69份大果番茄种质资源的遗传多样性和聚类分析.pdf

中国果菜 China Fruit 2 DezhouAgriculturalandRuralBureau ShandongProvince Dezhou253000 China Abstract In order to effectively utilize and develop the germplasm resources of large fruit tomatoes the genetic diversityandclusteringanalysisof25relatedphenotypictraits 14qualitativetraitsand11quantitativetraits were carriedoutbyusingthecollected69largefruittomatoesasresearchmaterials Theresultsshowedthatthehighest diversityindexamongthequalitytraitswassepalshape 1 33 thehighestquantitativetraitwasfruitlongitudinal diameter 2 03 andthelargestcoefficientofvariationwasthestalkwoodembolisize 46 32 Thetestedmaterials 收稿日期 2022 07 16 基金项目 楚雄州科技领军人才项目 第一作者简介 吕维梧 1988 女 助理研究员 本科 主要从事番茄育种研究工作 通信作者简介 木万福 1975 男 研究员 本科 主要从事蔬菜研究 示范和推广工作 张娟 1969 女 高级农艺师 本科 主要从事种植业技术指导 农民教育培训工作 番茄 Solanumlycopersicum 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150g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 06cm 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1070m 地势平坦 为酸 性沙土 有机质含量2 54g kg 全年干燥炎热 光照和热 量充足 年均降雨量558 801 2mm 蒸发量2636 3830mm 年均气温17 9 21 9 最高气温42 5 最 低气温1 年日照时数2179 4 2736h 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 40cm 行距60cm 常规田间管理 1 3 性状调查 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 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RSHColourChart色卡 果实横径 纵径 果柄洼大小用MNT 150游标卡尺测量 weredividedinto5groupsatEuclidedistance12 The6materialsofthethirdgroup respectively hadthelargestfruit withanaveragefruitweightof215 78g nogreenshoulder noclusterflowersandnomalformedfruit andshowedthe bestperformanceinthefield whichcouldbefurtherappliedinthebreedingandproductionoflargefruittomato Keywords Tomato geneticdiversity phenotypictrait clusteranalysis 性状 分组 1 2 3 4 绿肩 有 无 成熟果色 红色 粉色 黄色 紫色 熟性 极早 早 中 晚 生长习性 无限 有限 叶片状态 直立 水平 下垂 叶片类型 普通叶 薯叶型 复宽叶 复细叶 叶片形状 羽状复叶 二回羽状复叶 叶片颜色 黄绿 浅绿 绿 深绿 果面棱沟 无 轻 中 重 株型 蔓性 半蔓性 花柱长度 短于雌蕊 近等于雌蕊 长于雌蕊 簇生花 有 无 畸形果 有 无 萼片形状 平 微翘 微卷 卷曲 质量控制中国果菜 74 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 1 4 数据统计与分析 本实验采用多元统计法 用Excel2010进行试验数 据处理 用SPASS20 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 5 为一级 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 H PiInPi 1 式中 i为等级数 P i 是某形状第i个级别的材料占 总材料数的百分比 CV SD MN 100 2 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 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 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 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 210g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 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 质量性状 多样性 指数H 分布频率 1组 2组 3组 4组 绿肩 0 439 16 84 成熟果色 0 677 41 59 熟性 1 039 3 29 57 12 生长习性 0 414 14 5 85 5 叶片状态 1 080 25 40 35 叶片类型 0 772 2 9 0 36 2 60 9 叶片形状 0 386 13 87 叶片颜色 0 798 3 6 17 74 果面棱沟 1 028 58 25 13 3 株型 0 593 28 72 花柱长度 0 683 58 35 7 簇生花 0 563 25 75 畸形果 0 456 17 83 萼片形状 1 333 15 36 29 20 质量控制 吕维梧 等 69份大果番茄种质资源的遗传多样性和聚类分析 75 项目 株高 叶长 叶宽 首花节位 果实横径 果实纵径 果柄洼大小 果柄洼木栓化大小 果柄长度 单果质量 心室数 株高 1 0 461 0 509 0 098 0 196 0 112 0 213 0 015 0 136 0 093 0 129 叶长 1 0 827 0 329 0 184 0 213 0 016 0 312 0 098 0 047 0 032 叶宽 1 0 400 0 039 0 053 0 008 0 238 0 071 0 094 0 089 首花节位 1 0 199 0 025 0 149 0 203 0 079 0 146 0 064 果实横径 1 0 671 0 621 0 169 0 020 0 835 0 145 果实纵径 1 0 431 0 038 0 076 0 673 0 047 果柄洼大小 1 0 252 0 167 0 607 0 017 果柄洼木栓化大小 1 0 091 0 231 0 070 果柄长 1 0 060 0 014 单果质量 1 0 101 心室数 1 数量性状 最大值 最小值 均值 标准差 变异系数CV 多样性指数H 株高 cm 246 5 87 4 173 3 20 40 11 81 1 98 叶长 cm 24 9 8 9 15 07 2 85 18 91 2 01 叶宽 cm 14 1 4 5 7 943 1 46 18 38 2 00 首花节位 12 3 6 82 1 81 26 58 1 94 果实横径 mm 103 99 51 04 72 39 7 59 10 48 2 01 果实纵径 mm 82 31 34 65 58 14 5 06 8 69 2 05 果柄洼大小 mm 28 62 3 2 11 54 8 56 25 32 1 89 果柄洼木栓化大小 mm 19 06 0 89 7 26 3 37 46 32 1 99 果柄长度 mm 9 13 2 28 4 89 1 07 21 91 1 99 单果质量 g 240 56 90 56 157 85 29 74 18 84 2 03 心室数 9 2 4 48 1 14 25 52 1 49 中国果菜 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 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 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 注 表示在0 05水平上极显著相关 表示在0 01水平上极显著相关 质量控制76 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 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 09g 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 78g 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 质量控制 吕维梧 等 69份大果番茄种质资源的遗传多样性和聚类分析 图 1 番茄种质资源的聚类树状图 Fig 1 Cluster dendrobium of tomato germplasm resources 77 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 参考文献 1 叶玉龙 18份国外番茄种质资源主要性状研究 D 贵阳 贵州大学 2007 4 9 51 2 胡小荣 陶梅 周红立 等 番茄种质资源遗传多样性研究 进展 J 现代农业科技 2008 5 6 8 3 徐鹤林 李景富 中国番茄 M 北京 中国农业出版社 2007 17 34 4 龚亚菊 吴丽艳 黎志彬 等 大果番茄种植资源的遗传多 样性了聚类分析 J 西南农业学报 2013 26 6 2447 2450 5 RICKCM Germplasmresourcesinthewildtomatospecies J ActaHorticulture 1986 100 190 39 47 6 芮文静 张倩男 王晓敏 等 47份大果番茄种质资源的遗 传多样性 J 江苏农业科学 2017 4 12 92 95 7 杜永臣 番茄育种研究主要进展 C 全国蔬菜遗传育种学 术讨论会论文集 2002 154 163 8 王晓静 番茄种质资源品质性状遗传多样性研究 D 杨凌 西北农业大学 2010 68 74 9 张倩男 王晓敏 芮文婧 等 基于表型性状及抗病性标记 的番茄种质资源遗传多样性分析 J 西南农业学报 2018 31 1 14 21 10 邓红山 但忠 木万福 等 番茄种质资源主要生物学性状 观察与评价 J 热带农业科学 2016 36 6 50 53 11 袁东升 王晓敏 赵宇飞 等 100份番茄种质资源表型性状 的遗传多样性分析 J 西北农业学报 2019 28 4 594 601 12 张静 白瑞 贾莹等 番茄种质资源的多样性和聚类分析 J 中国瓜菜 2018 31 2 11 14 13 MARTYNOVSP GenealogicalanalysisofdiversityofRussian winter wheat cultivars Triticum aestivum L J Genetic ResourcesandCropEvolution 2006 53 379 386 14 李锡香 番茄种质资源描述规范和数据标准 M 北京 中国 农业出版社 2006 10 12 15 杜永臣 植物新品种特异性 一致性和稳定性测试指南番 茄 M 北京 中国农业出版社 2012 10 13 16 韩泽群 姜波 加工番茄品种多样性综合评价方法研究 J 中国农业科学 2014 47 2 357 365 17 李春华 尹桂芳 王艳清 等 云南苦荞种质资源主要性状 的遗传多样性分析 J 植物遗传资源学报 2016 17 6 993 1000 18 刘学斌 刘磊 闫喆 等 加工番茄核心种质构建及其遗传 背景分析 J 园艺学报 2015 42 7 1299 1312 19 陈宝玲 甘桂云 王先裕 等 126份番茄材料的抗性基因分 子标记检测 J 中国蔬菜 2016 6 34 41 20 朱明涛 孙亚玲 郑莎 等 分子标记辅助聚合番茄抗病基 因育种 J 园艺学报 2010 9 1416 1422 21 李云洲 番茄种质资源主要植物学性状的遗传多样性及相 关性 J 贵州农业科学 2019 47 2 68 74 22 刘佩君 166份番茄种质资源的综合评价 J 云南大学学报 自然科学版 2020 42 4 792 803 23 张紫薇 李景富 姜景杉 等 番茄果实性状的主要成分聚 类分析及综合评价 J 北方园艺 2018 11 1859 1869 24 巩雪峰 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