姜黃屬花卉種質(zhì)資源表型性狀分析

胡 偉，董 青，丁華僑，毛俐慧，鄒清成，曹雪蕊

(浙江省園林植物與花卉研究所，浙江 杭州 311251)

姜黃屬(Curcuma)是姜科第3大屬植物，主要含姜黃(Curcuma longa)、莪術(shù)(C.phaeocaulis)、郁金(C.aromatica)和姜荷花(C.alismatifolia)等種，多年生草本，具肉質(zhì)根狀莖，長(zhǎng)圓形或橢圓形穗狀花序，不育苞片在花序上排列緊密[1]。姜黃屬不同品種有藕粉、玫紅、白、綠等顏色苞片，顏色艷麗、花型獨(dú)特。姜黃、莪術(shù)、郁金也是抗腫瘤、降血脂的傳統(tǒng)中藥材[2]。近年來，以姜荷花為代表的姜黃屬花卉得到廣泛應(yīng)用。姜黃屬植物全球共有約70種，廣泛分布于亞洲，在我國(guó)主要分布于東南至西南部，約10種[3]。姜黃屬植物具有較多的近緣變種和栽培品種，染色體數(shù)目 2n=18～105[4]，形態(tài)變異大，種質(zhì)資源遺傳多樣性豐富[5]，因此，姜黃屬植物的分類和鑒定較困難[6]。加之大多數(shù)園藝種不能結(jié)實(shí)，存在新品種選育緩慢，苞片顏色不夠豐富等問題。種質(zhì)資源的搜集、保存、鑒定和創(chuàng)新利用是拓展園藝種遺傳基礎(chǔ)和提高遺傳育種水平的緊迫任務(wù)，因此，對(duì)姜黃屬資源進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)顯得尤為重要。

表型性狀多樣性是遺傳物質(zhì)多樣性的具體表現(xiàn)，因此，形態(tài)標(biāo)記仍然是研究植物種質(zhì)資源鑒定及分類的重要手段[7]。因子分析是把相關(guān)聯(lián)的多個(gè)性狀依據(jù)其相關(guān)性綜合為少數(shù)相互獨(dú)立的公因子，是多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)的常用方法，通過降維過程提取多個(gè)指標(biāo)的大部分信息，又避免人的主觀性[8—9]。由于姜黃屬表型性狀受到自身遺傳特性、栽培環(huán)境等影響，各指標(biāo)間關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，有學(xué)者對(duì)姜黃屬植物分類進(jìn)行大量研究，肖小河等[10—11]從葉顯微結(jié)構(gòu)、徒手切片觀察內(nèi)含物及塊根形態(tài)等形態(tài)學(xué)研究，毛俐慧等[6]利用微衛(wèi)星分子標(biāo)記技術(shù)研究姜荷花的遺傳多樣性，而針對(duì)姜黃屬花卉觀賞性狀進(jìn)行表型性狀的研究少有報(bào)道。本研究通過16份姜黃屬花卉資源，分析資源的多樣性和親緣關(guān)系，以期為姜黃屬植物的育種提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

從浙江省園林植物與花卉研究所 40份姜黃屬中選取觀賞性佳的16份作為試材(表1)。資源圃位于杭州市臨浦鎮(zhèn)王村村，每年以田間繁育種球的方式保存資源，采用開溝起壟常規(guī)栽培，壟寬100 cm，種植4行，不同品種株距25～35 cm不等，5月初播種，8～10月花期，11月中旬收獲種球。

1.2 方法

由于姜黃屬各品種及種球質(zhì)量存在差異，不同品種生育期并不一致，實(shí)驗(yàn)于8月至10月田間調(diào)查盛花期表型數(shù)據(jù)，一穴叢為一組，每品種重復(fù)3組，株高、莖粗等數(shù)量性狀采用量尺及游標(biāo)卡尺測(cè)量，苞片、旗瓣顏色等質(zhì)量性狀經(jīng)3人協(xié)商后定性描述。其中株高為地表至劍葉葉尖的長(zhǎng)度，花葶粗為近地面直徑，花序?qū)挒樯习畲笾睆?，苞片大?苞片長(zhǎng)×寬，苞片面積=苞片大小×苞片數(shù)，劍葉面積=劍葉長(zhǎng)×寬×0.75，采用IBM SPSS Statistics 19軟件進(jìn)行因子和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 姜黃屬植物數(shù)量性狀匯總分析

株高、劍葉面積大小是姜荷花生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)弱的一項(xiàng)重要特征，其中綠巧克力(C.alismatifolia ‘Emerald Choco Zebra’)、玉如意(C.hybrid ‘Laddawan’)、所羅門(C.soloensis)、紅火炬(C.hybrid ‘Red torch’)、女皇郁金(C.petiolata)株型高且葉面積大，長(zhǎng)勢(shì)旺，抗性強(qiáng)。分蘗數(shù)決定了姜荷花種球繁育的快慢，各品種平均僅為3.04 株。花高對(duì)于姜黃屬花卉的觀賞性尤為重要，清邁粉(C.alismatifolia ‘Chiang mai pink’)、綠巧克力、繁星(C.alismatifolia ‘Stardust’)、麗影(C.alismatifolia ‘Shadow’)和女皇郁金等品種花高超過 45 cm，尤顯亭亭玉立之感。一般花葶越粗則花序越長(zhǎng)，上苞片數(shù)量越多，如玉如意、紅火炬、所羅門姜黃和女皇郁金，相對(duì)而言，姜荷花花葶細(xì)、花序短。上苞片大說明單個(gè)苞片的長(zhǎng)寬數(shù)值大，則觀賞性佳，代表品種依次有日出(C.alismatifolia‘Sunrise’)、清邁粉、麗影、佳麗(C.alismatifolia‘Scarlet’)等。同樣，上苞片面積也是姜黃屬植物最核心的觀賞性指標(biāo)，其中清邁粉最大為342.2 cm2，面積超過 200 cm2的依次還有麗影、日出、佳麗、玉如意、白雪(C.alismatifolia ‘Snow white’)、所羅門、繁星和女皇郁金，選擇育種親本時(shí)可重點(diǎn)參考，但經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，繁星、紫精靈(C.alismatifolia‘Purplewizard’)、雨燕(C.alismatifolia ‘Swift’)和荷蘭紅(C.alismatifolia ‘Kimonorose’)4 個(gè)品種露地栽培的生長(zhǎng)勢(shì)較弱，做雜交親本時(shí)需謹(jǐn)慎(表1)。

表1 供試姜黃屬品種及數(shù)量性狀比較Table 1 Comparison of average values of Curcuma varieties and quantitative characters

2.2 姜黃屬花卉表型性狀變異特征分析

以表型性狀的離散程度來指示多樣性，供試材料表型性狀數(shù)據(jù)分析見表 2。姜荷花各數(shù)量性狀差異較大，其中劍葉面積的變異系數(shù)最高，達(dá)95.44%，株高、分蘗數(shù)、花葶粗等變異系數(shù)介于 41.28%～45.24%之間；花序長(zhǎng)的變異系數(shù)最小，僅26.70%，其余性狀的變異系數(shù)介于28.28%～39.28%。株高極值分別為8.00 cm和104.00 cm；分蘗數(shù)介于1.00～6.00之間；各品種劍葉面積差異較大，范圍為35.70～729.00 cm2；花高介于18.00～67.50 cm之間；花葶粗0.30～1.40 cm；花序長(zhǎng)的極值范圍為7.00～26.50 cm；各品種間的上苞片大小差異較明顯，介于 4.59～36.40 cm2之間；下苞片大小介于 2.60～22.00 cm2之間。以上結(jié)果表明，不同品種之間各性狀特征表現(xiàn)出多樣性。同時(shí)也可看出16份姜黃屬花卉種質(zhì)平均株高40.45 cm，花高 24.47 cm，花葶粗0.66 cm，而花序長(zhǎng)寬分別為 14.91 cm和7.59 cm，上苞片數(shù)量平均11.24片，上苞片大小19.37 cm2，下苞片大小11.80 cm2，平均分蘗數(shù)2.99，株型觀賞效果良好。

表2 姜黃屬16份種質(zhì)表型性狀變異特征分析Table 2 Variation characteristics of phenotypic traits of 16 germplasm materials of Curcuma

2.3 姜黃屬植株質(zhì)量性狀分析

16份姜黃屬植物材料的7個(gè)質(zhì)量性狀的多樣性分析見表 3。不同表型質(zhì)量性狀在群體中出現(xiàn)的頻率不同。綜合來看，葉片主脈以綠色為主，上苞片顏色多為藕粉、玫紅，上苞片暈斑綠色，下苞片暈斑褚紅，唇瓣紫色和旗瓣白色在各表型性狀中出現(xiàn)的頻率較高，是姜黃屬植株最具代表性的表型性狀。

表3 16份姜黃屬花卉7個(gè)質(zhì)量性狀的多樣性分析Table 3 Diversity analysis of 7 quality traits of 16 Curcuma flowers

2.4 因子分析

對(duì)16份姜黃屬種質(zhì)花高、株高、花序長(zhǎng)、劍葉面積、分蘗數(shù)、上苞片面積、花序?qū)挕⑸习瑪?shù)量、花葶粗等9項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行因子分析，提取主因子遵循特征值大于 1、累計(jì)貢獻(xiàn)率大于 85%的條件，尋找可概括變量特征的因子(表4)。由表5可知，第1公因子由劍葉面積、株高、花葶粗、花序長(zhǎng)和上苞片數(shù)等5個(gè)因子決定，概括為生長(zhǎng)勢(shì)因子；第 2公因子由分蘗數(shù)、花高和上苞片大小決定，為花群體景觀因子；第3公因子為花序?qū)?，為花型因子。由于姜黃屬花卉屬內(nèi)種間的莖葉花等器官表型差異較大，部分姜荷花品種引種后栽培適應(yīng)性表現(xiàn)差，育種過程中需多關(guān)注生長(zhǎng)勢(shì)和群體性狀指標(biāo)。

表4 主因子的特征根、貢獻(xiàn)率及累積貢獻(xiàn)率Table 4 Eigenvalue,contribution rate and cumulative contribution rate of principal factors

表5 旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣Table 5 Rotated component matrix

2.5 聚類分析

采用瓦爾德法和平方歐氏距離對(duì) 16份姜黃屬材料進(jìn)行聚類分析，將其分為3大類群(圖1)。第Ⅰ類群包括11個(gè)品種，占供試材料的68.75%，并涵蓋2個(gè)亞類，其中一亞類包括麗影、雨燕和閃耀(C.alismatifolia ‘Sparking’)等 3 個(gè)品種，二亞類包括清邁粉、白雪、繁星、紫精靈、日出、佳麗、荷蘭紅、旋風(fēng)(C.alismatifolia ‘Cyclone’)等 8 個(gè)品種。兩亞類均屬于姜荷花，表現(xiàn)為株高和花高較矮，劍葉面積小，花葶細(xì)，花序較短，上苞片數(shù)少但單個(gè)苞片大；姜荷花正是因?yàn)樯习瑪?shù)少而大，形態(tài)酷似荷花而得名，極具觀賞性；其中一亞類比二亞類具有更高的株高、劍葉面積、分蘗數(shù)、花序長(zhǎng)。第Ⅱ類群由綠巧克力、玉如意、紅火炬和所羅門等4個(gè)品種組成，株高均大于46 cm，劍葉面積大，達(dá)340 cm2以上，花葶更粗，除綠巧克力外，上苞片數(shù)大于14片，但上苞片面積較小，分蘗數(shù)和下苞片面積變幅較大，花型花色極具特色，抗病性普遍較好。第Ⅲ類群女皇郁金單獨(dú)為一類，相對(duì)而言，長(zhǎng)勢(shì)最為強(qiáng)健，其株高、劍葉面積、分蘗數(shù)、花高、花葶粗和抗病能力優(yōu)勢(shì)明顯，除花序?qū)捚⊥?，其余指?biāo)值也靠前。雜交育種過程中，綜合第Ⅰ類群的大苞片和第Ⅱ類群的花型和長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)勢(shì)，尤其是所羅門結(jié)實(shí)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，有望培育出優(yōu)良的雜交后代。

圖1 基于表型性狀的16份姜黃屬花卉系統(tǒng)聚類圖Fig.1 The dendrogram of 16 varieties of Curcuma based on phenotypic characters

3 結(jié)論與討論

目前，花卉品種選育仍以雜交育種為主，親本選配是基礎(chǔ)。姜黃屬花卉表型性狀眾多，數(shù)量性狀易于測(cè)量和觀察，但基因存在多效性和連鎖關(guān)系，各性狀信息出現(xiàn)重疊，很難得出簡(jiǎn)單規(guī)律[12]。本文借助因子分析法將姜黃屬9個(gè)表型性狀簡(jiǎn)化為生長(zhǎng)勢(shì)因子(主要是劍葉面積和株高)、花群體景觀因子(主要是分蘗數(shù))及花型因子，3個(gè)公因子提供了原始性狀87.082%的信息。具體而言，劍葉面積是姜黃屬形態(tài)性狀分類的關(guān)鍵指標(biāo)，其次是株高、花葶粗、花序長(zhǎng)和上苞片數(shù)，育種中應(yīng)注重上述因子的選擇。

姜黃屬植物分化較晚，種間識(shí)別度低，系統(tǒng)演化復(fù)雜[13]，且姜黃屬植物學(xué)名和藥用名經(jīng)?；煜?，對(duì)其鑒別和分類一直是待解難題[3]。本文僅對(duì)部分觀賞性佳的品種進(jìn)行分析，目的是降低表型性狀分類的難度，但也導(dǎo)致信息不夠全面。

經(jīng)聚類分析判斷，姜黃屬種間關(guān)系分明。第Ⅰ類為姜荷花，而第Ⅱ類中含有郁金、姜黃和雜交種，第Ⅲ類為郁金。其中玉如意即由第Ⅰ類群的清邁粉和第Ⅲ類群的女皇郁金雜交而成，綜合性狀優(yōu)良，為類群間雜交提供了可行案例，說明通過姜荷花與可結(jié)實(shí)品種進(jìn)行種間雜交是一條可選途徑。

主成分排序作為親本選配依據(jù)之一，應(yīng)對(duì)親本材料綜合指標(biāo)進(jìn)行具體分析和評(píng)價(jià)[7]。因此，在開展育種時(shí)，應(yīng)依據(jù)姜黃屬花卉育種目標(biāo)和聚類分析結(jié)果合理配置組合。