基于表型的櫻桃番茄種質(zhì)遺傳多樣性分析

史建磊 宰文珊 陳依凱 洪遠 王海龍

摘 ?要 ?為研究櫻桃番茄種質(zhì)的遺傳多樣性，科學評價種質(zhì)，以21份自交系為材料，對其12個表型性狀進行遺傳變異、主成分和聚類分析。結果表明：各性狀的變異系數(shù)為14.97%～216.48%，Shannon多樣性指數(shù)為0.66～1.34。選取累積貢獻率為76.619%的前4個主成分，所包含的9個表型性狀是種質(zhì)評價的主要指標，5份材料綜合表現(xiàn)優(yōu)良（F>0.8）。進一步系統(tǒng)聚類，在歐氏距離8～11之間將供試種質(zhì)分為四類，分別包含6、10、4和1份材料，可用于不同類型品種的選育。21份櫻桃番茄種質(zhì)具有較豐富的遺傳多樣性，為相關資源的利用及品種選育提供了參考。

關鍵詞 ?櫻桃番茄;表型性狀;聚類分析;遺傳多樣性

中圖分類號 ?S330 ?????文獻標識碼 ?A

Abstract ?In order to study the genetic diversity of cherry tomatoes and evaluate the germplasms scientifically， twelve phenotypic characters were analyzed by genetic variation， principal component and cluster analysis in 21 inbred lines. The results showed that the variation coefficient ranged from 14.97% to 216.48%， and the diversity indices ranged from 0.66 to 1.34 in different traits. Considering the first four principal components which had a cumulative contribution rate of 76.619%， five germplasms had excellent comprehensive performance （F>0.8） with 9 main phenotypic indices for germplasm evaluation. By further systematic cluster analysis， the germplasms were classified into 4 clusters between 8 and 11 in euclidean distance， including 6， 10， 4 and 1 germplasms respectively， which could be used to breed different varieties. In brief， 21 cherry tomato germplasms had rich genetic diversity， which would provide a reference for the resource utilization and variety breeding.

Keywords ?cherry tomato; phenotypic trait; cluster analysis; genetic diversity

DOI ?10.3969/j.issn.1000-2561.2019.06.009

番茄（Solanum lycopersicum Mill.）為一年或多年生草本植物，原產(chǎn)南美洲厄瓜多爾至智利北部的安第斯山脈西麓太平洋沿岸，是世界重要園藝和經(jīng)濟作物。櫻桃番茄（Solanum lycopersicum Mill. var. cerasiforme Alef.）是番茄的一個變種，又名小西紅柿、圣女果，是一種水果型蔬菜，目前設施栽培廣泛，深受消費者喜愛[1]。遺傳多樣性是作物品種改良及選育的基礎，但櫻桃番茄屬自花授粉作物，經(jīng)歷了長期的育種實踐，遺傳背景較為狹窄。因此，櫻桃番茄種質(zhì)研究與利用意義重大。

表型是基因型與環(huán)境共同作用的結果，與分子標記相比，具有經(jīng)濟、直觀等優(yōu)點，是種質(zhì)鑒定評價等研究最基本的方法和最直接的途徑[2]。近年來，分子標記技術已用于櫻桃番茄種質(zhì)研究[3-4]，表型性狀遺傳多樣性研究在葉用芥菜[5]、辣椒[6]、黃瓜[7]、苦瓜[8]、胡蘿卜[9]、番茄[10-11]、蘿卜[12]、甜瓜[13]等作物上也多見報道，但針對櫻桃番茄、特別是應用多元統(tǒng)計法的相關研究較少。李軍等[14]對49個櫻桃番茄品種進行遺傳多樣性分析，發(fā)現(xiàn)果實外觀、果穗性狀表現(xiàn)出不同程度的多樣性，其中6對性狀之間呈顯著正相關，8對性狀呈顯著負相關。

本研究以21份櫻桃番茄自交系為材料，通過對12個表型性狀的變異分析、主成分分析和聚類分析，研究其遺傳多樣性，以期為櫻桃番茄核心種質(zhì)篩選、利用及品種選育提供依據(jù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

供試的21份櫻桃番茄種質(zhì)，由溫州市農(nóng)業(yè)科學研究院茄果類蔬菜課題組收集整理，經(jīng)多年（6～13代）提純復壯、分離純化而來，現(xiàn)已基本純合穩(wěn)定（表1）。

1.2 ?方法

各種質(zhì)于2018年2月22日播種于32孔穴盤中，3月25日定植于溫州市種子種苗科技園塑料大棚，雙行栽植，株行距為40 cm×80 cm，每份種質(zhì)定植20株，常規(guī)田間管理。

按照《番茄種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》[15]進行始花節(jié)、花序間隔葉、節(jié)間長、成熟果色、果面棱溝、商品果縱徑、商品果橫徑、果形、果梗洼大小、單果重、心室數(shù)、可溶性固形物等12個性狀的調(diào)查和數(shù)據(jù)采集。用直尺和游標卡尺測量長度，電子天平進行稱重，折光儀測定可溶性固形物含量。

1.3 ?數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013軟件進行數(shù)據(jù)的基本處理與相關計算。Shannon多樣性指數(shù)H′=–∑PilnPi（Pi表示某性狀第i級樣品頻率）。數(shù)據(jù)采用離差標準化，用SPSS 16.0軟件進行方差、主成分和聚類分析，用組間連接（類間平均距離）和歐氏距離繪制聚類圖。

2 ?結果與分析

2.1 ?不同表型性狀變異分析

對21份櫻桃番茄種質(zhì)的12個表型性狀進行方差分析，并基于LSD法進行多重比較，結果見表2。除成熟果色、果面棱溝、心室數(shù)等少數(shù)性狀外，所用材料表型差異明顯，達到了顯著或極顯著水平。

由表3可知，不同種質(zhì)在各表型性狀上存在較大差異，變異系數(shù)為14.97%～216.48%，表現(xiàn)出豐富的遺傳多樣性。變異系數(shù)由大到小依次為：果面棱溝>果梗洼大小>成熟果色>花序間隔葉>始花節(jié)>單果重>節(jié)間長>心室數(shù)>商品果縱徑>果形>商品果橫徑>可溶性固形物，果面棱溝和果梗洼大小分別達216.48%和53.85%，果形、商品果橫徑和可溶性固形物均小于20%。各性狀多樣性指數(shù)為0.66～1.34，始花節(jié)和果梗洼大小較大，成熟果色、心室數(shù)和果面棱溝均小于1。說明21份櫻桃番茄種質(zhì)表型差異明顯，絕大多數(shù)性狀具有較大的選擇潛力。

2.2 ?不同表型性狀主成分分析

通過對櫻桃番茄種質(zhì)12個表型性狀的計算，得到了其因子載荷矩陣，提取特征值大于1的前4個主成分，累計貢獻率達到了76.619%。由表4

可知，第1主成分特征值為4.074，貢獻率為33.952%，果形、果梗洼大小、商品果橫徑、商品果縱徑、始花節(jié)和果面棱溝是主要指標，特征向量分別為0.916、–0.876、–0.845、0.646、0.645和0.517。第2主成分特征值為2.342，貢獻率為19.517%，單果重、成熟果色、心室數(shù)和始花節(jié)是主要指標，特征向量分別為0.698、0.614、0.569和0.564。第3主成分特征值為1.548，貢獻率為12.901%，可溶性固形物和果面棱溝是主要指標，特征向量分別為–0.668和0.522。第4主成分特征值為1.230，貢獻率為10.248%，花序間隔葉、節(jié)間長和心室數(shù)是主要指標，特征向量分別為–0.738、0.577和0.505。前4個主成分主要包括果形、果梗洼大小、商品果橫徑、花序間隔葉、單果重、可溶性固形物、商品果縱徑、始花節(jié)、成熟果色等9個性狀，可作種質(zhì)評價的主要指標，且要注意果梗洼大小、可溶性固形物和花序間隔葉的影響。

綜上，第1～4主成分基本保留了所有指標信息，用4個變量Y1～Y4代替原來的12個指標，得出線性組合（其中x1～x12均為標準化后的變量）：Y=∑cx（c：特征向量，x：性狀值）。同時，以各貢獻率作權重，構建綜合評價模型：F=0.33952Y1+0.19517Y2+0.12901Y3+0.10248Y4，應用該模型計算不同種質(zhì)的綜合評價值F。由表5可知，139、100、52、152、57等5份材料綜合表現(xiàn)優(yōu)良（F>0.8）。

2.3 ?不同種質(zhì)表型聚類分析

在歐氏距離8～11之間，可將21份櫻桃番茄種質(zhì)聚為四類（圖1）。第Ⅰ類包含6份種質(zhì)，主要表現(xiàn)為始花節(jié)位低、節(jié)間長，成熟果橘黃色、果肩部光滑無棱、果形高圓、單果重較小，可用于早熟、黃果品種選育;第Ⅱ類包含10份種質(zhì)，占了聚類材料的47.6%，主要表現(xiàn)為成熟果紅到深紅、果肩部光滑、橫徑小、果形高圓、單果重小、可溶性固形物含量較高，可用于紅色小果型品種選育;第Ⅲ類包含4份種質(zhì)，主要表現(xiàn)為節(jié)間短，成熟果粉紅色、果肩部有少數(shù)小淺棱、果形高圓、單果重較大、多心室，可用于粉果品種選育;第Ⅳ類僅含編號40這一份種

3 ?討論

運用科學的研究方法對作物種質(zhì)進行表型遺傳多樣性分析，可為優(yōu)異基因發(fā)掘和資源利用提供有利信息。本研究對21份櫻桃番茄種質(zhì)的12個表型性狀進行了遺傳變異、主成分和聚類分析，發(fā)現(xiàn)不同種質(zhì)差異明顯，具有豐富的遺傳多樣性。結果可為育種中核心種質(zhì)篩選、親本選配、雜種優(yōu)勢利用及品種改良提供重要參考。

3.1 ?21份櫻桃番茄的遺傳多樣性

方差分析發(fā)現(xiàn)21份櫻桃番茄種質(zhì)的絕大多數(shù)表型性狀差異顯著或極顯著。變異系數(shù)是遺傳變異潛力大小的標志，表示群體中直接選 ?擇的范圍。對21份櫻桃番茄種質(zhì)的12個表 ??型性狀分析發(fā)現(xiàn)，變異系數(shù)最大達216.48%，最小為14.97%，平均42.09%，大于李軍等[14]的研究結果，說明所用種質(zhì)表型差異明顯，具有豐富的遺傳多樣性。各性狀多樣性指數(shù)為0.66～1.34，但與變異系數(shù)所揭示的遺傳多樣性并非完全一致，如果面棱溝的變異系數(shù)達216.48%，但多樣性指數(shù)僅0.85，可能與取值及兩者所反映變異的角度不同有關[9]。絕大多數(shù)表型性狀具有較大的選擇潛力，可根據(jù)育種目標進行充分配組。

3.2 ?12個表型性狀的主成分構成

將主成分分析用于種質(zhì)評價與篩選，既能把握綜合性狀表現(xiàn)，又能簡化程序、提高效率。將櫻桃番茄的12個表型性狀綜合為4個主成分，原性狀簡化為9個，反映了76.619%的信息量，主要涉及果實產(chǎn)量和外觀特征兩大因子，同時揭示了各性狀間的相互關系。在品種選育過程中，應根據(jù)育種目標，適當調(diào)整各主成分大小，且要注意果梗洼大小和花序間隔葉的影響。果肩部越光滑無棱，果實可溶性固形物含量是否越高，有待進一步驗證[10]。通過計算綜合評價值F，獲得5份綜合性狀優(yōu)良的材料（F>0.8）。

3.3 ?21份櫻桃番茄的遺傳聚類

聚類分析可探究不同種質(zhì)的起源、分布及親緣關系，根據(jù)遺傳距離進行雜種優(yōu)勢預測，在一定程度上減少雜交配組的盲目性[5]。本研究將21份櫻桃番茄種質(zhì)聚為四類，第Ⅰ類包含6份材料，可用于早熟、黃果品種選育;第Ⅱ類包含10份材料，可用于紅色小果型品種選育;第Ⅲ類包含4份材料，可用于粉果品種選育;第Ⅳ類僅含1份材料，可用于紅果高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)育種。經(jīng)主成分分析篩選的5份優(yōu)良種質(zhì)除52外均聚在第Ⅱ類。這些種質(zhì)表型差異較大，是豐富櫻桃番茄種質(zhì)和雜種優(yōu)勢利用的良好材料。

表型性狀是田間育種工作最為直接的評價指標，實踐中應針對不同育種目標選擇具有代表性和穩(wěn)定性的性狀。表型性狀的遺傳變異、主成分和聚類分析，為在育種中合理利用雜種優(yōu)勢及品種改良提供了科學依據(jù)。但表型性狀易受環(huán)境影響，具有復雜和不穩(wěn)定的特點，同時，鑒于本研究在種質(zhì)材料和性狀指標選擇上的局限性，需進一步結合分子標記輔助手段，增強種質(zhì)評價的準確性。

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