醋栗番茄核心种质芽期耐盐性评价

苏文悦 李 鑫 褚雄燕 包 才 何旻霞 黄泽军 国艳梅 王孝宣 杜永臣 刘 磊李君明*

（1中国农业科学院蔬菜花卉研究所，蔬菜生物育种全国重点实验室，北京 100081；2新疆康美瑞农业发展有限公司，新疆昌吉 831502）

我国盐渍土总面积占可利用土地的4.88%，6.62%的耕地出现盐渍化问题（杨劲松，2008）。土壤盐碱化和次生盐碱化限制作物生长，降低土地利用率，已成为我国农业发展的重要障碍。同时，淡水资源的逐年减少，也迫使作物耐盐碱遗传改良愈加重要（陈皓炜 等，2021；刘东让 等，2021）。

植物耐盐能力具有阶段特异性，即不同发育阶段的耐盐性无显著关联（Foolad &Chen，1999），植物芽期和苗期对盐胁迫更为敏感（代明龙 等，2015）。目前绝大多数耐盐碱研究集中在植物苗期或成株期，如已在拟南芥、水稻、番茄等模式植物中定位到许多调控植株苗期响应盐胁迫和调控植株耐盐性的转录因子（Lu et al.，2011；Neily et al.，2011；Xie et al.，2011；Yang et al.，2019；Wang et al.，2020）。研究还发现，相同的基因参与了番茄种子在低温、盐胁迫、干旱胁迫下萌发率的加性效应，在胁迫条件下选择发芽率高的材料能够更显著地提高非胁迫条件下的发芽率（Foolad et al.，2003a），因此芽期耐盐性研究不仅具有实际应用价值，而且能为深入揭示作物的耐盐机制提供必要的科学依据。

大多数栽培种番茄在生长发育阶段对盐胁迫具有中等耐性（Foolad，2004），而野生种则表现更好的耐盐性，是番茄作物耐盐遗传改良的宝贵资源（Jones，1986）。在盐、低温等非生物胁迫条件下，番茄野生资源种子快速萌发的能力主要由多基因控制，表现为加性遗传效应（Foolad &Jones，1991），目前已在潘那利番茄（Solanum pennellii）LA0716、醋栗番茄（S.pimpinellifolium）LA0722等野生资源中定位了耐盐QTL（Foolad et al.，1998；Foolad et al.，2007），但相关研究仅集中在有限的遗传资源，对野生资源的广泛挖掘十分有限。

野生醋栗番茄资源广泛分布于南美不同区域，具有丰富的遗传多样性，表现较好的耐盐能力，与栽培种可以直接杂交转育。中国农业科学院蔬菜花卉研究所番茄遗传育种课题组收集了来自全球的600 余份野生醋栗番茄遗传资源，对每份资源进行了多代严格自交纯化，并基于全基因组数据信息，分析了该遗传群体，构建了41 份醋栗番茄核心种质。通过对其芽期耐盐性进行评价，以期深入了解醋栗番茄资源耐盐的遗传多样性，为番茄耐盐遗传改良提供信息。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2020 年9 月至2021 年1 月在中国农业科学院蔬菜花卉研究所组培室中进行。试验材料包括41 份野生醋栗番茄核心种质，分别来自美国番茄遗传资源中心（TGRC）、亚洲蔬菜研究中心（AVRDC）和荷兰遗传资源中心（NL CGN）（表1）。对照为栽培种番茄Moneymaker（核心种质编号MM）和M82，来自TGRC。

表1 41 份醋栗番茄核心种质信息

1.2 试验方法

1.2.1 种子灭菌 参照Foolad 等（2003b）的灭菌方法，用0.5% NaClO 溶液浸泡种子，表面灭菌10 min 后，用无菌水冲洗3 次，去除种子表面残留的NaClO，之后用无菌滤纸擦拭灭菌后的种子，吸干种子表面水分，以上全部操作在超净工作台进行。

1.2.2 种子催芽 采用纸床发芽法（刘冰 等，2010），在直径90 mm 塑料培养皿中垫入两张无菌滤纸制备双层滤纸培养基，每个盐处理加入5 mL 150 mmol·L-1NaCl 溶液；每个非盐胁迫处理加入5 mL 无菌水。种子用10%商业漂白剂溶液表面消毒10 min，然后用无菌蒸馏水冲洗。每份材料取50 粒种子放置于双层滤纸培养皿中，每个培养皿为1 个重复，每处理共设3 次重复。将培养皿放置于（25 ± 1）℃恒温黑暗条件下对种子进行催芽，催芽周期为14 d（叶鑫 等，2021）。

以胚芽萌发长度达到种子长度1/2 为发芽标准（范翠枝 等，2021），每隔12 h 记录种子发芽粒数，连续观测14 d，统计相对发芽率。考虑到参试种子中存在无活力种子，以非盐胁迫下种子发芽粒数作为参试种子数，计算不同种质的相对发芽率。以番茄栽培种Moneymaker、M82 为对照，分析醋栗番茄各种质间相对发芽率、耐盐性的差异。

1.2.3 进化树分析 课题组前期已对41 份醋栗番茄核心种质进行了全基因组重测序（由贝瑞和康生物技术有限公司于2019 年完成），平均测序深度为10 ×。2 份栽培种番茄重测序数据为已发表的公共数据（Zhu et al.，2018）。挑选均匀分布于全基因组上的10 000 个高质量SNPs 进行聚类分析，构建进化树。

1.3 数据处理

利用Microsoft Excel 2016 软件整理试验数据，利用SAS 9.4 软件对相对发芽率进行方差分析；利用FastTree 软件构建进化树，并用iTOL 软件对进化树进行美化。

2 结果与分析

2.1 醋栗番茄核心种质芽期耐盐性鉴定

2.1.1 醋栗番茄核心种质发芽结果 在无菌水非盐胁迫条件下，栽培番茄（Moneymaker、M82）和醋栗番茄野生种质普遍于24～48 h 内开始萌发，132 h 内基本完全萌发（图1）。而在150 mmol ·L-1NaCl 胁迫条件下，栽培番茄Moneymaker 和M82 分别于192 h 和132 h 开始萌发；醋栗番茄在48～132 h 内开始萌发，一直到300 h 仍有种子萌发（图2）。由此可以明显看出，在盐胁迫下栽培番茄和醋栗番茄的萌发均明显推迟，萌发整齐度明显下降，且栽培番茄Moneymaker 的萌发速度明显较醋栗番茄更慢。N5、N7、N23、N27、N31、N34、N35、N38、N39、N41 等10 份材料在盐胁迫下5 d 内种子发芽粒数较多，且萌发整齐度高。其中N27、N34、N35、N38、N39 等5 份种质在第5 天的相对发芽率达到45%以上，特别是N35、N39 种质在150 mmol·L-1NaCl 盐胁迫下仍能在60 h 内开始萌发，并分别于228 h 和108 h 相对发芽率达到97%，萌发时间明显早于其他材料，具有优异的芽期耐盐性状。

图1 非盐胁迫条件下醋栗番茄核心种质发芽情况

图2 盐胁迫条件下醋栗番茄核心种质发芽情况

2.1.2 醋栗番茄核心种质相对发芽率及芽期耐盐性鉴定结果 对两个栽培种Moneymaker、M82 和41份野生醋栗番茄核心种质进行芽期耐盐性比较，发现Moneymaker 和M82 在150 mmol·L-1NaCl 胁迫下的相对发芽率分别为28.67%和38.67%，无显著差异（表2）。以栽培种Moneymaker 和M82 作为判断醋栗番茄耐盐性的标准，对41 份醋栗番茄核心种质芽期耐盐性进行评价：耐盐（T），相对发芽率显著高于两个栽培种番茄；中等耐盐（M），相对发芽率和栽培种Moneymaker 或M82 无显著差异；盐敏感（S），相对发芽率显著低于两个栽培种番茄。

表2 醋栗番茄核心种质相对发芽率及芽期耐盐性鉴定结果

由表2 可知，在150 mmol·L-1NaCl 胁迫下，醋栗番茄N10、N12、N13、N21、N25、N30、N36、N37 与栽培种番茄Moneymaker 或M82 的相对发芽率不存在显著差异，为中等耐盐种质；N5、N7、N15、N23、N26、N27、N31、N32、N34、N35、N38、N39、N41 等13 份醋栗番茄的相对发芽率显著高于Moneymaker 和M82，耐盐性相对较强，为耐盐种质；N1、N2、N3、N4、N6、N8、N9、N11、N14、N16、N17、N18、N19、N20、N22、N24、N28、N29、N33、N40 等20 份醋栗番茄的相对发芽率显著低于Moneymaker 和M82，耐盐性相对较弱，为盐敏感种质。并且，在耐盐种质中，N23、N27、N34、N35、N38、N39、N41 等7份醋栗番茄材料第14 天的相对发芽率大于85%，符合GB 16715.3—2010 规定的番茄种子质量最低要求。其中，N27、N34、N35、N38、N39、N41 等6 份材料相对发芽率显著高于其他参试材料，在150 mmol·L-1NaCl 胁迫第14 天时，相对发芽率高达95%以上。

2.2 醋栗番茄核心种质进化树分析

由图3 可知，43 份参试材料可分为3 个大类，第一大类（红色）共14 份材料，均为醋栗番茄，其中4 份（N15、N26、N34、N35）为耐盐材料，4 份（N16、N18、N19、N20）为盐敏感材料；第二大类（绿色）共7 份材料，均为醋栗番茄，其中1 份（N7）为耐盐材料，4 份（N14、N17、N22、N24）为盐敏感材料；第三大类（蓝色）共22 份材料，包括醋栗番茄和栽培番茄，其中8 份（N5、N23、N27、N31、N32、N38、N39、N41）为耐盐材料，11 份（N1、N2、N3、N4、N6、N9、N11、N28、N29、N33、N40）为盐敏感材料。

图3 醋栗番茄核心种质进化树分析结果

3 讨论与结论

在盐胁迫下，虽然醋栗番茄种子的开始萌发时间和相对发芽率等发芽指标均较非盐胁迫环境表现出明显的下降趋势，但部分野生醋栗番茄材料仍明显优于栽培种。通过筛选发现有6 份材料（N27、N34、N35、N38、N39、N41）耐盐性较好，平均开始萌发时间为76 h，较栽培种（162 h）提前了86 h；相对发芽率可达95%以上，平均相对发芽率（96.89%）较栽培种（33.67%）提高了63.22 百分点。同时还发现不同醋栗番茄种质的耐盐性也存在较大差异，遗传多样性丰富，20 份材料表现芽期盐敏感，萌发开始时间与栽培种相近，相对发芽率低于10%，较栽培种平均降低了32.34 百分点，其中14 份材料在盐胁迫下不萌发。通过利用重测序数据进化树分析，将41 份野生醋栗番茄资源分为三大类，结果与Rao 等（2012）的研究一致，而耐盐材料却分布在不同类群，推测耐盐性状受有限的数量性状位点控制，而且这些位点可能也不相同。另外，本研究还发现N41 和N11 种质遗传距离极小，基因组极其相似，但分别表现出明显的耐盐和盐敏感，有利于借助基因组数据进行耐盐基因的挖掘。

虽然目前番茄均已采用育苗移栽，其芽期受到盐胁迫的概率大大降低，但在淡水资源日益缺乏的现状下，筛选芽期耐盐遗传种质，为将来较好地利用海水资源提供了良好的技术支撑。Foolad 等（2003a）发现，在逆境下选择发芽率高的材料可以显著提高其在正常栽培条件下的发芽率，芽期耐盐遗传种质无疑会为提高番茄商品种的发芽率和出苗整齐度奠定一定的遗传基础；另外，目前对于作物耐盐性的阶段性机制尚不明确，芽期耐盐资源也为深入了解作物耐盐调控机制提供了必要的材料。