番茄种质资源主要植物学性状的遗传多样性及相关性

李云洲， 闫见敏， 须 文， 王 勇， 梁 燕

(1.贵州大学 农学院，贵州 贵阳 550025；2.西北农林科技大学 园艺学院，陕西 杨凌 712100)

中国是世界第一大番茄生产国，2016年全球番茄总产值约为654亿美元，我国约占三分之一。番茄是我国种植面积排名第四的的蔬菜品种，番茄产业已成为我国蔬菜产业的重要组成部分。然而育种家们在追求高产品种的同时，品种间的遗传基础越来越窄，生产上大面积推广品种往往是几个遗传基础狭窄、趋近的高产优质品种，这种遗传单一性倾向对自然灾害和病虫害的防御能力较差，灾害一旦发生可能造成不可估量的损失和严重后果[1- 2]。培育优良品种需要更多优异的材料和基因进行人工聚合，因此，拓宽现有番茄品种的遗传基础，培育遗传背景丰富的高产优质品种对我国番茄产量的保证和可持续发展具有重要意义。种质资源遗传多样性是育种的基础，通过遗传多样性的研究可以从整体上把握该物种的资源，为使用者提供重要信息。我国对番茄种质资源的收集始于20世纪50年代，但对已收集的番茄种质资源多样性很少报道[1]，性状间相关性也不够详细[3]。为此，笔者等以西北农林科技大学园艺学院番茄种质资源库142份资源为材料，分析该番茄群体的遗传多样性，为关联分析该番茄群体奠定基础，也为重测序材料的筛选提供技术支持，同时有助于拓宽番茄品种选育材料的遗传基础。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为西北农林科技大学园艺学院番茄种质库保存的142份番茄种质资源。其中，普通番茄(Solanumlycopersicum) 81 份，樱桃番茄(Solanum.lycopersiconvar.cerasiforme)60份，醋栗番茄(Solanumpimpinellifolium)1份(表1)。

1.2 试验方法

试验于2012年春季在西北农林科技大学园艺试验站(N34°15′43.68″，E108°04′9.10″，海拔447 m)进行。2月24日催芽(RXZ智能型人工气候箱黑暗条件25±2℃)，2月27日将发芽种子播种穴盘，3月24日分苗，4月28日定植于塑料大棚(有防虫网)，9月3日拔蔓。试验采用随机区组设计，每个材料种植36株，株距0.4 m，行距0.6 m。成熟期随机抽取3株调查植株性状，另随机选取3株第二或第三序果上3～5个红熟期果实进行果实性状和品质性状测量。

1.3 测定指标及方法

可溶性固形物用手持测糖仪测定，果实硬度用果实硬度计测定，重复3次。其他性状的调查和描述参照《番茄种植资源描述规范和数据标准》[4]进行。番茄性状分为质量性状和数量性状2类，其中质量性状描述见表2，计算各组的分布频率。数量性状每个性状指标测量3次，最后取其平均值，统计最小值、最大值、变异幅度、变异系数、标准差、遗传多样性指数H′，并按照Spass5.0软件自动分级(组)，统计各级(组)的分布频率。使用Excel 和SPSS 5.0统计分析软件计算相关系数R及绘制相关图。

表1142份番茄种质资源的编号及来源

注：TTI2201A 醋栗番茄(S.pimpinellifolium)，#为樱桃番茄(S.l.var.cerasiforme)， 其余为普通番茄(S.lycopersicum)。

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

表2 番茄种质资源质量性状描述分组

遗传多样性指数：H′=-∑pilnpi，式中，pi为某一性状第i级(组)内材料份数占总份数的百分比，ln为自然对数[5- 6]。

2 结果与分析

2.1 质量性状的遗传多样性

从表3看出，番茄资源主要质量性状中，果型、胎座胶状物颜色、叶裂刻、果皮色、果顶形状和茎叶茸毛的遗传多样性指数均大于1，其中，果形遗传多样性指数最高，为1.44；株型遗传多样性指数最低，为0.04。成熟果色是番茄质量性状评价的重要指标，其遗传多样性指数为0.88。红色果分布频率为67.1%，粉色果分布频率25.0%，黄色果分布频率5.0%，紫色果分布频率0.7%，绿色果分布频率2.1%。

在番茄果型质量性状中，圆形性状分布频率最高，为48.8%；长圆形性状分布频率最小，为4.7%。胎座胶状物颜色为黄绿色的分布频率最高，为45.2%；黄白色分布频率最少，为1.6%。叶裂刻浅的分布频率高达49.2%，无叶裂刻的仅为9.2%。番茄果皮色为黄色的分布频率为58.3%，紫色和粉色的分布频率较低，均为2.2%。果顶形状为圆平的分布频率最多，为61.9%；果顶凸尖的分布频率最少，为4.3%。番茄茎叶茸毛较长的占大多数，分布频率为88%(长稀 56.3%，长密31.7%)；茎叶茸毛较短的占少数，分布频率为12%(短稀4.9%，短密7.0%)。

花梗离层是番茄果实的重要性状，其有无决定番茄收获的难易程度，尤其在机械采摘番茄过程中，高达95.4%的番茄种质资源有花梗离层，仅4.6%番茄材料无花梗离层。

2.2 数量性状的遗传多样性

142份番茄种质资源数量性状的变异系数平均值为45.94%。心室数的遗传多样性指数最小，为2.41；果横径的遗传多样性指数最高，为4.79(表4)。

按照反应离散程度的变异系数大小，将番茄数量性状变异进行粗略分级(CV<10%为弱变异，CV=10%～100%为中等变异，CV>100%强变异)，结果表明，番茄种质资源数量性状属强变异的有单花序花数(CV=131.57%) 和单花序果数(CV=118.05%)，其余均为中等变异数量性状。说明番茄在进化过程中，自然环境与人为定向选择对番茄植株产量性状产生较大的影响。

2.3 主要表型性状的相关性

2.3.1 单株产量 单株产量与首花节位(0.315**)、单花序花数(0.357**)、单花序果数(0.380**)、果柄长度(0.406**)、果梗洼大小(0.526**)、果横径(0.536**)、果纵径(0.417**)、果实硬度(0.414**)、单果重(0.577**)、果肉厚(0.414**)及心室数(0.349**)呈极显著正相关，与叶片宽(0.190*)、第二花序节位(0.204*)、去皮果实硬度(0.212*)呈显著正相关；而与果型指数(-0.254**)、可溶性固形物含量(-0.282**)呈极显著负相关。说明叶片宽大、首花节位越高、单花序越多、座果率越高以及可溶性固形物含量越低是高产番茄品种的特性。

2.3.2 果实硬度 果实硬度与去皮果实硬度(0.707**)、果肉厚(0.305**)、单花序果数(0.260**)、单株产量(0.414**)呈极显著正相关，与首花节位(0.226*)呈显著正相关。说明外表皮的韧性、果肉厚对果实硬度影响极大。

2.3.3 果柄长度 果柄长度与座果率(-0.448**)、可溶性固形物含量(-0.304**)呈极显著负相关，与果横径(0.465**)、果纵径(0.478**)呈极显著正相关。

2.3.4 可溶性固形物 可溶性固形物与单花序花数(0.405**)、单花序果数(0.487**)、株高(0.281**)呈极显著正相关，与果横径(-0.663**)、果纵径(-0.665**)、心室数(-0.381**)、单株产量(-0.282**)等呈极显著负相关。

3 结论与讨论

研究对来自国内外142份番茄种质资源的47个主要农艺/植物学性状进行遗传多样性和相关性分析，结果表明，虽然番茄为自花授粉植物，但其仍具有极为丰富的遗传多样性。番茄种质资源的变异较为丰富，20个数量性状变异系数分布在17.22%～131.57%，数量性状遗传多样性指数分布在2.41～4.79；27个质量性状的遗传多样性指数分布在0.04～1.39，群体变异丰富，该群体可以应用于番茄全基因组关联分析，同时可为番茄育种提供宝贵的资源。育种过程中结合番茄性状间的相关性进行选择性利用，一般而言，叶片宽大、首花节位越高、单花序越多、座果率越高以及可溶性固形物含量越低是高产番茄品种的特性；外表皮的韧性、果肉厚对果实硬度影响极大；可溶性固形物与单花序花数、单花序果数、株高呈极显著正相关，但是与果横径、果纵径、心室数、单株产量等呈极显著负相关。

本研究群体包含60樱桃番茄(S.lycopersoconvar.cerasiforme)、81个普通番茄(S.lycopersicum)和1个醋栗番茄(S.pimpinellifolium)。樱桃番茄(S.lycopersiconvar.cerasiforme)的基因结构被描述为普通番茄(S.lycopersicum)与醋栗番茄(S.pimpinellifolium)的镶嵌体[7]。与樱桃番茄、普通番茄相比，醋栗番茄果实更小(樱桃番茄单果重小于20 g，醋栗番茄单果重小于5 g)，心室数为2～3个，糖含量、可溶性固形物和可滴定酸含量高。在其他报道的番茄群体中同样存在醋栗番茄心室数少，而含糖量高[8-9]。

醋栗番茄和樱桃番茄是改良番茄果实品质性状的有利资源，尤其对于改进果实硬度、糖酸含量，但是果实大小(Fruit size)与可溶性固形物(Soluble solids)、糖含量(Sugar content)[10]呈极显著负相关，这将阻止两个性状的同时改进。确定这些性状的基因位点将更好地帮助育种家使用这些资源。目前，确定植物基因位点的主要方法有QTL(Quantitative trait loci)[11-15]和关联分析/连锁不平衡分析(Association mapping or Linkage disequilibrium，LD)[10]2种。通过QTL定位到番茄果实大小、果实形状等质量性状[11,16-22]，一些控制果实性状的QTL基因已经被克隆，如FW2.2[23]。Lin5是主要控制果实糖含量的基因[24]，Lcn2.1是主要控制心室数的基因[25]。与QTL相比，LD作图精确度高，可以同时检测同一座位的多个等位基因等诸多位点[26-27]，目前已应用于玉米、小麦、拟南芥、油菜及芝麻等多种植物的研究[28-43]。而以番茄为材料的关联分析报道较少，将来可以将该方法应用于番茄育种中，但是关联作图一般以现有的自然群体为材料[27]，群体变异类型越丰富，分析效果越好，且需要的群体数量也相对较少，而本试验所用的番茄群体中数量性状的变异丰富，平均变异系数45.94%，说明参试材料的主要农艺/植物学性状有较大变异幅度，包含较多的变异类型，可以作为番茄关联分析的自然群体。

可溶性固形物是决定鲜食番茄果实风味与品质的重要因素，是由糖和酸等多种成分组成的混合物，本研究发现樱桃番茄可溶性固形物含量较普通番茄高，这一现象可以用植物学中的库源关系来解释，樱桃番茄果实小，即其“库”小，普通番茄果实大，即其“库”大，而樱桃番茄和普通番茄的“源”(叶片长宽)差异不大，因此樱桃番茄更有利于碳水化合物的累积，而碳水化合物又是可溶性固形物的重要组成部分，因此樱桃番茄可溶性固形物含量高于普通番茄。徐明磊等[44]研究发现，番茄可溶性糖与可溶性固形物的相关性达72%，与有机酸相关性达54%，糖和有机酸又是叶片光合作用的主要产物，因此两项研究互相印证樱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质和抗病的相关基因[45]，但关于这方面报道还存在一定差异[43,46-50]。SUN等[43]以普通番茄(S.lycopersicum)S0805为母本，醋栗番茄(S.pimpinellifolium) S0801为父本，得到214个株系的F2：3群体，定位到2个QTL与可溶性固形物相关，分别位于1(SSR67)和4(SSR111)染色体上，2个QTL与单果重相关，分别位于4(SSR300)和7(SSR45)染色体；4个QTL与番茄红素相关，分别在4(SSR146，SSR111)和9(SSR110，SSR237)染色体；1个QTL(SSR111)与可滴定酸相关；3个与果实pH相关，分别在1(LEaat004)、7(SSR304)和10(SSR85)染色体。而本试验群体包含的野生醋栗番茄其可溶性固形物含量高，有利于利用关联分析作图精细定位控制番茄可溶性固形物的QTL。