130份番茄种质资源表型性状的综合评价

韩兰兰, 刘 燕, 郑于莉, 王亮明, 李 凯, 郭 凯, 袁 鹤, 包九月

(1.包头市农牧科学技术研究所,内蒙古包头 014013; 2.内蒙古自治区科尔沁右翼中旗农牧技术推广中心,内蒙古兴安盟 029400)

番茄(Solanumlycopersicum)起源于南美洲的热带或亚热带,是全球最重要的园艺经济作物之一。它具有丰富的营养价值、绚丽的色彩和酸甜的口感,深受广大消费者的喜爱。内蒙古自治区日照充足,昼夜温差大,独特的地理气候条件使该地区生产的番茄品质好、产量高,目前已成为我国夏秋番茄的主要供给基地[1]。但目前国内种植的品种大多来源于国外,种子价格昂贵且货源得不到保障,不利于产业的稳定发展,由于长时间驯化与定向选育造成番茄遗传背景相对狭窄,因此亟需收集丰富多样的番茄种质资源,并进行种质遗传多样性分析,加快品质优良番茄新品种的选育[2-3]。

表型性状多样性分析是研究蔬菜遗传多样性及评价的常用方法之一。基于表型性状的多样性分析、聚类分析、主成分分析、相关性分析及综合评价等研究方法在番茄、马铃薯、茄子等许多物种的研究中被广泛应用[4-7]。李丽梅等对7个优质樱桃番茄资源/品种和新粉太郎6号、光辉101号2个中型果品种的可溶性固形物(total soluble solid,简称TSS)、总酸、固酸比、L*值、a*值、b*值、番茄红素、果肉厚、硬度等性状进行主成分分析、综合评价等研究,最终筛选出综合性状较优的4个樱桃番茄种质,为丰富番茄种质资源提供了理论依据和材料基础[3]。刘珮君等对166份番茄种质资源材料进行遗传多样性分析,发现质量性状中熟性的遗传多样性指数最高;单果质量的变异系数最大;在欧氏距离为17.5处番茄种质聚为6个群组;根据综合评价,最终选出1份综合性状最优的材料[8]。芮文婧等研究了番茄供试材料的遗传多样性及亲缘关系[9-13]。

虽然目前关于番茄种质资源遗传多样性的研究很多,但针对特定地区,如类似内蒙古中温带气候地区番茄表型性状的遗传多样性的研究还鲜有报道。本研究以本单位保存及从各地区收集的130份番茄种质资源为试材,运用聚类分析、主成分分析及综合评价等方法基于表型性状进行遗传多样性研究,最终筛选综合性状优良的番茄材料,为下一步选育适宜类似内蒙古中温带气候地区种植的番茄新品种奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试番茄种质资源材料有130份(表1), 其中38份材料为包头市农牧科学技术研究所自有材料,剩余92份材料为从各地区收集的品质优良、具有地方特色的番茄材料。

表1 130份番茄供试材料编号及来源

1.2 试验方法

试验于2021年2—9月在包头市农牧科学技术研究所麻池基地进行,采用完全随机区组设计。调查首花节位、单果质量、风味等22个性状指标。

首花节位、叶片类型、成熟前果色、成熟果色、果肩有无、果形、首花节位、果实横切面形状、心室数、果顶形状、果面棱沟和果肉色采用直接观察法,参考《番茄种质资源描述规范和数据标准》记录和赋值。使用卷尺测株高,电子天平称单果质量,游标卡尺测果肉厚、果实横径和纵径,测量5个生长均匀的植株和成熟果,取平均值。可溶性固形物含量用手持折射仪Brix测量仪(MASTER-α,日本爱拓)测定,糖度、酸度、糖酸比用番茄糖酸度计(PAL/BXACID3,日本爱拓)测定。调查标准见表2。

表2 番茄主要形态学性状描述和赋值

1.3 数据处理

使用Excel统计并整理数据,利用SPSS 26.0进行标准差、变异系数、聚类分析及相关性分析等在内的描述性分析。遗传多样性指数参考易腾飞等的Shannon-Weinerindex(H′)计算方法[14],综合评价分析参考杨乐琦等的计算方法[15]。

2 结果与分析

2.1 数量性状遗传变异性分析

分析130份种质资源的12个数量性状的遗传变异性,结果(表3)表明,试材的各个性状存在着不同程度的变异,平均变异系数为37.37%。其中酸度在各表型性状中变异系数最大,为72.64%,糖酸比和单果质量次之,分别为69.81%和57.84%,可溶性固形物含量和果实纵径的变异系数小,分别为23.10%和18.16%。酸度和糖酸比等果实品质性状在不同材料间变异丰富,改良潜力较大。

表3 130份种质数量性状遗传变异性统计

2.2 质量性状频率分布

计算130份材料的10个质量性状的遗传多样性指数,结果(表4)表明,叶片类型以普通型叶片为主,占79.2%;果实成熟前果色以绿白色为主,占35.4%;成熟果色以红色为主,占67.7%,黄色次之,占13.8%;果面棱沟多为轻,占58.5%;果顶形状以圆平为主,占43.8%;果实有果肩占59.2%,无果肩占40.8%;果形以扁圆形为主,占47.7%;果实横切面形状以圆形为主,占88.5%;果肉色以粉红色为主,占36.9%;风味以酸甜为主,占31.5%。本研究供试材料中包含了多种果形、果色、风味的鲜食型番茄,覆盖面较广,代表性强。

表4 130份种质质量性状频率分布

2.3 相关性分析

相关性分析结果(表5)表明,株高与成熟前果色、果面棱沟、果形、果实横切面形状呈极显著负相关。首花节位与成熟前果色呈极显著正相关,与心室数呈显著正相关。果面棱沟与果实纵径、横径、单果质量、心室数极显著正相关,与株高和果顶形状呈极显著负相关。成熟果色与果肉色呈极显著正相关。果形指数与果形和果顶形状呈极显著正相关,与风味、肉厚、单果质量和心室数呈极显著负相关。叶片类型与成熟前果色、肉厚呈极显著负相关,与果顶形状、果形、果形指数、糖酸比呈显著正相关。单果质量与风味、商品果纵径、商品果横径、果肉厚、心室数呈极显著正相关,与果形和果顶形状呈极显著负相关。可溶性固形物含量与果形指数、果形和糖度为极显著正相关,与商品果纵径、商品果横径、单果质量、果肉厚、心室数等果实质量相关的性状呈极显著负相关。

表5 番茄主要形态学性状相关性分析

2.4 主成分分析

对130份番茄种质的22个性状进行主成分分析,从而进一步筛选在各性状中起主导作用的因子。由表6可知,8个主成分的累计贡献率达73.356%,可以反映全部指标的大部分信息。

表6 主成分载荷矩阵

第1主成分特征值为5.441,贡献率为24.73%,载荷较高的包括果实纵径、横径、单果质量、果肉厚和心室数等与果实大小相关的性状,特征向量分别为0.610、0.959、0.906、0.602、0.669;负向较高的包括果顶性状、果形指数、果形、可溶性固形物含量和糖度等与品质相关的性状,特征向量分别为-0.535、-0.725、-0.707、-0.607、-0.589,说明第1主成分中果实大小与品质负相关。第2主成分特征值为2.185,载荷较高的包括成熟前果色、果实横切面形状、果面棱沟,特征向量为0.420、0.488、0.546;负向较高的是株高、成熟果色、果肉色,特征向量为-0.684、-0.525、-0.544。第3主成分特征值为2.159,载荷较高的有成熟前果色、可溶性固形物含量、糖度;负向较高的是叶片类型。第6主成分累积贡献率为63.6%,载荷较高的为反映果实风味特性的糖酸比及植株生长特性的首花节位等性状。

2.5 聚类分析

将22个表型性状进行聚类分析,结果(图1)表明,在欧氏距离为5处,130份试材聚为5个组群。

第1组包括14份材料,分为2个亚类,大多为各地优良番茄种质资源,其主要特征是叶片类型为普通型或复细叶型,成熟果色为红色或橘黄色,果形为扁圆或者圆形,单果质量为150～200 g,可溶性固形物含量为4%～5%,果实风味特性为酸甜或酸。这组材料可进一步筛选改良,为下一步创制新的种质资源奠定基础。

第2组包括44份材料,分为2个亚类,其主要特征是叶片类型为普通型,成熟果色多为红色,少数为黄色,果形为扁圆或圆形,果实相对较大,单果质量为120～190 g。

第3组包括42份材料,分为3个亚类,均为小果型番茄,包括自有材料和新引进材料。其主要特征是叶片类型多为普通型,少数为复细叶型,果形多为卵圆或高圆形,少数桃形或长梨形,果形指数相对较大,单果质量为40～60 g,心室数多为2个,可溶性固形物含量较高,果实风味特性为甜酸或甜。这组番茄果实较小、食用性较强,可作为培育口感型、高品质樱桃番茄品种的重要材料。

第4组包括29份材料,分为2个亚类,多为中型果,其主要特征是果形为扁圆或高圆,果顶性状为微凹或圆平,单果质量为70～130 g,可溶性固形物含量在5%左右。

第5组包括1份材料,其主要特征是大红果番茄,单果质量在240 g左右,可溶性固形物含量6%左右,糖酸比适中。该材料的综合表现较好,可用于下一步选育口感型优良番茄种质。

2.6 形态学性状综合评价

利用主成分分析的方法计算130份试材的综合得分(F),并进行种质资源的综合评价。结果(表7)表明,F值的变化范围为-1.46～1.86。综合得分排名前5的种质资源分别为BT064、BT036、BT039、BT066和BT067,其F值依次为1.86、1.20、0.92、0.80 和0.78,上述材料中BT036、BT039和BT067为笔者所在单位保存的自交系材料。

表7 综合得分

进一步分析F值与22个表型性状数据的相关性,结果(表8)表明,F值与13个性状数据达极显著相关水平。其中与果面棱沟、果实纵径、横径、单果质量和肉厚等反映果实大小的性状呈极显著正相关,而与叶片类型、果顶形状、果形、可溶性固形物含量等性状呈极显著负相关。

表8 综合得分与表型性状的相关系数

3 讨论与结论

130份试材的数量性状变异性分析结果显示,酸度在各表型性状中变异系数最大,糖酸比和单果质量次之,可溶性固形物含量和果实纵径的变异系数比较小。这一结果与芮文婧等[9]、赵云霞等[10]研究结果较为一致。

主成分和相关性分析结果均显示,果实大小与可溶性固形物、总糖含量等番茄的品质性状负相关,这一结果与前人研究结果[9-10]相似。另外,株高与果面棱沟、果实横切面形状呈负相关,即植株越高,果面棱沟越轻,果实横切面形状更趋于圆形,这一结果鲜有报道。可能是在番茄种质在长期种植驯化过程中,株高、与果形相关的果面棱沟、横切面形状等性状经过了定向选育。

各种质的综合得分值结果显示,得分较高的BT036、BT039和BT067等为笔者所在单位保存的自交系材料,得分较低的BT056、BT072和BT081等引进的番茄新品种,需要进一步改良、纯化才能加以利用。

本研究使用的130份番茄供试材料聚类结果未严格按照来源地进行聚类,来源于同一地区的番茄种质聚到了不同的组群,来源不同的种质,因遗传背景相似而聚到一组,这一结果可能与番茄种质资源存在交叉利用现象有关,前人的研究中也存在类似的研究结果[16]。聚类分析结果的研究有利于育种者挖掘亲本组合的潜力,进而用于指导亲本选择,例如选择第4类、第5类种质资源进行亲本组合,定向选育综合性状优良的中、大果型新品种;第3类可做为选育小果型番茄的重要种质资源;而第1、2类种质资源可进一步筛选、纯化,为下一步选育番茄新品种奠定基础。