基于表型性狀的紫藤品種資源分類研究

羅玉蘭，張國兵，張冬梅

（1上海市園林科學(xué)規(guī)劃研究院，上海 200232；2上海城市困難立地綠化工程技術(shù)研究中心，上海 200232；3上海濱江森林公園，上海 200137）

0 引言

紫藤屬(Wisteria)為豆科落葉藤本植物，是藤本植物中的“國王”，其栽培歷史悠久，主要分布于中國、日本、歐洲以及美國[1]。該屬約有10種，全世界的栽培品種有150余個[2]，集中在日本、歐洲以及澳大利亞，多數(shù)為紫藤(W.sinesis)、多花紫藤(W.floribunda)的實生選種，以及多花紫藤與紫藤、短齒紫藤(W.brachybotry)的雜交種，種質(zhì)資源較豐富。

目前關(guān)于紫藤研究主要集中在繁殖、栽培、開花物候、根瘤菌等方面[3-8]。Kim Na-Rae等[9]利用葉綠體基因組的系統(tǒng)發(fā)育分析證實了多花紫藤和中國紫藤在分類學(xué)上具有密切關(guān)系。Trusty等[10]采用葉綠體、線粒體和核DNA標(biāo)記相結(jié)合的方法對72株紫藤群體開展紫藤遺傳多樣分析，發(fā)現(xiàn)有59株(81.9%)是紫藤和多花紫藤的雜交種。龔和解[11]利用SSR分子標(biāo)記分析了部分紫藤屬的遺傳多樣性，將24個種或品種分為3個類群。這些均為紫藤種質(zhì)資源選育積累了一些前期工作基礎(chǔ)，但能為該屬提供分類處理信息的研究還較少。近年來，國內(nèi)逐漸重視紫藤品種的引進(jìn)及培育，由于紫藤種質(zhì)命名、分類尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，多數(shù)形態(tài)特征接近的品種命名比較混亂，給育種工作造成了極大困擾，也給國內(nèi)新品種DUS檢測帶來了一定的困難。葉型、葉色、花型、花色等表型特征不僅描述種質(zhì)的主要特性，也是區(qū)分不同資源的重要性狀[12]。本研究以23個主要表型性狀為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計分析，以確定描述紫藤品種的主要形態(tài)特征指標(biāo)，同時對88份資源進(jìn)行聚類分析，為紫藤品種資源的分類提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試材選自上海園林科學(xué)規(guī)劃研究院紫藤屬植物資源圃，在歷年對紫藤屬種、變種以及雜交品種資源收集的基礎(chǔ)上，選擇其中88份紫藤品種資源作為研究對象（表1），少數(shù)性狀數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)[1-2]。

表1 供試紫藤品種資源信息

1.2 試驗方法

查閱國內(nèi)外關(guān)于紫藤品種的相關(guān)性狀描述，同時進(jìn)行實地調(diào)查和觀測記錄。選擇23個具有顯著差異、能反映品種特性的形態(tài)性狀進(jìn)行分析。其中定量性狀有4個，花序長度、花梗長度、旗瓣長度和寬度等直接采用調(diào)查原始數(shù)據(jù)的平均值；定性性狀有19個，進(jìn)行數(shù)值化處理（表2），其中二元性狀按0或1進(jìn)行編碼，有序多態(tài)性狀取連續(xù)的整數(shù)0、1、2……進(jìn)行編碼。

表2 紫藤品種性狀特征及描述

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，計算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)，采用DPS 18.1軟件進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析以及聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫藤品種表型性狀的變異系數(shù)

紫藤屬植物的小葉數(shù)量范圍為9～17片，葉型為卵形、橢圓形或披針形，這些性狀在不同種之間存在著差異，其中紫藤小葉數(shù)量為9～13片，卵形；多花紫藤小葉數(shù)量為13～17片，披針形，且葉片邊緣波浪型；美國紫藤、肯塔基紫藤品種小葉數(shù)量為11～13片，卵形。在葉色方面，除3個多花紫藤品種(‘Nishiki’、‘Hagoromo Nishiki’、‘Fukuchi’)的葉片為復(fù)色外，其余均為單一葉色，有淺綠、中綠、深綠和黃綠4大類，另外，幼葉也存在著淺綠、中綠、黃綠、淺褐、灰褐等不同顏色（圖1），與花色有一定的相關(guān)性。

圖1 紫藤品種資源幼葉顏色特征

紫藤多數(shù)為蝶形花，品種間主要區(qū)別在于花序長度、花色、旗瓣大小等特征。利用英國皇家園林協(xié)會RHS植物比色卡對旗瓣顏色進(jìn)行比對，紫藤品種的旗瓣顏色分為白、粉、紫紅、紫、藍(lán)紫、藍(lán)等6個色系（表3），每一色系又有不同深淺的顏色。同時對花序長度、花梗長度、旗瓣寬度、旗瓣長度4個性狀進(jìn)行測量分析，其中88份資源的花序長度范圍為8～85 cm，花梗長度范圍為5～35 cm，按照10 cm為一個單位進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計，紫藤品種的花序、花梗長度分別集中在20～39、10～29 cm（圖2），在實際分類過程中將花序長度的表達(dá)狀態(tài)分為4級（表4）。

表3 紫藤品種資源花色分類

圖2 紫藤品種資源花序和花梗長度特征

表4 紫藤品種資源花序長度分類

從表5可以看出，枝條旋轉(zhuǎn)方向、最大葉片分布位置、小葉形狀、旗瓣形狀、種子形狀等5個性狀的種內(nèi)變異系數(shù)均為0%，種間變異系數(shù)為17.55%～52.25%，其中旗瓣形狀的總變異系數(shù)最大；成熟葉是否復(fù)色、花冠是否蝶形2個性狀差異主要表現(xiàn)在多花紫藤種內(nèi)，其他種內(nèi)的變異系數(shù)均為0%；其余16個表型性狀在不同紫藤品種資源間表現(xiàn)出明顯差異，變異系數(shù)為10.66%～126.20%，平均變異系數(shù)為42.63%，其中幼葉顏色(66.63%)、旗瓣花青苷著色程度(60.04%)、花梗花青苷著色程度(47.41%)、旗瓣顏色(46.35%)、翼瓣顏色(44.02%)、花萼顏色(43.83%)、龍骨瓣顏色(40.89%)的性狀差異最為突出，說明紫藤品種資源具有豐富的葉色和花色變異。

表5 23個表型性狀變異系數(shù)%

不同種內(nèi)的變異系數(shù)為0.18%～50.76%，變異程度依次為多花紫藤(50.76%)、肯塔基紫藤(24.74%)、紫藤(23.55%)、美國紫藤(21.64%)、短齒紫藤(21.40%)、W.×formosa(19.81%)以及W.×valderi(0.18%)，可見多花紫藤種內(nèi)的不同個體間具有較大差異。

2.2 紫藤品種表型性狀的R型聚類

對23個表型性狀進(jìn)行R型聚類（圖3），翼瓣顏色與龍骨瓣顏色、種子形狀與旗瓣形狀、枝條旋轉(zhuǎn)方向與小葉形狀、旗瓣長度和旗瓣寬度的相關(guān)性較大。在距離1.10處，23個性狀大致可以分為3類?；ㄝ囝伾⑵彀觐伾?、旗瓣花青素著色強度、翼瓣顏色與龍骨瓣顏色歸為一類，主要反映花部顏色方面的特征，且具有一定的相關(guān)性；最大葉片分布位置、花序長度、花梗長度、旗瓣形狀、旗瓣眼的顏色、種子形狀與花期歸為一類；其余11個性狀則聚為另一類。

圖3 R型聚類分析圖

2.3 紫藤品種表型性狀的主成分分析

88份紫藤品種的表型性狀主成分分析結(jié)果見表6。前5個主成分的特征值大于1，累計貢獻(xiàn)率為79.57%，各性狀指標(biāo)的累計貢獻(xiàn)率增長較慢，表明紫藤品種間的形態(tài)性狀具有較大的遺傳變異。

表6 各主成分的特征值、貢獻(xiàn)率及累計貢獻(xiàn)率

續(xù)表6

第1主成分貢獻(xiàn)率為47.61%，特征向量絕對值較大的依次為種子形狀、花冠是否蝶形、旗瓣邊緣形態(tài)、旗瓣花青素著色強度、花期、成熟葉是否復(fù)色、旗瓣形狀，其特征向量絕對值都在0.93%以上，這些性狀反映了種子、花、葉等方面的特征，是紫藤種內(nèi)分類的主要指標(biāo)；第2、3主成分貢獻(xiàn)率分別為11.74%、9.35%，其中小葉形狀、旗瓣大小、枝條旋轉(zhuǎn)方向、花梗長度、花序長度的特征向量絕對權(quán)值均較高，均在0.61%以上，這些性狀主要反映了葉、花、枝在形態(tài)方面的特征，在紫藤品種分類中起很大作用；第4、5主成分貢獻(xiàn)率分別為5.75%、5.11%，其中幼葉顏色、旗瓣顏色、花萼顏色以及成熟葉顏色的特征向量絕對值較高，在0.40%以上，這些性狀主要反映了葉、花在顏色方面的特征，在紫藤品種分類中也起較大作用。

2.4 紫藤品種資源聚類分析

基于枝、葉、花、種子、花期等23個表型性狀，利用類平均法和歐氏距離對88份紫藤屬品種進(jìn)行聚類分析。從圖4中可以看出，在歐氏距離17.0處，可將供試材料分成4組，第Ⅰ組有11份品種資源，肯塔基紫藤和美國紫藤被單獨分為一組，主要特征為花期晚、花序短；第Ⅱ組有58份品種資源，包括47份多花紫藤品種，以及W.×formosa和W.×valderi的全部品種，主要特征為花序較長；第Ⅲ組包含4份品種，分別是‘Double Trouble’、‘Yae-kokuryu’、‘Fukuchi’、‘Hagoromo Nishiki’，主要特征為花重瓣、葉復(fù)色；第Ⅳ組有15份品種資源，包括紫藤和短齒紫藤的全部品種，以及多花紫藤品種‘Monk’，主要特征是花序短、花瓣內(nèi)卷或平展。

圖4 基于表型性狀的紫藤品種聚類分析

3 結(jié)論與討論

紫藤品種選育最早始于日本的江戶時代（1603—1868年），到日本明治時期（1868—1912年）取得了很大的進(jìn)展，約有20個品種[2]。1870年后，隨著國外對紫藤資源的引進(jìn)，歐洲、北美、澳大利亞、新西蘭等陸續(xù)開展紫藤種間和種內(nèi)的雜交與選擇。由于早期的紫藤品種主要是從野生或栽培苗中實生選育而形成的，品種間差異較小，選育目標(biāo)主要集中于葉色和花色方面的變異。同時紫藤品種命名混亂，大多以花色、發(fā)現(xiàn)地和引種地，諸如‘a(chǎn)lba’、‘rosea’等，意思是花色為白色或粉色的品種[1]，由于沒有紫藤屬品種測試指南及命名登記機關(guān)，導(dǎo)致一個品種被賦予多個名稱，加上相關(guān)信息缺乏，專業(yè)種植者也很難區(qū)分品種間的差異。為保護(hù)目前世界范圍內(nèi)的多花紫藤品種，Compton等[13]對名稱的使用歷史進(jìn)行了全面調(diào)查、討論及分組。

2002年國家林業(yè)局啟動花卉、經(jīng)濟林及林木新品種DUS測試指南編寫工作[14]。2013年4月1日，紫藤屬被國家林業(yè)局列入《中華人民共和國植物新品種保護(hù)名錄（第五批）》，建立紫藤屬植物品種測試指南有利于國內(nèi)紫藤新品種選育、產(chǎn)業(yè)發(fā)展。劉青林等[15]認(rèn)為，在選取品種分類標(biāo)準(zhǔn)時，既要考慮性狀相對穩(wěn)定，又要使其顯而易見。本試驗選取紫藤莖、葉、花、種子等方面的23個表型性狀，其中枝性狀1個、葉性狀5個、花性狀16個、種子性狀1個。從紫藤品種表型性狀的變異系數(shù)看，枝條旋轉(zhuǎn)方向、最大葉片分布位置、小葉形狀、旗瓣形狀、種子形狀等5個性狀反映了紫藤不同種間的變異，為枝、葉、花、種子等形狀方面的特性，其中種子形狀與旗瓣形狀、枝條旋轉(zhuǎn)方向與小葉形狀相關(guān)性較強，但沒有邏輯關(guān)系，有可能存在協(xié)同進(jìn)化關(guān)系，還有待進(jìn)一步研究和分析。反映不同紫藤品種資源間的表型性狀有18個，其中5個花部顏色方面的特征有一定的相關(guān)性，在觀測時可以合并或選擇其中一方面，例如用花瓣大小替換旗瓣長度和旗瓣寬度，花色方面可重點觀測旗瓣的顏色；花序長度、花梗長度、旗瓣眼的顏色與花期雖然聚為一類，但邏輯關(guān)系不強。

通過23個表型性狀對88份紫藤屬品種進(jìn)行聚類，將紫藤品種明顯分為4組，除個別在花重瓣、葉復(fù)色被單獨聚為一類外，每個種系下的品種聚在一起，說明紫藤屬內(nèi)的種間遺傳距離較遠(yuǎn)，紫藤品種分類以種源為第一級分類標(biāo)準(zhǔn)，這與國內(nèi)杏屬[16]、菊屬[17]、櫻屬[18]等品種分類的相似；另外，23個性狀也反映紫藤不同種或品種間的特征和變異，其中花期早晚、花序長短為4組聚類的主要劃分依據(jù)，基本上也反映了紫藤品種類群之間的差異，在紫藤品種分類中具有重要的分類學(xué)意義。

張曉慶等[19]在對中國茶花品種進(jìn)行分類時認(rèn)為，由于生殖器官比營養(yǎng)器官更為保守、在品種內(nèi)更穩(wěn)定，需考慮花型、花色、葉形、花期早晚等與觀賞有關(guān)的生殖器官特性。根據(jù)實地調(diào)查和聚類結(jié)果分析，花期、花序長短、花色在紫藤品種分類中占有重要地位，是分類優(yōu)先考慮的因素，也可以作為紫藤品種的分組性狀，根據(jù)其貢獻(xiàn)率從大到小依次為花期、花序長度、花色。在紫藤屬植物分類檢索表中，以莖旋轉(zhuǎn)方向、花序長短、小葉對數(shù)作為第一級分類性狀，葉片是否被毛、花顏色為第二級分類性狀，這與傳統(tǒng)的分類標(biāo)準(zhǔn)存在著不同[20]。

另外，原產(chǎn)于日本的多花紫藤具有花序長、花色豐富以及香味濃等優(yōu)良特性，成為紫藤屬內(nèi)雜交的主要親本[21]，與其他種相比，變異程度最高(50.76%)，其次為肯塔基紫藤(24.74%)、紫藤(23.55%)、美國紫藤(21.64%)、短齒紫藤(21.40%)、W.×formosa(19.81%)以及W.×valderi(0.18%)。多花紫藤在花色、葉色方面形成了較大的品種群，遺傳背景也比較復(fù)雜，23個表型性狀中的成熟葉是否復(fù)色、花冠是否蝶形主要表現(xiàn)于多花紫藤種內(nèi)，可作為第四級分類性狀。在紫藤屬植物的實生選育、雜交育種過程中，在葉色和花色方面產(chǎn)生了較多的變異。

目前，報道的紫藤品種約有150余種[1-2]，去掉重名、丟失以及無法考證的還有90多種，但是這些品種半數(shù)以上來源于野外發(fā)現(xiàn)或?qū)嵣x育，紫藤育種工作者選擇時主要側(cè)重于花色、葉色等觀賞性狀，也導(dǎo)致有些品種的多個性狀差異非常小，有時很難從觀察的角度進(jìn)行區(qū)分。建議今后進(jìn)一步挖掘紫藤品種資源分類性狀，建立更為詳細(xì)的已知品種性狀表，或借助現(xiàn)代分子手段進(jìn)行更深層次的分類研究，為紫藤育種發(fā)展奠定基礎(chǔ)。