69份大果番茄种质资源的遗传多样性和聚类分析

吕维梧，但 忠，苏银玲，杜康华，木万福*，张 娟

（1.云南省农业科学院热区生态农业研究所，云南元谋 651300；2.山东省德州市农业农村局，山东德州 253000）

番茄（Solanum lycopersicum）别名西红柿、洋柿子，是茄科番茄属一年生或多年生草本植物，原产于中美洲和南美洲，作为重要的食用蔬菜已在全球广泛种植，味美多汁，含有丰富的矿物质、维生素、番茄红素等营养物质，一直受到人们的喜爱[1-3]。番茄是严格的自花授粉植物，经过长期驯化和选育，番茄的遗传背景逐渐变得狭窄，因此，对于番茄种质资源的广泛收集、调查和遗传分类多样性的研究，对培育优质高产的品种有重要意义[4-5]。大果番茄是一般指生产中果实在150 g 以上的品种，是目前番茄中消费量最大的一个类型[6]。

种质遗传多样性是育种的基础，提升番茄品质需要大量搜集具有优良特性的番茄种质，并将这些优良种质的遗传多样性挖掘整理，用于指明育种方向和道路[7]。目前，关于番茄种质资源的遗传多样性研究的报道相对较多[8-10]。袁东升等[11]对100 番茄种质资源进行遗传多样性分析，利用主成分分析筛选出21 个重要的表型评价指标，并筛选出了综合性状优秀的B97 号材料。张静等[12]将32 份番茄种质分为6 个类群，包括2 个大果番茄类群和4 个小果番茄类群，其中大果番茄类群果实横径大于7.06 cm，果型和果实横切面性状均为不规则性状。

本试验对2020 年收集的69 份大果番茄种质资源进行遗传多样性分析、相关性分析和聚类分析，以明确番茄不同类型的遗传多样性差异，为下一步筛选优质番茄材料提供理论依据和种质资源。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料来源于云南省农业科学院热区生态农业研究所2020 年收集的69 份大果番茄种质材料，编号依次为1～69，包括40 个自交系，29 份收集的资源（云南10份，贵州2 份，广州17 份）。

1.2 试验设计

试验材料于2020 年8 月20 日播种在102 孔穴盘中进行育苗；9 月16 日定植于云南省农业科学院热区生态农业研究所后山大田。该地海拔1 070 m，地势平坦，为酸性沙土，有机质含量2.54 g/kg。全年干燥炎热，光照和热量充足。年均降雨量558～801.2 mm，蒸发量2 636～3 830 mm；年均气温17.9～21.9 ℃，最高气温42.5 ℃，最低气温1 ℃，年日照时数2 179.4～2 736 h，是典型的干热河谷气候。

试验采用随机区组设计，每个材料种植30 株，株距40 cm，行距60 cm，常规田间管理。

1.3 性状调查

在番茄生长发育时期，每个种质资源调查10 株，记录其下胚轴颜色、株高、单果质量和心室数等25 项主要形态指标，包括14 个质量性状和11 个数量性状。质量性状用直接观察法，数量性状采用具体测量法，其中叶长、叶宽、株高用卷尺测量，颜色用RSH Colour Chart 色卡，果实横径、纵径；果柄洼大小用MNT-150 游标卡尺测量，质量用岛津TX2202L 电子天平测量[13]。观测和测量的标准参照《番茄种质资源描述规范和数据标准》[14]和《植物新品种特异性、一致性和稳定性测试指南番茄》[15]。番茄种质资源质量性状描述分布图见表1。

表1 番茄种质资源质量性状描述分布图Table 1 Grouping of tomato germplasm resources according to qualitative traits

1.4 数据统计与分析

本实验采用多元统计法，用Excel 2010 进行试验数据处理，用SPASS 20.0 软件进行方差分析和相关性分析。基于平均值和标准差对数据进行10 个等级的划分，每0.5σ为一级，σ为标准差，计算Shanon-Wiener 多样性指数（H'），计算公式见式（1）。变异系数计算公式见式（2）。

式中，i为等级数；Pi是某形状第i个级别的材料占总材料数的百分比。

式中，CV为变异系数；SD为标准偏差；MN为平均值。

2 结果与分析

2.1 番茄种质资源性状的多样性分析

2.1.1 番茄质量性状遗传多样性分析

遗传多样性指数越高，遗传变异越丰富，物种对于环境变化的适应能力越强[16-18]。对供试的69 份种质资源材料的14 个质量性状进行描述性统计分析，如表2 所示，遗传多样性指数（H'）的变化范围为0.386～1.333，其中遗传多样性较大的性状，H'大于1，分别是萼片形状、叶片状态、熟性和果面棱沟。

表2 番茄种质资源质量性状频率分布图和多样性指数Table 2 Frequency distribution map and diversity index of quality traits in tomato germplasm resources

萼片形状的H'值最高，为1.333，变异类型最为丰富。69 份资源中，萼片形状主要以微翘和微卷为主，占65%；萼片卷曲占20%；而平萼片占15%，因其卖相好而最受市场欢迎，是今后番茄育种的主要目标之一。叶片状态的H'值为1.080；叶片状态以水平和下垂为主，其分布频率分别为40%和35%。熟性的H'值为1.039，早熟、中熟和晚熟分布频率分别为29%、57%和12%。极早熟仅为3%，但极早熟有利于缩短培育周期，抢占市场，是重要的育种指标。果面棱沟的H'值为1.028，其中无楞沟占58%，也是番茄选育的主要目标之一。

叶片类型和成熟果色的H'均在1.0 以下，其中叶片以复细叶和复宽叶为主，此次的供试材料中没有薯叶形材料；成熟果色为粉色和红色，分布频率分别为59%和41%；花柱长度以等于和短于雌蕊为主，绿肩以无绿肩为主，生长习性以有限生长为主；叶片形状以二回羽状复叶为主，叶片颜色以深绿为主，仅有3%的材料表现为黄绿色；株型以半蔓性为主；75%的供试材料没有簇生花；83%的供试材料没有畸形果。

2.1.2 番茄数量性状分析

长期的品种选育能保留相对符合市场偏好的番茄数量性状，包括单果质量在200～210 g 之间，果柄洼大小和木栓化越小越好，果实纵径/横径比值为1.01～1.5之间较好等[19-20]。如表3（见下页）所示，供试材料的数量性状变异系数CV在8.69%～46.32%之间，遗传多样性指数H'为1.49～2.05，多样性丰富。

表3 番茄种质资源数量性状频率遗传多样性分析Table 3 Genetic diversity analysis of quantitative trait frequency of tomato germplasm resources

果实横径、纵径、果柄洼大小、木栓化大小是番茄果实外观的重要指标，果实纵径变异系数最小为8.69%，遗传多样性指数H'最大为2.05；果柄洼木栓化大小的变异系数最大为46.32%，多样性指数为1.99，可能受多基因调控。叶长和叶宽的变异系数和多样性指数相近，分别为18.91%、18.38%和2.01、2.00。首花节位、单果质量、株高、果柄长度的变异系数均小于30%，说明材料性状趋于一致，且首花节位、果柄洼大小、果柄长度和心室数的变异系数都在20%以上，分析结果与李云洲[21]的研究结果一致。

2.2 番茄种质资源数量性状相关性分析

为进一步了解不同数量性状之间的关联程度，提高育种的选择指导性，对69 份种质材料的11 个数量性状进行相关性分析，见表4。由表可知，11 个数量性状之间相关性明显。株高与叶长、叶宽呈显著正相关；叶长与叶宽、木栓化呈显著正相关，与首花节位呈显著负相关；果实横径与纵径、果柄洼大小、单果质量呈显著正相关；果实纵径与果柄洼、单果质量呈显著正相关；果柄洼大小与单果质量呈显著正相关；果柄洼大小与木栓化、单果质量呈显著正相关。在相关性分析结果中，有部分性状相关性与刘佩君[22]研究结果一致，也有部分结果存在差异。出现差异的情况，可能是因为研究所用的番茄种质资源的遗传背景不同，在相同的自然栽培条件下，番茄种质资源的表型性状发生了改变，致使研究者对同一性状的描述和统计结果表现出较大差异，因此相关性分析结果也存在差异。

表4 番茄种质资源的11 个数量性状相关性分析Table 4 Correlation analysis of 11 quantitative traits of tomato germplasm resources

2.3 聚类分析

对69 份资源的25 个性状进行聚类分析，性状相似的材料聚为1 类，以研究供试材料亲缘关系的远近，以12 为界，可以把材料分为5 大类群，结果见图1。

图1 番茄种质资源的聚类树状图Fig.1 Cluster dendrobium of tomato germplasm resources

第1 类群共33 个材料，可分为两个亚群，其首花节位在5 个大类群中最大；单果质量，果实横径和纵径最小，果型小，平均单果质量仅为134.09 g；成熟果色以粉色为主，熟性为晚熟，叶色深绿，果面楞沟无或者轻，萼片形状为微卷；其中18、19、38 号材料长势旺盛，果型高圆，且果梗洼大小和木栓化程度低，无绿肩、无畸形果，可作为优良材料利用。

第2 类群包含1 个材料，该材料相较于其他类群，植株更加矮小、长势弱，其株高、叶长、叶宽最小，心室数却最大，粉果、有绿肩、中熟、二回羽状复细叶、萼片平。

第3 类群包含6 个材料，单果质量、果柄长度、果柄洼、木栓化、果实横径最大，平均单果质量为215.78 g，无绿肩、无簇生花、无畸形果、成熟果色为红色、二回羽状复细叶、叶色深绿、萼片卷曲，可选育外形优良的番茄。

第4 类群包含5 个材料，其主要特征是植株长势旺盛，其株高、叶长和叶宽最大，心室数最少，粉果、二回羽状复宽叶，叶片状态以下垂为主，生长习性全部为无限生长型。

第5 类群包含24 个材料，这个类群的材料大部分性状值在5 大组群中处于中间水平，以无绿肩、无簇生花和无畸形果为主，熟性为中熟和晚熟，萼片以微卷为主，这类材料整体表现良好，是选育不同利用价值番茄的重要材料。

3 结论

通过本试验对69 份大果番茄资源的25 个表型性状遗传多样性进行分析，并利用相关性分析及聚类分析研究探讨其育种价值。其中，25 个表型的多样性指数H'变化范围为0.386～2.05，表明供试番茄种质资源存在丰富的遗传多样性。其中多样性指数最小的是叶片形状，为0.386，供试材料的叶片形状多以二回羽状复叶为主；多样性指数最大的是果实纵径，叶长、叶宽、果实横径和单果质量多样性指数都在2.0 以上；11 个数量性状变异系数为8.69%～46.32%，其中果柄洼木栓化大小的变异系数最大，可能受多基因调控；首花节位、果柄洼大小、果柄长度和心室数的变异系数都在20%以上，分析结果与李云洲[15]的研究结果一致。遗传多样性分析结果表明供试材料的植株形态形状和果实外观形态有丰富的变异类型，其中植株长势、叶片状态、果面楞沟和萼片形状都能为后期不同育种目标提供理论基础和研究方向。

对11 个数量性状进行相关性分析，结果表明叶长、叶宽、株高和首花节位之间有较高程度的相关性；单果质量与果实横径、纵径和果柄洼大小呈正相关通过聚类分析，将材料划分为5 大类群，能初步筛选不同类群、不同特性的番茄种质资源材料。其中类群3 材料的平均单果质量最大，无绿肩、无簇生花、无畸形果、果实品质较好，是选育大型果番茄的优良材料。

种质资源的遗传多样性是育种工作的基础，大量的育种实践证明，每一项优良种质的选育均取决于优良基因的发现和利用，因此，品种改良是的关键是种质资源的有效利用[23-25]。

本研究利用整合聚类分析、相关性分对大果番茄种质资源进行综合评价，筛选出51、54、59、60、37 和50 号材料这6 份种质资源，为理清大果番茄遗传多样性，加快种质资源的利用和遗传改良奠定基础。