15份番茄种质资源在新疆适应性综合评价

马 越，李玉姗，赵连佳，郭雅文，宋 羽，许红军

(1.新疆农业大学园艺学院，乌鲁木齐 835000；2.新疆农业科学院农作物品种资源研究所，乌鲁木齐 830052)

0 引 言

【研究意义】对番茄品种的遗传改良和选育仍然首要目标[1]。种质资源对作物高产优质改良和研发的成败起到关键的作用，而不同生态区域间种质资源特性也存在巨大差异[2]。新疆独特的自然条件及灌溉措施为番茄大面积种植提供了有利条件[3]。研究番茄种质资源外观性状及内在品质性状在不同生态区的表现，对于鉴定特异种质资源、确定优良亲本、提高育种效率，选育出符合育种目标的新品种具有重要意义[4,5]。【前人研究进展】目前番茄种质资源的鉴定评价主要从形态学[6]、分子标记[7]、同工酶[8]和花粉学[9]共4个水平进行，其中形态学标记方法是遗传多样性研究最常用的方法[9]。芮文婧等[10]对47份大果番茄种质资源表型性状进行了遗传多样性分析。袁东升等[11]研究认番茄不同性状在不同材料之间表现出不同程度的多样性。刘巩君等[12]采用相关性分析、主成分分析、聚类分析和综合评价，筛选出优良的种质资源。李国花等[13]利用模糊隶属函数法，筛选出2份抗病性较高、综合抗性较好的番茄种质资源。郑福顺等[14]采用相关性分析、主成分分析、聚类分析进行遗传多样性分析等，基于表型性状构建了宁夏番茄种质资源核心种质，并对其进行代表性评价。刘希艳等[2]利用表型性状和分子标记方法将加工番茄聚为2类。Suliman等[15]采用SSR标记技术对番茄种质资源进行品种鉴别和遗传多态性方面的研究。【本研究切入点】目前，不管是从表型性状还是分子水平，有关我国番茄品种主要农艺性状在新疆的表现及其与产量的关系鲜见报道。收集番茄种质资源并对其鉴定评价和分类利于育种家对种质资源的高效利用。【拟解决的关键问题】引进番茄种质资源15份，运用多元统计分析方法(主成分分析、相关性分析及聚类分析)对番茄种质性状之间的相关信息进行归纳、综合和简化，分析引进的番茄种质资源农艺性状及内在品质性状在新疆的表现及性状间的相互关系，为新疆番茄新品种选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验共15份番茄种质资源，所有材料均由新疆农业科学院农作物品种资源研究所提供。表1

表1 供试品种名称及来源Table 1 Names and Sources of Varieties for Testing

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验在新疆农业科学院综合试验场试验点进行，2020年4月1日播种进行穴盘育苗，5月9日分苗，5月11日定植于大田。小区面积1.0×5=5.0 (m2)。采用随机区组设计，以每个番茄品种为1个处理，每个处理种植20株，株行距35 cm×50 cm，试验区周围设保护行，植株3～4片真叶展开，可移栽定植。苗高30～40 cm时，可第1次绑蔓，其他栽培管理同常规。在番茄不同生长发育时期，测定番茄植株的生物学性状。8月2日进行始收期采收，8月22日进行末收期采收，收获后留取果实调查果实数量性状及产量计算。

1.2.2 测定指标

在番茄不同生长时期调查各生物学性状，每个处理随机选取10株调查，调查的主要性状包括：株高(X1)、茎粗(X2)、叶片数(X3)、SPAD叶绿素(X4)、单果重(X5)、萼片数(X6)、果柄长(X7)、果梗洼大小(X8)、果洼处木栓化大小(X9)、裂口长度(X10)、纵径(X11)、横径(X12)、果肉厚度(X13)、心室数(X14)、可溶性固形物含量(X15)、成熟果色(X16)、首花序节位(X17)、第2花序节位(X18)、单花序花数(X19)、花序类型(X20)、叶长(X21)、叶宽(X22)、单株产量(X23)、畸形果数(X24)、单株果数(X25)、果面棱沟(X26)、果面茸毛(X27)、果顶形状(X28)、果皮色(X29)、果实横切面形状(X30)、果肉色(X31)。

1.3 数据处理

数据整理汇总后，采用Microsoft Office Excel 2016进行数据计算和分析作图，采用SPSS20.0软件进行主成分分析、相关性分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 不同番茄品种间主要性状差异

研究表明，31个性状的变异系数范围在3.7%～130.4%，变异较为丰富。变异系数达50%以上的有：裂口长度(81.6%)、花序类型(68.1%)、畸形果数(130.4%)、单株果数(67.3%)、果面棱沟(66.0%)、果面茸毛(56.5%)和果实横切面形状(55.6%)，株高的极差值达113.7 cm，无限生长和有限生长类型的番茄株高差异较大，品种间主要性状有较丰富的变异，为优异种质资源筛选利用提供物质基础。SPAD值和首花序节位变异系数最低，分别为3.7%和8.5%，其遗传特性较为稳定，改良空间不大。表2

表2 番茄主要数量性状表现值Table 2 The performance values of the main quantitative traits of tomato

2.2 不同番茄品种间主要农艺性状的相关性

研究表明，单果重与茎粗、萼片数、果梗洼大小、果洼处木栓化大小、裂口长度、纵径、横径、果肉厚度、心室数、叶长、叶宽、果面茸毛呈显著或极显著正相关，在极显著正相关关系中，单果重与横径的相关系数最高，为0.92，与可溶性固形物含量、单花序花数、花序类型、畸形果数、单株果数呈显著负相关，与单株果数的相关系数最高，为0.90，大果型番茄可溶性固形物含量相对较低、结果数较少。单株产量与成熟果色、果梗洼大小、果洼处木栓化大小呈显著正相关，与果梗洼处木质化大小的相关系数最高，为0.58，而与可溶性固形物含量呈显著负相关，与可溶性固形物含量的相关系数最高，为0.62。单株果数与叶片数、SPAD值、可溶性固形物含量、第2花序节位、单花序花数、畸形果数呈显著正相关，而与株高、茎粗、单果重、萼片数、果梗洼大小、果洼处木栓化大小、纵径、横径、果肉厚度、心室数、可溶性固形物含量呈显著负相关。番茄欲获得高产，需要协调好单株果数与单果重之间的平衡，适当降低畸形果数的数量。表3

2.3 主成分贡献率

研究表明，各主成分贡献率分别为25.9%、20.1%、12.5%、12.3%、9.8%和7.3%。根据因子得分系数矩阵对不同番茄品种进行得分值排名。得分值越高，该变量与该主成分的相关性越高。主成分1的特征值最大，为14.4，特征向量中载荷较高的因子有单果重、纵径、叶长、叶宽和单株果数，其特征向量分别为0.84、0.90、0.89、0.85和-0.72，品种性状表现主要为叶长和叶宽较大、单果重较重，但单株果数较少，代表品种有黔园、粉红和早粉2号。主成分2的特征值为4.4，特征向量中载荷绝对值较高的主要性状有叶片数、单花序花数和果皮色，特征向量分别为0.77、0.75、-0.79，主要表现为叶片数和单株序花数较大，代表品种有粉红、粉红甜肉、香妃3号。主成分3的特征值为3，特征向量中载荷绝对值较高的主要性状有心室数、果面茸毛，特征向量分别为0.78、0.84，主要反映番茄外观品质，表现为心室多、果面茸毛较多，代表品种有高比斯海尔舍木、健康红、香妃3号。主成分4的特征值为2.1，特征向量中载荷绝对值较高的主要性状有成熟果色和首花序节位，特征向量分别为0.84、-0.84，主要表现为粉红色的基色，代表品种有高比斯海尔舍木、华南东粉、北京10号。主成分5的特征值为1.9，特征向量中载荷绝对值较高的主要性状有裂口长度和第二花序节位，特征向量分别为0.80、0.66，主要表现为裂口长度较大和第二花序节位较低，代表品种有粉红、矮性花红、香妃3号。主成分6的特征值为1.5，特征向量中载荷绝对值较高的主要性状有单株产量和果实横切面形状，特征向量分别为0.55、-0.90，主要表现为产量高和果实横切面形状多为圆形，代表品种有粉红、保加利亚4号、高比斯海尔舍木。表4,表5

表4 主分量性状的特征值、贡献率、累积贡献率Table 4 Characteristic Values, contribution rate cumulative proportion of the principal components

续表4 主分量性状的特征值、贡献率、累积贡献率Table 4 Characteristic Values, contribution rate cumulative proportion of the principal components

表5 各主成分中排名前3的代表性材料及其主成分得分值Table 5 Representative materials and their principal component scores of top-3 in each principal

2.4 农艺性状聚类

研究表明，第I类群包括7个品种，该类群株高较矮，心室多，单株产量较高。第II类群包括6个品种，该品种株高适中，茎秆粗壮，单果重大，横径和纵径大，叶长和叶宽较大、单株产量高，该类型品种整体表现较好；第III类群包括2个品种(丽妃2号和香妃3号)，该类群单株产量和单果重较低，株高较大、叶片数多，果梗洼小，可溶性固形物含量高，没有果面棱沟、果面茸毛和裂口，该类型品种外观品质较好。表6，图1

表6 参试品种资源各类群的性状特征Table 6 Characteristics of each cluster

图1 参试番茄品种聚类结果Fig.1 Cluster result of tested tomato varieties

3 讨 论

目前，尽管各种分子标记和同工酶标记已广泛的应用于各种植物种质资源的分类和鉴定，克服了表型性状选择的不稳定性，同时缩短了育种周期，但是种质资源研究最基础的方法和途径是对农艺性状的鉴定和描述，因为该方法具有简单、直观和易于操作等优点[5,8,14]。表型性状是遗传多样性和环境因素共同作用的结果，即使同一作物同一表型性状在不同生态区也会有所差异，所以有必要在不同生态区对种质资源进行鉴定和分类[9,12]。在研究中，31个表型性状的变异系数达3.7%～130.4%，变异较为丰富，这以后番茄的常规育种及杂交优异亲本的选择提供了物质基础。畸形果数的变异系数最大(130.4%)，其次是裂口长度(81.6%)，花序类型(68.1%)、单株果数(67.3%)，这几个性状具有一定的改良空间，这与袁东升[11]、芮文婧[10]和李春桥[16]等的研究结果有所不同，可能是当地气候和资源来源综合作用的结果，覆膜滴灌栽培技术使水大部分集中在耕层20 cm处，加之当地番茄坐果期气温较高，容易在冠层下部形成高湿高温的微环境，造成病害严重，使得畸形果数增加。不同来源的番茄品种在新疆畸形果数和裂口长度上存在较大差异，在覆膜滴灌栽培中应选用抗病性好的的番茄品种。

刘珮君[12]、吴丽艳[17]等研究表明，单果重与果梗洼大小、果洼处木栓化大小、纵径、横径呈显著正相关，研究结果与其一致，但与芮文婧等[10]的研究略有不同，这可能与品种特性及在不同生态区测定的有关，因为部分表型性状对栽培环境和自然条件较为敏感。在研究中，单株果数与叶片数、SPAD、可溶性固形物含量、第2花序节位、单花序花数呈显著正相关，而与株高、茎粗、单果重呈显著负相关。番茄欲获得高产，需要控制株高及茎粗，协调好单株果数与单果重之间的平衡、降低畸形果数的数量，提高番茄产量。果梗洼大小、果洼处木栓化大小、纵径、横径可作为高产番茄选育过程中辅助选择的农艺性状因子。

在研究中，所调查的番茄表型变量之间存在较强的相关关系，而无法直接利用数学模型对番茄种质资源进行评价，因为这将会使模型变的很复杂，而且还会带来多重共线性等问题。主成分分析将众多的初始变量整合成少数几个相互无关的主成分变量，尽可能的包含了初始变量的全部信息，然后用这些新的变量来代替以前的变量进行分析。大量科研工作者运用主成分分析将供试番茄品种进行分类和鉴定[10-13]。研究利用主成分分析将31个表型性状数据进行标准化处理后共提取6个主成分，总贡献率达到87.9%，能比较全面地反映番茄遗传差异信息。果实纵横径、单株果数、成熟果色、单花序花数、叶长、叶宽表型性状指标是评价番茄表型遗传多样性的重要指标，这与芮文婧等[10]的研究结果一致。根据得分值的不同将供试品种进行排序，可以清楚品种较为明显的表型特征。例如，黔园、粉红和早粉2号品种性状表现出叶长和叶宽较大、单果重较重，但单株果数较少的特性；粉红、粉红甜肉、香妃3号则表现出较大的茎粗，茎粗较粗在作物抗倒伏中起到重要作用。所以，育种工作者可根据不同的育种目标选择不同特性的品种，从而减少了工作量。

对15份番茄种质资源的31个性状进行聚类分析，在欧氏距离为5时将供试品种分为3个类群。第I类群包括7个品种，主要特征是株高较矮，心室多，单株产量较高，这类种质资源可以用来选育大果型的番茄，可适当增加密度。第II类群包括6个品种，该品种株高适中，茎秆粗壮，单果重大和单株产量高，横径和纵径大，叶长和叶宽较大，该类型材料可以用来选育高产的番茄，由于叶片长和宽较大，在定植时要注意控制密度。第III类群包括2个品种，该类群单株产量和单果重较低，株高较大、叶片数多，果梗洼小，可溶性固形物含量高，没有果面棱沟、果面茸毛和裂口，该类型品种品质较好，在品质育种过程中可以加以考虑，但是株高较大，易倒伏。

4 结 论

研究中的15份番茄31个表型性状的变异系数在3.7%～130.4%，变异程度较大，种质资源遗传多样性丰富，为以后番茄的常规育种及杂交优异亲本的选择提供了物质基础。在各性状相关性分析中，单果重与果实纵径横径呈正相关，单果重与横径的相关系数最高，为0.92，果实纵横经越大，说明果实越大，单个果实越重；单果重与单株果数呈负相关，相关系数最高为0.90，植株单株果实越多，单个果实重量越小。通过聚类分析，在欧氏距离为5时将15份供试品种分为3个类群。第I类群包括7个大中果型番茄品种，该类群株高较矮，心室多，单株产量较高达1.7 kg。第II类群包括6个大中果型番茄品种，该品种株高适中，茎秆粗壮，果实横径和纵径大，单个果实重量较高，达200 g，叶片宽大、单株产量高达1.8 kg，该类型品种整体表现较好；第III类群包括2个樱桃番茄品种(丽妃2号和香妃3号)，该类群单株产量和单果重较低，株高较大、叶片数多，果梗洼小，无果面棱沟、果面茸毛和裂口，可溶性固形物含量高，该类型品种外观品质和营养风味品质较好。根据不同的生产目标选用不同类型的品种，如选用大果型综合表现好的品种，可选用第Ⅱ类群番茄品种；如需要品质口感较好的樱桃番茄，可选用第Ⅲ类群品质较好的樱桃番茄品种。育种家根据不同的育种目标选择不同类群性状互补的品种进行杂交，在进行番茄高产育种中，需协调好单株果数与单果重之间的平衡。