醋栗番茄LA2093渐渗系群体苗期耐盐性评价

李浩龙， 周 蓉， 蒋芳玲， 文军琴， 刘 帅， 吴 震

(南京农业大学园艺学院/农业农村部华东地区园艺作物生物学与种质创新重点实验室，江苏南京210095)

普通栽培番茄大多属于中度盐敏感作物，为番茄耐盐品种选育所提供的材料十分有限。但野生番茄资源含有许多潜在的耐盐基因，可以为番茄耐盐品种的选育提供优异变异来源[1-2]。目前，研究者在潘那利番茄(Solanumpennellii)等野生番茄资源中均已鉴定出丰富的耐盐片段[3-7]。近几十年来，野生番茄资源中的耐盐基因被育种学家广泛应用于栽培番茄的遗传改良研究中[8-11]。野生番茄中醋栗番茄与栽培番茄的亲缘关系最近，醋栗番茄内的耐盐基因通过杂交的手段更易转移到栽培番茄中。渐渗系(Introgression line，IL)群体是通过两亲本不断回交和自交构建而成的，群体内各株系基因组与受体亲本大致相同，仅有一小部分被供体亲本基因组所代替。通过构建醋栗番茄IL群体并筛选耐盐株系，对挖掘醋栗番茄中优异耐盐基因具有重要意义。

随着番茄的生长发育，对盐胁迫的敏感程度逐渐降低，苗期是对盐胁迫最敏感的时期之一[12]。番茄的耐盐性属于多基因控制的性状，单指标难以准确地反映番茄的耐盐性。近年来，基于多指标对植物耐盐性进行综合评价的方法已在各种作物中广泛应用[13-16]。前人在研究中发现，醋栗番茄(Solanumpimpinellifoliumn)LA2093对盐胁迫不敏感，属于耐盐番茄种植资源[17]。因此，本研究以耐盐醋栗番茄LA2093渐渗系(IL)BC3F3代群体(共19个渐渗系株系)及亲本为试验材料，在幼苗期对各番茄材料的耐盐相关指标进行测定并计算耐盐性系数，然后利用多元分析方法综合评价番茄各株系耐盐性，筛选出耐盐株系，并获得有效评价番茄苗期耐盐性的重要指标。本研究结果可为耐盐番茄品种的鉴定和选育提供理论参考，也可为后续醋栗番茄中耐盐关键基因的挖掘奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验以19个醋栗番茄单片段渐渗系株系及渐渗系群体亲本为试验材料(表1)。19个单片段渐渗系株系从南京农业大学蔬菜生理生态实验室通过3代回交和2代自交构建的BC3F3代渐渗系群体中选出，以栽培番茄(Solanumlycopersicum) Jina 为母本，醋栗番茄(Solanumpimpinellifolium)LA2093 为父本，其渗入片段覆盖野生番茄全基因组的65%左右。

1.2 试验设计

试验于2020年10月至11月在南京农业大学玻璃温室中进行，播种所用基质各成分含量比例为2∶1∶1(草炭∶蛭石∶珍珠岩)。待番茄幼苗长至2叶1心期时，将长势相同的番茄幼苗移栽到32孔穴盘中，采用1/2日本园式营养液培养。待幼苗长至5叶1心时，以添加含有200 mmol/L NaCl的1/2日本园式营养液为处理组，以添加不含NaCl的1/2日本园式营养液为对照组。试验期间营养液每2 d更换1次，每次添加5 L，添加前倒出穴盘中所有溶液，以保持渗透势稳定。每个处理15株，每3株为1个重复，共5个重复，数据取5个重复的平均值。

表1 供试植株材料编号及渗入片段所在染色体编号

1.3 耐盐鉴定指标及测定方法

1.3.1 生长指标 在盐处理第10 d，测量番茄幼苗的株高和茎粗。取出幼苗并用去离子水冲洗干净，吸干表面水分，称其鲜质量；然后将幼苗装入信封中，在烘箱中先杀青10 min(105 ℃)，然后烘48 h(80 ℃)至恒质量取出，称其干质量。

1.3.2 叶绿素相对含量 在盐处理第6 d，取自顶部向下数第3张完全展开的叶片，利用叶绿素仪(SPAD-502 Plus，日本)检测叶绿素相对含量。

1.3.3 丙二醛和过氧化氢含量 在盐处理第6 d，取自顶部向下数第3张完全展开的叶片，丙二醛(MDA)含量和过氧化氢(H2O2)含量的测定方法参照李合生[18]的方法。

1.4 数据统计与计算

用SPSS 20.0软件对数据进行多元分析(相关分析、主成分分析、聚类分析和逐步回归分析)。试验所用的计算公式如下：

单项指标耐盐性系数(α)：

(1)

7个指标中基于MDA和H2O2含量的耐盐性系数越高代表越不耐盐，其余指标的耐盐性系数越高代表越耐盐。因此，在对各指标耐盐性系数进行多元分析时，将基于MDA和H2O2含量的耐盐性系数转化为倒数参与统计。

各综合指标隶属函数值：

(2)

式中，Xi表示第i个综合指标;Xmin表示第i个综合指标的最小值;Xmax表示第i个综合指标的最大值。综合指标由单项指标通过主成分分析提取得到。

各综合指标权重：

(3)

式中，Wi表示第i个综合指标在所有综合指标中的重要程度(权重);Pi表示第i个综合指标的贡献率。

耐盐性综合评价值(D)：

(4)

2 结果与分析

2.1 21份番茄材料基于各指标的耐盐性系数及其相关性分析

由表2可知，供试材料基于株高的耐盐性系数(α1)、基于茎粗的耐盐性系数(α2)、基于整株鲜质量的耐盐性系数(α3)、基于整株干质量的耐盐性系数(α4)和基于叶绿素相对含量的耐盐性系数(α5)与对照相比整体均有所下降(α<1)，而基于丙二醛含量的耐盐性系数(α6)和基于过氧化氢含量的耐盐性系数(α7)与之相反，均有所增加(α>1)。1号(母本)和2号(父本)相比，2号番茄除基于丙二醛含量的耐盐性系数(α6)、基于过氧化氢含量的耐盐性系数(α7)低于母本以外，基于其余各指标的耐盐性系数均高于母本，且与其他19份渐渗系株系相比耐盐性系数较高，说明受盐胁迫影响较小，父本番茄中含有耐盐优异基因。此外还发现，19份渐渗系株系的各个指标对盐胁迫响应程度并不相同，仅用单个指标难以直接确定各株系的耐盐性。

表2 21份番茄材料基于各单项指标的耐盐性系数

由相关性分析结果(表3)可知，基于植株株高的耐盐性系数和基于整株鲜质量的耐盐性系数、基于整株干质量的耐盐性系数、基于丙二醛含量的耐盐性系数之间，基于茎粗的耐盐性系数和基于整株干质量的耐盐性系数、基于鲜质量的耐盐性系数之间，基于整株干质量的耐盐性系数和基于整株鲜质量的耐盐性系数之间，基于整株干质量的耐盐性系数和基于叶绿素相对含量的耐盐性系数之间存在极显著相关(P<0.01)；基于株高的耐盐性系数和基于叶绿素相对含量的耐盐性系数之间，基于整株鲜质量的耐盐性系数和基于叶绿素相对含量的耐盐性系数、基于丙二醛含量的耐盐性系数之间存在显著相关(P<0.05)，其他指标间也存在或多或少的相关性。由上述相关性分析结果可知，利用不同指标表征番茄耐盐性时，各指标所代表的信息之间存在重叠，同时各指标所代表的番茄耐盐性程度也不一样，可能导致最终的分析结果出现偏差。因此，需要对测定指标进行降维处理，构建综合评价指标，才能更有效地评价番茄苗期耐盐性。

表3 21份番茄材料基于各单项指标耐盐性系数的相关系数矩阵

2.2 不同指标耐盐性系数的主成分分析及权重计算

表4 21份番茄材料苗期耐盐指标主成分分析及权重

2.3 各番茄材料耐盐性评价

利用公式(2)计算各综合指标的隶属函数值，利用公式(3)计算各综合指标的权重，利用公式(4)计算获得各番茄材料的耐盐性综合评价值(D)(表5)。通过比较发现，2号父本D值最大，为0.810，耐盐性最强；1号母本D值为0.340，耐盐性较弱。19份渐渗系株系的D值范围为0.161～0.762，其中IL-6号番茄D值最大，耐盐性最强；IL-18号番茄D值最小，耐盐性最弱。如图1所示，对各番茄材料D值进行聚类分析，将父本、母本及19份渐渗系株系分成2类，耐盐类(Ⅰ)：2、IL-6、IL-9和IL-12；不耐盐类(Ⅱ)：1、IL-3、IL-4、IL-5、IL-7、IL-8、IL-10、IL-11、IL-13、IL-14、IL-15、IL-16、IL-17、IL-18、IL-19、IL-20和IL-21。

2.4 耐盐指标的筛选和番茄苗期耐盐性预测

表5 21份番茄材料幼苗植株的综合指标、隶属函数值、综合评价值和预测值

图1 不同番茄材料D值聚类分析结果Fig.1 D-value cluster analysis of different tomato materials

3 讨论

3.1 番茄苗期耐盐性综合评价及指标的筛选

本研究中，盐胁迫下各番茄材料的株高、茎粗、整株鲜质量、整株干质量和叶绿素相对含量的耐盐性系数与对照相比整体表现为降低趋势，而丙二醛和过氧化氢含量的耐盐性系数与对照相比均升高，且不同材料间各指标对应的耐盐性系数变化程度不同。对株高、茎粗、整株鲜质量、整株干质量、叶绿素相对含量、丙二醛含量和过氧化氢含量7项指标对应的耐盐性系数相关性分析结果表明，各指标所代表的信息之间存在交叉重叠。因此，仅凭借单个指标无法全面反映番茄的耐盐性，需要提取综合指标来评价其耐盐性。耐盐性系数可以更加准确地反映植物的耐盐能力，目前，已有大量研究以耐盐性系数为基础，结合多元分析方法综合评价植株耐盐性[19-24]。本研究以番茄苗期7个指标的耐盐性系数或耐盐性系数的倒数为基础，提取了4个独立的综合指标，通过对4个综合指标进行隶属函数分析并求出各番茄材料的耐盐性综合评价值。由于耐盐性综合评价值是0～1的纯数[25]，故可以更加科学、直观地比较各番茄材料的耐盐性。通过对D值聚类分析，较为客观地将19份渐渗系株系分成耐盐类和不耐盐类，其中不耐盐类渐渗系株系有16份，耐盐类渐渗系株系有3份。

3.2 耐盐株系的利用

本研究通过对醋栗番茄渐渗系株系进行耐盐性评价，初步筛选出3个耐盐渐渗系株系，分别为IL-6、IL-9和IL-12，其中IL-6耐盐性最强。3个耐盐株系的染色体一小部分被父本醋栗番茄所替代，而其余染色体与母本栽培番茄Jina相同。其中L-9和IL-12株系均含有醋栗番茄第6号染色体部分片段，IL-6含有醋栗番茄第11号染色体部分片段。本研究结果表明，母本为不耐盐番茄，而父本为耐盐番茄，耐盐株系的耐盐性与其所携带的父本染色体渗入片段有关。后期可通过耐盐株系与轮回母本Jina进一步杂交并自交多代，构建各自耐盐系亚系群体。利用已公布的醋栗番茄LA2093基因组数据[30]，进一步开发分子标记对耐盐亚系群体进行基因分型并结合耐盐性鉴定，挖掘耐盐关键基因。利用耐盐渐渗系株系挖掘耐盐基因已有相关报道，例如余庆辉等[9]利用耐盐渐渗系株系IL7-5，通过加密分子标记构建该片段遗传连锁图谱并进行耐盐鉴定，实现了Stq7b耐盐的主效位点精细定位，并筛选出2个耐盐候选基因；周龙溪[8]同样以耐盐渐渗系IL7-5与M82为亲本构建了IL7-5 Sub-ILs渐渗系亚系群体，通过对亚系群体进行耐盐性鉴定，最终发现苗期耐盐主效QTLStq7位点和6个耐盐候选基因。

4 结论