我國番茄種質資源研究進展

原靜云，原讓花，李貞霞＊，王曉玲

（1. 河南科技學院，河南 新鄉 453003；2. 河南九圣禾新科種業有限公司；3. 河南省新鄉市農業科學院）

我國番茄種質資源研究進展

原靜云1,2，原讓花3，李貞霞1＊，王曉玲3

（1. 河南科技學院，河南 新鄉 453003；2. 河南九圣禾新科種業有限公司；3. 河南省新鄉市農業科學院）

番茄是世界上重要的蔬菜作物，在各國的蔬菜栽培中均占有相當大的比例。番茄種質資源的收集和利用為番茄的育種和生產提供了重要途徑，目前我國番茄育種材料嚴重不足，國內番茄抗病育種水平與國外相比仍存在一定的差距。綜述了番茄種質資源的起源、收集、保存、創新和利用，展望了番茄種質資源在未來育種中的作用和前景。

番茄；種質資源；創新；利用

番茄(Lycopersicon esculentum Miller)別名西紅柿、洋柿子，在植物分類上屬于茄科(Solanaceae)番茄屬(Lycopersicon)。原產于南美洲地區，起源于南美的秘魯、厄瓜多爾、玻利維亞，在南美西部安第斯山脈的狹長地帶均有番茄野生種存在。番茄為多年生草本植物，栽培中常作為一年生種植。植株分有限生長和無限生長兩種類型，常多分枝，葉被毛。果實直徑在1.5～7.5cm之間，呈扁圓、長圓、圓、梨形、心形、葫蘆形或櫻挑形等，有紅、黃、粉紅、紫黑、綠色、紅底綠條紋和紅底黃條紋等不同顏色，果肉柔軟多汁。其種子扁平，有毛茸，呈灰黃色。番茄含有豐富的營養成分，既是蔬菜熟食和生食，又是水果，倍受廣大群眾的喜愛。據研究測定，每人每天食用50～100 g鮮番茄，即可滿足人體對幾種維生素和礦物質的需要。番茄中還含有豐富的抗氧化劑，可以防止自由基對皮膚的破壞，具有明顯的美容抗皺效果。在美國平均每人每年吃掉8.2kg新鮮番茄以及約31.75 kg加工番茄，每年消耗的番茄超過1200萬t。據聯合國糧農組織統計，從2005年起我國已躍升至全球第一番茄醬出口大國，曾占全球十大出口國番茄醬總量的37.9%。2013年國內番茄種植面積5.33萬～6萬hm2，平均產量為82.5 t/hm2左右，總產量450萬t左右。由于人們生活水平的不斷提升，市場對番茄果實的大小、形狀、顏色、品質、風味、耐儲運性、上市時間等也提出了新的要求，對種質資源的收集利用也提出了更高的要求。

1 番茄資源的收集保存及遺傳多樣性

1.1 番茄資源的收集保存

番茄是嚴格的自花授粉植物，經過長期的人工栽培和選育，在生長習性、葉形、花序、果形、果色等植物學性狀方面發生較大變異。番茄資源的應用主要是服務于育種研究，提供不同育種方向的良好素材，比如抗病蟲材料、果實顏色、高產材料、口感好的材料、高營養材料、含有某種特異基因的材料等。隨著人工選育雜交組合技術的應用，蔬菜品種的遺傳多樣性在逐漸減少，所以資源的收集與保護對于育種研究越來越重要。國外早在1778年就開始了番茄的種質資源收集工作，近幾十年來，IBPGR (International Board for Plant Genetic Resources) 又先后多次對番茄的種質資源進行了大規模的收集整理。椐1987年IBPGR報道，全世界共收集到番茄種質材料有32 000份，到1990年就已經超過了40000份，這些材料主要被收藏于11個研究單位。其中收藏量超過6 000份的單位有設在臺灣地區的亞洲蔬菜研究發展中心(AVDCR)和位于科羅拉多州柯林斯堡的美國國家種子貯藏實驗室(USDA)。美國加州大學Rick所領導的番茄遺傳貯藏中心(TGSC)也收集了3000多份番茄材料。我國自20世紀80年代開始，也先后組織過兩次大規模的番茄種質資源收集工作，共收集到各種番茄材料有1912份（中國農科院蔬菜花卉所，1998)。目前，我國引種保存的番茄原始材料已經超過了10 000份（王素等，1998)。這些材料的收集工作為種質資源的豐富、搜集以及品種多樣性的選育和推廣提供了良好的基礎。

1.2 番茄種質資源的多樣性研究進展

番茄原產于南美洲地區，該地區擁有表型多樣的野生種質材料，其野生種內蘊藏著豐富的抗性資源，是栽培番茄品質、抗性等品種改良工作中優良的遺傳源泉。通常用于栽培的屬于普通番茄(L. esculentum Mill.)。一般將番茄屬分為9個種，除普通番茄之外，還包括小花番茄(L.parviflorum)、醋栗番茄(L.pirapinellifolium)、克梅留斯基番茄(L.chmeilewskii)、智利番茄(L.chilense)、契斯曼尼番茄(L.cheesmanii)、多毛番茄(L.hirsutum)、秘魯番茄(L.peruvianum)和潘那利番茄(L.penne llii)。

根據最新分類（Peralta et al.，2005），番茄有16個野生或近緣野生種，其中野生種12個，包括S.arcanum、契斯曼尼番茄（S.cheesmaniae）、智利番茄（S.chilense）、克梅留斯基番茄（S.chmielewskii）、S.corneliomuelleri、多腺番茄（S.galapagense）、多毛番茄（S.habrochaites）、S.huaylasense、S.neorickii、潘那利番茄（S.pennellii）、秘魯番茄（S.peruvianum）和醋栗番茄（S.pimpinellifolium）；近緣野生種4個，包括類番茄茄（S.lycopersicoides）、S.sitiens、S. juglandifolium、S.ochranthum。

遺傳多樣性是指同種內不同種群之間或一個種群內不同的個體的遺傳差異。遺傳多樣性的本質是生物體在遺傳物質(DNA或RNA)組成和結構上的變異。遺傳多樣性的表現形式是多層次的，在分子水平表現為核酸、多糖、蛋白質等生物大分子的多樣性；在細胞水平上可體現在染色體結構的多樣性以及細胞功能和結構的多樣性；在個體水平上，可表現出形態發育差異、生理代謝差異以及行為習性的差異。番茄遺傳多樣性研究從最初單純外觀形態研究發展到現代DNA

分子水平的研究，由于分子標記技術檢測的是在基因組水平上的差異，在植物體的各個組織、各發育階段均可檢測到，不受季節、環境限制，不存在表達與否的問題,因而具有客觀和穩定的特點；利用分子標記可以迅速確定種質之間的親緣關系及遺傳差異，確定種質之間的遺傳距離，為蔬菜育種中有效區分雜交優勢群、明確雜交組合、提高品種質量及育種效率提供有力依據，對于番茄種質資源的收集、分類和保存，尤其是在育種上的應用展現了廣闊的前景。目前國內外研究工作者主要利用RAPD(RandomLy Ainphfied Polymorphic DNA，RAPD)、SSR(Simple Sequence Repeat，SSR)、AFLP(AmpHfied Fragment Length Polymorphism，AFLP)和SRAP(Sequence Related Am-phfied Polymorphism，SRAP）標記技術進行番茄種質資源的分類、遺傳多樣性和品種鑒定的研究。

1.2.1 RAPD隨機擴增片段長度多態性標記技術（RAPD）由Willial'nS和Welsh首先提出。2011年張曉烜等利用RAPD分子標記技術，對63份番茄種質資源進行了遺傳多樣性研究。其結果表明：從180個RAPD引物當中，篩選出22條穩定性好、多態性強的RAPD引物，利用這些引物共擴增出多態性帶207條，多態性條帶的比率為86.96%，這63份番茄栽培品種或品系間的相似系數介于0.28～0.99之間，說明RAPD 能明確的對番茄野生種、近緣野生種和栽培種進行多態性分析。這與生物學分類方法的結果基本一致。

1.2.2 SSR簡單重復序列（SSR)又叫微衛星DNA。2003年，He等從50個番茄種的DNA序列中篩選出158 個可以設計PCR引物的SSR，其中129對引物擴可增到預期大小的DNA片段，這129個SSR標記中，55%是雙核普酸重復，38.8%是三個核昔酸重復，6.2%是四個或五個核昔酸重復。按照核昔酸重復的類型來計算，TA/AT重復占41.1%，AAT/ATA重復占10.1%，GA/CT重復占8.5%。用這些SSR來檢測19個番茄的多態性時發現，其中50%的SSR顯示差異。表明SSR標記在檢測番茄的多態性時是非常有用的。

1.2.3 AFLP 擴增片段長度多態性(AFLP)是 Zebeau等發明的一項技術。2006年，Santiago利用19個SSR標記和7個AFLP引物組合對番茄的9個類型中的48個栽培種進行了聚類分析。聚類結果得到了3個主要的類型Muchamiel、Delapera和Momno。2種分子標記法的區分能力相似。一些SSR和AFLP標記相結合可以最終將親緣關系很近的品種區分開來，由此可以肯定這2種分子標記法作為鑒定番茄品種的可行性。由于AFLP引物設計的巧妙與搭配的靈活使其成為當今獲得多態性效率最高的分子標記，現已應用于基因標記，遺傳作圖，DNA指紋圖譜鑒定，遺傳多樣性分析等許多研究領域。

1.2.4 SRAP2007年，王燕等利用15個SRAP引物組合對11個番茄主栽品種以及1個近緣野生種進行種質鑒定分析，園藝性狀相似的品種在較近的遺傳距離聚類，這說明SRAP可以有效應用于番茄品種資源鑒定與遺傳多樣性分析。

2 番茄種質資源的創新利用

2.1 番茄種質資源的創新

2.1.1 轉基因的應用 番茄的基因轉化技術主要采用農桿菌介導的基因轉化方法和利用花粉管導入法進行的基因轉化。迄今為止，已經獲得抗病蟲害、抗逆、延熟等轉基因番茄，為番茄資源的創新提供了新的途徑。葉志彪等將乙烯形成酶(EFE)反義基因導入到番茄中，創建了轉基因耐貯藏番茄材料，并結合常規育種選育出耐貯藏雜交番茄——“華番1號”，又名“百日鮮”，其果實成熟后可在13～30℃下貯藏45d，這是我國第一個農作物基因工程品種。Vander等將修飾的毒蛋白基因CryIA(b)和CryIC轉入番茄中，從而產生對甜菜夜蛾、煙草夜蛾的抗性。轉基因育種可以打破物種界限，克服基因連鎖帶來的不利，實現定向改良。傅桂榮等利用美擬鰈抗凍蛋白(AFP) 轉化番茄，其轉基因番茄當代及子代經低溫處理后，發現轉基因致死溫度與對照比較明顯降低1～2℃，說明轉AFP基因番茄抗寒力增強。番茄的轉基因工程研究與生產轉化正蓬勃開展，已經創造了許多新的基因型資源，顯示了基因工程在番茄品種改良和資源創新中的廣闊前景。

2.1.2 分子設計育種的應用 分子設計育種是指在作物全基因組序列分析的基礎上，通過利用大規模開發的分子標記，明確主要農藝性狀基因的功能及效應、網絡調控和基因表達產物互作的前提下，構建大規模的有利基因滲入系文庫和優良轉基因系，根據所設計的育種目標，再通過計算機軟件模擬和分析，得到最佳育種實施方案，從而實現從傳統的經驗育種到定向、高效的“精確育種”轉變，全面提升育種水平，縮減育種年限，培育具有突破性的新品種。

隨著分子生物學、蛋白組學、基因組學、生物信息學的快速發展，重要農藝性狀基因的定位分離、基因克隆、基因組結構和功能的研究，可以利用軟件模擬品種組配，篩選最優的組合，使作物育種更加精確。值得一提的是植物中的第一張RFLP標記圖譜，第一張含有1 000多個分子標記的高密度圖譜全都是在番茄上首先完成的，為分子設計育種打下良好的基礎。

2.1.3 航空誘變的應用 隨著我國載人飛行器(衛星、飛船、航天飛機、空間站等)的發展，空間生命科學應運而生。近年來，航天技術大國已在太空站上進行了各種生物學方面實驗，先后培育出有百余種太空蔬菜作物，包括番茄、蘿卜、甜菜、甘藍、萵苣、黃瓜、洋蔥等。所謂“航天誘變”，就是在距離地球20～400 km的高空環境進行的種子飛行搭載處理，返地后進行篩選。因大氣結構、氣溫、空氣密度、壓力、地磁強度、平流層輻射與地面有差異，這些綜合環境因素對番茄種子生理和遺傳性狀具有強烈的影響，引起植株發生突變。從中篩選出有用的新材料和罕見的突變基因資源突變體。

王怡林等采用傅立葉變換紅外光譜法(FT-IR)，對航天誘變育種番茄品系種子和系統法選育的番茄品系種子進行了對比性研究，比較了其在紅外光譜中的異同。番茄種子的紅外光譜主要由碳水化合物的吸收帶和蛋白質的吸收帶組成，經航空誘變后的番茄種子紅外光譜的主要吸收峰的峰位、峰形與系統法選育的番茄種子基本上相同，表明其主要成分和基本結構并未發生變化。發生變異的地方是:果實中糖分和維生素C含量顯著增加，在1 162～1 099 cm-1峰處的吸收均比普通種子的大。尤其是太空小番茄種子在1162 cm-1峰處的吸收特別顯著，表明經航空誘變后太空番茄種子中的碳水化合物的含量增加了，屬于可遺傳變異。

近幾十年來國內外專家十分關注航空誘變新資源的發展，利用轉基因技術培育的品種涉及生物安全性和食品安全性，而航空誘變是植物自身基因發生的突變，沒有外源基因的引入，所以人們對轉基因食品安全的擔心在這里就不需要了。我國是目前世界上掌握航天返回技術的三個國家之一，為航空誘變創造新資源提供了便利條件。

2.1.4 離子注入技術的應用 將離子注入技術引入種質資源創新，這一方法具有突變率高、突變譜廣、生理損傷小及效果突出等優點。據報道，中國科學院等離子體物理所與山東煙臺市農科所合作，對離子注入在番茄材料誘變所產生的效應進行了系統研究。他們利用不同劑量的脈沖式氮離子(N+)束照射番茄種子，引起番茄當代單果重提高的變異，并且熟性提前，具有明顯的增產效應。利用所創造的新資源培育的“魯番茄7號”品種具有早熟性強、產量高、外觀色彩鮮艷、硬度大、可溶性固形物5.0%、品質優、抗煙草花葉病毒、耐貯運等優點。

2.2 番茄種質資源的利用

2.2.1 番茄資源在育種中的利用 番茄資源中有相當一部分被用做育種原始材料，育出了一大批抗病、高產、優質的蔬菜新品種，并在生產上栽培推廣。據調查，幾乎所有嚴重的番茄病害都可在番茄野生種和近緣野生種質資源中找到相應的抗源。在野生番茄中已發現的抗病性，已有半數通過雜交轉入普通番茄中。如國外引入的抗番茄TMV材料，在我國番茄抗病育種上發揮了極其重要的作用，使我國番茄抗病毒育種達到國際先進水平。其中最突出的是含有抗番茄TMV基因的材料Manapal Tm-2nv，其抗病基因Tm-2nv來自秘魯番茄，是經美國人將其和普通番茄雜交后而選育獲得的。我國先后有l0余個番茄育種單位利用Manapal Tm-2nv育成了近50個抗TMV番茄新品種，如蘇抗1-9、中雜系列、中蔬系列、紅雜系列番茄，以及毛粉802、西粉3號、早豐、早魁、中豐等番茄新品種。這些品種已在我國蔬菜生產上創造了巨大的經濟效益和社會效益。

2.2.2 番茄資源在其他方面的利用價值 我國是番茄種植大國，2010年超越美國，居世界第一（聯合國糧食及農業組織2010年8月的網站數據），所以番茄資源在我國的開發利用非常廣泛?？梢愿鶕枰x出具有專項用途的材料，例如：第一，選出番茄堿含量高的材料。番茄堿是天然的新型生物堿類植物源殺蟲劑，不僅對菜青蟲有明顯的拒食作用，而且對菜粉蝶有明顯的產卵忌避作用，對蝗蟲和番茄果蟲也有毒性和抗蟲作用，對許多害蟲都有一定的驅拒性?？梢姺褖A具有很大的開發利用價值。第二，選出茄紅素含量高的材料。番茄紅素主要用于防止紫外線灼傷，保護皮膚、延緩衰老，類胡蘿卜素復合和前列腺癌的防治等方面。作為功能性天然色素的番茄紅素，在醫藥、食品、化妝品等方面都有著良好的應用前景，其開發應用將給農業、食品加工業、醫藥行業、美容業等與之相關的行業帶來可觀的經濟效益，所以番茄資源的深度開發具有廣闊的市場前景。

3 番茄種質資源的發展趨勢

我國番茄種質資源的研究已經取得了顯著發展，然而從目前番茄種質資源利用的現狀來看，仍然存在一些問題。國內的番茄抗病育種水平與國外相比仍存在一定的差距。因此必須應用新的生物技術與常規鑒定相結合，在種質資源中發掘新的優良基因，克隆新的優良基因，建立基因文庫，應用新的生物技術與常規遺傳育種相結合，研究各種優良基因的多樣性和遺傳特點，并加強資源的保護、創新、交流工作力度。應特別注重野生資源的挖掘、保護，以及國外資源的引進與利用，拓寬資源的遺傳背景。加強對資源品質的深入研究，發現和創造一批高品質資源，提高選育品種品質檔次。根據生產發展和市場細化的需要，加強對專用型資源，如加工型、保護地專用、耐運輸型等的研究，以確保我國番茄抗病育種研究早日躋身于世界先進水平。

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Research Progress of Tomato Germplasm Resources in China

Yuan Jingyun1,2, Yuan Ranghua3, Li Zhenxia1＊, Wang Xiaoling3
(1. Henan Institute of Science and Technology, Xinxiang 453003, China; 2. Henan Joinhope Xinke Seed Co. , Ltd. ; 3. Xinxiang Academy of Agricultural Sciences )

Tomato is one of the most important vegetable crops in the world, and occupies a very large proportion of vegetable farming in each country. Collection and utilization of tomato germplasm resources provide an important way for tomato breeding and production. Comparing to tomato disease resistance breeding in abroad, domestic resistance breeding still has a certain gap because of the shortage of breeding materials in tomato. This article reviewed the origin, collection, preservation, innovation and utilization of tomato germplasm resources, and outlooked the role and prospect of tomato breeding in

germplasm resources in the future.

tomato; germplasm resources; innovation; utilization

S641.2

A

1003-4749（2016）04-0009-06

2016-02-15

河南省大宗蔬菜產業技術體系建設專項資金（S2010-03-06）

原靜云(1985-)，男，河南沁陽人，在讀碩士，現從事大白菜新品種選育及推廣工作。

*通訊作者：李貞霞(1973-)，女，河南南陽人，博士，副教授，主要從事蔬菜栽培生理生態方向的研究工作。