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        151份貴州地方櫻桃番茄資源的遺傳多樣性分析

        2022-03-03 13:18:54徐秀紅陸錦彪陳阿敏張萬萍
        浙江農業(yè)學報 2022年2期
        關鍵詞:裂果類群花序

        裴 蕓,徐秀紅,陸錦彪,陳阿敏,張萬萍,*

        (1.貴州大學 農學院,貴州 貴陽 550025;2.貴州大學 蔬菜研究院,貴州 貴陽 550025)

        番茄是貴州省主要的外銷蔬菜,得益于氣候和區(qū)位優(yōu)勢,產銷成本相對較低及產品品質上佳,在華南地區(qū)夏秋淡季市場優(yōu)勢日益凸顯,2019年全省栽培面積3.87萬hm,產值達42.3億元,已成為貴州蔬菜產業(yè)發(fā)展的一張“名片”。近年來,雖然銷售市場不斷拓展,但生產上大面積栽培選取品種較少,這種遺傳單一性傾向不利于貴州省番茄產業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。且隨著生活水平提高,消費者對番茄品質和多樣性需求亦越來越高,因此,需要快速培育抗病、早熟、高產、綜合性狀表現優(yōu)異的品種以滿足市場需求,給育種工作帶來了新的挑戰(zhàn)。

        表型性狀是種質資源鑒定評價最為基本和直接的途徑,能利用肉眼觀察生物生長過程中其外部特征或反映其變異情況,具有直觀、經濟等優(yōu)點,仍然是大多數科研人員認為穩(wěn)妥和可靠的方式,是傳統(tǒng)育種中必不可少的重要環(huán)節(jié)。種質資源是作物遺傳改良的基礎,優(yōu)異種質資源的發(fā)掘與利用是育種工作能否取得突破的關鍵環(huán)節(jié)。本研究主要針對收集到的貴州省各地區(qū)151份櫻桃番茄種質資源,利用主成分分析和聚類分析方法從形態(tài)學水平上進行其遺傳多樣性分析,探究它們的親緣關系,確定相對合理的評價指標,為番茄農藝性狀優(yōu)異基因發(fā)掘和分子標記輔助選擇育種提供一定的參考和依據。

        1 材料與方法

        1.1 試驗材料

        本試驗材料為來源于貴州不同地區(qū)的151份地方櫻桃番茄種質資源,其中24份來自貴陽市;21份來自遵義市;13份來自安順市;11份來自銅仁市;3份來自六盤水市;24份來自貴州省黔東南苗族侗族自治州;15份來自黔西南布依族苗族自治州;27份來自黔南布依族苗族自治州;13份來自畢節(jié)市,采集面積涉及到貴州省全省。

        1.2 試驗方法

        1.2.1 試驗地點與種植管理

        本試驗于2018年1月26日—2月1日期間進行燙種、浸種、催芽等播前處理,2月2日播種于貴州大學南校區(qū)玻璃溫室,采用電熱溫床育苗,2月27日進行假植,并于3月30日定植于貴州大學南校區(qū)蔬菜園,土壤類型為壤土,肥力中等。采取隨機區(qū)組設計,株行距各40 cm,每份資源種植6株,田間管理水平一致。

        1.2.2 指標觀察和測定

        參照李錫香等對24個重要農藝性狀進行調查和測定,并結合實際情況略作調整。于田間統(tǒng)計其葉片顏色、株型、蔓性、生長習性、花梗離層、熟性、葉片類型、葉片形狀、成熟果色、萼片形狀、花序類型、葉著生狀態(tài)、裂果性、花柱長度等質量性狀。其中,測量其數量性狀時首花序節(jié)位、第二花序節(jié)位采用讀數法;葉片長、葉片寬采用直尺測量法;單花序果數采用統(tǒng)計法;果柄長度采用直尺測量法;果梗洼大小、果實縱徑、果實橫徑采用游標卡尺測量法;單果重采用稱重法。

        1.2.3 數據標準化處理及統(tǒng)計分析

        使用WPS軟件進行數據整理,用SPSS軟件進行主成分分析,同時基于番茄24個農藝性狀,采用系統(tǒng)聚類利用組間聚合的方法對151份番茄種質資源進行聚類,采用平方歐式距離得到近似矩陣,用SPSS軟件繪制聚類結果圖。

        2 結果與分析

        2.1 質量性狀遺傳多樣性分析

        151份貴州地方櫻桃番茄資源遺傳多樣性指數(′)的變化范圍為0.12~1.06(表1),葉片顏色主要以深綠為主,比例為58%;熟性以中熟為主,極早熟的材料最少,只有兩份是極早熟;葉片著生狀態(tài)以直立和水平為主;生長習性、花梗離層、葉片形狀、花序類型和裂果性的變異系數均低于0.50;株型的變異系數′為0.34,其中蔓性的材料所占比例為89%;花序類型的′值為0.36,頻率分布主要在單式花序,為89%;花梗離層的變異系數也較低,′為0.39,頻率分布主要為有離層,占比為87%;葉片類型的變異系數′為0.63,以普通葉型為主,占總材料的78%。

        表1 櫻桃番茄質量性狀分布頻率表

        2.2 數量性狀遺傳多樣性分析

        櫻桃番茄11個數量性狀的變異系數在18.45%~32.47%,遺傳多樣性指數為1.64~2.45。在總的11個數量性狀中,變異系數大于25%的有5個,分別是單花序果數、果實縱徑、心室數、第一花序節(jié)位、第二花序節(jié)位(表2)。

        表2 櫻桃番茄數量性狀變異系數表

        2.3 農藝性狀主成分分析

        對151份貴州地方櫻桃番茄資源農藝性狀進行主成分分析(表3),提取的主成分有7個特征值在1.0以上,前7個主成分貢獻率累積達到了67.633%。第一主成分的貢獻率為32.295%,特征值為7.427,明顯大于其他6個特征值,負載值較高的有株型、生長習性、花梗離層、熟性、葉片類型、葉片形狀、成熟果色、萼片形狀、葉片著生狀態(tài)和裂果性;第二主成分的貢獻率為8.259%,特征值為1.900,負載值較高的有單花序果數、葉寬、第一花序節(jié)位、葉長、果梗洼大小和第二花序節(jié)位;第三主成分的貢獻率為6.867%,特征值為1.579,負載值較高的有果實縱徑、果實橫徑、花序類型、葉寬、果柄長度和單果質量;第四主成分特征值為1.335,貢獻率為5.805%,負載值較高的有單花序果數、單果質量、第二花序結位、果實橫徑、果實縱徑和株型;第五主成分貢獻率是5.065%,特征值為1.165,負載值較高的有心室數、花序類型、第一花序節(jié)位、葉片顏色和果實縱徑;第六主成分特征值為1.123,負載值較高的有果柄長度、果實縱徑和心室數;第七主成分的特征值為1.027,負載值較高的有花序類型、果梗洼大小和葉寬。綜合分析可得,從各主成分中篩選出果實縱徑、橫徑、葉片類型、葉寬、葉長單果質量、果梗洼大小、果形、單花序果數、葉片狀態(tài)、熟性、心室數、萼片形狀、成熟果色、第一花序節(jié)位、裂果性和花序類型共17個重要農藝性狀,對貴州櫻桃番茄種質資源的評價具有一定的參考價值。

        表3 151份貴州本地櫻桃番茄種質資源24個農藝性狀的主成分分析

        2.4 農藝性狀聚類分析

        對151份貴州本地櫻桃番茄種質資源的24個農藝性狀(包括13個質量性狀和11個數量性狀)通過聚類分析分析其親緣關系的遠近,結果如圖1所示,在歐式距為3.0處將151份種植資源分為9大類群,具體分析如下。

        圖1 151份貴州本地櫻桃番茄Ward聚類分析

        第Ⅰ類群共包含36份材料。其主要特征是單果重小、果柄長度低、果實縱橫徑小、心室數少、裂果率低,葉片形狀以二回羽狀復葉為主,熟性表現為極早熟和早熟為主。此類群可以作為培育早熟番茄的育種材料。

        第Ⅱ類群共包含16份材料。果形以圓形為主,而果實硬度是反映番茄耐貯藏特性的重要指標,單果質量小、果梗大小小、果柄較短、葉片類型以復細葉型為主、萼片形狀為微翹、熟性表現為早熟和中熟。此類群可以作為培育高品質的番茄育種材料,其中編號35材料性狀最為突出,可以作為優(yōu)良種質進行研究。

        第Ⅲ類群共有19份材料。其主要特征是單花序果數較多、心室數較少、果梗洼較小、果實縱橫徑較小、單果質量適中,其中單花序果數是反映番茄產量的重要指標。果形以扁圓為主,熟性為早熟和中熟,生長習性絕大多數為無限生長型,成熟果色絕大多數為紅色。這一類群的材料可以在今后的育種工作中稍做改良優(yōu)化,培養(yǎng)出優(yōu)質高產的商品番茄。

        第Ⅳ類群包括7份材料。其特點是單果質量較高、果梗洼較小、果實橫徑較小、心室數較少、裂果性好、果形以圓形為主,這一類群的多數性狀與其他類群相比,整體性狀指標表現較為良好,可以在今后選用不同利用價值的番茄時作為育種材料。篩選出性狀值比較高的材料有編號37、38和39的3份資源,這3份資源都是來自遵義地區(qū)。

        第Ⅴ類群共包含30份材料。這一類群材料其主要特征是果柄長度低、單果質量小、心室數少、裂果率低,葉片類型以普通葉為主,少數材料為復細葉型,葉著生狀態(tài)為平行和下垂,葉色以深色為主,熟性表現為早熟和中熟為主。這一類群的一些性狀相比于其他類群,整體性狀指標表現較為一般,但是葉色相比其他類群表現更綠,這一特性可在未來育種工作中加以利用。

        第Ⅵ類群僅包含4份材料,它們分別來自貴陽市白云區(qū)、都勻市、施秉縣和鳳崗縣,其單果質量小、果梗洼較小、果實橫徑較小、心室數較少、裂果性一般、果形以圓形為主。通過與其他類群材料綜合比較可知,這一類群整體性狀指標表現較差,沒有突出點,所以這一類群被淘汰,不作為材料用于今后的育種工作當中。

        第Ⅶ類群包含5份材料,在研究該材料植株葉片顏色、葉著生狀態(tài)和生長類型的基礎上,綜合所有調查的農藝性狀值分析可知,這一類群材料綜合表現穩(wěn)定,產量性狀表現良好,植株生長旺盛,屬于優(yōu)良的種質資源。

        第Ⅷ類群共有17份材料,其主要特征是單花序果數一般、果形以圓形為主,熟性為早熟和中熟,成熟果色多數為紅色、心室數較少、葉片多、葉片類型為普通葉、葉片狀態(tài)為直立型和下垂型、葉片顏色以綠和深綠為主、生長習性絕大多數為無限生長型,綜合分析表明,這一類群植株生長力強,其中編號為30和76的兩個材料性狀最為突出,可以作為優(yōu)良材料用于育種工作當中。

        第Ⅸ類群共有17份材料,其主要特征是單果質量小、裂果性好、葉色為綠和深綠、生長類型為無限生長型、熟性為中熟和晚熟為主??梢岳眠@一類群的材料選育晚熟品種。

        3 討論與結論

        植物表型多樣性是遺傳多樣性與環(huán)境多樣性的綜合體現,對表型性狀的研究可以從整體上了解研究對象的多樣性程度。本研究對151份供試材料農藝性狀中的13個質量性狀和11個數量性狀進行遺傳多樣性分析,質量性狀遺傳多樣性指數(′)變化范圍為0.12~1.06,數量性狀遺傳多樣性指數(′)為1.64~2.45,這表明供試的番茄種質資源存在廣泛的遺傳多樣性,其中多樣性指數最高的是果實縱徑,果實縱徑、果實橫徑、第一花序節(jié)位、第二花序節(jié)位、葉長和葉寬的遺傳多樣性指數都大于2.0,研究結果進一步證實芮文婧和李春僑等的研究結論。同時發(fā)現,農藝性狀遺傳多樣性分析結果表明供試材料的果實外觀形態(tài)指標、果實品質性狀和植株形態(tài)性狀的變異類型較為豐富,但是個別性狀變異類型不豐富,在所有試驗材料中基本只呈現1~2個性狀。果實產量的指標中單花序果數的遺傳多樣性指數最小、變異系數最小,與袁東升等的研究相一致。

        對主要成分的分析將幾種主要的農作指數轉化為較少的主要成分,而且該分析簡單卻比較綜合和全面,能夠較為直觀的顯示出番茄各性狀的重要程度。周蓉等對番茄表型的性狀進行了分析研究,最終歸納歸納出5個因子作為考核番茄主成分的指標。而本研究提取的前7個主成分貢獻率累積達到了67.633%,基本能夠反映出所測23個指標的大部分信息,其他如葉片類型、果實縱橫徑等16個農藝性狀指標可作為評價番茄表型遺傳多樣性的重要指標。

        芮文婧等將353份番茄最終聚為6類,而本研究則通過聚類分析將151份材料劃分為9類,這說明貴州省地方櫻桃番茄存在廣泛的遺傳多樣性。隨著現代分子生物學的飛速發(fā)展,利用SNP、InDel等分子標記技術進行植物遺傳多樣性研究越來越廣泛。因此,下一步研究中應將兩者結合,為櫻桃番茄遺傳育種研究提供更為準確、可靠的依據。

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