摘要:為篩選出適宜湖北省咸寧市當?shù)卦耘嗲肄r藝性狀優(yōu)良的櫻桃番茄品種,調查18份櫻桃番茄品種植株生長、果實品質及產(chǎn)量相關的16個性狀指標,比較分析不同品種櫻桃番茄(Solanum lycopersicum var. cerasiforme)在湖北省咸寧市連棟溫室無土栽培模式下的產(chǎn)量和品質。利用變異系數(shù)分析、相關性分析、聚類分析、灰色關聯(lián)度分析進行綜合評價,結果表明,18份櫻桃番茄品種生育期在5~209 d之間,株高、莖粗、單株產(chǎn)量等各性狀指標間存在差異且變異豐富,變異系數(shù)在6.01%~58.97%之間,各品種單果重在6.16~15.20 g之間,小區(qū)產(chǎn)量在4.04~26.91 kg之間。相關性分析結果表明,單果重與果實縱徑呈顯著正相關,莖粗與葉綠素相對含量、果形指數(shù)呈顯著負相關,莖粗與果實縱徑呈極顯著負相關。系統(tǒng)聚類分析將18份櫻桃番茄品種在相似度為72%處劃分為5類,進一步運用灰色關聯(lián)度評價方法進行綜合評價,各性狀權重系數(shù)依次為葉綠素含量gt;株高gt;莖粗gt;節(jié)間距gt;第一雌花節(jié)位gt;單果重gt;可溶性固形物含量gt;維生素C含量gt;單株產(chǎn)量gt;單株結果數(shù)gt;小區(qū)產(chǎn)量gt;游離氨基酸含量gt;可滴定酸含量,加權后排名前三的品種依次為錢江紅珠、錢江金珠、粉鈴。錢江金珠和粉鈴單株結果數(shù)多、產(chǎn)量高,錢江紅珠維生素C含量高、可滴定酸含量低,風味品質較佳,3個品種綜合表現(xiàn)較好,適宜作為咸寧地區(qū)連棟溫室無土栽培的優(yōu)質高產(chǎn)櫻桃番茄品種。
關鍵詞:櫻桃番茄;變異系數(shù);聚類分析;灰色關聯(lián)度分析
中圖分類號:S641.203.7;S641.204 文獻標志碼:A
文章編號:1002-1302(2024)21-0166-09
收稿日期:2023-11-28
基金項目:湖北省現(xiàn)代農業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系建設專項(編號:2023HBSTX4-06);湖北省咸寧市科技局農業(yè)類重點研發(fā)專項(編號:2022NYYF016)。
作者簡介:劉志新(1997—),男,湖北紅安人,碩士,實習研究員,主要從事蔬菜栽培生理研究。E-mail:986352202@qq.com。
通信作者:徐繩武,正高級農藝師,主要從事蔬菜栽培生理及品種選育研究。E-mail:541748162@qq.com。
櫻桃番茄(Solanum lycopersicum var. cerasiforme)別稱圣女果、小番茄,原產(chǎn)于南美洲,為茄科番茄屬栽培變種,果實營養(yǎng)價值高、色彩豐富,深受消費者喜愛[1]。隨著消費者生活水平的提高,他們對櫻桃番茄的需求逐漸從高產(chǎn)向優(yōu)質轉變,營養(yǎng)品質、口感風味被廣泛關注,但現(xiàn)階段生產(chǎn)出高品質的櫻桃番茄仍受到品種和栽培管理的制約,影響了櫻桃番茄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[2-3]。不同栽培方式會顯著影響櫻桃番茄的品質和營養(yǎng)價值,選擇優(yōu)良的品種并匹配合適的栽培模式,對后續(xù)櫻桃番茄品種培育具有重要意義[4]。采用變異系數(shù)法、相關性分析、聚類分析、灰色關聯(lián)度分析反映不同種質資源的品種特性和性狀優(yōu)良程度,目前已被應用于多種作物,是進行種質資源綜合評價的有效方法[5-7]。宋麗娜等利用60對SNP標記,運用聚類分析法、主成分分析法對504份番茄種質資源進行遺傳多樣性研究[8];王珊珊等利用PARMS技術對59個櫻桃番茄種質資源進行抗病基因檢測,并綜合營養(yǎng)品質與風味品質進行優(yōu)異資源篩選[9];周艷超等對不同櫻桃番茄品種品質性狀進行研究,同時構建判別函數(shù)進行模型交叉驗證[10];趙云霞等對不同櫻桃番茄品種在日光溫室中的生長表現(xiàn)進行綜合評價[11]。實際生產(chǎn)中,櫻桃番茄多采用設施栽培方式,分為基質無土栽培和有土栽培2種[12]。前人對櫻桃番茄種質資源及遺傳多樣性進行了大量研究,多基于土壤栽培,關注其產(chǎn)量和品質的差異,但并未充分利用現(xiàn)有設施無土栽培和水肥一體化模式,對設施無土栽培用櫻桃番茄品種的報道也較少[13]。本試驗在連棟溫室椰糠基質無土栽培條件下,以18份櫻桃番茄品種為試驗材料,調查18份櫻桃番茄品種植物學、果實品質及產(chǎn)量相關的16個性狀指標,運用相關性分析、聚類分析、灰色關聯(lián)度分析等從形態(tài)學水平上進行遺傳多樣性分析。分析比較18份櫻桃番茄品種農藝性狀和果實品質在湖北省咸寧市的表現(xiàn),確定適宜的評價指標,篩選出適宜當?shù)卦O施無土栽培的優(yōu)質、高產(chǎn)櫻桃番茄品種,以期為今后開展設施高品質櫻桃番茄生產(chǎn)提供理論基礎。
1 材料與方法
1.1 試驗材料
選用18份櫻桃番茄品種為試驗材料,引自浙江省、北京市、陜西省、四川省等地(表1)。
1.2 試驗設計
試驗于2022年12月至2023年7月在咸寧市農業(yè)科學院楊畈試驗基地連棟塑料大棚內進行。櫻桃番茄育苗采用50孔穴盤育苗,育苗基質配比為草炭∶蛭石=7∶3,在幼苗生長至4~5張真葉時定植。采用椰糠基質槽無土栽培,種植基質槽寬 40 cm,高30 cm,兩基質槽間距150 cm;椰糠磚充分泡發(fā)去除鹽分后裝入基質槽中,鋪設高度28 cm。試驗采用隨機區(qū)組設計,3次重復;小區(qū)內采用單槽雙行種植,行距20 cm,株距 40 cm,每個小區(qū)定植 30株。營養(yǎng)液配方為改良 Hoagland 配方(表2)。營養(yǎng)液pH值控制在5.8~6.0,電導率(EC值)控制在1.8~2.9 mS/cm,栽培期間統(tǒng)一管理。在櫻桃番茄生育期內,利用光照傳感器測定設施內每天 08:00、12:00、16:00的光照度,利用溫度、濕度傳感器測定設施內每天00:00、04:00、08:00、12:00、16:00、20:00 的溫度、濕度,計算平均值后得到櫻桃番茄生育期內設施環(huán)境參數(shù)(圖1)。
1.3 測定項目及調查方法
1.3.1 植物學性狀調查 在植株生長適期,參照李錫香等在《番茄種質資源描述規(guī)和數(shù)據(jù)標準》中的具體要求,對蔓長、莖粗、節(jié)間距、第一雌花節(jié)位、單果重等性狀進行調查,每個小區(qū)隨機選擇5株進行測定[14]。其中,蔓長用卷尺測量(精度為1 cm);莖粗、節(jié)間距、果實縱徑等用數(shù)顯式游標卡尺測量。
1.3.2 植株產(chǎn)量指標的測定 采用稱重累計法測量,從始收期至末收期,每天08:00采摘,用1%精度的電子天平稱重,按標記單株和小區(qū)分別記錄采收果實重量,最后匯總計算單株產(chǎn)量和小區(qū)產(chǎn)量[15]。
1.3.3 果實品質指標的測定 在結果盛期隨機選取長勢一致的商品果5個,取果實中部果肉測定品質??偹岷渴褂玫味ǚy定;維生素C含量使用二甲苯萃取比色法測定;游離氨基酸含量使用茚三酮顯色法測定;測定方法參照《植物生理生化實驗原理和技術》[16]。可溶性固形物含量使用PAL-1儀測定,葉綠素相對含量(以SPAD值計)使用SPAD儀測定。
1.4 數(shù)據(jù)處理和分析
使用Excel 2019進行試驗測定數(shù)據(jù)統(tǒng)計,使用SPSS 25.0進行差異顯著分析,使用Origin 2022進行相關性分析和聚類分析。使用灰度關聯(lián)分析法進行綜合評價,計算公式如下,其中:ρ=0.5[17]。
關聯(lián)度系數(shù):ζi(k)=minmin|x0(k)-xi(k)|+ρmaxmax|x0(k)-xi(k)|/|x0(k)-xi(k)|+ρmaxmax|x0(k)-xi(k)|;(1)
等權關聯(lián)度:Ri=1/n∑n/i=1ζi(k);(2)
權重系數(shù):ωi=Ri/∑Ri;(3)
加權關聯(lián)度:Gi=∑n/i=1(ζi×ωi)。(4)
2 結果與分析
2.1 不同櫻桃番茄品種生育期觀察
由表3可知,18份品種櫻桃番茄于2022年12月26日播種育苗,3月15日移栽定植。錢江金珠開花最早,黃星7號開花最晚;各品種收獲期均在5月下旬至7月下旬,其中,粉鈴始收期最早。紅千禧和黃星7號生育期最長,為209 d,粉鈴和錢江紅珠生育期最短,為195 d。
2.2 不同櫻桃番茄品種植物學性狀分析
對18份櫻桃番茄品種的株高、莖粗、節(jié)間距、第一雌花節(jié)位、葉綠素含量、單株結果數(shù)等性狀進行統(tǒng)計分析(表4),可見各性狀之間存在差異且變異豐富。其中,單株結果數(shù)的變異系數(shù)最高,為33.09%;其次為第一雌花節(jié)位、株高、莖粗,變異系數(shù)分別為10.67%、9.37%、7.62%;節(jié)間距和葉綠素含量的變異系數(shù)最低,分別為6.56%、6.01%。另外,金凱娜和彩星1號的株高顯著低于其他品種;黃星7號莖粗最大,為12.01 mm,粉星2號莖粗最小,為8.48 mm;紅美人節(jié)間距最小,為9.74 cm;綠星二號第一雌花節(jié)位最低,為7.80節(jié),其他品種在8.00~10.80節(jié)之間;參試品種葉片葉綠素相對含量(以SPAD值計)在36.76~45.40之間;錢江金珠單株結果數(shù)最多,為69.80個,其他品種在19.80~65.20個之間。
2.3 不同櫻桃番茄品種果實品質性狀分析
對18份櫻桃番茄品種的果實縱徑、果實橫徑、果形指數(shù)、可滴定酸含量、可溶性固形物含量、游離氨基酸含量、維生素C含量等果實外觀、營養(yǎng)品質性狀進行統(tǒng)計分析(表5),可見游離氨基酸含量的變異系數(shù)最大,為58.97%;果實橫徑變異系數(shù)最小,為9.82%;其他5個性狀變異系數(shù)在14.32%~25.62%之間。結合圖2可知,白妃、紅千禧、彩星1號、粉星2號、黃星1號果實為橢圓形,其他品種果實為近圓形;除綠星2號、黃星7號外,其他品種果實均為2心室;金凱娜品種存在一定程度的混雜。由表5還可知,彩星1號的可滴定酸含量和維生素C含量最高,分別為1.87%、85.67 mg/100 g;舒哥1號游離氨基酸含量最高,為2 233.76 mg/kg;浙櫻粉1號和白妃可溶性固形物含量顯著高于其他品種。
2.4 不同櫻桃番茄品種產(chǎn)量性狀差異分析
由表6可知,紅美人單果重顯著低于其他品種,為6.16 g,其他品種單果重在9.41~15.20 g之間;錢江金珠單株產(chǎn)量最高,為832.96 g,紅美人單株產(chǎn)量最低,為122.96 g;對參試品種小區(qū)產(chǎn)量進行排序,排名前5的品種為錢江金珠、錢江紅珠、粉鈴、金凱娜、黃妃,小區(qū)產(chǎn)量分別為26.91、23.62、20.70、20.37、19.95 kg。
2.5 不同櫻桃番茄品種植物學性狀、品質性狀、產(chǎn)量性狀的相關性分析
對18份櫻桃番茄品種所測定的植株學性狀、品質性狀、產(chǎn)量性狀進行相關性分析(圖3),可見各性狀指標之間存在相關性:株高與節(jié)間距呈極顯著正相關,單株結果數(shù)與單株產(chǎn)量、小區(qū)產(chǎn)量呈極顯著正相關,果形指數(shù)與果實縱徑呈極顯著正相關,單果重與果實縱徑呈顯著正相關;株高與可滴定酸含量呈顯著負相關,莖粗與葉綠素含量、果形指數(shù)呈顯著負相關,莖粗與果實縱徑呈極顯著負相關,果實橫徑與果形指數(shù)呈極顯著負相關。
2.6 不同櫻桃番茄品種各性狀指標的聚類分析
利用Origin 2022軟件對18份櫻桃番茄品種所測定的16個性狀指標進行系統(tǒng)聚類,在相似度72%處將18個櫻桃番茄品種劃分為5類。第 Ⅰ 類包含粉鈴、紫星2號、黃星7號、錢江金珠、白妃、錢江紅珠、浙櫻粉1號、黃妃、綠星二號共9個品種,第Ⅰ類櫻桃番茄果實總體上看為近圓形,單果重較大,可溶性固形物含量較高。第Ⅱ類包含金凱娜、黃星1號、太空紅鉆、紅美人共4個品種,第Ⅱ類櫻桃番茄可滴定酸含量和游離氨基酸含量較接近。第Ⅲ類包含彩星1號和粉星2號2個品種,第Ⅲ類櫻桃番茄葉綠素含量、單株產(chǎn)量、單株結果數(shù)無顯著性差異。第Ⅳ類包含紅鈴和紅千禧2個品種,其株高、莖粗、節(jié)間距無明顯差異,可溶性固形物含量在7.70%~7.80%之間。第Ⅴ類為舒哥1號,游離氨基酸含量在18個品種中最高(圖4)。
2.7 不同櫻桃番茄品種植物學性狀、品質性狀、產(chǎn)量性狀的綜合評價
將18份櫻桃番茄品種的6個植物學性狀指標、4個果實性狀指標、3個產(chǎn)量性狀指標看作一個整體,以株高、莖粗、葉綠素含量、單株結果數(shù)、可溶性固形物含量、游離氨基酸含量、維生素C含量、單果重、單株產(chǎn)量、小區(qū)產(chǎn)量取最大值,節(jié)間距、第一雌花節(jié)位、可滴定酸含量取最小值構建理想?yún)⒖计贩N,即株高3.15 m、莖粗12.01 mm、節(jié)間距 9.74 mm、第一雌花節(jié)位7.80節(jié)、葉綠素相對含量45.40、單株結果數(shù)69.80個、可滴定酸含量0.84%、可溶性固形物含量9.70%、氨基酸含量 2 233.76 mg/kg、維生素C含量87.89 mg/100 g、單果重15.2 g、單株產(chǎn)量832.96 g、小區(qū)產(chǎn)量 26.91 kg;因消費者對果實外觀品質無明顯偏好,故不參與綜合評價計算。在對矩陣進行無量綱化并求得絕對差值的基礎上,根據(jù)公式(1)求得相對應的關聯(lián)系數(shù),根據(jù)公式(2)和公式(3)計算各性狀指標的等權關聯(lián)度與權重系數(shù)(表7),關聯(lián)度與權重系數(shù)排序為葉綠素含量gt;株高gt;莖粗gt;節(jié)間距gt;第一雌花節(jié)位gt;單果重gt;可溶性固形物含量gt;維生素C含量gt;單株產(chǎn)量gt;單株結果數(shù)gt;小區(qū)產(chǎn)量gt;氨基酸含量gt;可滴定酸含量。加權關聯(lián)度可客觀反映參試品種與理想品種的差異,利用公式(4)計算各品種加權關聯(lián)度并進行排序(表8),18個品種的加權關聯(lián)度排序為錢江紅珠gt;錢江金珠gt;粉鈴gt;浙櫻粉1號gt;金凱娜gt;太空紅鉆gt;舒哥1號gt;紅千禧gt;白妃gt;粉星2號gt;紅鈴gt;黃星7號gt;黃妃gt;彩星1號gt;紫星2號gt;黃星1號gt;綠星二號gt;紅美人。
3 討論
不同栽培環(huán)境條件對櫻桃番茄生長和品質的影響不同,咸寧地區(qū)夏季高溫高濕、冬季低溫嚴重制約著優(yōu)良品質櫻桃番茄的周年生產(chǎn)和供應[18]。因此,篩選優(yōu)質櫻桃番茄品種,優(yōu)化設施栽培手段,對櫻桃番茄設施生產(chǎn)具有重要意義[19-20]。本研究對不同櫻桃番茄品種生育期進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),18份供試品種生育期表現(xiàn)出不同熟性,品種生育期在195~209 d之間,了解不同品種的生育期可對品種的生產(chǎn)安排、果實上市時間提供幫助。18份供試品種除金凱娜外,一致性較強,篩選一致性較強的品種,有利于統(tǒng)一生產(chǎn)上的栽培管理,保證上市后的經(jīng)濟效益。
18份櫻桃番茄品種各數(shù)量性狀指標之間存在不同程度的差異性,其中,變異系數(shù)大于30%的4個性狀指標為單株結果數(shù)、游離氨基酸含量、單株產(chǎn)量及小區(qū)產(chǎn)量,其他性狀變異系數(shù)在6.01%~25.62%之間。王娟等對39份燕麥材料進行農藝性狀分析發(fā)現(xiàn),當性狀變異系數(shù)大于10%時,樣本差異較大,表明18份櫻桃番茄品種存在較高的遺傳多樣性[21]。對供試品種16個數(shù)量性狀指標進行相關性分析,發(fā)現(xiàn)單果重與果實縱徑呈顯著正相關;果實橫徑與果形指數(shù)呈極顯著負相關,這與文軍琴等的研究結果[22]基本一致;莖粗與葉綠素相對含量呈顯著負相關,表明當葉綠素含量過高時,植株營養(yǎng)生長旺盛,會抑制其莖稈加粗,造成徒長。
根據(jù)育種目標劃分不同的材料類群,可直觀反映不同類型的品質差異,還可以有效提升品種篩選的工作效率,聚類分析中將遺傳背景相似的材料聚為一類,在櫻桃番茄種質資源研究中也已被廣泛應用[23-25]。本研究中的第Ⅰ類群櫻桃番茄可溶性固形物含量較高,第Ⅴ類群櫻桃番茄包含1個品種,游離氨基酸含量最高,可為后續(xù)高品質櫻桃番茄品種選育提供一定基礎。由于櫻桃番茄各性狀指標之間均存在差異,很難通過1個或幾個指標對不同櫻桃番茄品種進行評價。灰色關聯(lián)度模型以發(fā)展趨勢做分析,對樣本量沒有過多要求,也不需要典型的分布規(guī)律,結果與定性分析較吻合。因此,利用灰色關聯(lián)度分析法對不同指標進行綜合分析,該方法也是解決品種篩選過程中綜合評價的關鍵方法[26]。各性狀指標的加權關聯(lián)度表明,各指標對櫻桃番茄綜合評價的影響由大到小為葉綠素相對含量gt;株高gt;莖粗gt;節(jié)間距gt;第一雌花節(jié)位gt;單果重gt;可溶性固形物含量gt;維生素C含量gt;單株產(chǎn)量gt;單株結果數(shù)gt;小區(qū)產(chǎn)量gt;游離氨基酸含量gt;可滴定酸含量,說明大部分植物學性狀指標、產(chǎn)量指標和部分營養(yǎng)品質指標是判斷櫻桃番茄商品價值的重要指標。
4 結論
本研究運用灰色關聯(lián)度法對18個櫻桃番茄品種進行綜合評價,在計算性狀等權關聯(lián)度值與權重系數(shù)后,計算各品種加權關聯(lián)度并排序,結合田間表現(xiàn),本研究結果客觀可靠,排名前三且得分由高到低的品種依次為錢江紅珠、錢江金珠、粉鈴,可進一步在本地區(qū)推廣應用。作物的品質和產(chǎn)量表現(xiàn)除受品種特性影響外,還受環(huán)境因素影響[27];不同設施類型、茬口、栽培管理方式均會影響參試材料的表現(xiàn),從而影響分析結果。本研究僅對櫻桃番茄設施無土栽培早春茬的田間表觀性狀和營養(yǎng)品質性狀進行探索,對櫻桃番茄秋冬茬的表現(xiàn)評價和周年生產(chǎn)仍需進一步深入研究。
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