番茄種質資源主要植物學性狀的遺傳多樣性及相關性

李云洲， 閆見敏， 須 文， 王 勇， 梁 燕

(1.貴州大學 農學院，貴州 貴陽 550025；2.西北農林科技大學 園藝學院，陜西 楊凌 712100)

中國是世界第一大番茄生產國，2016年全球番茄總產值約為654億美元，我國約占三分之一。番茄是我國種植面積排名第四的的蔬菜品種，番茄產業已成為我國蔬菜產業的重要組成部分。然而育種家們在追求高產品種的同時，品種間的遺傳基礎越來越窄，生產上大面積推廣品種往往是幾個遺傳基礎狹窄、趨近的高產優質品種，這種遺傳單一性傾向對自然災害和病蟲害的防御能力較差，災害一旦發生可能造成不可估量的損失和嚴重后果[1- 2]。培育優良品種需要更多優異的材料和基因進行人工聚合，因此，拓寬現有番茄品種的遺傳基礎，培育遺傳背景豐富的高產優質品種對我國番茄產量的保證和可持續發展具有重要意義。種質資源遺傳多樣性是育種的基礎，通過遺傳多樣性的研究可以從整體上把握該物種的資源，為使用者提供重要信息。我國對番茄種質資源的收集始于20世紀50年代，但對已收集的番茄種質資源多樣性很少報道[1]，性狀間相關性也不夠詳細[3]。為此，筆者等以西北農林科技大學園藝學院番茄種質資源庫142份資源為材料，分析該番茄群體的遺傳多樣性，為關聯分析該番茄群體奠定基礎，也為重測序材料的篩選提供技術支持，同時有助于拓寬番茄品種選育材料的遺傳基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為西北農林科技大學園藝學院番茄種質庫保存的142份番茄種質資源。其中，普通番茄(Solanumlycopersicum) 81 份，櫻桃番茄(Solanum.lycopersiconvar.cerasiforme)60份，醋栗番茄(Solanumpimpinellifolium)1份(表1)。

1.2 試驗方法

試驗于2012年春季在西北農林科技大學園藝試驗站(N34°15′43.68″，E108°04′9.10″，海拔447 m)進行。2月24日催芽(RXZ智能型人工氣候箱黑暗條件25±2℃)，2月27日將發芽種子播種穴盤，3月24日分苗，4月28日定植于塑料大棚(有防蟲網)，9月3日拔蔓。試驗采用隨機區組設計，每個材料種植36株，株距0.4 m，行距0.6 m。成熟期隨機抽取3株調查植株性狀，另隨機選取3株第二或第三序果上3～5個紅熟期果實進行果實性狀和品質性狀測量。

1.3 測定指標及方法

可溶性固形物用手持測糖儀測定，果實硬度用果實硬度計測定，重復3次。其他性狀的調查和描述參照《番茄種植資源描述規范和數據標準》[4]進行。番茄性狀分為質量性狀和數量性狀2類，其中質量性狀描述見表2，計算各組的分布頻率。數量性狀每個性狀指標測量3次，最后取其平均值，統計最小值、最大值、變異幅度、變異系數、標準差、遺傳多樣性指數H′，并按照Spass5.0軟件自動分級(組)，統計各級(組)的分布頻率。使用Excel 和SPSS 5.0統計分析軟件計算相關系數R及繪制相關圖。

表1142份番茄種質資源的編號及來源

注：TTI2201A 醋栗番茄(S.pimpinellifolium)，#為櫻桃番茄(S.l.var.cerasiforme)， 其余為普通番茄(S.lycopersicum)。

Note: TTI2201A ,S.pimpinellifolium;S.l.var.cerasiforme; Others,S.lycopersicum.

表2 番茄種質資源質量性狀描述分組

遺傳多樣性指數：H′=-∑pilnpi，式中，pi為某一性狀第i級(組)內材料份數占總份數的百分比，ln為自然對數[5- 6]。

2 結果與分析

2.1 質量性狀的遺傳多樣性

從表3看出，番茄資源主要質量性狀中，果型、胎座膠狀物顏色、葉裂刻、果皮色、果頂形狀和莖葉茸毛的遺傳多樣性指數均大于1，其中，果形遺傳多樣性指數最高，為1.44；株型遺傳多樣性指數最低，為0.04。成熟果色是番茄質量性狀評價的重要指標，其遺傳多樣性指數為0.88。紅色果分布頻率為67.1%，粉色果分布頻率25.0%，黃色果分布頻率5.0%，紫色果分布頻率0.7%，綠色果分布頻率2.1%。

在番茄果型質量性狀中，圓形性狀分布頻率最高，為48.8%；長圓形性狀分布頻率最小，為4.7%。胎座膠狀物顏色為黃綠色的分布頻率最高，為45.2%；黃白色分布頻率最少，為1.6%。葉裂刻淺的分布頻率高達49.2%，無葉裂刻的僅為9.2%。番茄果皮色為黃色的分布頻率為58.3%，紫色和粉色的分布頻率較低，均為2.2%。果頂形狀為圓平的分布頻率最多，為61.9%；果頂凸尖的分布頻率最少，為4.3%。番茄莖葉茸毛較長的占大多數，分布頻率為88%(長稀 56.3%，長密31.7%)；莖葉茸毛較短的占少數，分布頻率為12%(短稀4.9%，短密7.0%)。

花梗離層是番茄果實的重要性狀，其有無決定番茄收獲的難易程度，尤其在機械采摘番茄過程中，高達95.4%的番茄種質資源有花梗離層，僅4.6%番茄材料無花梗離層。

2.2 數量性狀的遺傳多樣性

142份番茄種質資源數量性狀的變異系數平均值為45.94%。心室數的遺傳多樣性指數最小，為2.41；果橫徑的遺傳多樣性指數最高，為4.79(表4)。

按照反應離散程度的變異系數大小，將番茄數量性狀變異進行粗略分級(CV<10%為弱變異，CV=10%～100%為中等變異，CV>100%強變異)，結果表明，番茄種質資源數量性狀屬強變異的有單花序花數(CV=131.57%) 和單花序果數(CV=118.05%)，其余均為中等變異數量性狀。說明番茄在進化過程中，自然環境與人為定向選擇對番茄植株產量性狀產生較大的影響。

2.3 主要表型性狀的相關性

2.3.1 單株產量 單株產量與首花節位(0.315**)、單花序花數(0.357**)、單花序果數(0.380**)、果柄長度(0.406**)、果梗洼大小(0.526**)、果橫徑(0.536**)、果縱徑(0.417**)、果實硬度(0.414**)、單果重(0.577**)、果肉厚(0.414**)及心室數(0.349**)呈極顯著正相關，與葉片寬(0.190*)、第二花序節位(0.204*)、去皮果實硬度(0.212*)呈顯著正相關；而與果型指數(-0.254**)、可溶性固形物含量(-0.282**)呈極顯著負相關。說明葉片寬大、首花節位越高、單花序越多、座果率越高以及可溶性固形物含量越低是高產番茄品種的特性。

2.3.2 果實硬度 果實硬度與去皮果實硬度(0.707**)、果肉厚(0.305**)、單花序果數(0.260**)、單株產量(0.414**)呈極顯著正相關，與首花節位(0.226*)呈顯著正相關。說明外表皮的韌性、果肉厚對果實硬度影響極大。

2.3.3 果柄長度 果柄長度與座果率(-0.448**)、可溶性固形物含量(-0.304**)呈極顯著負相關，與果橫徑(0.465**)、果縱徑(0.478**)呈極顯著正相關。

2.3.4 可溶性固形物 可溶性固形物與單花序花數(0.405**)、單花序果數(0.487**)、株高(0.281**)呈極顯著正相關，與果橫徑(-0.663**)、果縱徑(-0.665**)、心室數(-0.381**)、單株產量(-0.282**)等呈極顯著負相關。

3 結論與討論

研究對來自國內外142份番茄種質資源的47個主要農藝/植物學性狀進行遺傳多樣性和相關性分析，結果表明，雖然番茄為自花授粉植物，但其仍具有極為豐富的遺傳多樣性。番茄種質資源的變異較為豐富，20個數量性狀變異系數分布在17.22%～131.57%，數量性狀遺傳多樣性指數分布在2.41～4.79；27個質量性狀的遺傳多樣性指數分布在0.04～1.39，群體變異豐富，該群體可以應用于番茄全基因組關聯分析，同時可為番茄育種提供寶貴的資源。育種過程中結合番茄性狀間的相關性進行選擇性利用，一般而言，葉片寬大、首花節位越高、單花序越多、座果率越高以及可溶性固形物含量越低是高產番茄品種的特性；外表皮的韌性、果肉厚對果實硬度影響極大；可溶性固形物與單花序花數、單花序果數、株高呈極顯著正相關，但是與果橫徑、果縱徑、心室數、單株產量等呈極顯著負相關。

本研究群體包含60櫻桃番茄(S.lycopersoconvar.cerasiforme)、81個普通番茄(S.lycopersicum)和1個醋栗番茄(S.pimpinellifolium)。櫻桃番茄(S.lycopersiconvar.cerasiforme)的基因結構被描述為普通番茄(S.lycopersicum)與醋栗番茄(S.pimpinellifolium)的鑲嵌體[7]。與櫻桃番茄、普通番茄相比，醋栗番茄果實更小(櫻桃番茄單果重小于20 g，醋栗番茄單果重小于5 g)，心室數為2～3個，糖含量、可溶性固形物和可滴定酸含量高。在其他報道的番茄群體中同樣存在醋栗番茄心室數少，而含糖量高[8-9]。

醋栗番茄和櫻桃番茄是改良番茄果實品質性狀的有利資源，尤其對于改進果實硬度、糖酸含量，但是果實大小(Fruit size)與可溶性固形物(Soluble solids)、糖含量(Sugar content)[10]呈極顯著負相關，這將阻止兩個性狀的同時改進。確定這些性狀的基因位點將更好地幫助育種家使用這些資源。目前，確定植物基因位點的主要方法有QTL(Quantitative trait loci)[11-15]和關聯分析/連鎖不平衡分析(Association mapping or Linkage disequilibrium，LD)[10]2種。通過QTL定位到番茄果實大小、果實形狀等質量性狀[11,16-22]，一些控制果實性狀的QTL基因已經被克隆，如FW2.2[23]。Lin5是主要控制果實糖含量的基因[24]，Lcn2.1是主要控制心室數的基因[25]。與QTL相比，LD作圖精確度高，可以同時檢測同一座位的多個等位基因等諸多位點[26-27]，目前已應用于玉米、小麥、擬南芥、油菜及芝麻等多種植物的研究[28-43]。而以番茄為材料的關聯分析報道較少，將來可以將該方法應用于番茄育種中，但是關聯作圖一般以現有的自然群體為材料[27]，群體變異類型越豐富，分析效果越好，且需要的群體數量也相對較少，而本試驗所用的番茄群體中數量性狀的變異豐富，平均變異系數45.94%，說明參試材料的主要農藝/植物學性狀有較大變異幅度，包含較多的變異類型，可以作為番茄關聯分析的自然群體。

可溶性固形物是決定鮮食番茄果實風味與品質的重要因素，是由糖和酸等多種成分組成的混合物，本研究發現櫻桃番茄可溶性固形物含量較普通番茄高，這一現象可以用植物學中的庫源關系來解釋，櫻桃番茄果實小，即其“庫”小，普通番茄果實大，即其“庫”大，而櫻桃番茄和普通番茄的“源”(葉片長寬)差異不大，因此櫻桃番茄更有利于碳水化合物的累積，而碳水化合物又是可溶性固形物的重要組成部分，因此櫻桃番茄可溶性固形物含量高于普通番茄。徐明磊等[44]研究發現，番茄可溶性糖與可溶性固形物的相關性達72%，與有機酸相關性達54%，糖和有機酸又是葉片光合作用的主要產物，因此兩項研究互相印證櫻桃番茄可溶性固形物含量高的原因。

有研究表明，野生番茄中存在控制番茄品質和抗病的相關基因[45]，但關于這方面報道還存在一定差異[43,46-50]。SUN等[43]以普通番茄(S.lycopersicum)S0805為母本，醋栗番茄(S.pimpinellifolium) S0801為父本，得到214個株系的F2：3群體，定位到2個QTL與可溶性固形物相關，分別位于1(SSR67)和4(SSR111)染色體上，2個QTL與單果重相關，分別位于4(SSR300)和7(SSR45)染色體；4個QTL與番茄紅素相關，分別在4(SSR146，SSR111)和9(SSR110，SSR237)染色體；1個QTL(SSR111)與可滴定酸相關；3個與果實pH相關，分別在1(LEaat004)、7(SSR304)和10(SSR85)染色體。而本試驗群體包含的野生醋栗番茄其可溶性固形物含量高，有利于利用關聯分析作圖精細定位控制番茄可溶性固形物的QTL。