摘要：為深入研究堿性土壤下不同堿地番茄品種果實的生理指標相對正常土壤的變化，選擇5個不同的堿地番茄品種，測定其果實的11個農(nóng)藝性狀，通過進行相關性分析和主成分分析，篩選最適宜堿性土壤中種植的品種。通過主成分分析提取到3個主成分，累計貢獻率為86.622%。5個堿地番茄品種綜合得分從高到低排序為草莓2號＞京采6號＞京采8號＞鮮陽＞鑫圣。通過轉錄組GO功能和KEEP功能分析不同土壤栽培條件下與堿地番茄果實品質相關的差異表達基因。結果表明，共有787個差異表達基因，其中386個基因的表達量上調，401個基因的表達量下調。在果實品質方面，半乳糖代謝（sly00052）、類胡蘿卜素生物合成（sly00906）、維生素B6代謝（sly00750）、己糖基轉移酶（Solyc02g089440.3）、糖基轉移酶（Solyc04g080010.4）等基因較為活躍，能夠提升堿地番茄果實的品質。在果實生長激素方面，生長素反應因子（Solyc05g047460.3）、脫落酸（Solyc08g005610.3）、9-順式-環(huán)氧類胡蘿卜素雙加氧酶（Solyc08g016720.1）等基因與植物的耐逆性有關。

關鍵詞：堿地；番茄；品種比較；主成分分析；轉錄組；差異表達基因

中圖分類號：S641.201" 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2025）04-0186-07

收稿日期：2024-08-20

作者簡介：郝 鵬（1992—），男，遼寧營口人，碩士，助理研究員，主要從事堿地番茄栽培研究。E-mail：469383608@qq.com。

番茄（Solanum lycopersicum L.）為雙子葉多年生草本植物，屬于茄科作物，別稱西紅柿、洋柿子等［1］；屬于耐鹽堿性中等的植物，在堿性土壤條件下種植，受到鹽堿脅迫后產(chǎn)量降低，但果實品質能夠得到提升［2］。番茄因口感風味獨特，營養(yǎng)價值高，富含大量的礦物質、維生素A、維生素C、胡蘿卜素和番茄紅素等，且番茄紅素具有增強人體免疫力的作用［3-4］，當前人們對番茄的需求量大幅度增加，同時對番茄果實品質提出更高的要求［5］。堿地番茄的品質一般包括外觀、風味、口感、營養(yǎng)物質等，品質優(yōu)劣的鑒定需要多指標的綜合評價［6］。主成分分析是利用降維的思想，將多指標轉化為少數(shù)綜合指標，且能夠解釋較多的原來眾多變量的信息［7］。本試驗在相同栽培條件下，通過比較不同番茄品種在堿性土壤栽培下的果實品質，篩選部分相關評價指標，采用主成分分析法對不同番茄品種在堿性土壤栽培下的果實品質進行客觀評價分析。

憑借著極度靈敏和適用性廣闊的優(yōu)勢，轉錄組被廣泛應用于生理調控、基因序列分析、功能基因挖掘和生物標記等生物學領域［8］。在番茄植株的研究中，轉錄組學是研究較復雜的代謝組、結合蛋白質組的可靠且有力的工具。本試驗通過篩選最優(yōu)質的堿地番茄品種，在正常土壤和堿性土壤中栽培，并進行轉錄組檢驗，根據(jù)不同生長環(huán)境下生物基因的表達情況，探索堿地番茄果實品質以及生長發(fā)育相關差異基因，旨在為堿地番茄的品種評價提供一定的科學理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗在遼寧省鹽堿地利用研究所試驗基地葡萄溫室大棚中進行，試驗用堿性土壤為來源于當?shù)氐膲A性土壤，正常土壤來源于堿性改良土壤。

1.2 試驗品種

試驗材料為鑫圣、草莓2號、京采6號、京采8號、鮮陽等5個堿地番茄品種。

1.3 試驗設計

本試驗于2023年8月28日開始育苗，育苗期34 d，于2023年10月1日在溫室大棚中進行定植，采用管理方式相同的水肥一體化栽培模式，修剪、施肥、打藥等管理措施一致。選取健康無病害的果實進行指標測定。

1.4 生理指標測定

堿地番茄果實的可溶性固形物含量采用手持可溶性固形物測量器測定；有機酸含量采用滴定法［9］測定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法［10］測定；維生素C含量采用鉬藍比色法［11］測定；糖酸比為可溶性糖與有機酸的含量之比。單果重采用電子天平測定，具體為隨機選取10個果實，稱重取平均值；隨機選取10株番茄，稱取果實總重量，取平均值，即為單株重；果實橫徑、縱徑采用游標卡尺（0.01 mm）測量；隨機選取完全成熟的果實10個，采用硬度計測量器對番茄果實的硬度測量，并計算平均值；果形指數(shù)為果實縱徑與橫徑之比。

1.5 "轉錄組分析

1.5.1 果實采收時間

堿地番茄果實于2024年1月上旬進入成熟時期，判斷標準為果實表面90%轉為紅色且果實變軟。

1.5.2 轉錄組材料采集

利用主成分分析法篩選出最優(yōu)質的堿地番茄品種，將其種植于正常土壤和堿性土壤中，在果實成熟期取果肉和果膠，立刻放入液氮中速凍，然后放入-80 ℃冰箱保存，用于轉錄組分析。番茄果實各取3次重復。

2 結果與分析

2.1 不同堿地番茄果實外觀品質分析

對5個堿地番茄品種的果實外觀品質進行測定。由表1可知，單果重最大的品種是鮮陽，為146.29 g，顯著高于其他堿地番茄品種，草莓2號、京采6號和京采8號之間無顯著差異，均顯著高于鑫圣。單株重最大品種的是鮮陽，為3 072.23 g，顯著高于其他堿地番茄品種，草莓2號、京采6號和京采8號之間無顯著差異，均顯著高于鑫圣。5個堿地番茄品種的果實橫徑和縱徑分別為62.60～74.70 mm和49.36～62.40 mm。果實橫徑最大的品種為京采8號，高達74.70 mm，顯著高于京采6號，與其他堿地番茄品種均無顯著差異。果實縱徑最大的品種為鮮陽，高達62.40 mm，顯著高于草莓2號、京采6號和京采8號，與鑫圣無顯著差異；鑫圣的果實縱徑顯著高于草莓2號和京采6號，與京采8號無顯著差異；草莓2號的果實縱徑與京采6號無顯著差異。果實硬度最大品種的是鮮陽，為3.79 kg/cm2，顯著高于鑫圣和京采8號，與草莓2號和京采6號無顯著差異。果形指數(shù)從小到大依次為鮮陽、鑫圣、京采6號、草莓2號、京采8號。不同堿地番茄品種果實外觀品質的變異系數(shù)分別為9.63%、8.64%、8.63%、10.03%、6.87%和12.00%。

2.2 不同堿地番茄果實營養(yǎng)品質分析

對鑫圣、草莓2號、京采6號、鮮陽、京采8號等5個堿地番茄品種的果實營養(yǎng)品質進行測定分析。由表2可知，可溶性固形物含量最高的品種是京采6號，為6.16%，顯著高于鑫圣、鮮陽和京采8號，與草莓2號無顯著差異；鑫圣、鮮陽和京采8號之間的可溶性固形物含量無顯著差異?？扇苄蕴呛孔罡叩钠贩N是草莓2號，為6.98%，顯著高于其他堿地番茄品種；京采6號的可溶性糖含量顯著高于鮮陽和鑫圣，與京采8號無顯著差異；京采8號的可溶性糖含量顯著高于鑫圣，與鮮陽無顯著差異；鑫圣和鮮陽的可溶性糖含量無顯著差異。有機酸含量最大的品種是鑫圣，為1.85%，顯著高于草莓2號、京采6號和京采8號，與鮮陽無顯著差異；草莓2號、 京采6號和京采8號之間的有機酸含量無顯著差異。維生素C含量最大的品種是草莓2號，為 19.35 mg/100 g，顯著高于鑫圣、鮮陽和京采8號，

與京采6號無顯著差異；鑫圣、鮮陽和京采8號之間的維生素C含量無顯著差異。糖酸比最大的品種是草莓2號，為5.10，高于其他所有堿地番茄品種；京采6號和京采8號的糖酸比無顯著差異，且均顯著高于鑫圣和鮮陽；鑫圣和鮮陽的糖酸比無顯著差異。不同堿地番茄品種果實營養(yǎng)品質的變異系數(shù)分別為12.82%、14.75%、14.01%、18.62%和24.60%。

2.3 不同堿地番茄主要品質指標的相關性分析

對5種不同堿地番茄品種的11項品質指標進行相關性分析，由結果（表3）可知，單果重與單株重、果實硬度呈極顯著正相關，相關系數(shù)分別為0.929、0.732。單株重與果實硬度呈極顯著正相關，相關系數(shù)為0.665，表明硬度越大，單果重和單株重越大。果實橫徑與果形指數(shù)呈顯著正相關，相關系數(shù)為0.616。果實縱徑與果形指數(shù)、可溶性固形物含量、可溶性糖含量、維生素C含量、糖酸比呈極顯著負相關?？扇苄怨绦挝锖颗c可溶性糖、維生素C含量呈極顯著正相關，相關系數(shù)分別為0.611、0.703；與糖酸比呈顯著正相關，相關系數(shù)為0.616；與有機酸呈極顯著負相關，相關系數(shù)為-0.550，表明可溶性固形物含量越高，可溶性糖、維生素C含量越高，有機酸含量越低?？扇苄蕴呛颗c維生素C含量和糖酸比呈極顯著正相關，相關系數(shù)分別為0.728、0.908；與有機酸含量呈極顯著負相關，相關系數(shù)為-0.718。維生素C含量與糖酸比呈極顯著正相關，相關系數(shù)為0.727。相關性分析結果表明，5個堿地番茄的果實品質指標之間具有一定的相關性，因而所統(tǒng)計的原始數(shù)據(jù)反映的信息存在重疊，須進一步采用因子分析法對5個品質指標進行簡化，以提高果實品質評價的分析效率。

2.4 不同品種堿地番茄果實品質主成分分析

對不同堿地番茄品種的11項果實品質數(shù)據(jù)進行主成分分析，綜合比較不同堿地番茄品種的果實品質。共提取到3個主成分，方差貢獻率分別為44.703%、27.475%、14.445%，累計貢獻率為86.622%（表4）。

由表5可知，在第1主成分中，糖酸比、可溶性糖含量、維生素C含量、可溶性固形物含量具有較大的正載荷數(shù)值，主要反映果實營養(yǎng)成分的品質特性。在第2主成分中，單果重、果實硬度、單株重具有較大的正載荷數(shù)值，主要反映果實質量性狀。在第3主成分中，果實橫徑和果形指數(shù)具有較大的正載荷數(shù)值，主要反映果實質量性狀。

2.5 不同堿地番茄品種品質指標的綜合評價

根據(jù)表5中的結果，用各指標變量對應的主成分載荷矩陣值除以主成分相對應的特征值并開平方根，構建3個主成分的評價公式，分別為

Y1=0.062X1+0.120X2-0.138X3-0.377X4+0.202X5+0.069X6+0.348X7+0.405X8-0.402X9+0.382X10+0.426X11；

Y2=0.518X1+0.468X2-0.283X3+0.247X4-0.365X5+0.478X6-0.072X7+0.064X8-0.013X9+0.014X10-0.011X11；

Y3=0.251X1+0.376X2+0.618X3-0.015X4+0.455X5+0.048X6-0.247X7+0.010X8-0.198X9-0.306X10+0.100X11。

以3個主成分對應的方差貢獻率為權重，根據(jù)主成分得分和對應的權重進行線性加權求和， 得出5個堿性土壤下栽培的番茄品種的綜合評價模型為：

Y＝0.447Y1＋0.274Y2＋0.144Y3。

由表6可知，第1主成分中，糖酸比、可溶性糖含量、維生素C含量、可溶性固形物含量得分最高的為草莓2號，第2主成分中單果重、果實硬度、單株重得分最高的是鮮陽，第3主成分中果實橫徑和果形指數(shù)得分最高的為京采8號。綜合評價得分由高到低依次為草莓2號、京采6號、京采8號、鮮陽、鑫圣。

2.6 不同土壤栽培下草莓2號堿地番茄果肉及果膠轉錄組分析

2.6.1 轉錄組測序結果質量分析

通過主成分分析篩選出草莓2號為最優(yōu)質的堿地番茄品種，將其

種植于正常土壤和堿性土壤中，在番茄果實成熟時期取樣，進行RNA測序（RNA-Seq）原始數(shù)據(jù)質量分析，結果如表7所示，經(jīng)過測序數(shù)據(jù)過濾，共獲得5.046 1億個原始測序片段，經(jīng)過質量分析后再次進行過濾，最終獲得2.523 0億對末端測序片段讀數(shù)。將clean reads數(shù)值定位到番茄的參考基因組中，共有87.91%～94.97%的clean reads被定位到番茄基因組中，標準偏差為0.01。確定堿基識別準確率在99.9%及以上的堿基占比在93%以上，數(shù)據(jù)證明測序檢測的結果非?？煽?。

2.6.2 差異表達基因的篩選分析

不同土壤栽培條件下，從草莓2號堿地番茄成熟期果實的果膠和果肉中共檢測出787個DEG，其中上調基因386個，下調基因401個（圖1）。果實品質方面的己糖基轉移酶（Solyc02g089440.3）、半乳糖代謝（sly00052）、類胡蘿卜素生物合成（sly00906）、維生素B6代謝（sly00750）、糖基轉移酶（Solyc04g080010.4）和果實生長方面的生長素反應因子（Solyc05g047460.3）、脫落酸（Solyc08g005610.3）、9-順式-環(huán)氧類胡蘿卜素（Solyc08g016720.1）等基因的表達量上調，果實激素生長方面的光合反應Ⅰ（Solyc08g006930.3）、磷酸核糖激酶（Solyc08g076220.3）、脫落酸和環(huán)境應激誘導蛋白（Solyc02g084850.3）、蘋果酸脫氫酶（Solyc11g007990.2）等基因的表達量下調。堿性土壤栽培下，番茄中的部分基因表達在不同程度上出現(xiàn)不同的變化，可能會導致果實品質耐逆性的提升和植株生長能力的下降。

2.6.3 差異表達基因的GO功能聚類分析

由GO功能聚類分析結果（圖2）可知，在不同栽培條件下，草莓2號堿地番茄共有1 456個差異表達基因，其中涉及生物過程的基因有901個，涉及分子功能的基因有396個，與細胞成分有關的基因有159個。在“生物過程”分類類別中的DEG較多， 其中涉及“脂質貯

存”“脂質定位”“對溫度刺激的反應”以及“糖基神經(jīng)酰胺代謝過程”功能的DEG占很大比例，包括與果實品質有關的己糖基轉移酶（Solyc01g100830.2）和非溶酶體葡萄糖神經(jīng)酰胺酶（Solyc01g103230.3）以及果實脂質中的油質蛋白（Solyc02g086490.3）和非特異性脂質轉移蛋白（Solyc01g090350.3）。在“分子功能”分類類別中的DEG較多，其中涉及“蘋果酸脫氫酶活性”“維生素B6結合”“DNA結合轉錄因子活性”以及“輔酶結合”功能的DEG占很大比例，包括多種酶，如蘋果酸脫氫酶（Solyc11g007990.2）和多胺氧化酶（Solyc01g087590.3）的相關基因。在“細胞成分”分類類別中的DEG較少，其中涉及“單層包圍的脂質儲存體”“細胞器”“隔膜”以及“光合膜”功能的DEG占

很大比例，包括細胞色素（Solyc12g005630.2）以及葉綠素ab結合（Solyc03g005760.1）等相關基因，對細胞器以及葉綠體膜的組成具有相對影響。

綜上所述，在堿性土壤栽培下，部分果實品質的相關基因表達量有所提高，其中包括糖類、碳水化合物的合成、脂質的存儲與運轉、催化活性、氧化還原酶活性和光合作用等，對果實品質產(chǎn)生較大的影響，因此堿性土壤下的果實品質相比正常土壤發(fā)生明顯的變化。

2.6.4 差異表達基因的KEGG通路分析

從圖3可以看出，KEGG富集分析共有76個差異基因。新陳代謝數(shù)量在前30個通路的占比高達90%。通過分析得出，類胡蘿卜素生物合成（sly00906）、半乳糖代謝（sly00052）、防御反應（sly00600）、維生素B6代謝（sly00750）和光合作用（sly00195）等通路較為活躍，在植物的防御反應中能提高植物的耐堿性；在植物的生長激素方面，提高脫落酸的含量，能夠促進植物成熟、提高植物的耐逆性，對植物生長過程產(chǎn)生更大的影響。

3 討論

堿地番茄品種資源較為豐富，且不同品種之間存在著一定的差異，對堿地番茄果實品質進行評價，對篩選優(yōu)質堿地番茄品種具有重要意義，而科學、系統(tǒng)和合理的評價方法是進行綜合評價的基礎和前提［12-13］。主成分分析等方法已被廣泛應用于評價作物的產(chǎn)量、品質和抗逆性等［14］。因此，本研究為篩選優(yōu)良的堿地番茄品種，進行主成分分析，提取到3個主成分，分別代表在堿性土壤栽培下番茄的果實營養(yǎng)成分的品質特性、果實質量性狀、果形指數(shù)性狀。

通過轉錄組分析發(fā)現(xiàn)，堿地條件下種植的番茄生長素反應因子（Solyc05g047460.3）和脫落酸（Solyc04g078900.3）基因的表達較為活躍，生長素外排載體和脫落酸的增加，能夠降低番茄果實的產(chǎn)量與大小，對植物生長產(chǎn)生的影響更大，這與解艷玲等的研究結果［15］一致。通過轉錄組分析發(fā)現(xiàn)，相對正常土壤栽培條件，堿性土壤栽培下番茄的半乳糖代謝（sly00052）、類胡蘿卜素生物合成（sly00906）和己糖基轉移酶（Solyc02g089440.3）基因的表達變化較為明顯，表面堿性土壤種植能夠提高堿地番茄的果實品質，這與趙秋月的研究結果［16］一致。試驗結果更加證明堿性土壤的脅迫對番茄果實品質的提高具有促進作用，對植株生長和果實產(chǎn)量的增加具有抑制作用。

后續(xù)還需對堿地番茄品種進行不斷的篩選，對更多的優(yōu)質品種進行轉錄組分析；以轉錄組分析得到的關鍵差異基因為切入點，研究堿地番茄植株和果實生長過程中代謝與合成的變化，進一步深入研究鹽堿脅迫對果實生長和品質影響的分子機理，為進一步培育優(yōu)勢品種及制定配套栽培技術提供科學依據(jù)。

4 結論

通過主成分分析法，提取3個主成分，第1主成分代表堿性土壤栽培下番茄果實風味和營養(yǎng)指標，第2主成分代表堿性土壤栽培下番茄果實產(chǎn)量，第3主成分代表堿性土壤栽培下番茄果形指數(shù)，可以綜合反映在堿性土壤栽培下番茄果實的特性。本試驗中，5個番茄品種的綜合得分從高到低依次排序為草莓2號＞京采6號＞京采8號＞鮮陽＞鑫圣。

通過轉錄組分析，787個DEG符合檢測標準，其中386個基因的表達量上調，401個基因的表達量下調。在果實品質方面，半乳糖代謝（sly00052）、類胡蘿卜素生物合成（sly00906）、維生素B6代謝（sly00750）、己糖基轉移酶（Solyc02g089440.3）、糖基轉移酶（Solyc04g080010.4）等基因較為活躍，能夠提升番茄果實的品質。在生長激素方面，生長素反應因子（Solyc05g047460.3）、脫落酸（Solyc08g005610.3）、9-順式-環(huán)氧類胡蘿卜素雙加氧酶（Solyc08g016720.1）基因較為活躍，都與植物的耐逆性有關。

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