130份番茄種質資源表型性狀的綜合評價

韓蘭蘭, 劉 燕, 鄭于莉, 王亮明, 李 凱, 郭 凱, 袁 鶴, 包九月

(1.包頭市農牧科學技術研究所,內蒙古包頭 014013; 2.內蒙古自治區科爾沁右翼中旗農牧技術推廣中心,內蒙古興安盟 029400)

番茄(Solanumlycopersicum)起源于南美洲的熱帶或亞熱帶,是全球最重要的園藝經濟作物之一。它具有豐富的營養價值、絢麗的色彩和酸甜的口感,深受廣大消費者的喜愛。內蒙古自治區日照充足,晝夜溫差大,獨特的地理氣候條件使該地區生產的番茄品質好、產量高,目前已成為我國夏秋番茄的主要供給基地[1]。但目前國內種植的品種大多來源于國外,種子價格昂貴且貨源得不到保障,不利于產業的穩定發展,由于長時間馴化與定向選育造成番茄遺傳背景相對狹窄,因此亟需收集豐富多樣的番茄種質資源,并進行種質遺傳多樣性分析,加快品質優良番茄新品種的選育[2-3]。

表型性狀多樣性分析是研究蔬菜遺傳多樣性及評價的常用方法之一。基于表型性狀的多樣性分析、聚類分析、主成分分析、相關性分析及綜合評價等研究方法在番茄、馬鈴薯、茄子等許多物種的研究中被廣泛應用[4-7]。李麗梅等對7個優質櫻桃番茄資源/品種和新粉太郎6號、光輝101號2個中型果品種的可溶性固形物(total soluble solid,簡稱TSS)、總酸、固酸比、L*值、a*值、b*值、番茄紅素、果肉厚、硬度等性狀進行主成分分析、綜合評價等研究,最終篩選出綜合性狀較優的4個櫻桃番茄種質,為豐富番茄種質資源提供了理論依據和材料基礎[3]。劉珮君等對166份番茄種質資源材料進行遺傳多樣性分析,發現質量性狀中熟性的遺傳多樣性指數最高;單果質量的變異系數最大;在歐氏距離為17.5處番茄種質聚為6個群組;根據綜合評價,最終選出1份綜合性狀最優的材料[8]。芮文婧等研究了番茄供試材料的遺傳多樣性及親緣關系[9-13]。

雖然目前關于番茄種質資源遺傳多樣性的研究很多,但針對特定地區,如類似內蒙古中溫帶氣候地區番茄表型性狀的遺傳多樣性的研究還鮮有報道。本研究以本單位保存及從各地區收集的130份番茄種質資源為試材,運用聚類分析、主成分分析及綜合評價等方法基于表型性狀進行遺傳多樣性研究,最終篩選綜合性狀優良的番茄材料,為下一步選育適宜類似內蒙古中溫帶氣候地區種植的番茄新品種奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試番茄種質資源材料有130份(表1), 其中38份材料為包頭市農牧科學技術研究所自有材料,剩余92份材料為從各地區收集的品質優良、具有地方特色的番茄材料。

表1 130份番茄供試材料編號及來源

1.2 試驗方法

試驗于2021年2—9月在包頭市農牧科學技術研究所麻池基地進行,采用完全隨機區組設計。調查首花節位、單果質量、風味等22個性狀指標。

首花節位、葉片類型、成熟前果色、成熟果色、果肩有無、果形、首花節位、果實橫切面形狀、心室數、果頂形狀、果面棱溝和果肉色采用直接觀察法,參考《番茄種質資源描述規范和數據標準》記錄和賦值。使用卷尺測株高,電子天平稱單果質量,游標卡尺測果肉厚、果實橫徑和縱徑,測量5個生長均勻的植株和成熟果,取平均值。可溶性固形物含量用手持折射儀Brix測量儀(MASTER-α,日本愛拓)測定,糖度、酸度、糖酸比用番茄糖酸度計(PAL/BXACID3,日本愛拓)測定。調查標準見表2。

表2 番茄主要形態學性狀描述和賦值

1.3 數據處理

使用Excel統計并整理數據,利用SPSS 26.0進行標準差、變異系數、聚類分析及相關性分析等在內的描述性分析。遺傳多樣性指數參考易騰飛等的Shannon-Weinerindex(H′)計算方法[14],綜合評價分析參考楊樂琦等的計算方法[15]。

2 結果與分析

2.1 數量性狀遺傳變異性分析

分析130份種質資源的12個數量性狀的遺傳變異性,結果(表3)表明,試材的各個性狀存在著不同程度的變異,平均變異系數為37.37%。其中酸度在各表型性狀中變異系數最大,為72.64%,糖酸比和單果質量次之,分別為69.81%和57.84%,可溶性固形物含量和果實縱徑的變異系數小,分別為23.10%和18.16%。酸度和糖酸比等果實品質性狀在不同材料間變異豐富,改良潛力較大。

表3 130份種質數量性狀遺傳變異性統計

2.2 質量性狀頻率分布

計算130份材料的10個質量性狀的遺傳多樣性指數,結果(表4)表明,葉片類型以普通型葉片為主,占79.2%;果實成熟前果色以綠白色為主,占35.4%;成熟果色以紅色為主,占67.7%,黃色次之,占13.8%;果面棱溝多為輕,占58.5%;果頂形狀以圓平為主,占43.8%;果實有果肩占59.2%,無果肩占40.8%;果形以扁圓形為主,占47.7%;果實橫切面形狀以圓形為主,占88.5%;果肉色以粉紅色為主,占36.9%;風味以酸甜為主,占31.5%。本研究供試材料中包含了多種果形、果色、風味的鮮食型番茄,覆蓋面較廣,代表性強。

表4 130份種質質量性狀頻率分布

2.3 相關性分析

相關性分析結果(表5)表明,株高與成熟前果色、果面棱溝、果形、果實橫切面形狀呈極顯著負相關。首花節位與成熟前果色呈極顯著正相關,與心室數呈顯著正相關。果面棱溝與果實縱徑、橫徑、單果質量、心室數極顯著正相關,與株高和果頂形狀呈極顯著負相關。成熟果色與果肉色呈極顯著正相關。果形指數與果形和果頂形狀呈極顯著正相關,與風味、肉厚、單果質量和心室數呈極顯著負相關。葉片類型與成熟前果色、肉厚呈極顯著負相關,與果頂形狀、果形、果形指數、糖酸比呈顯著正相關。單果質量與風味、商品果縱徑、商品果橫徑、果肉厚、心室數呈極顯著正相關,與果形和果頂形狀呈極顯著負相關。可溶性固形物含量與果形指數、果形和糖度為極顯著正相關,與商品果縱徑、商品果橫徑、單果質量、果肉厚、心室數等果實質量相關的性狀呈極顯著負相關。

表5 番茄主要形態學性狀相關性分析

2.4 主成分分析

對130份番茄種質的22個性狀進行主成分分析,從而進一步篩選在各性狀中起主導作用的因子。由表6可知,8個主成分的累計貢獻率達73.356%,可以反映全部指標的大部分信息。

表6 主成分載荷矩陣

第1主成分特征值為5.441,貢獻率為24.73%,載荷較高的包括果實縱徑、橫徑、單果質量、果肉厚和心室數等與果實大小相關的性狀,特征向量分別為0.610、0.959、0.906、0.602、0.669;負向較高的包括果頂性狀、果形指數、果形、可溶性固形物含量和糖度等與品質相關的性狀,特征向量分別為-0.535、-0.725、-0.707、-0.607、-0.589,說明第1主成分中果實大小與品質負相關。第2主成分特征值為2.185,載荷較高的包括成熟前果色、果實橫切面形狀、果面棱溝,特征向量為0.420、0.488、0.546;負向較高的是株高、成熟果色、果肉色,特征向量為-0.684、-0.525、-0.544。第3主成分特征值為2.159,載荷較高的有成熟前果色、可溶性固形物含量、糖度;負向較高的是葉片類型。第6主成分累積貢獻率為63.6%,載荷較高的為反映果實風味特性的糖酸比及植株生長特性的首花節位等性狀。

2.5 聚類分析

將22個表型性狀進行聚類分析,結果(圖1)表明,在歐氏距離為5處,130份試材聚為5個組群。

第1組包括14份材料,分為2個亞類,大多為各地優良番茄種質資源,其主要特征是葉片類型為普通型或復細葉型,成熟果色為紅色或橘黃色,果形為扁圓或者圓形,單果質量為150～200 g,可溶性固形物含量為4%～5%,果實風味特性為酸甜或酸。這組材料可進一步篩選改良,為下一步創制新的種質資源奠定基礎。

第2組包括44份材料,分為2個亞類,其主要特征是葉片類型為普通型,成熟果色多為紅色,少數為黃色,果形為扁圓或圓形,果實相對較大,單果質量為120～190 g。

第3組包括42份材料,分為3個亞類,均為小果型番茄,包括自有材料和新引進材料。其主要特征是葉片類型多為普通型,少數為復細葉型,果形多為卵圓或高圓形,少數桃形或長梨形,果形指數相對較大,單果質量為40～60 g,心室數多為2個,可溶性固形物含量較高,果實風味特性為甜酸或甜。這組番茄果實較小、食用性較強,可作為培育口感型、高品質櫻桃番茄品種的重要材料。

第4組包括29份材料,分為2個亞類,多為中型果,其主要特征是果形為扁圓或高圓,果頂性狀為微凹或圓平,單果質量為70～130 g,可溶性固形物含量在5%左右。

第5組包括1份材料,其主要特征是大紅果番茄,單果質量在240 g左右,可溶性固形物含量6%左右,糖酸比適中。該材料的綜合表現較好,可用于下一步選育口感型優良番茄種質。

2.6 形態學性狀綜合評價

利用主成分分析的方法計算130份試材的綜合得分(F),并進行種質資源的綜合評價。結果(表7)表明,F值的變化范圍為-1.46～1.86。綜合得分排名前5的種質資源分別為BT064、BT036、BT039、BT066和BT067,其F值依次為1.86、1.20、0.92、0.80 和0.78,上述材料中BT036、BT039和BT067為筆者所在單位保存的自交系材料。

表7 綜合得分

進一步分析F值與22個表型性狀數據的相關性,結果(表8)表明,F值與13個性狀數據達極顯著相關水平。其中與果面棱溝、果實縱徑、橫徑、單果質量和肉厚等反映果實大小的性狀呈極顯著正相關,而與葉片類型、果頂形狀、果形、可溶性固形物含量等性狀呈極顯著負相關。

表8 綜合得分與表型性狀的相關系數

3 討論與結論

130份試材的數量性狀變異性分析結果顯示,酸度在各表型性狀中變異系數最大,糖酸比和單果質量次之,可溶性固形物含量和果實縱徑的變異系數比較小。這一結果與芮文婧等[9]、趙云霞等[10]研究結果較為一致。

主成分和相關性分析結果均顯示,果實大小與可溶性固形物、總糖含量等番茄的品質性狀負相關,這一結果與前人研究結果[9-10]相似。另外,株高與果面棱溝、果實橫切面形狀呈負相關,即植株越高,果面棱溝越輕,果實橫切面形狀更趨于圓形,這一結果鮮有報道。可能是在番茄種質在長期種植馴化過程中,株高、與果形相關的果面棱溝、橫切面形狀等性狀經過了定向選育。

各種質的綜合得分值結果顯示,得分較高的BT036、BT039和BT067等為筆者所在單位保存的自交系材料,得分較低的BT056、BT072和BT081等引進的番茄新品種,需要進一步改良、純化才能加以利用。

本研究使用的130份番茄供試材料聚類結果未嚴格按照來源地進行聚類,來源于同一地區的番茄種質聚到了不同的組群,來源不同的種質,因遺傳背景相似而聚到一組,這一結果可能與番茄種質資源存在交叉利用現象有關,前人的研究中也存在類似的研究結果[16]。聚類分析結果的研究有利于育種者挖掘親本組合的潛力,進而用于指導親本選擇,例如選擇第4類、第5類種質資源進行親本組合,定向選育綜合性狀優良的中、大果型新品種;第3類可做為選育小果型番茄的重要種質資源;而第1、2類種質資源可進一步篩選、純化,為下一步選育番茄新品種奠定基礎。