基于花表型性狀的蝴蝶蘭品種資源多樣性研究

陳劍鋒　鐘聲遠(yuǎn)　陳宇華　鐘海豐　張薈　劉中華

關(guān)鍵詞：蝴蝶蘭；花；表型性狀；多樣性

中圖分類號：S682.31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

蝴蝶蘭（Phalaenopsis）在植物學(xué)分類上屬于蘭科（Orchidaceae）蝴蝶蘭屬（Phalaenopsis），其花色艷麗，花朵大且數(shù)量多，具有很高的觀賞價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1-2]。蝴蝶蘭最早發(fā)現(xiàn)于1750 年，迄今為止擁有較多的種質(zhì)資源，遺傳多樣性也十分豐富[3]。目前，有關(guān)蝴蝶蘭種質(zhì)資源多樣性研究的報(bào)道不多，宋一嵐等[4]對70 份蝴蝶蘭資源的品質(zhì)性狀進(jìn)行了聚類分析、變異系數(shù)分析和方差分析，鐘海豐等[5]對53 份蝴蝶蘭的24 個主要數(shù)量性狀變異和概率分級進(jìn)行了分析，袁圓等[6]通過對生產(chǎn)應(yīng)用上的12 個蝴蝶蘭品種進(jìn)行觀察統(tǒng)計(jì)，建立了評價(jià)系統(tǒng)，何荊洲等[7]以15 個蝴蝶蘭品種為試材，對蝴蝶蘭花徑和10 個重要數(shù)量性狀進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)蝴蝶蘭花徑與萼片長的相關(guān)性最高，其中中萼片長是影響花徑的主要因素。以上研究采用的表型性狀大多為花器官和葉片一起，或只分析了花器官和葉片的數(shù)量性狀，選用的資源數(shù)量較少?；ū硇托誀畹亩鄻有匝芯吭诶蹦净╗8]、荷花[9]、紅山茶[10]、滇楸[11]、山丹[12]等許多作物中均有報(bào)道。本研究主要針對135 個蝴蝶蘭品種資源的花器官表型多樣性進(jìn)行分析，明確蝴蝶蘭花表型變異的豐富程度，不同性狀間的相關(guān)性以及遺傳多樣性，以期為蝴蝶蘭以花器官為目標(biāo)定向選育新品種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料為收集保存在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部植物新品種測試福州分中心的135 個蝴蝶蘭品種資源，品種資源為漳州鉅寶生物科技有限公司、龍巖市萬花園林有限公司、福建揚(yáng)基生物科技股份有限公司、牛記蘭花科技股份有限公司、廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境園藝研究所和山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所等十余家科研單位或企業(yè)申請品種保護(hù)的測試樣品，完成特異性、一致性、穩(wěn)定性測試（DUS 測試）后保存于福州分中心，包括80 個蝴蝶蘭新品種和55 個近似品種。

1.2 方法

于2019 年1 月至2020 年12 月，參照《植物新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測試指南 蝴蝶蘭》（NY/T 2230—2012）中的測試時(shí)期與方法進(jìn)行測量，其中葉片選取開花植株的最長葉，花部性狀的觀測在花序上有50%的花開放時(shí)，選取最近開花的最大花并在其花色未褪去之前觀測。

隨機(jī)選取長勢一致且健壯的植株進(jìn)行觀測，每個蝴蝶蘭品種選取10株，每個性狀測定3 次，共采集以下27個性狀數(shù)據(jù)：花序長、花序花數(shù)量、花序梗長、花序梗粗、花長、花寬、萼片長、萼片寬、花瓣長、花瓣寬、唇瓣中裂片長、唇瓣中裂片寬、中萼片主色、側(cè)萼片主色、花瓣主色、唇瓣中裂片主色、中萼片顏色數(shù)、側(cè)萼片顏色數(shù)、花瓣顏色數(shù)、唇瓣顏色數(shù)、花序類型、花香味、花瓣排列方式、中萼片形狀、側(cè)萼片形狀、花瓣形狀、唇瓣中裂片形狀。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 20.0 軟件進(jìn)行方差分析、相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 質(zhì)量性狀的頻率分布及多樣性指數(shù)

2.1.1 蝴蝶蘭花色 對127 份蝴蝶蘭的花色進(jìn)行觀測，將RHS 比色卡顏色與蝴蝶蘭花顏色對應(yīng)分類并進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)（表1）。

由表2 可以看出，蝴蝶蘭花中萼片主色共有11 種，其中紫羅蘭色占比最多，為33.33%；其次是紫紅色，為25.93%；淡綠色最少。中萼片主色的辛普森（Simpson）指數(shù)為0.788，香農(nóng)-威納（Shannon-Wiener）指數(shù)為2.641。由表3 可以看出，中萼片顏色數(shù)量占比最多的為2 種，占52.59%；其次為3 種，占43.70%；3 種以上的最少，占0.74%。

側(cè)萼片主色共11 種，其中紫羅蘭色占比最多，為37.04%；其次是紫紅色，為24.44%；深紫羅蘭色和淡綠色最少。側(cè)萼片主色的Simpson指數(shù)為0.773，Shannon-Wiener 指數(shù)為2.568（表2）。側(cè)萼片顏色數(shù)量占比最多的為2 種和3 種，占46.67%；1 種的最少，占2.22%（表3）。

花瓣主色共12 種，其中紫羅蘭色占比最多，為31.85%；其次是紫紅色，為25.93%；淡黃色、淡綠色和棕紅色最少。花瓣主色的Simpson 指數(shù)為0.801，Shannon-Wiener 指數(shù)為2.748（表2）?；ò觐伾珨?shù)量最多只有3 種，其中占比最多的為2 種，占53.33%；其次為3 種，占43.70%；1 種的最少，占2.96%（表3）。

唇瓣中裂片主色共13 種，其中紫色占比最多，為37.78%；其次是紫色和深紫紅色，均為13.33%；黃色、棕紫紅色、紫蘭色、棕色和棕紅色最少。唇瓣側(cè)裂片主色共10 種，其中紫色占比最多，為32.59%；其次是紫羅蘭色，為19.26%；黃色、黃白色、紫蘭色最少。唇瓣中裂片和側(cè)裂片的Simpson 指數(shù)分別為0.795 和0.803 ，Shannon-Wiener 指數(shù)分別為2.754 和2.624（表2）。唇瓣顏色數(shù)量占比最多的為3 種以上，占89.63%；其次為3 種，占10.37（表3）。

2.1.2 蝴蝶蘭花型和香味 蝴蝶蘭花序類型分為單生花、總狀花序和圓錐花序3 種。由表3 可知，測試的蝴蝶蘭樣品中只有總狀花序和圓錐花序2 種，分別占60.74%和39.26%?；ㄐ蝾愋偷腟impson 指數(shù)為0.477，Shannon-Wiener 指數(shù)為0.966。

花瓣排列方式分為分開、相接和重疊3 種，其中分開的花瓣排列方式占比最多，為77.78%，其次為相接，占20.00%，最少的是重疊的排列方式。排列方式的Simpson 指數(shù)為0.355 ，Shannon-Wiener 指數(shù)為0.868。

蝴蝶蘭花無香味的為多數(shù)，占84.44%，只有15.56%的蝴蝶蘭有香味。花香的Simpson 指數(shù)為0.262，Shannon-Wiener 指數(shù)為0.624。

對蝴蝶蘭花的中萼片、側(cè)萼片、花瓣形狀以及唇瓣中裂片形狀進(jìn)行觀測統(tǒng)計(jì)后，由表3 可以看出，中萼片形狀主要有卵圓形、橢圓形、倒卵圓形和圓形4 種，其中橢圓形占比最多，為69.63%，其次為卵圓形，占25.93%，倒卵圓形的占比最少。側(cè)萼片的形狀為卵圓形和橢圓形2 種，分別占95.56%和4.44%。花瓣的形狀主要有卵圓形、橢圓形、倒卵圓形和半圓形4 種，半圓形占比最多，為84.44%，橢圓形和倒卵圓形占比最少。唇瓣中裂片形狀共有卵圓形、橢圓形、倒三角形、菱形和錨形5 種，錨形占比最多，占42.22%，其次為菱形，占30.37%，橢圓形占比最少。中萼片、側(cè)萼片、花瓣以及唇瓣中裂片形狀的Simpson 指數(shù)分別為0.447 、0.085 、0.271 和0.687 ，Shannon-Wiener 指數(shù)分別為1.097、0.262、0.762和1.862。

2.2 數(shù)量性狀的變異及分布

由表4 可見，供試的135 個蝴蝶蘭品種的數(shù)量性狀變異系數(shù)變化范圍為19.79%～52.72%。其中花序花數(shù)量的變異系數(shù)最大，為52.72%，其次為花序梗長和花序長，分別為39.99%和39.83%，唇瓣中裂片長的變異系數(shù)最小，為19.79%。說明唇瓣中裂片長的變異幅度較小，穩(wěn)定性較高，花序花數(shù)量相對變異較大，更能反應(yīng)品種間的差異。各性狀平均值和中位數(shù)之間的差異最大為1.69，差異大于1 的有花序花數(shù)量和花序梗長度，說明相對于花序花數(shù)量和花序梗長度這2 個性狀，其他性狀的數(shù)據(jù)相對比較集中。蝴蝶蘭花序花數(shù)量性狀的Simpson 指數(shù)均達(dá)到0.99 以上，Shannon-Wiener 指數(shù)為6.869～7.047。

由蝴蝶蘭花各表型性狀的頻率分布直方圖（圖1）可以看出，花序長度為10～20 cm 的性狀頻率分布最大，有55 個品種，占40.74%；花序花數(shù)量大多為3～20 個，有126 個品種，占93.33%；花序梗長度分布比較均勻，長度4～56 cm；花序梗粗度主要集中在3～5 mm，有101 個品種，占74.81%；花長度大多為5～7 cm，有95 個品種，占88.89%；花寬度大多為5～9 cm，有112 個品種，占82.96%；萼片長度主要集中在3～5 cm，有117個品種，占86.67%；而萼片寬度大多為2～4 cm，有125 個品種，占92.59%?；ò觊L度為3～5 cm的性狀分布頻率最大，有110 個品種，占81.48%；花瓣寬度的數(shù)據(jù)較為分散，最短0.5 cm，最長可達(dá)7 cm，其中4～6 cm 的性狀頻率分布最大，有84 個品種，占62.23%。唇瓣中裂片長和寬都集中在1.5～2.5 cm，分別有124 個品種和120 個，占91.85%和88.89%。

2.3 蝴蝶蘭花表型性狀的相關(guān)性分析

將135 個不同品種蝴蝶蘭花的11 個關(guān)于長、寬、粗度的數(shù)量性狀數(shù)值進(jìn)行Pearson 相關(guān)性分析（表5）。花序長與花序梗粗、花寬、萼片寬、花瓣寬、唇瓣中裂片長、唇瓣中裂片寬均呈正相關(guān)，其中花序長與花序梗粗呈極顯著正相關(guān)；花序長與花序梗長、花長、萼片寬呈負(fù)相關(guān)。花序梗長與花序梗粗存在正相關(guān)，與花長、花寬、萼片長、萼片寬、花瓣長、花瓣寬、唇瓣中裂片長、唇瓣中裂片寬均存在極顯著正相關(guān)；花序梗粗與花長呈負(fù)相關(guān)，與花寬、萼片長、萼片寬、花瓣長、花瓣寬、唇瓣中裂片長、唇瓣中裂片寬均存在正相關(guān)；花長與花寬、萼片長、萼片寬、花瓣長、花瓣寬、唇瓣中裂片長、唇瓣中裂片寬均存在極顯著正相關(guān)；花寬與萼片長、萼片寬、花瓣長、花瓣寬、唇瓣中裂片長、唇瓣中裂片寬均呈極顯著正相關(guān)；萼片長與萼片寬、花瓣長、花瓣寬、唇瓣中裂片長、唇瓣中裂片寬均呈極顯著正相關(guān)；萼片寬與花瓣長、花瓣寬、唇瓣中裂片長、唇瓣中裂片寬均呈極顯著正相關(guān)；花瓣長與花瓣寬、唇瓣中裂片長、唇瓣中裂片寬均呈極顯著正相關(guān)；花瓣寬與唇瓣中裂片長、唇瓣中裂片寬均呈極顯著正相關(guān)；唇瓣中裂片長與唇瓣中裂片寬呈極顯著正相關(guān)。

2.4 蝴蝶蘭花表型性狀的主成分分析和綜合評價(jià)

對蝴蝶蘭品種12 個表型性狀進(jìn)行因子分析，按照累計(jì)方差貢獻(xiàn)率不低于85%確定公因子數(shù)目。由表6 可知，前3 個因子累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為89.346%，分別表示135 個蝴蝶蘭品種12 個表型性狀71.115%、9.757%和8.474%的信息，為主成分，已經(jīng)代表原始變量的大部分信息。因此，提取前3 個主成分代替原始的12 個指標(biāo)對蝴蝶蘭花表型性狀進(jìn)行評價(jià)，達(dá)到降維的目的。

將主成分的載荷矩陣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)后，其載荷系數(shù)會更接近1 或者0，這樣能更好地解釋變量。由表7 可知，F(xiàn)1 主要代表萼片長度，F(xiàn)2 主要代表花序花數(shù)量，F(xiàn)3 主要代表花序梗粗，由此可見，萼片長度、花序花數(shù)和花序梗粗3 種性狀是蝴蝶蘭花表型性狀評價(jià)的代表性性狀。

以表7 各性狀的主成分載荷分別除以表6 中2 個主成分的特征值開根號后的值，得到特征向量，構(gòu)建出2 個特征向量作為權(quán)重的主成分表達(dá)函數(shù)式：

式中，Y₁和Y₂為各主成分得分。計(jì)算出135 個品種蝴蝶蘭花12 個特性的綜合得分并進(jìn)行排序。135 個品種蝴蝶花綜合得分最高的前10個品種依次為‘JB2312‘萬花焰火‘東方紅‘和鳴盛世‘JB3850‘魯卉紅玉‘心滿意足‘萬花紅霞‘聚寶美滋滋‘JB2824（表8）。排名靠前的‘東方紅‘萬花焰火和‘JB2312花的萼片長、花瓣長和花瓣寬均比較大，較符合傳統(tǒng)大花的特征。

2.5 蝴蝶蘭品種花表型性狀的聚類分析

2.5.1 蝴蝶蘭花各性狀對R 型聚類分析 對蝴蝶蘭花的表型性狀進(jìn)行聚類分析（圖2），在遺傳距離為7 處聚為四大組群。第1 組群包括中萼片顏色數(shù)、花瓣顏色數(shù)、側(cè)萼片顏色數(shù)、唇瓣中裂片長、唇瓣中裂片寬、萼片寬、花瓣長、唇瓣顏色數(shù)、花序梗粗、萼片長和花瓣寬；第2 組群包括花長、花寬和花序花數(shù)量；第3 組群為花序長；第4 組群為花序梗長。

2.5.2 各蝴蝶蘭品種的Q 型聚類分析 基于蝴蝶蘭花表型性狀對蝴蝶蘭135 個品種進(jìn)行聚類分析，在遺傳距離為10 處將蝴蝶蘭品種分為五大組群，不同組群蝴蝶蘭品種花的表型性狀具有一定差異性。第1 組群包括‘玉粉‘綠精靈‘宮粉等46 個品種，這些品種花的表型特征是花序長較短，花序梗、花長、萼片長、花瓣長、唇瓣中裂片長較短，花寬、萼片寬、花瓣寬、唇瓣中裂片寬較窄。第2 組群包括‘小美人‘小蜜蜂‘玉唇蘭和‘LX294 個品種，其花序梗長、花長、萼片長、花瓣長和唇瓣中裂片長均較短，花寬、萼片寬、花瓣寬和唇瓣中裂片寬較短。第3 組群包括‘JB2305‘銀河M69‘白閃電‘朝霞‘綠圣彩蝶‘三色鳥‘科隆茂盛CL122共7 個品種，其花序長較長。第4 組群包括‘皇貴妃‘彩虹和‘安娜等28 個品種，這些品種的花序梗長、花長寬、萼片長寬、花瓣長寬和唇瓣中裂片長寬均較大。第5 組群包括‘JB2823‘萬花焰火‘霓虹5 號等50 個品種，其花序花數(shù)量較少，花序梗長、花序梗粗、花長寬、萼片長寬、花瓣長寬和唇瓣中裂片長寬均較大。

3討論

供試的135個品種花的表型具有較豐富的遺傳多樣性，蝴蝶蘭花的質(zhì)量性狀中花序類型占比最多為總狀花序，花瓣排列方式為分開；中萼片形狀最多的為橢圓形，側(cè)萼片為卵圓形，花瓣為半圓形，唇瓣中裂片為錨形；中萼片顏色占比最多的為2 種，側(cè)萼片和花瓣顏色為3 種，唇瓣顏色為3 種以上，唇瓣中萼片主色和唇瓣側(cè)裂片主色占比最多均為紫色。Simpson 指數(shù)和Shannon-Wiener 指數(shù)變化分別為0.085～0.803 和0.262～2.754，其中中萼片顏色、側(cè)萼片顏色、唇瓣顏色、唇瓣中萼片和側(cè)裂片主色的多樣性指數(shù)較高，表型多樣性相對較豐富，這與何荊洲等[7]對蘭屬種質(zhì)資源和段艷皊等[13]對寒蘭質(zhì)量性狀多樣性研究的結(jié)果一致；花型和香味的多樣性指數(shù)較低，多樣性較差。原鑫等[14]通過對荷花的表型性狀遺傳性進(jìn)行分析， 得出荷花品種數(shù)量性狀的Shannon-Wiener 指數(shù)為3.863～4.007，Simpson 指數(shù)為0.976～0.981 ； 梨種質(zhì)資源花性狀的Shannon-Wiener 指數(shù)和Simpson 指數(shù)分別為0.702～2.351 和0.308～0.720[15]；番茄種質(zhì)資源數(shù)量性狀的Shannon-Wiener 指數(shù)為0.68～2.07[16]。在本研究中，蝴蝶蘭花的數(shù)量性狀具有極為豐富的多樣性， Simpson 指數(shù)均達(dá)到0.99 以上，Shannon-Wiener 指數(shù)為6.869～7.047。蝴蝶蘭花的數(shù)量性狀變異系數(shù)為19.79%～52.72%，花序花數(shù)量的變異系數(shù)最大為52.72%，這與鐘海豐等[5]的研究結(jié)果一致，這表明花序花數(shù)量能更好地反映不同蝴蝶蘭品種間的差異。

蝴蝶蘭品種繁多，對蝴蝶蘭花的主要數(shù)量性狀相關(guān)性進(jìn)行研究，有助于更有效地選育性狀突出的品種。李穎等[17]發(fā)現(xiàn)在板栗花序數(shù)量性狀內(nèi)部間有較明顯的相關(guān)性；郭方其等[18]的研究結(jié)果表明切花多頭菊的數(shù)量性狀間大多呈極顯著性正相關(guān)；韋曉霞等[19]在橄欖花序表型性狀遺傳多樣性的研究中發(fā)現(xiàn)花蕾直徑與花瓣長度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。在本研究中，對11 個數(shù)量性狀的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果表明花序梗長、花長和寬、萼片長和寬、花瓣長和寬、唇瓣中裂片長和寬這9個數(shù)量性狀之間呈極顯著正相關(guān)。由此可知，蝴蝶蘭花的表型性狀間存在復(fù)雜的相關(guān)關(guān)系，在新品種選育時(shí)，數(shù)量性狀的相關(guān)性可用于獲得同時(shí)具有幾個優(yōu)良性狀的新品種。

主成分分析通過降維對主成分進(jìn)行提取，能使復(fù)雜的問題變得相對簡單明了，使評分結(jié)果更加客觀和合理[20]，目前已經(jīng)在農(nóng)作物的數(shù)量性狀分析和綜合評價(jià)中有著廣泛的運(yùn)用[21-22]。匡立學(xué)等[23]通過對不同蘋果品種果實(shí)礦質(zhì)元素含量進(jìn)行主成分分析，在125 個品種中篩選出綜合評分最高的‘秋錦；郭雪飛等[24]通過主成分分析在10 個棗品種中篩選出綜合評價(jià)營養(yǎng)價(jià)值最高的‘京39 號；陳和明等[25]在27 個蝴蝶蘭品種中篩選出觀賞性狀綜合得分最高的‘A6169。蝴蝶蘭花中各數(shù)量性狀之間存在一定的相關(guān)性，通過主成分分析提取出3 個數(shù)量性狀作為蝴蝶蘭花表型性狀評價(jià)的代表性狀，計(jì)算得到綜合分值，135個不同蝴蝶蘭品種中排名最高的為‘JB2312，第2 名和第3 名分別為‘萬花焰火和‘東方紅。

從聚類分析的結(jié)果來看，在R 型聚類分析中，蝴蝶蘭花的16 個數(shù)量性狀最終被聚為4 類，花序長和花序梗長分別為一類，花長、花寬和花序花數(shù)量聚為一類，其余的性狀聚為一類。在Q 型聚類分析中，135 個蝴蝶蘭品種被聚為五大類，其中花長寬、花瓣長寬和花序長等是作為分類的重要指標(biāo)。由此可見，蝴蝶蘭花的表型性狀大多分布得比較分散，性狀之間相似度不高，因此選取的這些測試性狀較合理。

蝴蝶蘭品種的花色以紫紅色、白色和黃色為主，其余花色較為少見，以大中型花朵為主且花量不多，對于蝴蝶蘭新品種的選育應(yīng)該以中小多花型和多花色為目標(biāo)。本研究通過對135 個蝴蝶蘭品種花的27 個表型遺傳性狀進(jìn)行多樣性分析、相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析，從而揭示蝴蝶蘭不同品種花的遺傳多樣性、變異的豐富程度及不同品種間的遺傳關(guān)系，以期為蝴蝶蘭花種質(zhì)資源的利用及新品種的定向選育提供理論依據(jù)。