月季花部性狀表型多樣性研究

尹世華 李傳林 黃曉霞 李淑斌 程小毛

（1. 西南林業(yè)大學園林園藝學院國家林業(yè)和草原局西南風景園林工程技術研究中心，云南 昆明 650233；2. 云南省農業(yè)科學院國家觀賞園藝工程技術研究中心，云南 昆明 650205）

月季（Rosa hybrida）是我國十大傳統(tǒng)名花之一，素有“花中皇后”的美譽[1]。月季花因具花色豐富、花型優(yōu)美、花香馥郁等優(yōu)點，成為了園林綠化、鮮切花市場中極其重要的觀賞花卉，深受人們的喜愛。研究種質資源的表型遺傳多樣性，對促進種質資源的創(chuàng)新和高效利用具有重要意義[2?3]。因此，通過對月季花部相關性狀進行表型多樣性相關分析可為月季種質資源的高效利用提供物質基礎，從而促進月季花卉產業(yè)的發(fā)展。

月季最重要的觀賞部位在于花，花部性狀在月季的觀賞價值定位和品種分類中起到重要作用[4?6]?；ò陻凳窃录酒贩N間差異性最為明顯的性狀，花量則是品種間變異性最大的性狀[7?8]。花部性狀（花瓣數，花量和花徑）是月季品種分類的重要指標[7,9?10]?；ㄉ?、花瓣、花香等其它花部性狀一直以來也都是月季表型多樣性研究的熱點，并且已在月季品種分類、種質資源的高效利用等方面得到了應用[11?16]，但這些相關研究大多基于現代月季展開，尚未在更多的月季種質資源中得到進一步驗證。因此，本研究選定了花頭數、花瓣數量、花朵直徑、花瓣長、花瓣寬、花瓣面積、花色、花香、瓣形等9個花部相關性狀對73份月季種質資源（34份中國古老月季品種、9份野生薔薇和30份現代月季品種）進行遺傳變異分析、逐步回歸分析、相關性分析、聚類分析與主成分分析，以期為月季種質鑒定、品種選育和高效利用等工作提供理論指導，為月季種質資源的合理利用與綜合評價奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

于2019年6—10月在昆明市晉寧區(qū)（24°60′34″N，102°59′39″E）進行，供試的月季品種來源于艾薔薇科技有限公司和云南省農業(yè)科學院，共記73份月季品種材料。其中，中國古老月季品種34份（Ch）；野生薔薇9份（W）；現代月季品種30份，包含7份灌叢月季（S），7份藤本月季（Cl），11份豐花月季（F），2份微型月季（Min），2份壯花月季（Gr）以及1份雜交茶香月季（HT）。試驗期間進行正常的水肥管理（表1）。

表1 73份月季品種資源及編號Table 1 Resources and numbers of 73 R. hybrida varieties

續(xù)表 1

1.2 表型性狀觀測

由表2可知，月季的9個花部性狀均在盛花期進行觀測，調查性狀包括3個質量性狀（花色、花香和瓣形）和6個數量性狀（花頭數、花瓣數量、花朵直徑、花瓣長、花瓣寬和花瓣面積）。用游標卡尺測量長度、寬度以及直徑，用Cl?202 便攜式葉面積計測量面積，用國際通用的英國皇家園藝學會比色卡（RHSCC，2001年版）[17]進行顏色測量，并記錄其數字編碼。月季品種的調查根據GB/T 1955.7.1[18]進行。所有測試材料均設置3個重復，每個重復中材料來源于同一品種的3個不同植株。

表2 月季形態(tài)多樣性指標及賦分標準Table 2 The main morphological characters and value assignment criteria for R. hybrida

1.3 數據統(tǒng)計與分析

試驗數據利用EXCEL 2016軟件進行整理。在材料數量性狀方面的分級，以標準差（δ）和平均數（μ）為依據進行10個層級的劃分，從第 1級Xi<（x?2s）至第 10 級Xi≥（x+2s），每0.5s為1級，并計算各個級別數目及分布頻率。如公式（1）計算變異系數，公式（2）計算Shannon?Wiener多樣性指數（H'），質量性狀依據賦值標準計算頻率分布，然后根據頻率分布比例計算出遺傳多樣性指數[19?20]。表型數據采用SPSS 23.0軟件進行主成分、相關性、逐步線性回歸及聚類分析[21?22]。

2 結果分析

2.1 月季花部形態(tài)的數量性狀多樣性分析

73個月季品種在6個數量性狀間呈現出不同差異（表3）。變異系數為38.00%～112.00%，平均變異系數為64.00%，其中花頭數的變異系數最高，為112.00%，花朵直徑的變異系數最低，為38.00%。在多樣性指數方面，6個數量性狀的變化區(qū)間是1.21～1.91，平均值是1.70，這些性狀中花瓣數的多樣性指數最高，為1.91，其次為花瓣面積、花瓣寬、花瓣長和花朵直徑，分別為1.87、1.81、1.79與1.62；多樣性指數最低的是花頭數，為1.21。

表3 月季資源數量性狀多樣性分析Table 3 Diversity analysis of quantitative character of R. hybrida resources

2.2 月季花部形態(tài)的質量性狀多樣性分析

由表4可知，在多樣性指數方面，3個質量性狀的變化為1.32～1.62，均值是1.45。多樣性指數最高的是花色，達1.62；最低的是花香，為1.32?；ㄉ鄻有灾笖底罡呤且驗樵陬伾兓壬嫌?個級別構成，占比優(yōu)勢明顯的為紅色、粉色與橘紅色，占比最小的則為黃色、間色與復色；瓣形分為了5個級別，其中扇形、長闊形、圓闊形所占比例最大?；ㄏ惆凑沼袩o香氣劃分為了4個級別，淡香所占比例最大；其次為香和濃香，所占比例最小的是無香。

表4 月季資源質量性狀的頻率分布及多樣性Table 4 Frequency distribution and diversity index on qualitative characteristics of R. hybrida resources

2.3 月季花部性狀相關性分析

對73份月季品種的9個花部性狀進行了相關性分析（表5），發(fā)現月季的花部性狀間存在不同程度的相關性。其中，花朵直徑正向相關于花瓣長、寬以及面積，且表現出極顯著性（P<0.01）；花瓣長正向相關于花瓣寬與面積，且表現出極顯著性（P<0.01）；花瓣寬正向相關與花瓣面積，且表現出極顯著性（P<0.01）；花朵直徑、花瓣長、花瓣寬、花瓣面積分別與花頭數和瓣形呈極顯著負相關（P<0.01）；瓣形和花頭數之間呈極顯著正相關（P<0.01）。以上結果說明，月季花朵直徑大則花瓣長和寬、花瓣面積大；長和寬越大則花朵越大，花頭數越多，瓣形輪廓越大，其花朵就越小。

表5 月季花部性狀的相關性分析Table 5 Correlation coefficient among flower traits of R. hybrida resources

2.4 月季花部性狀聚類分析

由圖1可知，在歐氏距離為10處時，供試月季品種可分為3組。第Ⅰ組是緋扇月季，主要特征為：花朱紅色，背色較深而呈暗紅，花大型，其花朵直徑達到了18 cm，花絲暗紅色，花蕾壺形，老玫瑰發(fā)散性香味；第Ⅱ組為綠萼月季，主要特征為：花綠色，瓣形長闊形，簇花花群，花瓣數232瓣，單頭，無香。其他71份月季品種歸屬為第Ⅲ組，第Ⅲ組月季種質資源又可劃分為2個亞類。第Ⅲ?1類涉及月季種類有37份，其突出特點為：花瓣數量少，花瓣數量介于5～49瓣之間；第Ⅲ?2類有34份月季種質資源，其突出特點為：花瓣數量偏多，花瓣數量介于50～122瓣。

圖1 73份月季資源的聚類分析Fig. 1 The cluster analysis of 73 R. hybrida resources

2.5 月季花部性狀主成分分析

由表6可知，前3個主成分呈現出71.19%的累計貢獻率，反映出月季花部性狀的多數信息。其中貢獻率最大的為第1主成分，達44.50%，花瓣面積的特征向量最大，為0.949，花朵直徑、花瓣長、花瓣寬的特征向量值都大于0.9，分別為0.924、0.937和0.910，反應了最為直接的表觀性狀，即花朵直徑、花瓣長、花瓣寬和花瓣面積能夠反映出月季花部的基本特征情況；其次為第2主成分，貢獻率為14.34%，花色與花瓣數的特征向量值均超出了0.5，為0.663和0.655；第3主成分的貢獻率最低，為12.35%，從特征向量值來看，花瓣面積的的特征向量值最小，為0.054，超過0.5的只有花香，為0.859。

表6 月季花部性狀的主成分分析Table 6 Principal component analysis of flower traits of R. hybrida

2.6 月季花部性狀的綜合評價

由表7可知，月季花部性狀的綜合得分變化范圍為?1.62～3.82，其中緋扇月季在所有供試月季資源中的綜合評分最高，為3.82，且遠遠高于其它月季品種的綜合得分；花朵直徑大、花瓣又長又寬、花瓣面積大的月季品種整體排名靠前，月季種質資源中現代月季和古老月季的整體排名高于野生薔薇，同時，在現代月季種質資源中豐花月季的整體排名最為靠前。綜合得分與9個花部性狀的相關分析表明，綜合得分與花朵直徑、花瓣長、花瓣寬和花瓣面積呈極顯著正相關（P<0.01），相關系數分別為0.934、0.926、0.909和0.943，而負向相關于花頭數與瓣形，且表現出極顯著性（P<0.01），相關系數依次是0.409、0.410（表8）。

表7 月季花部性狀的綜合得分值Table 7 Comprehensive value of R. hybrida resources based on flower traits

表8 綜合得分與9個花部性狀的相關系數Table 8 Correlation coefficients between comprehensive value and 9 flower traits

2.7 月季花部性狀的綜合評價指標篩選

通過已知綜合得分與9個花部性狀等有關參數，完成最優(yōu)回歸方程的構建。因變量、自變量分別為綜合得分、9個花部性狀指標，通過逐步回歸分析得到最優(yōu)回歸方程Y=?2.498+0.003X1+0.009X2+0.159X3+0.125X4+0.039X5+0.111X6?0.149X8+0.038X9，式中X1、X2、X3、X4、X5、X6、X8、X9分別代表花瓣數、花朵直徑、花瓣長、花瓣寬、花瓣面積、花香、花頭數和花色8個表型性狀，方程的相關系數R=0.999，決定系數R2=0.999，F值為9156.828，P<0.01，說明方程極顯著，表明8個表型性狀可代表總變異的99.9%。結合F值與9個花部性狀的相關系數得到在8個花部性狀中，除花瓣數、花色和花香外，花朵直徑、花瓣長、花瓣寬、花瓣面積和花頭數5個指標對月季花部性狀綜合值影響顯著，可以作為月季花部形態(tài)的綜合評價指標（表8）。

3 結論與討論

月季花部相關性狀是一類重要的表型性狀，受遺傳和環(huán)境效應的影響，這類性狀表現出復雜的數量性狀特點。由于在個體或微觀水平上對表型性狀進行研究，較難取得突出進展[23]，因此，本研究選取了73份月季資源開展花部相關性狀研究，73份月季涵蓋了以WFRS分類方法劃分的古老月季品種、現代月季品種、野生薔薇或薔薇原種的所有品種群[24]，選取這3個品種群進行研究，有利于從宏觀水平上開展整體趨勢分析和探討，以便更準確探明性狀的遺傳變異規(guī)律。但3個品種群中現代月季品種群中的壯花月季、雜交茶香月季在此次研究中選取資源較少，因此月季花相關的遺傳多樣性信息有待進一步完善。遺傳變異往往以表型性狀間的變異為表現形式，前者的豐富性通常以后者的豐富性表現出來[25?26]。在本研究中，月季花部性狀表現出豐富的變異和表型多樣性，花部數量性狀多樣性指數（1.70）大于質量性狀的多樣性指數（1.45），與前人對紫薇（Lagerstroemia indica）[27]、石榴（Punica granatum）[28]、香瓜（Cucumis melo）[29]等的表型多樣性研究觀點相符。其中，花瓣數的遺傳多樣性指數最高，花頭數的變異系數最大，同現代月季的表型性狀研究觀點一致，表明花瓣數在品種間的差異性大，花量在品種間的的變異程度高可能是月季種質資源中普遍存在的表型特征。但值得關注的是，除花頭數外，其它性狀的多樣性指數和變異系數變化趨勢一致，此結論與David[30]在多樣性指數同變異系數間聯(lián)系分析方面的發(fā)現有所不同，這可能是由于選取的中甸刺玫、金櫻子等野生種與現代月季、古老月季的種質資源差異較大造成的。但整體來說，供試月季品種存在較大變異區(qū)間，呈現出豐富的遺傳多樣性，有利于優(yōu)質月季種質的篩選。另外，變異系數在一定程度上反映了進化的快慢，花瓣數的變異系數大說明重瓣的月季品種形成相對較晚；人工育種加速了花瓣數量的增多，這與矮牽牛（Petunia hybrida）[31]、龍膽花（Gentiana scabra）[32]等觀賞植物品種選育方向一致，說明月季的選育也是朝著花瓣數增多的方向進行的。

相關性分析可以看出，月季花部各性狀間存在著程度不等的聯(lián)系，其中7對性狀互相表現出極顯著正相關關系，另有8對則呈現為極顯著負相關關系，其中，花朵直徑、花瓣長、寬和面積相互之間呈極顯著正相關關系，與瓣形和花頭數呈極顯著負相關，說明花朵大小與花瓣長、寬、面積以及瓣形和花頭數存在一定的遺傳關系，在實際應用中，月季開花初期，對花的大小與形態(tài)的推測可利用觀測花朵的直徑來實現。

聚類分析結果表明，73個月季品種可劃分為3個組群，其遺傳聚類與花朵直徑、花瓣數關系密切，這同現代月季的品種劃分標準基本一致[7]，其中，花朵直徑大和花瓣數相近的月季都分別聚為一類，表明它們具有較近的親緣關系，也進一步說明月季的花瓣數、花朵直徑性狀可能與月季種質資源的親緣關系存在一定的聯(lián)系，但由于形態(tài)學性狀會受環(huán)境和遺傳雙重因素影響，因而要全面準確地對種質資源進行鑒定和遺傳研究，還需采用現代生物技術進一步驗證。

主成分分析能夠使若干個變量轉化成少數幾項指標，由此實現分析步驟的簡化，實現對總變異構成特征的更佳描述[33]。本研究在9個花部相關性狀中，提取出3個主成分，累計貢獻率達71.19%，可體現出月季花部表型的多數信息。利用主成分分析和逐步線性回歸相結合的方法評價了月季花部性狀，通過綜合得分值和觀賞評價指標[7]判斷月季品種的綜合優(yōu)劣程度，且F值與花朵直徑、花瓣長、花瓣寬、花瓣面積、花頭數和瓣形等表型性狀呈極顯著相關，表明73份月季資源中花型巨大、花香濃郁、花瓣寬大的緋扇月季綜合特性最好，觀賞價值最高，花型小、花色白色、花瓣極小的無刺野薔薇綜合特性最差，月季的觀賞價值可能與花朵直徑、花瓣長、花瓣寬、花瓣面積、花頭數和瓣形有一定聯(lián)系。通過逐步線性回歸分析篩選出5個花部相關性狀，分別是花朵直徑、花瓣長、花瓣寬、花瓣面積和花頭數可作為月季花部性狀的綜合評價指標。

綜上所述，月季花部表型性狀變異十分豐富，基于多樣性來說，相較花部質量性狀，數量性狀的變異更為明顯；花朵直徑和花瓣數可作為月季品種劃分的重要依據，同時通過相關性分析，找到了影響月季花朵大小變化的因素；通過主成分分析得到月季花部性狀的綜合評價值，結合逐步線性回歸篩選出5個主要表型性狀，為月季種質資源的綜合評價提供直觀參考。