25個(gè)彩葉桂無性系(品種)的數(shù)量分類研究

馮園園，李清瑩，黃均華，胡紹慶

(浙江理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江 杭州 310018)

桂花(Osmanthusfragrans)原產(chǎn)于中國，是世界上園藝化最早的觀賞植物之一[1]。近年來出現(xiàn)的新品種以豐富的新葉色彩變化改變了人們對桂花常用以觀花、聞香的傳統(tǒng)觀念，這類桂花即為“彩葉桂品種群”，其新梢、新葉色彩絢麗多變、持續(xù)時(shí)間長，是增加園林景觀中色葉樹種的優(yōu)良品種[1-2]。目前，國內(nèi)對彩葉桂品種的研究主要集中在繁育栽培和生理生化方面，關(guān)于數(shù)量分類還鮮見報(bào)道，但數(shù)量分類已被成功運(yùn)用于銀杏、茶樹、丹參、芍藥、漆樹等種質(zhì)資源的眾多分類研究中[3-7]，數(shù)量分類對植物品種分類鑒定的可行性已被充分肯定。同時(shí)數(shù)量分類法能考慮到眾多來源不同的性狀指標(biāo)，可綜合各方面的性狀得到一個(gè)總體的分類體系，所以不失為進(jìn)行品種分類的一種有效方法[7]。以往對桂花的數(shù)量分類研究表明，花期、花色在桂花的品種分類中占據(jù)重要地位，最終分為金桂、銀桂、丹桂、四季桂等四大桂花品種群[8-12]，但此分類系統(tǒng)完全不適用于以葉色變化作為主要觀賞點(diǎn)的彩葉桂品種。由于彩葉桂新品種授權(quán)數(shù)量呈逐年遞增趨勢，且每個(gè)品種從幼葉到成長為老葉的過程中都會(huì)經(jīng)歷豐富的顏色變化，區(qū)分難度較大，因此有必要對彩葉桂品種進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)查并進(jìn)行數(shù)量分類的研究，以便指導(dǎo)彩葉桂品種的鑒定和優(yōu)良品質(zhì)的選育。本研究通過觀測彩葉桂品種的枝葉性狀，使用數(shù)量分類中的聚類分析和主成分分析對25個(gè)彩葉桂品種的35個(gè)性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和分類，以探討彩葉桂品種的分類等級和標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而為建立完善的分類系統(tǒng)、培育優(yōu)良品種提供參考，也可為彩葉樹種資源的品種分類研究和保護(hù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料選自廣西桂林、福建漳州及栽培于浙江杭州的共25個(gè)彩葉桂品種，其中24個(gè)已獲國家林業(yè)草原局植物新品種授權(quán)，1個(gè)在木犀屬植物栽培品種國際登錄中心登錄(表1)，植株平均年齡3～4 a。其中浙江杭州的‘云田彩桂’‘銀碧雙輝’‘彩虹彩桂’和‘虔南貴妃’均引種于其品種的原產(chǎn)地。所有材料置于杭州青山湖進(jìn)行觀察，但材料的恢復(fù)情況參差不齊。從已恢復(fù)品種的觀測情況來看，整體色系會(huì)受影響但影響不大，如幼葉紫色不會(huì)變成紅色，幼葉紅色不會(huì)變成黃色，因此本研究試驗(yàn)材料分別選自桂林、漳州和杭州。

表1 供試的25個(gè)彩葉桂品種

1.2 研究方法

1.2.1 表型性狀的選取與編碼

參照對木犀屬植物營養(yǎng)特征的已有描述[13-15]、桂花新品種DUS指南[16]和桂花數(shù)量分類研究[8-12]進(jìn)行表型性狀選取。經(jīng)2018—2019年的持續(xù)觀測，發(fā)現(xiàn)幼葉具明顯快速的色彩變化，但葉片大小尚未定型；成型葉的大小形狀接近老葉，具明顯的色彩變化；成熟葉為新葉、老葉顏色趨于一致的階段(圖1)，故以色彩變化和葉形變化作為區(qū)分，最終將彩葉桂觀賞期的生長過程分為3個(gè)階段：“幼葉”(幼葉萌發(fā)尚未定型階段，表2中幼葉色彩采自初始萌發(fā)階段)、“成型葉”(葉片大小和形狀基本定形，之后幾乎不發(fā)生改變，見圖1)、“成熟葉”(葉色不再變化的階段)，共選取35個(gè)枝葉性狀并編碼。性狀編碼(表2中除編號6～9、21～23、34～35外，其余數(shù)據(jù)皆采自成型葉階段)采用等級數(shù)量編碼方法：共編碼二態(tài)性狀14個(gè)，按“0”“1”編碼；多態(tài)性狀19個(gè)，定性多態(tài)性狀按“0”“1”“2”編碼，有序多態(tài)性狀盡量按演化順序，取連續(xù)排列正整數(shù)“1”“2”“3”……編碼。

圖1 25個(gè)彩葉桂無性系(品種)的枝葉性狀特征Fig.1 Characters of 25 color-leafed Osmanthus fragrans clones (cultivars)

表2 彩葉桂品種枝葉性狀及編碼

每個(gè)品種選擇4株長勢基本一致的健康植株，于春夏季進(jìn)行觀測，并用相機(jī)(尼康D7100)拍攝特征照片，其中觀測以新梢與新葉色彩變化最豐富的春季數(shù)據(jù)為主，關(guān)于色彩的記錄與英國皇家園藝協(xié)會(huì)比色卡第5版(RHS colour chart，the fifth edition)的比對為準(zhǔn)，所有數(shù)據(jù)均測量16次，取其平均值。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理

首先對原始數(shù)值矩陣進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化(STD)處理以消除不同量綱；采用 SPSS19.0對35個(gè)性狀進(jìn)行R型聚類分析，聚類方法選用組間連接，以Pearson相關(guān)性為度量標(biāo)準(zhǔn)，做出性狀指標(biāo)聚類的樹狀圖；然后采用主成分分析，將多項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾項(xiàng)綜合指標(biāo)[17]；根據(jù)R型聚類和主成分分析結(jié)果，去掉相關(guān)性較大且累積貢獻(xiàn)率小的性狀指標(biāo)，利用剩余的性狀指標(biāo)再對彩葉桂品種進(jìn)行Q型聚類分析。選用Ward聚類方法，以平方Euclidean距離為度量標(biāo)準(zhǔn)，做出分類結(jié)果樹狀圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 彩葉桂性狀指標(biāo)R型聚類結(jié)果分析

R型聚類是對研究對象的性狀指標(biāo)進(jìn)行分類[18]，以反映出各性狀之間的關(guān)系及性狀選取的合理性[19]，使具有共同特征的指標(biāo)聚在一起，以便選出具有代表性的性狀指標(biāo)，為Q型聚類分析的性狀選取提供參考，同時(shí)也可以為育種和進(jìn)一步的生物學(xué)研究提供依據(jù)。對25個(gè)彩葉桂品種的35個(gè)性狀進(jìn)行R型聚類，從聚類樹形圖(圖2)可知，彩葉桂側(cè)脈是否隆起和葉面是否皺縮，葉片橫切面、主脈凹凸度與葉緣曲皺，葉柄顏色和新枝是否雙色，葉尖是否反曲和葉尖是否歪斜，成熟葉色、成熟葉有無花斑、幼葉色彩類型、葉片色彩類型、幼葉顏色、葉色和葉型，主脈顏色和側(cè)脈顏色，葉寬和鋸齒深淺的相關(guān)性較大。

2.2 彩葉桂性狀指標(biāo)主成分分析

供試彩葉桂35個(gè)性狀指標(biāo)的主成分分析結(jié)果(表3)表明，前9個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到81.157%，前11個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到87.618%。

性狀編號指代的具體性狀見表2。 See Table 2 for specific characters.圖2 R型聚類分析圖Fig.2 Dendrogram of the R-type clustering analysis

第1主成分的貢獻(xiàn)率為22.000%，特征根絕對值在0.512及以上的有成熟葉有無花斑、成熟葉葉色、葉片色彩類型、葉色、幼葉色彩類型、幼葉顏色、新枝是否雙色、葉型和主脈凹凸度，主要反映了葉片各階段色彩、新枝色彩、葉型和葉面形態(tài)情況；第2主成分的貢獻(xiàn)率為13.527%，特征根絕對值在0.502及以上的有葉柄顏色、幼葉葉柄顏色與成型葉是否不同、新枝是否雙色、側(cè)脈顏色、側(cè)脈對數(shù)、葉寬、鋸齒部位和深淺，主要反映了葉柄、新枝、葉脈色彩以及葉片大小和葉緣鋸齒情況；第3主成分的貢獻(xiàn)率為9.333%，特征根絕對值均在0.543及以上的有新枝顏色、主脈顏色和葉緣皺曲，主要反映了新枝、主脈色彩和葉緣皺曲情況；第4主成分的貢獻(xiàn)率為8.080%，特征根絕對值在0.589及以上的有側(cè)脈是否隆起、葉面是否皺縮、葉片硬度和鋸齒部位，主要反映了葉面形態(tài)、質(zhì)地和葉緣鋸齒情況；第5主成分的貢獻(xiàn)率為6.927%，特征根絕對值在0.505及以上的有葉片厚度、側(cè)脈是否隆起和葉面是否皺縮，主要反映了葉片質(zhì)地和葉面形態(tài)情況；第6主成分的貢獻(xiàn)率為6.178%，特征根絕對值在0.508及以上的有幼葉葉柄顏色與成型葉是否不同，主要反映了葉柄色彩情況；第7主成分的貢獻(xiàn)率為5.891%，特征根絕對值在0.508及以上的有葉尖是否歪斜、葉片厚度和葉柄長，主要反映了葉尖形態(tài)、葉片質(zhì)地和葉柄長短情況；第8主成分的貢獻(xiàn)率為5.192%，特征根絕對值在0.480及以上的有側(cè)脈顏色、葉尖是否反曲、葉片光澤度，主要反映了葉脈色彩、葉尖形態(tài)和葉片質(zhì)感情況；第9～11主成分的貢獻(xiàn)率分別為4.029%、3.497%、2.963%，特征根絕對值較大的有葉基形狀、展葉時(shí)間、側(cè)脈對數(shù)、新枝是否雙色、主脈顏色和網(wǎng)脈是否明顯，主要反映了葉基形狀和新枝、葉脈色彩等情況。

表3 彩葉桂35個(gè)性狀指標(biāo)的主成分分析及特征根和貢獻(xiàn)率

2.3 彩葉桂性狀指標(biāo)Q型聚類結(jié)果分析

根據(jù)35個(gè)性狀的R型聚類分析列出相關(guān)性較大的性狀20個(gè)，經(jīng)主成分分析可知，彩葉桂各階段色彩表現(xiàn)、葉片大小、葉緣鋸齒和葉面形態(tài)是貢獻(xiàn)較大的參考指標(biāo)。因此，保留性狀包括葉面是否皺縮、葉片橫切面、新枝是否雙色、葉尖是否反曲、成熟葉葉色、幼葉顏色、葉色、葉型、主脈顏色、葉寬和鋸齒深淺。

根據(jù)品種Q型聚類樹形圖(圖3)可知，在等級結(jié)合線L1(D=24.0)處，25個(gè)彩葉桂品種被分為2大類：第1類成熟葉為純色葉，包括‘羅彩1號’‘閩彩10’‘羅彩16號’ 和‘朝陽金鉆’等21個(gè)品種；第2類成熟葉為斑色葉，包括‘銀碧雙輝’‘彩虹’‘云田彩桂’和‘金玉桂花’。

圖3 25個(gè)彩葉桂無性系(品種)的Q型聚類樹形圖Fig.3 The Q-type cluster analysis of 25 color-leafed O. fragrans clones (cultivars)

在等級結(jié)合線L2(D=16.0)處，25個(gè)彩葉桂品種被分為3大類：第1類成熟葉為純色葉、葉寬小于4 cm,包括‘羅彩1號’‘羅彩10號’和‘羅彩16號’等18個(gè)品種；第2類成熟葉為純色葉且葉寬大于4 cm,包括‘永福紫炫’‘閩農(nóng)桂冠’和‘虔南桂妃’；第3類仍為成熟葉為斑色葉的4個(gè)品種。

在結(jié)合線L3(D=6.5)處，25個(gè)品種被分為10組。成熟葉為純色葉且葉寬小于3 cm且幼葉為單色純色的品種被分為2類3組(除‘永福幻彩葉’寬為3～4 cm)，其中第1類葉片橫切面為一字形，包括‘羅彩1號’‘閩彩10’‘羅彩16號’‘羅彩17號’‘朝陽金鉆’和‘永?；貌省?。第2類葉片橫切面為V形或U形的品種被分為2組：第1組葉寬在2～3 cm，葉形為橢圓狀披針形、倒卵狀橢圓形、橢圓形，包括‘羅彩19號’‘永福粉彩’‘羅彩2號’和‘永福彩霞’；第2組為葉寬小于2 cm，葉形為披針形的‘閩彩28’。成熟葉為純色葉、葉寬為3～4 cm且幼葉為單色純色的品種單獨(dú)為一組，包括‘永福金彩’‘閩彩19’和‘閩彩12’； 成熟葉為純色葉且幼葉為雙色純色或有花斑的品種被分為2組。第1組為幼葉雙色純色且主脈為黃綠色的‘閩彩13’和‘閩彩25’，第2組為幼葉有花斑且主葉脈為紫紅的‘羅彩18號’和‘永福絢彩’。成熟葉為純色、葉寬大于4 cm的品種根據(jù)葉形、葉片質(zhì)地和主脈色彩被分為2組：第1組為葉形橢圓形、葉片偏薄軟、主脈側(cè)脈均為黃綠色的‘虔南貴妃’和‘閩農(nóng)桂冠’；第2組為葉形卵形或卵圓形、葉片偏厚硬、主脈側(cè)脈均為紫紅色的‘永福紫炫’。成熟葉為斑色葉的品種被分為2組：第1組為葉寬為3～4 cm、葉二型的‘銀碧雙輝’和‘彩虹’；第2組為葉寬為2～3 cm、葉一型的‘金玉桂花’和‘云田彩桂’。

3 討 論

對彩葉桂品種進(jìn)行數(shù)量分類研究，通過R型聚類分析、主成分分析和Q型聚類分析得出：葉色、幼葉顏色、成熟葉葉色、葉型、葉面是否皺縮、葉片橫切面、葉寬和葉形等性狀可作為彩葉桂品種形態(tài)學(xué)分類的性狀指標(biāo)。綜合而言，成熟葉葉色、葉片橫切面和葉寬是此次彩葉桂品種形態(tài)分類最主要的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)。

在R型聚類分析與主成分分析中，影響較大的性狀指標(biāo)主要反映了彩葉桂各階段色彩、葉片大小、葉片形狀和葉緣鋸齒情況，后三者與以往桂花數(shù)量分類研究[8,10,12]的結(jié)果(除部分花部性狀外)相一致；在Q型聚類分析中，在不考慮種源和起源時(shí)，成熟葉葉色可作為一級分類標(biāo)準(zhǔn)；成熟葉葉色、葉片橫切面可作為二級分類標(biāo)準(zhǔn)；成熟葉葉色、葉片橫切面、葉寬、葉面是否皺縮和葉形可作為3級分類指標(biāo)。其中葉寬與葉緣鋸齒的相關(guān)性與唐東芹[12]通過比較分析得出鋸齒較豐富而葉普遍較大、鋸齒少或全緣葉片較小分別聚為一組的結(jié)果相一致。整個(gè)結(jié)論與以色彩作為主要分類依據(jù)的設(shè)想有所偏離，但無論從品種演化還是從觀賞價(jià)值方面考慮，葉色都是最重要的[14]。同時(shí)對于葉片大小和形狀可否作為分類依據(jù)存在很大爭議，如季春峰[15]認(rèn)為木犀屬的葉片大小不具備很大的分類意義，但木犀屬中確有僅根據(jù)葉片大小就可區(qū)分的種類，如山桂花、香花木犀、石山桂；臧德奎[14]認(rèn)為葉形、葉片大小和葉緣鋸齒等性狀受發(fā)育階段和環(huán)境條件的制約，但葉片的其他部分性狀在品種內(nèi)是穩(wěn)定的，雖無明顯的演化規(guī)律可循，仍可作為劃分品種的依據(jù)。由此可知，葉片和枝條作為營養(yǎng)器官受到環(huán)境的影響較大，但仍具有穩(wěn)定性和保守性，是形態(tài)分類的重要依據(jù)之一[20]。應(yīng)考慮將所有品種集合至相同栽培條件下進(jìn)行觀測，且應(yīng)考慮對彩葉桂進(jìn)行評價(jià)，提高色彩的評分比重或以重選的方式進(jìn)行加權(quán)處理，使色彩得到應(yīng)有的強(qiáng)調(diào)，或?qū)Σ嗜~桂的色彩變化進(jìn)行更為具體的量化細(xì)分。

傳統(tǒng)桂花品種的分類標(biāo)準(zhǔn)雖不適用于彩葉桂，但其分類原則和分類研究的過程仍是彩葉桂品種分類標(biāo)準(zhǔn)的重要依據(jù)。關(guān)于桂花品種的分類標(biāo)準(zhǔn)中，魯滌非等[21]認(rèn)為既要滿足觀賞需求、繼承前人傳統(tǒng)，同時(shí)也要注意到花在分類學(xué)上的意義；劉玉蓮[22]認(rèn)為要弄清其主要特征和變異性狀，考慮傳統(tǒng)的分類方法和在園林上應(yīng)用的情況并盡可能地反映各品種的進(jìn)化和親緣關(guān)系；臧德奎[14]認(rèn)為應(yīng)在反映品種或品種群起源的基礎(chǔ)上盡可能反映出品種或品種群間的相互關(guān)系和演化規(guī)律，服務(wù)并符合當(dāng)前水平的生產(chǎn)實(shí)踐，因此應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)品種分類的簡潔明了性和實(shí)際效益性；胡紹慶等[23]認(rèn)為應(yīng)結(jié)合桂花品種間的進(jìn)化關(guān)系、園林生產(chǎn)應(yīng)用及傳統(tǒng)分類，選擇出穩(wěn)定的遺傳性狀及容易操作界定的形態(tài)特征作為分類依據(jù)?？傮w上，桂花品種分類應(yīng)弄清其穩(wěn)定、易分辨、觀賞效果突出的形態(tài)性狀，滿足傳統(tǒng)分類并最終服務(wù)于當(dāng)下的生產(chǎn)實(shí)踐并考慮品種或品種群間的親緣關(guān)系。彩葉桂以新生營養(yǎng)器官的色彩變化為主要觀賞點(diǎn)，其分類標(biāo)準(zhǔn)在原則上應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注整個(gè)過程的色彩變化，同時(shí)考慮其各品種間的親緣關(guān)系。

由于此次調(diào)查的絕大多數(shù)彩葉桂品種的母本年齡較小，以及開花情況參差不齊、株型不明，因此在研究過程中并未采集花、果及株型性狀，故而未能很好地揭示各性狀間的聯(lián)系。后續(xù)的研究中需要補(bǔ)充以上性狀，同時(shí)擴(kuò)大統(tǒng)計(jì)的品種數(shù)量，從而完善彩葉桂品種分類系統(tǒng)。此外還有待利用分子標(biāo)記分析品種演化關(guān)系，結(jié)合品種起源、花、果及枝等具有傳統(tǒng)分類價(jià)值的性狀指標(biāo)對品種分類進(jìn)行綜合分析。綜上所述，成熟葉葉色、葉片橫切面和葉寬是否可作為彩葉桂品種形態(tài)分類最主要的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)還有待更深入的研究。