鄭福順，王曉敏,2,3,4*，李國花，李洪磊，周鵬澤，王林，白圣懿，劉珮君，張雪艷,2,4*，胡新華，付金軍，高艷明,2,3,4，李建設(shè),2,3,4

（1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，銀川750021；2.寧夏現(xiàn)代設(shè)施園藝工程技術(shù)研究中心，銀川750021；3.寧夏優(yōu)勢(shì)特色作物現(xiàn)代分子育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，銀川750021；4.寧夏設(shè)施園藝技術(shù)創(chuàng)新中心（寧夏大學(xué)），銀川750021；5.寧夏巨豐種苗有限責(zé)任公司，銀川750021）

番茄（Solanum lycopersicum）是一年生或多年生草本植物，原產(chǎn)于南美洲，在我國南北方被廣泛栽培[1]。番茄作為一種世界范圍內(nèi)廣泛種植的經(jīng)濟(jì)作物之一，具有重要的經(jīng)濟(jì)和科研價(jià)值。對(duì)番茄品種的改良和新品種的選育是當(dāng)前科研工作者的首要目標(biāo)[2]。種質(zhì)資源作為作物遺傳改良的基礎(chǔ)，對(duì)于研發(fā)和改良新品種發(fā)揮著重要的作用。近年來，我國累計(jì)更新農(nóng)作物種質(zhì)資源430 925 份[3]。番茄作為寧夏地區(qū)的主要經(jīng)濟(jì)作物之一，種質(zhì)資源數(shù)量多，對(duì)其優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源的發(fā)掘、利用和保存是育種工作者亟須解決的問題。

“核心種質(zhì)”的概念最早由FRANKEL[4]于1984年提出，即以最小的資源份數(shù)來最大限度地代表該物種的遺傳多樣性。這為解決龐大種質(zhì)資源的研究與利用開辟了新途徑，已在很多植物資源中被廣泛地應(yīng)用，如近年來對(duì)菜豆[5]、水稻[6]、花生[7]、玉米[8]等作物的核心種質(zhì)構(gòu)建。此外，焦禹順等[9]對(duì)45份螺絲椒的20個(gè)表型性狀進(jìn)行遺傳多樣性分析，并采用最小距離逐步取樣法（least distance stepwise sampling,LDSS），根據(jù)不同的抽樣比例成功構(gòu)建了螺絲椒候選專項(xiàng)核心種質(zhì)，為辣椒育種提供了更多元化的選擇。瞿海鷗等[10]對(duì)65 份番茄‘傳家寶’資源進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)化分析，成功構(gòu)建了15份核心種質(zhì)并對(duì)其表型性狀進(jìn)行了遺傳多樣性分析。鄧學(xué)斌等[11]采用5種不同的方法（Mstrat、Random、REMC、SBS 和SFS），分別利用表型和基因型數(shù)據(jù)成功構(gòu)建出3 026份加工番茄的核心種質(zhì)，通過對(duì)其代表性進(jìn)行評(píng)價(jià)，最終確定了最佳的核心種質(zhì)，為構(gòu)建核心種質(zhì)提供了方法參考。CORRADO等[12]利用意大利地方番茄品種，采用3 種抽樣方法和6 種抽樣比例構(gòu)建核心種質(zhì)的結(jié)果表明，最佳抽樣比例在15%～25%之間時(shí)可保證廣泛的等位基因覆蓋和減少冗余，為意大利地方番茄品種的保護(hù)和在遺傳育種中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。而與其他作物相比，對(duì)番茄核心種質(zhì)的構(gòu)建研究仍較少。本研究通過對(duì)前期收集的具有代表性的480份番茄種質(zhì)資源的20個(gè)表型性狀在寧夏地區(qū)進(jìn)行田間調(diào)查，然后基于表型數(shù)據(jù)進(jìn)行遺傳多樣性分析和核心種質(zhì)的構(gòu)建，并對(duì)其代表性進(jìn)行評(píng)價(jià)，最終確定核心種質(zhì)，旨在為寧夏地區(qū)番茄種質(zhì)資源的保存、改良和新品種選育提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

從寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院蔬菜課題組和寧夏巨豐種苗有限責(zé)任公司共同收集的2 000余份番茄種質(zhì)資源中，選擇具有代表性的480份番茄種質(zhì)資源，依次編號(hào)為Z001～Z480（附表1，http://www.zjujournals.com/agr/CN/10.3785/j.issn.1008-9209.2020.08.141）；并以櫻桃番茄CK1（千禧）和CK2（豐收128）作為對(duì)照。

1.2 試驗(yàn)儀器

K70 電子秤、MST-150T 數(shù)顯卡尺、GY-4 數(shù)字式果實(shí)硬度計(jì)、TD-45手持?jǐn)?shù)顯糖度計(jì)等。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2019年4月，在寧夏大學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)育苗溫室內(nèi)，將每份供試的番茄種質(zhì)資源播種在72 孔穴盤中進(jìn)行基質(zhì)育苗。5 月中旬，選取大小一致的幼苗定植于寧夏大學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)番茄育種基地內(nèi)，采用半高壟雙行方式露地栽培，壟高20 cm，畦寬70 cm，株距40 cm；土壤類型為壤土，肥力中等；采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)和常規(guī)田間管理。

1.4 性狀調(diào)查

依照《番茄種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[13]，主要選擇與番茄葉片、花和果實(shí)相關(guān)的20個(gè)表型性狀，包括12 個(gè)數(shù)量性狀（首花序節(jié)位、單花序果數(shù)、商品果縱徑、商品果橫徑、果梗洼大小、果梗洼木栓化大小、單果質(zhì)量、硬度、可溶性固形物含量、果肉厚、心室數(shù)、畸形果率等）和8 個(gè)質(zhì)量性狀（花序類型、成熟果色、葉色、綠肩、生長勢(shì)、葉片著生狀態(tài)、裂果性、坐果性等）。

1.5 遺傳多樣性分析

遺傳多樣性指數(shù)H′=－∑（Pi）（lnPi），式中Pi為某性狀的第i個(gè)級(jí)別的材料數(shù)占總材料數(shù)的百分比。參照芮文婧等[14]的方法，基于平均值和標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)所有材料的每個(gè)性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行等級(jí)劃分，每0.5σ（標(biāo)準(zhǔn)差）為一級(jí)，共10級(jí)。

1.6 核心種質(zhì)的構(gòu)建

利用QGA Station 2.0軟件，采用歐氏距離計(jì)算遺傳距離，利用不加權(quán)類平均法（unweighted pair-group method with arithmetic means, UPGMA）進(jìn)行聚類，并分別選用隨機(jī)取樣法、優(yōu)先取樣法和偏離度取樣法進(jìn)行取樣，取樣比例為10%，以構(gòu)建核心種質(zhì)。

1.7 核心種質(zhì)代表性評(píng)價(jià)

參考鄧學(xué)斌等[11]的方法，構(gòu)建的核心種質(zhì)須同時(shí)符合2個(gè)條件：1）均值同原始種質(zhì)資源群體存在顯著差異（α=0.05）的性狀占全部性狀的百分?jǐn)?shù)小于或等于20%；2）核心種質(zhì)和原始種質(zhì)資源群體的極差符合率不低于80%。利用極差符合率、變異系數(shù)變化率、均值差異百分率、方差差異百分率對(duì)核心種質(zhì)的代表性進(jìn)行評(píng)價(jià)。利用均值t檢驗(yàn)對(duì)原群體和核心種質(zhì)表型性狀均值間是否有顯著性差異進(jìn)行檢驗(yàn)，利用方差F檢驗(yàn)分析兩者表型性狀變異的同質(zhì)性。

1.8 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2010整理數(shù)據(jù)，用SPSS 20.0進(jìn)行相關(guān)性分析和主成分分析，用MEGA 5.0進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 表型性狀遺傳多樣性分析

2.1.1 質(zhì)量性狀遺傳多樣性分析

480 份番茄試驗(yàn)材料的8 個(gè)表型質(zhì)量性狀遺傳多樣性見表1：8個(gè)質(zhì)量性狀共計(jì)27個(gè)變異類型，各性狀變異類型的分布頻率不同。其中：遺傳多樣性指數(shù)（H′）在0.43～1.81 之間，H′超過1 的為花序類型、生長勢(shì)和坐果性。裂果性性狀的遺傳多樣性指數(shù)（H′）最小，為0.43，以無裂果為主，占84.79%?；ㄐ蝾愋偷倪z傳多樣性指數(shù)（H′）最大，為1.81，以雙歧花序?yàn)橹鳎?4.79%。成熟果色的遺傳多樣性指數(shù)（H′）為1.00，變異類型較為豐富，以紅色為主，占總調(diào)查材料的59.79%；黃色較少，僅占總調(diào)查材料的0.21%。葉色以淺綠和綠為主，分別占供試材料的51.67%和47.29%。葉片著生狀態(tài)的主要變異類型為水平和下垂，分布頻率分別為53.33%和46.67%。對(duì)于綠肩性狀，以無綠肩為主，占83.96%，僅有77份供試材料有綠肩。生長勢(shì)遺傳多樣性指數(shù)（H′）為1.03，以較強(qiáng)和強(qiáng)為主，占40.42%和48.75%。坐果性的遺傳多樣性指數(shù)（H′）為1.14，較弱的占42.50%，強(qiáng)的占7.08%，后者僅有34份材料。

2.1.2 數(shù)量性狀遺傳多樣性分析

480 份番茄試驗(yàn)材料的表型數(shù)量性狀如表2 所示。變異系數(shù)在12.36%～374.51%之間，其中：可溶性固形物含量的變異系數(shù)最小，為12.36%；畸形果率的最大，為374.51%。遺傳多樣性指數(shù)（H′）在0.40～2.07之間，其中：畸形果率的H′最小，為0.40；硬度的H′最大，為2.07。根據(jù)田間表型調(diào)查結(jié)果，該480 份供試材料具有豐富的遺傳多樣性，是非常好的種質(zhì)資源材料。

2.1.3 數(shù)量性狀的相關(guān)性分析

480份番茄試驗(yàn)材料的12個(gè)數(shù)量性狀的相關(guān)性分析結(jié)果如表3所示。大多數(shù)性狀之間都表現(xiàn)出顯著或極顯著相關(guān)性。其中：?jiǎn)喂|(zhì)量與可溶性固形物含量、首花序節(jié)位、單花序果數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)；果梗洼大小與果梗洼木栓化大小、商品果縱徑、商品果橫徑、硬度、心室數(shù)、果肉厚呈極顯著正相關(guān)，與可溶性固形物含量和單花序果數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)；可溶性固形物含量除了與首花序節(jié)位呈顯著正相關(guān)，與單花序果數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與畸形果率不相關(guān)外，與其他所有性狀均呈極顯著負(fù)相關(guān)；畸形果率與商品果橫徑呈顯著正相關(guān)，與首花序節(jié)位和單花序果數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)。

2.1.4 表型性狀的主成分分析

對(duì)480 份供試番茄種質(zhì)資源的20 個(gè)表型性狀進(jìn)行主成分分析，結(jié)果如表4 所示。前4 個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率為62.901%，包含了20 個(gè)表型性狀指標(biāo)的大部分信息，表明這4個(gè)主成分能代表這20個(gè)性狀的遺傳信息。其中：第1 主成分特征值為8.824，貢獻(xiàn)率為44.120%，主要為單果質(zhì)量、果梗洼大小、果梗洼木栓化大小、商品果縱徑、商品果橫徑、果肉厚、單花序果數(shù)，特征向量值都在0.9 以上，這一成分主要與番茄果實(shí)性狀有關(guān)；第2 主成分特征值為1.393，貢獻(xiàn)率為6.967%，主要為成熟果色和首花序節(jié)位；第3主成分特征值為1.238，貢獻(xiàn)率為6.190%，

主要為葉色和畸形果率，特征向量值在0.5以上；第4 主成分特征值為1.125，貢獻(xiàn)率為5.623%，主要為葉片著生狀態(tài)和裂果性。后3個(gè)主成分主要與植株葉片性狀有關(guān)。

表1 480份番茄種質(zhì)資源質(zhì)量性狀遺傳多樣性分析Table 1 Genetic diversity analysis of qualitative traits of 480 tomato germplasm resources

表2 480份番茄種質(zhì)資源數(shù)量性狀遺傳多樣性分析Table 2 Genetic diversity analysis of quantitative traits of 480 tomato germplasm resources

表3 480份番茄種質(zhì)資源的數(shù)量性狀相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of quantitative traits of 480 tomato germplasm resources

2.1.5 表型性狀的聚類分析

對(duì)480 份番茄供試材料的表型性狀進(jìn)行UPGMA 聚類分析，在歐氏距離為1.25 時(shí)，分為6 大類群，結(jié)果如圖1所示。

第Ⅰ類群包含13份材料，主要表現(xiàn)為單果質(zhì)量較大，果形指數(shù)近似1，果實(shí)近似圓形，硬度和可溶性固形物含量適中，果肉較厚，畸形果率為0，坐果性較低。第Ⅱ類群包含56 份材料，主要表現(xiàn)為單果質(zhì)量較大，首花序節(jié)位較多，果梗洼大小、果梗洼木栓化大小、硬度、果肉厚度適中，葉片著生狀態(tài)下垂或水平，葉色淺綠，長勢(shì)較強(qiáng)，這一類群可作為大果番茄選育供試材料。第Ⅲ類群包含40 份材料，主要表現(xiàn)為單果質(zhì)量適中，成熟果色多為粉紅色（僅1 份材料為綠果），果梗洼和果梗洼木栓化較大，果形指數(shù)平均值為0.86，該類群果實(shí)以扁圓為主，綠肩較少，長勢(shì)較強(qiáng)，首花序節(jié)位較多，為晚熟品種。第Ⅳ類群包含178 份材料，占供試材料的37.08%，主要表現(xiàn)為成熟果色呈紅色，單果質(zhì)量較大，果梗洼較大，果梗洼木栓化適中，果實(shí)近似圓形，硬度和可溶性固形物含量適中，心室較多，單花序果數(shù)適中，花序類型為單序，綠肩較少，裂果少，畸形果率低，長勢(shì)較強(qiáng)，該類群有待繼續(xù)調(diào)查。第Ⅴ類群包含42 份材料，主要表現(xiàn)為成熟果色呈紅色，心室數(shù)和首花序節(jié)位較多，單花序果數(shù)適中，花序?yàn)閱涡?，生長勢(shì)適中，坐果性較低。第Ⅵ類群包含151 份材料，占供試材料的31.46%，成熟果色以粉紅和紅色為主，硬度適中，可溶性固形物含量較大，果實(shí)近似圓形，果肉厚度適中，葉片著生狀態(tài)為水平，部分有綠肩，生長勢(shì)較強(qiáng)，裂果現(xiàn)象少，畸形果率低，首花序節(jié)位適中，該類群可針對(duì)果實(shí)品質(zhì)性狀進(jìn)一步展開研究。

圖1 480份番茄種質(zhì)資源聚類分析Fig.1 Cluster analysis of 480 tomato germplasm resources

2.2 核心種質(zhì)的構(gòu)建與評(píng)價(jià)

利用QGA Station 2.0 軟件，采用歐氏距離計(jì)算遺傳距離，利用不加權(quán)類平均法（UPGMA）進(jìn)行聚類，并分別通過隨機(jī)取樣法、優(yōu)先取樣法和偏離度取樣法，取樣比例為10%，成功構(gòu)建出3組核心種質(zhì)R1、P1 和D1。根據(jù)常規(guī)分類將番茄分為大粉、大紅、櫻桃番茄（表5）。各核心種質(zhì)中大紅番茄份數(shù)均 最 多，分 別 為21、22、27 份，占 核 心 種 質(zhì) 的43.75%、45.83%和56.25%；R1中的大粉番茄份數(shù)在3 個(gè)核心種質(zhì)中最多，為15 份；P1 中的大粉番茄份數(shù)在3個(gè)核心種質(zhì)中最少，為5份；P1中的櫻桃番茄份數(shù)在3個(gè)核心種質(zhì)中最多，為19份。

核心種質(zhì)與原群體差異百分率如表6所示。與原群體相比，核心種質(zhì)R1、D1的均值差異百分率均為0（＜20%），而P1為60%（＞20%），三者的極差符合率分別為92.4%、100.0%、98.3%（均大于80%）。表明R1、D1符合構(gòu)建核心種質(zhì)的原則，也說明只有R1、D1具有原群體種質(zhì)資源代表性，能夠反映出原種質(zhì)資源的遺傳多樣性。

表5 各核心種質(zhì)材料信息表Table 5 Information table of each core collection material

利用均值t檢驗(yàn)可以檢驗(yàn)原群體和核心種質(zhì)表型性狀均值間是否有顯著性差異，而利用方差F檢驗(yàn)可以分析兩者表型性狀變異是否同質(zhì)，變異系數(shù)可以代表性狀離散程度的大小[15]。構(gòu)建的3組核心種質(zhì)與原群體的均值、方差差異比較如表7 所示。P1 有12 個(gè)性狀的均值與原群體存在顯著或極顯著差異，有15個(gè)性狀的方差與原群體存在顯著或極顯著差異，表明只有P1核心種質(zhì)獲得了更大的遺傳變異。R1、P1、D1 的變異系數(shù)絕大多數(shù)高于原群體，表明所構(gòu)建的3組核心種質(zhì)均具有良好的異質(zhì)性。

表6 核心種質(zhì)與原群體差異百分率Table 6 Percentage difference between core collection and initial population %

表7 核心種質(zhì)與原群體的差異比較Table 7 Difference comparisons between core collection and initial population

表7（續(xù)）Continuation of Table 7

表7（續(xù)）Continuation of Table 7

3 討論

番茄是嚴(yán)格的自花授粉作物，其遺傳變異、品種改良較為困難。育種工作者必須長期、廣泛地收集種質(zhì)資源，以豐富其遺傳多樣性，并做好種質(zhì)資源的保存工作。芮文婧等[14]通過對(duì)番茄表型數(shù)據(jù)的遺傳多樣性分析，明確了番茄表型變異的豐富程度及不同種質(zhì)間的遺傳關(guān)系，并確定了其評(píng)價(jià)指標(biāo)。本研究通過對(duì)480份番茄種質(zhì)資源表型性狀的田間調(diào)查，采用相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析的結(jié)果表明，該480 份番茄種質(zhì)資源具有豐富的遺傳多樣性，可以作為育種工作者進(jìn)行相關(guān)研究的試驗(yàn)材料。

目前，很多育種和相關(guān)科研工作者都會(huì)廣泛收集種質(zhì)資源，但有關(guān)種質(zhì)資源的保存利用技術(shù)尚不成熟，因此，構(gòu)建核心種質(zhì)是有效解決這個(gè)問題的措施之一。隨著相關(guān)研究技術(shù)的成熟，構(gòu)建核心種質(zhì)方法的思路愈發(fā)清晰，已成為現(xiàn)階段的研究熱點(diǎn)?？娎杳鞯萚16]綜述了園藝作物核心種質(zhì)構(gòu)建的研究進(jìn)展以及核心種質(zhì)的概念及其構(gòu)建方法，表明核心種質(zhì)構(gòu)建方法研究的重點(diǎn)是種質(zhì)分組及取樣策略。郎彬彬等[17]利用不同取樣方法、系統(tǒng)聚類方法以及抽樣比例對(duì)118 份野生毛花獼猴桃果實(shí)相關(guān)的表型性狀進(jìn)行初級(jí)核心種質(zhì)構(gòu)建的結(jié)果表明，取樣方法中優(yōu)先取樣法優(yōu)于隨機(jī)取樣法、偏離度取樣法，系統(tǒng)聚類方法中類平均法優(yōu)于離差平方和法、最長距離法和最短距離法，且30%取樣比例為最適取樣比例。張歡等[18]構(gòu)建的水青樹核心種質(zhì)資源庫的特征值和累計(jì)貢獻(xiàn)率較高，有效地避免了種質(zhì)資源庫的冗雜，同時(shí)，也保證了它的代表性，并確定了45%的抽樣比例是最適合構(gòu)建水青樹核心種質(zhì)資源庫的比例。根據(jù)前人的研究結(jié)果[12,17-18]，為更好地保存原群體種質(zhì)資源遺傳多樣性，樣本容量較少時(shí)則選擇較高的抽樣比例。構(gòu)建核心種質(zhì)一般基于表型性狀和分子標(biāo)記2 種方法。利用表型數(shù)據(jù)構(gòu)建核心種質(zhì)是一種較為成熟的方法，可以極大地減輕工作量。但表型性狀較易受環(huán)境因素的影響，無法準(zhǔn)確地表現(xiàn)出基因水平上的差異[19]。目前，利用分子標(biāo)記技術(shù)構(gòu)建核心種質(zhì)是研究熱點(diǎn)，分子標(biāo)記種類較多，如利用簡(jiǎn)單重復(fù)序列（SSR）、擴(kuò)增片段長度多態(tài)性（AFLP）、相關(guān)序列擴(kuò)增多態(tài)性（SRAP）等分子標(biāo)記方法成功構(gòu)建了辣椒[20]、蠶豆[21]、百合[22]等作物的核心種質(zhì)。我們下一步擬利用單核苷酸多態(tài)性（SNP）分子標(biāo)記技術(shù)構(gòu)建番茄核心種質(zhì)，以期進(jìn)一步減輕番茄種質(zhì)資源保存利用的負(fù)擔(dān)，為番茄品種改良提供便捷有效的方法。

4 結(jié)論

本研究通過對(duì)前期收集的480份番茄種質(zhì)資源的20個(gè)表型性狀在寧夏地區(qū)的田間調(diào)查，并通過相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析，發(fā)現(xiàn)該480份番茄種質(zhì)資源具有豐富的遺傳多樣性。首次成功構(gòu)建出寧夏地區(qū)3 組番茄種質(zhì)資源核心種質(zhì)，分別為R1、P1 和D1。其中：R1 和D1 符合核心種質(zhì)的構(gòu)建原則，具有原群體種質(zhì)資源代表性，能夠反映出原種質(zhì)資源的遺傳多樣性；只有P1核心種質(zhì)獲得了更大的遺傳變異；R1、P1和D1變異系數(shù)絕大多數(shù)高于原群體，表明構(gòu)建的3 組核心種質(zhì)具有良好的異質(zhì)性。