寧夏枸杞（Lycium barbarum）花器官形態(tài)多樣性與品系間識別研究

張益芝 戴國禮 秦墾 馬海軍

摘 要： 該研究以42份寧夏枸杞（Lycium barbarum）為材料，對其中5個品系來自3個不同采集日期樣品的花部性狀進行了觀察，同時對寧夏枸杞42個品系的16項花器官形態(tài)學指標進行了測定，并采用組間單因素方差分析法、主成分分析法和聚類分析法對寧夏枸杞種內的花部形態(tài)差異進行了研究。結果表明：寧夏枸杞花器官性狀差異較大且多樣性豐富，組間單因素方差分析表明寧夏枸杞花部性狀在不同時間內采集無顯著差異，即寧夏枸杞的花器官形態(tài)具有一定穩(wěn)定性，因此可選用花器官形態(tài)作為區(qū)分寧夏枸杞種內不同品系的鑒別指標；主成分分析表明有關花瓣外緣色澤、花瓣正-背面脈絡、花瓣形狀、花瓣背部色澤、花喉色澤、雌雄蕊位置6個花部性狀的累積貢獻率達到84.791%，在寧夏枸杞品系的分類中起到了主要作用；聚類分析表明在歐式距離為7.5處可將枸杞的42個品系分成五類，能夠將寧夏枸杞進行區(qū)分。該研究篩選出了能反映寧夏枸杞花器官形態(tài)差異的6個主要指標，并將42份寧夏枸杞分為五類，初步建立了寧夏枸杞種內品系間的形態(tài)學鑒別方法，可為寧夏枸杞的形態(tài)學研究及品系鑒定等提供依據(jù)。

關鍵詞： 寧夏枸杞， 花器官， 主成分分析， 聚類分析， 形態(tài)學鑒別

中圖分類號： Q944.58 文獻標識碼： A 文章編號： 1000-3142（2018）09-1205-10

Abstract： Forty-two samples of Lycium barbarum were used as test materials， the floral traits of five lines from three different collection dates were observed. At the same time， the morphological indexes of sixteen flower organs in 42 lines of L. barbarum were observed. One-way analysis of variance， principal component analysis and cluster analysis were used to study the morphological differences for flowers of L. barbarum. The results showed that the flower organs traits of L. barbarum varied widely and were rich in diversity. One-way analysis of variance between groups showed that the floral traits of L. barbarum did not change significantly in different collected dates. That is， the flower organ morphology of L. barbarum had a certain genetic stability. Therefore， flower organ morphology can be used as the identification index to distinguish different strains in L. barbarum species； The principal component analysis showed that six traits were crucial to the identification of L. barbarum cultivars， including petal outer edge color and lustre， petal frontal-dorsals choroid， petal shape， petal dorsal color and lustre， gorge color and lustre， pistil and stamen position. The cumulative contribution rates of these floral traits reached 84.791%， which was the main differences in L. barbarum flower cultivars. The results of cluster analysis showed that 42 strains of L. barbarum could be divided into six categories at an Euclidean distance of 7.5， and classification results were consistent with the observed floral traits， which can distinguish the L. barbarum. We screened six main indicators that could reflect the differences in flower organ morphology of L. barbarum and divided 42 L. barbarum into five categories. This initially established morphological identification method within and between L. barbarum seed strains， provides the basic information for the floral morphological research and the cultivar identification of L. barbarum， it also has certain reference value for practical production.

Key words： Lycium barbarum， floral organ， principal component analysis， cluster analysis， morphological identification

枸杞屬（Lycium Linn）植物隸屬于茄科（Solanaceae）茄亞科枸杞族，該屬植物全世界約有80種，主要分布在南美洲，少數(shù)種類分布于歐亞大陸溫帶。中國枸杞屬植物有7種3變種， 主要分布于西北和華北地區(qū)（姚霞，2010）。國內對枸杞的形態(tài)學分類研究主要集中在20世紀70年代到21世紀初（錢丹等，2017；鐘笙元，2005；王曉宇等，2011）。路安民和王美林（2003）對枸杞和寧夏枸杞從形態(tài)上進行了區(qū)分，區(qū)分的形態(tài)學指標包括習性、莖、葉、花萼、花冠、花冠裂片、種子和果味。袁海靜等（2013）對中國枸杞種質資源進行了形態(tài)性狀的調查與分析，結果表明中國枸杞資源差異較大，各種之間的遺傳差異性較豐富。前人的研究結果表明，中國枸杞屬的7種3變種間存在較大形態(tài)差異，可以從花萼、花冠、果形、葉形和莖部形態(tài)等方面區(qū)分。

寧夏枸杞（Lycium barbarum）在我國廣泛栽種于北方各地，是我國重要的經(jīng)濟作物，果實有補肝腎、益精明目，具有抗衰老作用（董靜洲等，2008）。種植面積高達13.3萬hm2，枸杞產(chǎn)品出口超過30個國家和地區(qū)（秦墾和戴國禮，2017）。作為種屬內種植最多和分布最廣的寧夏枸杞來說，目前尚無明確規(guī)范的種內鑒別方法，大眾對不同品系的區(qū)分大多建立在種植經(jīng)驗上，區(qū)分的標準十分模糊。這不僅是寧夏枸杞品系間鑒定研究的空白，也是種質資源收集和種植過程中去除雜苗、保證品種純度上的難題?；ㄗ鳛橹参锏姆敝称鞴伲谛螒B(tài)學鑒定水平上受環(huán)境和栽培條件的影響較小，具有一定形態(tài)特征的穩(wěn)定性。同時不同種屬植物的花器官性狀存在顯著差異，利用花器官形態(tài)特征的差異對植物進行分類是一個有價值的方法（楊冬之，2002）。經(jīng)查閱文獻以及田間觀察后，本研究選取了16項性狀指標對寧夏枸杞花部形態(tài)進行觀測，并通過統(tǒng)計分析，初步建立寧夏枸杞種內品系的形態(tài)學鑒別方法，為枸杞的形態(tài)學研究及種類鑒定等工作提供了依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

研究地點位于銀川市國家枸杞工程技術中心蘆花臺試驗場枸杞種質資源圃試驗區(qū)，研究材料為寧夏枸杞種內共42個不同品系。其中：39份來自寧夏銀川市西夏區(qū)蘆花臺枸杞種質資源圃試驗區(qū)，地理位置為106°9′ E、38°38′ N，海拔1 114 m；3份來自寧夏中寧縣孔灘村，地理位置為105°59′ E、37°48′ N，海拔1 259 m。采集品系概況詳見表1。試驗觀測時間為2017年5—9月。

于不同的盛花期選取各品系健壯植株，并摘取5朵當天開放且未褪色的花作為觀測對象。采花時間為上午10：00—11：00，采摘后的枸杞花置于一次性塑料培養(yǎng)皿內，保存于4 ℃冰箱中，在12 h內進行觀測。

1.2 形態(tài)學觀測項目及方法

1.2.1 寧夏枸杞花部特征穩(wěn)定性觀測及統(tǒng)計 通過文獻資料的查閱（劉冬云和劉燕，2012；），結合實際情況選取了共16個寧夏枸杞花部性狀并賦值，使所測數(shù)據(jù)標準化（歐陽彩虹，2010）詳見表2，對寧杞1號等5個品系在3個不同時間（2017年7月27日、8月22日、9月2日）的花部形態(tài)學性狀進行觀測和統(tǒng)計，測量時以游標卡尺直接測量，測量精度為0.01 cm，將所得數(shù)據(jù)用SPSS軟件計算平均值和標準差，進行組間單因素方差分析。

1.2.2 寧夏枸杞花器官形態(tài)差異性觀測及統(tǒng)計 采用相同的方法對42個寧夏枸杞的花部進行觀測，并將所得數(shù)據(jù)用SPSS軟件進行主成分分析和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 寧夏枸杞花部特征穩(wěn)定性的單因素方差分析

16個性狀指標中，11個描述性指標在不同時間所表現(xiàn)出來的性狀一致（圖版Ⅰ），只有5個測量性指標之間存在差異（表3），因此需對這5個指標進行單因素方差分析。將所觀測到的結果賦值，使數(shù)據(jù)標準化后進行單因素組間方差分析，分別得到方差齊性檢驗結果（表4）和單因素組間方差分析結果（表5）。從表4可以看出，5個品系中每個形態(tài)學指標在2017年7月27日、8月22日、9月2日三個采集日期內所有數(shù)據(jù)的顯著性均在0.6以上，可以進行單因素方差分析。表4結果顯示，5個枸杞品系的單因素方差分析顯著性P值均大于0.05，說明花直徑、花冠筒長度、花冠筒寬度、花柄長度和花喉寬度在3個不同時期內無顯著差異。這表明寧夏枸杞的花部性狀表現(xiàn)穩(wěn)定，可作為品系區(qū)分依據(jù)。

2.2 枸杞形態(tài)學鑒別的主成分分析

對11個花部描述性性狀進行主成分分析，分別得到總方差分解表（表6）和成分矩陣表（表7）。由表5可知，11個描述性指標被分成6個主成分，其貢獻率分別為23.265%、18.945%、13.599%、10.827%、9.874%、8.280%，累積初始特征值為84.791%，說明這6個主成分涵蓋了所研究11個因素的84.791%，貢獻率較高。

各形態(tài)性狀在表6中的結果在哪個主成分中絕對值大于0.5，便歸于該主成分中，如花色在第一主成分中的分值為-0.649，其絕對值大于0.5，所以歸入第一主成分，余下類推。將所有花的形狀歸為六大主成分：第一主成分包括2個指標，即花色和花瓣外緣色澤；第二主成分包括3個指標，即花瓣翻卷方式、花瓣背面脈絡和花瓣正面脈絡；第三主成分包括2個指標，即花瓣形狀和花瓣褪色方式；第四主成分包括1個指標，即花瓣背部色澤；第五主成分包括1個指標，即花喉色澤；第六主成分包括1個指標，即雌雄蕊位置。所有指標中僅有“具花絲絨毛程度”這一指標得到的結果絕對值不足0.5，即該指標與主成分的相關系數(shù)較小，可舍掉。

2.3 枸杞的花部形態(tài)及形態(tài)學鑒別的聚類分析

枸杞不同時期5個品系的花部形態(tài)如圖版Ⅰ所示，5個不同類群的花部形態(tài)如圖版Ⅱ所示。采用歐式聚類法對42個品系的枸杞花部性狀進行組間平均聯(lián)結分析，在歐氏距離為7.5處將42個枸杞品系共聚為5個大類群，得到的聚類樹狀圖如圖1所示。由圖1可知，第一類群包括20個品系，進一步又可分為2個亞群，即第一亞群為16-1-3-12、NM-03、16-16-9-3、16-17-5-11、白花2015、新9、16-11-5-20、16-1-1-22、16-16-9-18、16-22-8-9、16-23-8-10、16-23-7-8、16-23-13-5；第二亞群為14-26-4、16-1-2-16、14-402、Z44、14-401、14-16、16-1-3-5。

第二類群包括12個品系，即14-419、寧杞3號、寧杞1號、小麻葉、16-23-14-1、大麻葉、14-5-9-1、寧杞2號、寧杞6號、14-6-3-7、NM-02、寧杞5號。

第三類群僅包括寧杞7號1個品系。

第四類群包括8個品系，即14-87、16-18-7-6、16-1-3-14、14-104、16-16-5-7、16-19-8-12、NM-01、14-2-2-5。

第五類群僅包括寧杞8號1個品系。

從結合各類群包含的品系形態(tài)（圖版Ⅱ）來看，第一類群特征包含花瓣外緣紫色、花喉寬度較大，雌雄蕊高度差較小，花瓣常對翻；第二類群聚集了花瓣含3條維管束脈絡、常以卷翻方式卷曲，褪色時由外及內，花喉部較窄的特征；第三類群僅寧杞7號，常見一條維管束主脈絡，花瓣翻卷程度較輕微，花瓣外緣色澤為白色，雌蕊比雄蕊高；第四類群聚集了花瓣外緣色澤為紫色，花柱異型程度較明顯，花瓣形狀呈心形，花喉較窄的特征；第五類群僅寧杞8號，花冠筒較寬，花瓣除3條維管束脈絡外還分布有細小紋路，花瓣頂端正翻，雌蕊比雄蕊低。

3 討論與結論

3.1 寧夏枸杞花器官在不同時期的穩(wěn)定性分析

本研究在保證采樣標準、具體采樣時間一致的前提下，通過對5個寧夏枸杞在3個不同采集日期的16個花器官指標進行了形態(tài)學觀察和分析，其中11個描述性形態(tài)指標所得的結果均一致，5個數(shù)量性形態(tài)指標之間存在差異，同時對這5個數(shù)量性指標進行單因素組間方差分析后，所得到的結論是寧夏枸杞的花器官在不同時期的變化不顯著（P>0.05），即寧夏枸杞花器官具有一定的形態(tài)穩(wěn)定性，選取花器官作為區(qū)分寧夏枸杞種內品系的依據(jù)是可行的?；ㄆ鞴僭诓煌瑫r期的形態(tài)表現(xiàn)具有穩(wěn)定性，該結論僅對寧夏枸杞種內品系成立，對于中國枸杞種間花器官形態(tài)是否穩(wěn)定，以及其他枸杞種內的花器官形態(tài)是否也符合該結論，尚需進一步的驗證。

3.2 寧夏枸杞花器官的主成分分析

本研究為了更全面地探討花器官是否可作為形態(tài)學鑒別的依據(jù)之一，使用了16個反映寧夏枸杞花部性狀的變量進行觀測，這些變量之間都具有一定的相關性，但由于變量過多會導致數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析變得困難， 主成分分析法可以通過線性變換將多個變量轉換為較少數(shù)量的綜合性指標，在不改變變量間相關性及變量與綜合指標間相關性的同時，使數(shù)據(jù)分析變得更加簡便。SPSS軟件在分析中將11個描述性花部性狀提取成六大主成分，累積貢獻率達84.791%。

在主成分分析的結果中第一主成分包括花色、花瓣外緣色澤，前者與該主成分呈負相關，而后者與該主成分呈正相關。第二主成分包括花瓣翻卷方式、花瓣背面脈絡和花瓣正面脈絡，三者與該主成分呈正相關。第三主成分包括花瓣形狀和花瓣褪色方式，二者與主成分呈正相關。第四主成分包括花瓣背部色澤，與主成分呈正相關。第五主成分包括花喉色澤，與主成分呈負相關。第六主成分包括雌雄蕊位置，與主成分呈正相關。本研究將各因子在各自所在主成分中的成分系數(shù)按由大到小的順序排列為（1）花瓣外緣色澤>花色>花喉色澤，（2）花瓣正面脈絡=花瓣背面脈絡>花瓣翻卷方式，（3）花瓣形狀>花瓣褪色方式，（4）花瓣背部色澤，（5）花喉色澤，（6）雌雄蕊位置。在實地鑒別中，可按以上順序進行品系鑒別。

一般在進行形態(tài)學鑒別觀測時會主動選擇首要鑒別性狀。本文作者在田間觀測時將花色作為第一指標進行鑒別，但主成分分析結果中花瓣外緣色澤的成分系數(shù)在第一主成分中最大，花色排在第二位，但在鑒別中無論以哪個指標作為第一指標，都不影響最后的鑒別結果，即本研究中提出的鑒別順序可作為參考，但要想對某幾種品系進行鑒別，結論中提取的指標必不可少。

3.3 寧夏枸杞花器官的形態(tài)學聚類分析

聚類分析是根據(jù)事物本身特性來進行分類的統(tǒng)計方法，是按照物以類聚的原則（歐陽彩虹，2010） 來研究事物的分類。利用SPSS23.0軟件進行的聚類分析其原理按照樣品的特征將它們分類，使同一類別內的個體具有盡可能高的同質性，而類別之間則具有盡可能高的異質性。

本研究中將42個不同品系的寧夏枸杞分為五大類：第一類群匯集了花瓣外緣紫色、花喉寬度較大，雌雄蕊高度差較小，花瓣常對翻，花冠形狀多為匙形的品系；第二類群聚集了花瓣含3條維管束脈絡、常以卷翻方式卷曲，花直徑小但花冠筒較長且褪色時由外及內，花柱側移程度較小，花喉部較窄的品系；第三類群僅寧杞7號，常見一條維管束主脈絡，花瓣翻卷程度較輕微，花瓣外緣色澤為白色，雌蕊比雄蕊高；第四類群聚集了花瓣外緣色澤為紫色，花柱側移程度較明顯，花瓣性狀呈心形，花喉較窄的品系；第五類群僅寧杞8號，花冠筒較寬，花瓣除3條維管束脈絡外還分布有細小紋路，花瓣頂端正翻，雌蕊比雄蕊低。聚類分析的結果與實際觀測到的現(xiàn)象相匹配，證明通過軟件分析進行形態(tài)學的鑒別是可行的。

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