累積貢獻率較接近，累積貢獻率較低的原因可能是測量性狀之間的相關性不顯著或者參與綜合評價的指標不具有代表性。因此要關注前人的測定性狀，選擇更有代表性與側重點的指標。通過主成分分析可知，單果質量、果實橫徑、果實縱徑、果梗洼木栓化大小、可溶性固形物含量、果頂大小、株高等性狀的特征向量較高，可作為露地大果番茄雜交組合綜合評價的重要指標。

綜上所述，62個番茄雜交組合的28個表型性狀變異類型豐富，變異系數范圍在6.31%～46.74%。基于主成分分析與隸屬函數分析對62個參試番茄雜交組合進行綜合評價，最終篩選出了4個綜合性狀優良且同時優于2個對照品種的雜交組合，分別為AF07、AF46、AF44和AF55，在單果質量、果形指數、果實硬度、果肉厚和可溶性固形物含量等方面具有各自優勢。

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