地被菊品種及其近緣種的數(shù)量分類1)

孔志新 王 亞 孫 明 張啟翔 陳雪娟 劉 華

(北京林業(yè)大學(xué)，北京，100083)

地被菊是陳俊愉等［1］經(jīng)過(guò)約40 a的育種實(shí)踐，培育出的一類植株低矮、株型緊湊、觀賞價(jià)值高、適應(yīng)性和抗性強(qiáng)、適于地載的新品種群，同時(shí)為了便于區(qū)別大菊品種群及其盆栽小菊品種群之間的差異，認(rèn)為凡具有上述特點(diǎn)的菊花品種，可統(tǒng)稱之為地被菊［2］。地被菊目前已有百余個(gè)品種，在我國(guó)絕大部分地區(qū)適應(yīng)生長(zhǎng)，尤其在三北地區(qū)應(yīng)用廣泛，對(duì)低溫、干旱、鹽堿有較強(qiáng)的抗性。除作為地被植物應(yīng)用外，其藥用、食用價(jià)值也不可忽視，一些品種如‘玉人面’‘玉龍’的營(yíng)養(yǎng)成分和化學(xué)成分與‘杭白菊’等傳統(tǒng)茶菊基本相似。

地被菊育種的早期親本主要為野生菊屬植物，并隨著育種目標(biāo)的不同加入具有特定性狀的親本。地被菊主要以天然授粉實(shí)生選種、人工雜交等為主要育種手段，因此，地被菊品種主要為種間，甚至屬間雜交后代，其親緣關(guān)系并不十分明確。數(shù)量分類學(xué)方法是傳統(tǒng)分類學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)及計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生的，可以再現(xiàn)研究對(duì)象之間的親疏關(guān)系［3-5］，已在慈姑［6］、梅花［7］、杜鵑［8］、芍藥［9］、枇杷［10-11］、紫薇［12］等植物資源的品種分類上得到應(yīng)用。戴思蘭等［13］、吳國(guó)盛等［14］已采用數(shù)量分類方法對(duì)部分菊屬與亞菊屬植物進(jìn)行聚類分析和親緣關(guān)系的研究，但分類群體的數(shù)量有限，并且有關(guān)R型聚類分析對(duì)各性狀間的內(nèi)在關(guān)系還有待進(jìn)一步深入分析。本研究對(duì)46個(gè)地被菊品種及其近緣種的表型性狀進(jìn)行聚類分析和主成分分析，旨在分析其親緣關(guān)系，并對(duì)各性狀之間的內(nèi)在聯(lián)系和主要分類指標(biāo)進(jìn)行探討。

1 材料與方法

試驗(yàn)材料取自北京林業(yè)大學(xué)地被菊資源圃，包括地被菊品種44份，近緣菊屬植物2份。將其作為46個(gè)分類運(yùn)算單位(Operational Taxonomic Unit，OUT)，詳見(jiàn)表1。所有材料均通過(guò)溫室扦插繁殖，并于5月份移栽至資源圃，在相同環(huán)境條件下生長(zhǎng)。

分類性狀的選取及編碼：將所有試驗(yàn)材料進(jìn)行日常養(yǎng)護(hù)管理，根據(jù)實(shí)地觀察測(cè)量和常用分類性狀，選取31個(gè)性狀。選取的性狀分為3類：數(shù)量多態(tài)性狀17個(gè);定性多態(tài)性狀12個(gè);二元性狀2個(gè)。其中29個(gè)為形態(tài)學(xué)性狀，2個(gè)為生物學(xué)性狀(自然花期，是否有香味)。性狀及其編碼見(jiàn)表2。

表1 地被菊品種名及來(lái)源

以上性狀于2012年8—11月份進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從每個(gè)類群中選擇5株生長(zhǎng)良好、具有代表的植株進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，每個(gè)性狀統(tǒng)計(jì)5次，取平均值。

在對(duì)數(shù)據(jù)分析運(yùn)算之前，先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化處理，以消除不同綱量對(duì)數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生的影響［15］。

聚類方法：全部數(shù)據(jù)采用SPSS18.0軟件進(jìn)行Q型聚類分析，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)計(jì)算各OUT之間的平均歐氏距離［16］，然后，采用系統(tǒng)聚類中的離差平方和法［17］，做出46個(gè)運(yùn)算分類單位的分類系統(tǒng)樹(shù)圖，最后根據(jù)聚類過(guò)程中類與類之間的距離測(cè)度系數(shù)做聚合水平結(jié)合線。R型聚類分析方法與之相似，是對(duì)OUT的觀測(cè)量，即分類性狀進(jìn)行分類。

主成分分析：將原來(lái)眾多具有一定相關(guān)性的形態(tài)指標(biāo)，重新組成一組新的相互無(wú)關(guān)的綜合指標(biāo)，根據(jù)每個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率來(lái)替代原來(lái)的指標(biāo)［18］。并且由因子荷載量得到主成分與對(duì)應(yīng)變量的系數(shù)關(guān)系。

表2 分類性狀及編碼

2 結(jié)果與分析

2.1 Q型聚類結(jié)果分析

46個(gè)分類運(yùn)算單位按歐式平方距離系數(shù)由小到大進(jìn)行聚合，聚合步驟及距離測(cè)度系數(shù)見(jiàn)表3。從表3可以發(fā)現(xiàn)聚類結(jié)合過(guò)程中最大的跳變出現(xiàn)在第45步，其次是第38步和第42步，由此做3條等級(jí)結(jié)合線 L1，L2，L3。

表3 Q型聚類進(jìn)度

由圖1可見(jiàn)，等級(jí)結(jié)合線L1將46個(gè)地被菊品種及其近緣種分為兩大類群，類群Ⅰ為所有地被菊品種共42份，類群Ⅱ?yàn)橐吧壏N。類群Ⅰ表現(xiàn)為花色豐富，葉背面多具毛，葉片頂端為深鋸齒，植株低矮，舌狀花及管狀花數(shù)量較多且較長(zhǎng)，花期長(zhǎng)，無(wú)香味，觀賞價(jià)值高。類群Ⅱ包括甘菊(Dendranthema lavandulifolium)與甘野菊(Dendranthemalavandulifoliumvar.seticuspe)，其株高均在1 m以上，株幅較大，莖為紫色，葉背面無(wú)毛或幾無(wú)毛，花黃色，舌狀花數(shù)量小而少，具有香味，花期為10月上旬，觀賞價(jià)值較低。甘野菊為甘菊的變種，葉片較大。

圖1 Q型聚類分析圖

結(jié)合線L2將Ⅰ類群的42個(gè)地被菊品種劃分為A、B、C、D 4個(gè)類群：A類群包括39個(gè)品種;B類群只有1個(gè)小菊品種‘香玉’，特點(diǎn)為葉色墨綠，花期晚，為11月上旬，管狀花瓣化使其盤花徑大于其他地被菊品種，說(shuō)明小菊與地被菊存在一定差異;C類群由‘密瓣滁龍’‘北極豐’‘淡淡的粉’3個(gè)品種組成，它們的共同點(diǎn)是葉長(zhǎng)/葉柄長(zhǎng)大(平均為5.5/1)，其舌狀花頂端均為2裂;D類群只有‘陽(yáng)光小菊’這一品種，其特點(diǎn)十分顯著，葉柄較長(zhǎng)，達(dá)到22.46 mm，因此，葉長(zhǎng)/葉柄長(zhǎng)較小，葉型狹長(zhǎng)，葉色為嫩綠色，其莖節(jié)間長(zhǎng)、萼片長(zhǎng)寬之比均超過(guò)其他地被菊品種，管狀花數(shù)量達(dá)到256枚，僅次于‘淡寒粉’。L1將Ⅱ類群全部劃分為一類。

等級(jí)結(jié)合線L3將ⅠA類群進(jìn)一步劃分為a、b、c、d、e、f、g 6 個(gè)小組，a有 25 份，b、c有 2 份，d 有 7份，e、f、g各只有1份;將ⅠC類群進(jìn)一步劃分為a、b、c 3 個(gè)小組。

ⅠA類群中a組主要為株高0＜H≤40 cm，株幅40 cm＜D≤80 cm，莖中部粗不超過(guò)4 mm的矮生品種。在a組中又結(jié)合舌狀花顏色、莖色、舌狀花頂端形態(tài)等進(jìn)行分類，如‘金氈’‘亮黃早’‘重陽(yáng)黃’花為黃色，莖為白綠色，舌狀花頂端不裂，莖毛量為中等，三者之間親緣關(guān)系較近，歐式距離為14.242;又如‘美矮粉’‘紅錦丹’‘夏日’聚在一起 ，表現(xiàn)為葉背面毛多，枝條質(zhì)地較軟，葉長(zhǎng)與葉柄長(zhǎng)之比接近3.5，舌狀花為紅或粉紅色。b組有2個(gè)品種，‘小銀球’‘北國(guó)之春’，其舌狀花數(shù)量達(dá)到260枚，表現(xiàn)出高度重瓣，管狀花少或無(wú)，枝條質(zhì)地較硬。c組包括2個(gè)品種，顯著的特征為萼片數(shù)量多，平均達(dá)到95，管狀花數(shù)量在10以下，舌狀花短，僅17.73 mm，莖毛量中等。d組中都是晚花期品種，葉長(zhǎng)平均達(dá)到48.5 mm，株幅開(kāi)展，管狀花數(shù)量較多。e組為‘寒露黃’，雖然其株高，株幅為中等，植株莖粗達(dá)5 mm，但葉片大小，花序直徑小于其他地被菊品種。f組為‘毛香玉’，與‘寒露黃’相反，表現(xiàn)出花序直徑較大，且葉型狹長(zhǎng)。g組為‘青蓮’，表現(xiàn)為葉片狹長(zhǎng)，萼片長(zhǎng)度為最小，僅6.28 mm。

ⅠC類群中a組‘密瓣滁龍’與b組‘北極豐’的歐式距離為50.143，與c組‘淡淡的粉’的歐式距離為61.269，可見(jiàn)‘密瓣滁龍’與‘北極豐’的親緣關(guān)系較近?！姆邸幕ㄐ蛑睆皆?5 mm以上，舌狀花與萼片都超過(guò)200枚，而其盤花徑卻不到5 mm。

從以上聚類結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，野生菊屬植物與地被菊的差異較為明顯，主要體現(xiàn)在與觀賞性狀相關(guān)的方面。在地被菊品種內(nèi)部歐氏距離最大的是‘寒露黃’與小菊品種‘毛香玉’達(dá)到117.032。而42個(gè)地被菊品種的平均距離為50.635，說(shuō)明地被菊品種之間的區(qū)別也十分突出。

2.2 R型聚類分析

從R型聚類的樹(shù)系圖(圖2)可以看出，31個(gè)性狀被結(jié)合線劃分為4大類。A類包括花序徑、舌狀花長(zhǎng)、萼片長(zhǎng)、莖毛、葉背面毛、舌狀花顏色等11個(gè)性狀，主要是與花序形態(tài)、植株被毛有關(guān)的性狀;B組包括萼片寬、舌狀花寬、葉形3個(gè)性狀;C類包括株幅、株高、盛花期、葉長(zhǎng)、葉寬、葉裂、莖色、莖直徑等12個(gè)性狀，主要是與植株大小、葉片形態(tài)和植株莖有關(guān);D類包括舌狀花形態(tài)、舌狀花數(shù)、萼片數(shù)等5個(gè)性狀。

從性狀間的相關(guān)性角度分析，可以發(fā)現(xiàn)部分性狀之間相關(guān)程度較高。花序直徑與舌狀花長(zhǎng)相關(guān)系數(shù)為0.879;葉長(zhǎng)與葉寬相關(guān)系數(shù)為0.799;節(jié)間長(zhǎng)與葉裂片頂端形態(tài)，以及株幅與盛花期之間雖然沒(méi)有明顯的邏輯關(guān)系，但相關(guān)系數(shù)也在0.700以上，說(shuō)明它們之間存在一定的遺傳規(guī)律;株高與莖直徑的相關(guān)系數(shù)為0.685;盤花徑與管狀花數(shù)量的相關(guān)系數(shù)為0.671;葉面顏色、萼片數(shù)量、舌狀花顏色、莖色與其他性狀的相關(guān)系數(shù)都小于0.400，說(shuō)明與地被菊各部分顏色的表現(xiàn)較為獨(dú)立，沒(méi)有明顯的規(guī)律。由此可見(jiàn)，多數(shù)性狀較為獨(dú)立，且沒(méi)有明顯的負(fù)相關(guān)性。

圖2 R型聚類分析圖

2.3 主成分分析

從R型聚類可以看出部分性狀之間相關(guān)程度較高，為了明確眾多分類性狀中較為重要的信息，通過(guò)幾項(xiàng)綜合指標(biāo)實(shí)現(xiàn)分類的目的，有必要進(jìn)行主成分分析。

表4 主成分的特征值、貢獻(xiàn)率和累計(jì)貢獻(xiàn)率

主成分分析結(jié)果(表4)表明，主成分貢獻(xiàn)率比較分散，累計(jì)貢獻(xiàn)率增長(zhǎng)較慢，直到第10個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率才達(dá)到81.18%，說(shuō)明地被菊性狀變異向多方向發(fā)展。第1主成分占信息量的21.33%，前5個(gè)主成分占信息總量的59.00%，故選取前5個(gè)成分做進(jìn)一步分析。將因子荷載矩陣與性狀抽提系數(shù)綜合起來(lái)［19］，得到關(guān)于地被菊31個(gè)特征形狀的總載荷量和性狀重要性排名，詳見(jiàn)表5。

表5 各性狀在主成分分析中的載荷量

第1主成分貢獻(xiàn)率為21.33%，其中葉裂片頂端形態(tài)的載荷量為0.933，舌狀花長(zhǎng)度、株高、節(jié)間長(zhǎng)、花序莖、莖直徑、是否有香味、舌狀花寬7個(gè)性狀也表現(xiàn)出較大載荷量，絕對(duì)值都在0.602以上，這些性狀的信息荷載量最大，對(duì)分類最為重要。第1主成分主要反映葉裂片頂端為淺鋸齒或深鋸齒，以及花序、花瓣、植株體量等的尺寸信息。第2主成分貢獻(xiàn)率為14.62%，株幅、盛花期、葉長(zhǎng)的載荷量較大，均在0.600以上，都是R型聚類中C組的性狀，說(shuō)明這些性狀對(duì)地被菊分類較為重要。第3主成分貢獻(xiàn)率為10.12%，其載荷量絕對(duì)值較大的是舌狀花數(shù)量、萼片數(shù)量、管狀花數(shù)量，葉長(zhǎng)/葉柄長(zhǎng)、舌狀花頂端形狀，為代表花序各部分?jǐn)?shù)量的因子。第4主成分的貢獻(xiàn)率為6.84%，其載荷量絕對(duì)值較大的是盤花徑、葉寬、葉長(zhǎng)、葉長(zhǎng)/葉寬，主要是與葉片尺寸有關(guān)的性狀。

從性狀排序(表5)上看，對(duì)地被菊分類最重要的形態(tài)性狀是葉裂片頂端形態(tài)，其次是株幅、葉長(zhǎng)/葉柄長(zhǎng)、葉寬、盤花徑、舌狀花長(zhǎng)、葉長(zhǎng)、花序徑，其總荷載量都在0.750以上，重要性占據(jù)了所有性狀的前8位;重要性排后10位的分別為：是否有香味、節(jié)間長(zhǎng)、萼片寬、枝條質(zhì)地、葉裂、莖色、葉背面毛、葉面顏色、舌狀花頂端形態(tài)、葉形總荷載量都在0.500以下，對(duì)分類貢獻(xiàn)最小。

3 結(jié)論與討論

地被菊是在巖菊(該名稱1963年提出，現(xiàn)不再使用)的育種工作基礎(chǔ)上得來(lái)的。為克服巖菊株型較高易倒伏的缺點(diǎn)，選取由美國(guó)早小菊種子實(shí)生苗篩選出的品種“美矮粉”作為母本，與野生種和半野生種，以及紫花野菊、毛華菊等通過(guò)人工雜交，在1987年獲得第一批地被菊品種。截止2003年，已經(jīng)培育出6批地被菊品種。在陳俊愉的指導(dǎo)下王彭偉［2］進(jìn)行了第一二批品種選育天然授粉后代，第一批新品種包括‘鋪地雪’‘滿天星’‘圓葉白’‘愛(ài)黃’等9個(gè)。王四清［20］自1988年開(kāi)始從事第三四批地被菊品種的選育，共培育出23個(gè)新品種。本研究中選取的‘金不換’與‘美矮黃’為第三批地被菊品種，且都為‘美矮粉’天然授粉雜交后代，通過(guò)Q型聚類發(fā)現(xiàn)，‘金不換’與‘美矮黃’被聚為一類，其歐式遺傳距離僅為24.914，‘金不換’與‘美矮粉’的遺傳距離為34.397?！旒t’為第4批品種，也為‘美矮粉’天然授粉雜交后代，它們之間的歐式遺傳距離僅為35.304，同樣，‘金不換’‘美矮黃’‘旗紅’三者間的平均遺傳距離較近，為31.315。這說(shuō)明Q型聚類能夠?qū)Φ乇痪掌贩N衍化分析起到一定作用，遺傳距離較近的品種間可能存在親緣關(guān)系。

孫明［21］曾經(jīng)利用擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性(AFLP)技術(shù)對(duì)39個(gè)地被菊品種及小菊品種和18個(gè)菊屬野生種親緣關(guān)系進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)地被菊品種兩個(gè)類群間表現(xiàn)出較遠(yuǎn)的親緣關(guān)系。在幾種聚類方法中主要地被菊品種聚為一類，親緣關(guān)系較近，但是‘美矮黃’‘晚粉’‘紅橙早’等 7個(gè)地被菊品種，以及‘香玉’‘明星’2個(gè)小菊品種與大部分現(xiàn)有地被菊品種有較大的遺傳距離，而與大部分野生菊屬植物遺傳距離較小。本研究選取44個(gè)地被菊品種及小菊品種和2個(gè)近緣種，通過(guò)31個(gè)形態(tài)性狀進(jìn)行聚類得到了類似的結(jié)果。近緣種甘菊、甘野菊雖然是地被菊的主要親本，但在地被菊長(zhǎng)期選擇育種過(guò)程中有諸多親本參與其中，使部分地被菊品種與其原始親本形態(tài)間差別逐漸加大，因此，近緣種聚為一類，品種聚為一大類。Q型聚類圖中，小菊品種‘香玉’以及地被菊‘密瓣滁龍’‘北極豐’‘淡淡的粉’與多數(shù)地被菊品種的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，而它們與其他地被菊的差別主要表現(xiàn)在盤花直徑以及葉長(zhǎng)/葉柄長(zhǎng)。

傳統(tǒng)的菊花分類方法，按照花色、花期、花朵直徑、舌瓣瓣形進(jìn)行分類［22］，并不完全適用于地被菊的分類，因?yàn)榈乇痪斩际切【疹?，舌瓣多?shù)為平瓣類，花期又普遍較大菊早。戴思蘭等［23］認(rèn)為，菊屬植物性狀間的相關(guān)性不強(qiáng)，性狀分布較為分散，沒(méi)有明顯的分成幾大組。本試驗(yàn)通過(guò)R型聚類和主成分分析，將31個(gè)性狀分為4大類，其中A組和C組中性狀具有一定的關(guān)聯(lián)性，而B(niǎo)組和D組中的性狀幾乎沒(méi)有相關(guān)性。這也說(shuō)明分類性狀的選擇并非越多越好，一部分性狀，萼片寬、枝條質(zhì)地、葉裂、莖色、葉背面毛、葉面顏色、舌狀花頂端形態(tài)等在地被菊分類上作用很小，應(yīng)該選擇重要性狀，首先注意葉裂片頂端形態(tài)，其次是株幅、葉長(zhǎng)/葉柄長(zhǎng)、葉寬、盤花徑、舌狀花等，避免過(guò)多次重要性狀的干擾。

以上只是從形態(tài)學(xué)方面對(duì)地被菊品種進(jìn)行初步的分類，要得到更準(zhǔn)確的分類結(jié)果還需要收集更多的品種，并且連續(xù)多年對(duì)形態(tài)性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以消除氣候造成的影響，同時(shí)還可以與分子標(biāo)記手段相結(jié)合。

［1］陳俊愉，崔嬌鵬.地被菊培育與造景［M］.北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2006.

［2］王彭偉.地被菊選育的研究［D］.北京：北京林業(yè)大學(xué)，1988.

［3］趙冰，雒新艷，張啟翔.蠟梅品種的數(shù)量分類研究［J］.園藝學(xué)報(bào)，2007，34(4)：947-954.

［4］Stace C A.Plant taxonomy and biosystem atics［M］.London：Edw ard Arnold，1980.

［5］Farris J S.Methods for computing wagner trees［J］.System atic Zoology，1970，19：83-92.

［6］陳家寬，孫祥鐘，玉徽勤，等.中國(guó)慈姑屬的數(shù)量分類研究［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1988(1)：107-114.

［7］楊果，李彥，呂英民，等.梅花品種數(shù)量分類研究［J］.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32(2)：46-51.

［8］周蘭英，王永清，張麗，等.46種杜鵑花屬植物表型性狀的數(shù)量分類［J］.林業(yè)科學(xué)，2009，45(8)：67-75.

［9］郭先鋒，王蓮英.我國(guó)栽培芍藥與幾個(gè)近緣種的數(shù)量分類研究［J］.園藝學(xué)報(bào)，2005，32(3)：473-476.

［10］陳秀萍，黃愛(ài)萍，蔣際謀，等.枇杷種質(zhì)資源數(shù)量分類研究［J］.園藝學(xué)報(bào)，2011，38(4)：644-656.

［11］Leguizamòn JE，Badenes M L.Multivariate analysis as a tool for germplasm studies，example of analysis of germplasm loquat data［J］.ActaHorticulturae，2003，606：29-35.

［12］顧翠花，王守先，田苗.紫薇品種數(shù)量分類研究［J］.浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，27(6)：903-907.

［13］戴思蘭，陳俊愉.中國(guó)菊屬一些種的分支分類學(xué)研究［J］.武漢植物學(xué)研究，1997，15(1)：27-34.

［14］吳國(guó)盛，陳發(fā)棣，陳素梅，等.部分菊屬與亞菊屬植物的形態(tài)學(xué)聚類及親緣關(guān)系分析［J］.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，32(1)：155-159.

［15］徐克學(xué).生物教學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社，1999.

［16］胡文舜，陳秀萍，李韜，等.云南部分野生枇杷種質(zhì)資源的數(shù)量分類初探［J］.果樹(shù)學(xué)報(bào)，2009，26(3)：403-408.

［17］劉權(quán)，王桂榮，呂均良，等.枇杷品種資源的數(shù)量分類［J］.果樹(shù)科學(xué)，1993，10(3)：137-141.

［18］李朝峰，楊中寶.SPSS主成分分析中的特征向量計(jì)算問(wèn)題［J］.統(tǒng)計(jì)教育，2007，90(3)：10-11.

［19］萬(wàn)靜.48種懸鉤子屬植物表型性狀數(shù)量分類研究［D］.雅安：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

［20］王四清.地被菊遺傳育種研究［D］.北京：北京林業(yè)大學(xué)，1993.

［21］孫明.地被菊及近緣種親緣關(guān)系分析和新品種選育［D］.北京：北京林業(yè)大學(xué)，2007.

［22］段東泰，高全榮.菊花觀賞與培育［M］.北京：農(nóng)村讀物出版社，2001.

［23］戴思蘭，鐘揚(yáng)，張曉艷.中國(guó)菊屬植物部分種的數(shù)量分類研究［J］.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，17(4)：9-14.