鐵線蓮屬植物花部表型性狀多樣性分析及綜合評價

摘要：從123份鐵線蓮樣本中選擇13個花部表型性狀進行多樣性分析、相關性分析、主成分分析、聚類分析、逐步回歸分析和綜合排名，結果表明，各性狀間存在較大變異，其中6個數(shù)量性狀的變異系數(shù)為24.79%～181.18%，平均變異系數(shù)為63.84%，單花萼瓣數(shù)變異系數(shù)最大（181.18%），萼瓣縱徑變異系數(shù)最?。?4.79%）。各性狀間遺傳多樣性指數(shù)為5.688～6.915，以花色中線的遺傳多樣性指數(shù)最高（6.915），單花萼瓣數(shù)的遺傳多樣性指數(shù)最低（5.69）。各性狀間也存在程度不等的相關性，以萼片類型與單花萼瓣數(shù)、花徑與萼瓣縱徑、花徑與萼瓣橫徑、萼瓣縱徑與萼瓣橫徑、花徑與花色中線這幾組間的相關性最為顯著?；谥鞒煞址治霾⒔Y合聚類分析，排序得到各大類群中性狀突出的種質資源，如針瓣皇帝Clematis Needle Kaiser、寬瓣皇帝C. Broad Kaiser、水晶噴泉C. Crystal Fountain、超級多藍C. Belleof Taranaki、魔法噴泉C. Magic Fountain、伍斯特美女C. Beauty of Worcester、王夢C. King’s Dream、約瑟芬C. Josephine、總統(tǒng)C. The President、丹尼爾德隆達C. Daniel Deronda等品種。期待本研究結果可為鐵線蓮優(yōu)良品種的定向選育和市場推廣應用提供參考。

關鍵詞：鐵線蓮屬（Clematis L.）；花；表型性狀；多樣性；綜合評價

中圖分類號：Su7acPIv+DbmNAWcMUyPkVszmAJHsWFxsGP7/I1FDa9w=685.990.3 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）18-0200-09

收稿日期：2023-10-11

基金項目：江蘇省種業(yè)振興“揭榜掛帥”項目［編號：JBGS（2021）092］；江蘇農林職業(yè)技術學院科技計劃（編號：2022kj36）。

作者簡介：袁明霞（1975—），女，安徽桐城人，碩士，副教授，主要從事鐵線蓮遺傳育種研究。E-mail：yuanmingxia@jsafc.edu.cn。

通信作者：宋 微，博士，教授，主要從事鐵線蓮遺傳育種研究。E-mail：songwei@jsafc.edu.cn。

鐵線蓮（Clematis florida Thunb.）隸屬毛茛科（Ranunculaceae）鐵線蓮屬（Clematis L.）植物，多數(shù)為落葉或常綠草質藤本。全世界鐵線蓮屬植物約有355種原生種^［1］，我國種質資源豐富，約有147種^［2］，全國各地均有分布。隨著育種技術的不斷發(fā)展和逐漸成熟，近些年涌現(xiàn)出眾多的鐵線蓮園藝栽培品種，其花色豐富、花型精致、花量大、花期長，被廣泛應用于庭園綠化中的各種拱門、圍墻、花架、盆栽等。在長期的自然和人工選擇下，鐵線蓮的眾多園藝栽培品種呈表型性狀多樣性發(fā)展^［3］。表型性狀具有直觀易得、調查便利、全面有效等優(yōu)勢，一直以來都是研究者開展種質資源多樣性評價的首選方法。NY/T 2583—2014《植物新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測試指南：鐵線蓮屬》中，記錄鐵線蓮屬基本性狀49項，其中與花相關的高達33項^［4］，表明花部表型性狀是鐵線蓮品種表型性狀的重要組成部分。目前有關花部性狀多樣性及評價研究主要集中于現(xiàn)代月季（Rosa hybrida）^［5-6］、滇楸（Catalpa fargesii f. duclouxii）^［7］、菊花（Chrysanthemum morifolium Ramat.）^［8-9］、蓮（Nelumbo nucifera Gaertn.）^［10］等。有關鐵線蓮觀賞性評價研究主要集中在野生鐵線蓮觀賞性 ^［11］、栽培品種觀賞性綜合評價體系的構建^［12-13］等。將花部性狀作為觀賞性評價對象的研究相對較少。

鐵線蓮具有1年開花2次甚至2次以上的特性。1次花期主要集中在4—6月，觀賞效果好；2次及以上花期受氣候及自身養(yǎng)護條件的限制，觀賞效果欠佳^［6］。因此，本研究以1次花期的花部性狀為研究對象，從123份鐵線蓮園藝栽培品種選擇1次花期的萼片類型、萼片色系、雄蕊色系、花徑、單花萼瓣數(shù)、萼瓣縱徑、萼瓣橫徑、萼片形狀、花色中線、花香、花量、花期、花色褪色程度這13個花部表型性狀，取得性狀在個體和群體間的變異數(shù)據(jù)進行分析，以期為鐵線蓮優(yōu)良品種的定向選育和市場推廣應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試的123份鐵線蓮種質資源（表1）均取自江蘇農林職業(yè)技術學院鐵線蓮育種基地（119°16′32″E，31°55′53″N），5 年生扦插苗，定植于直徑22 cm、高20 cm的花盆中，基質為泥炭∶珍珠巖體積比為1∶1，50%遮光，春季進行1周1次的牽引造型，進行常規(guī)水肥和病蟲害管理，于2023年4—6月初，晴天上午08：00—10：00進行相關數(shù)據(jù)調查測定。

1.2 表型性狀觀測

鐵線蓮花部表型性狀觀測根據(jù)文獻［4］標準執(zhí)行，具體見表2。所有參試材料均設置3個重復。選取當季第1個盛花期植株上完全展開、完整、最大的花進行取樣觀測。取樣后隨即帶入實驗室，花部平展后利用A2大小的手工切割墊板，過輻射對稱中心測量花徑，由萼片中軸線及與中軸線垂直的萼片最寬處測量萼瓣縱徑和橫徑。在中午無陽光直射的實驗室內，將測試材料置于白色背景上，使用德國勞爾K7色卡對花萼的上表面及雄蕊中部進行色值參數(shù)比對，以比色中出現(xiàn)頻率最高的顏色來確定萼片色系和雄蕊色系。萼片形狀選取第1輪完整的外輪萼片進行觀測。花期為觀測第1朵花盛開到最后1朵花凋謝的天數(shù)?；咳沃隃y試材料中花朵的數(shù)量?；ㄉ噬潭戎饕葘ú可媳砻骖伾S花開放進程的變化。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

利用WPS軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，采用SPSS 25.0軟件進行相關數(shù)據(jù)分析。

2 結果與分析

2.1 鐵線蓮花部形態(tài)的數(shù)量性狀多樣性分析

對123份鐵線蓮資源的6個數(shù)量性狀進行分析和評價（表3），不同性狀間變異系數(shù)存在較大差異，各性狀變異系數(shù)范圍為 24.79%～181.18%，各性狀平均變異系數(shù)為63.84%。其中單花萼瓣數(shù)的變異明顯（181.18%），遺傳基礎廣；萼瓣縱徑變異系數(shù)最?。?4.79%），該性狀較穩(wěn)定遺傳。

多樣性指數(shù)計算的是香農-威納指數(shù)，6個數(shù)量性狀的平均多樣性指數(shù)為6.624，其中萼瓣縱徑的多樣性指數(shù)最高（6.898），其余性狀的遺傳多樣性指數(shù)由大至小依次表現(xiàn)為花期＞萼瓣橫徑＞花徑＞花量＞單花萼瓣數(shù)。

2.2 鐵線蓮花部形態(tài)的質量性狀多樣性分析

對123份鐵線蓮種質資源的7個質量性狀進行分析和評價（表4）。萼片類型以單瓣為主（頻數(shù)0.772），萼片色系以紫色為主（頻數(shù)0.236），雄蕊色系以黃色為主（頻數(shù)0.585），萼片形狀以中卵形為主（頻數(shù)0.512），花色中線以有中線為主（頻數(shù)0.870），花香以淡香為主（頻數(shù) 0.512），花色褪色程度以略褪色為主（頻數(shù)0.480）。

花色中線性狀的遺傳多樣性最高（6.915），說明花色中線在不同種質間遺傳基礎較廣；萼片類型遺傳多樣性最?。?.712），說明萼片類型在不同種質間的遺傳基礎較窄。7 個質量性狀的遺傳多樣性指數(shù)分別為花色中線＞花香＞萼片形狀＞花色褪色程度＞雄蕊色系＞萼片色系＞萼片類型。

2.3 鐵線蓮花部性狀相關性分析

對123 份鐵線蓮種質資源花部性狀作相關性分析（表5），結果表明，各變量間存在程度不同的關聯(lián)現(xiàn)象。有13對性狀差異呈極顯著正相關，10對性狀差異呈極顯著負相關（P＜0.01）；另有4對性狀差異呈顯著正相關，7對性狀差異呈顯著負相關（P＜0.05）。其中以萼片類型與單花萼瓣數(shù)（0.823）、花徑與萼瓣縱徑（0.897）、花徑與萼瓣橫徑（0.802）、萼瓣縱徑與萼瓣橫徑（0.726）、花徑與花色中線（0.763）間的關聯(lián)程度尤為突出。

2.4 鐵線蓮花部性狀主成分分析

采取主成分分析法對123份鐵線蓮種質資源的13個花部性狀進行提取，共提取4個主成分并進行分析（表6）。結果表明，4個主成分的累積貢獻率為64.901%，其中第1主成分的特征值為4.045，對總變異的貢獻率為31.112%，反映花萼的大小，稱為花形因子；第2主成分的特征值為2.000，對總變異的貢獻率為 15.382%，反映萼片類型，稱為花型因子；第3主成分的特征值為1.216，對總變異的貢獻率為 9.351%，反映花期，稱為花期因子；第4主成分的特征值為1.177，對總變異的貢獻率為9.056%，反映萼片色系，稱為花色因子。綜合13個表型性狀對4個主成分的總貢獻率，得出花徑、單花萼瓣數(shù)、花色中線、萼片類型、萼瓣縱徑這5個性狀是造成花部性狀差異的重要內在因素。

2.5 鐵線蓮花部性狀聚類分析

對123份鐵線蓮種質資源的6個數(shù)量性狀使用組間聯(lián)接的方法進行分析，共聚類成4大類群（圖1）。第Ⅰ類群為針瓣皇帝、約瑟芬、寬瓣皇帝；第Ⅱ類群為10個千重瓣或重瓣品種，花徑大，花量大，花期長，包括超級多藍、藍光、水晶噴泉、綠色激情、卡娜瓦、魔法噴泉、美麗登、新紫玉、幻紫、水星二號；第Ⅲ類群為13個小花豐花類品種，代表品種有鈴兒響叮當、王夢、緋紅公主、伍斯特美女、阿迪森、櫻桃唇等；第Ⅳ類群為97個大花類品種，多數(shù)為單瓣，花期長，花量大，代表品種有丹尼爾德隆達、薇安、總統(tǒng)、綠色激情、H.F.楊、博士、烏托邦、傾盆大雨、淡墨等。

2.6 綜合評價結果

對4個主成分與13個花部表型性狀進行標準化數(shù)據(jù)線性回歸，得到各主成分得分和綜合得分；結合聚類分析，排序得到4大類群中綜合得分高的品種（表7）。第Ⅰ類群中，編號為56的針瓣皇帝綜合得分最高，為7.49；其次為編號為55的寬瓣皇帝，得分為4.48。第Ⅱ類群中，編號為26ruqoshiHG1p/bBf0q8LZZkMQy4od/wxHHJbMSbnDjY4=的水晶噴泉綜合得分最高，為5.79；其次為編號為12的超級多藍，得分為5.74；編號為67的魔法噴泉，得分為5.39。第Ⅲ類群中編號為10的伍斯特美女得分最高，為2.60；其次為編號為59的王夢，得分為2.48。第Ⅳ類群中編號為52的約瑟芬得分最高，為4.17；其次為編號為113的總統(tǒng)，得分為2.74；編號為28的丹尼爾德隆達，得分為2.60。綜合得分越高，表明花部表型性狀的綜合表現(xiàn)越好。

2.7 綜合評價指標篩選

將綜合得分納入因變量、13個花部性狀指標納入自變量，進行呈現(xiàn)決定系數(shù)和殘差獨立性檢驗（圖2），極顯著且均數(shù)接近于0，標準差＝0.945（接近于1），服從標準正態(tài)分布，線性回歸達到正態(tài)性條件，P-P圖表明滿足正態(tài)性條件（圖3），標準化殘差圖分布在橫坐標0值周圍，基本是上下對稱分布，分布特征不隨預測值的增加而發(fā)生改變，意味著數(shù)據(jù)方差整齊性、獨立性條件符合（圖4）。通過逐步回歸分析，得到最優(yōu)回歸方程：Y＝-8.357+0.562X₁+0.386X₂-0.041X₃+0.055X₄+0.018X₅+0.256X₆+0.072X₇+0.179X₈-0.052X₉+1.189X₁₀-0.053X₁₁+0.032X₁₂-0.007X₁₃，式中X₁、X₂、X₃、X₄、X₅、X₆、X₇、X₈、X₉、X₁₀、X₁₁、X₁₂、X₁₃分別代表萼片類型、萼片色系、雄蕊色系、花徑、單花萼瓣數(shù)、萼瓣縱徑、萼瓣橫徑、萼片形狀、花色中線、花香、花量、花期、花色褪色程度這13 個性狀，r²＝487.958 852/487.959 787＞0.999，F(xiàn)＝4 377 634.443 045，由此看出，13個性狀能代表總變異的99.9%。

將綜合得分與13個性狀進行相關性分析（表8），結果表明，萼片類型、萼片色系、花徑、單花萼瓣數(shù)、萼瓣縱徑、花色中線、花期、花量這8個性狀與鐵線蓮綜合得分呈極顯著相關（P＜0.01），因此可作為其綜合評價指標。

3 討論

表型性狀是植物遺傳物質和外部環(huán)境共同作用的綜合體現(xiàn)，因此具有相對穩(wěn)定且豐富的表型變異特征^［14-17］，主要表現(xiàn)為表型水平上個體外部形態(tài)上的差異，因此表型性狀的變異系數(shù)和多樣性指數(shù)可以反映品種間性狀的變異程度和幅度。

柳江群等認為，當變異系數(shù)大于10%時，說明該性狀在種質間差異較大^［18］。本研究中13個花部表型性狀在123份鐵線蓮品種間的變異系數(shù)為24.79%～181.18%，均大于10%，證明其遺傳變異豐富，存在較大的選擇潛力。單花萼瓣數(shù)的變異系數(shù)最大，達181.18%，變異程度尤為豐富，表明鐵線蓮品種萼瓣數(shù)量受到遺傳和外界環(huán)境的影響時表現(xiàn)出復雜的性狀特征。萼瓣縱徑變異系數(shù)最小（24.79%），說明內在遺傳因素對萼瓣縱徑影響較小，在環(huán)境因子一致的情況下可以穩(wěn)定存在。

遺傳多樣性的表現(xiàn)是多層次的，在個體水平上可表現(xiàn)為形態(tài)差異、生理代謝差異、形態(tài)發(fā)育差異以及行為習性差異。吳根松等認為，當多樣性指數(shù)＞1.0時，說明該表型性狀多樣性程度高^［19］。本研究中13個花部表型性狀在123份鐵線蓮品種間的遺傳多樣性為5.688～6.915，均遠高于1.0，表明其個體之間的差異程度高，表現(xiàn)在不同種質間遺傳基礎較廣。

相關性分析顯示，鐵線蓮花部各表型性狀間存在程度不等的相關性。李春花等認為，當2個性狀間的相關系數(shù)＞0.707時，可用其中一個性狀推測另一個性狀的變異情況^［20］。本研究中，萼片類型與單花萼瓣數(shù)間的相關系數(shù)為0.823，花徑與萼瓣縱徑間的相關系數(shù)為0.897，花徑與萼瓣橫徑間的相關系數(shù)為0.802，萼瓣縱徑與萼瓣橫徑間的相關系數(shù)為0.726，花徑與花色中線間的相關系數(shù)為0.763，表明通過改良花徑大小可使萼瓣縱徑、萼瓣橫徑、花色中線的性狀得到改良，通過改良萼片類型可使單花萼瓣數(shù)的性狀得到改良，通過改良萼瓣縱徑可使萼瓣橫徑的性狀得到改良；反之亦然。

通過降維提取主成分，可達到綜合和簡化指標間顯著相關性的目的^{［14，21-26］}。該方法已在百脈根（Lotus corniculatus）、胡桃（Juglans regia）、野牛草（Buchloe dactyloides）、李（Prunus salicina L.）等植物評價中廣泛運用。本研究將13個鐵線蓮花部性狀轉化為較少的4個主成分，分別稱為花形因子、花型因子、花期因子、花色因子，其累計貢獻率達64.901%。綜合13個表型性狀對4個主成分的總貢獻率，篩選出5個有代表性的鐵線蓮花部表型性狀，依次為花徑、單花萼瓣數(shù)、花色中線、萼片類型、萼瓣縱徑，認為這5個性狀即是影響花部性狀差異的重要內在因素，該結論與喇燕菲等的評價結果^［27］一致。

4 結論

基于主成分分析的綜合評價顯示，聚類分析后的第Ⅰ類群重瓣花型觀賞性強，針瓣皇帝、寬瓣皇帝綜合評分高；第Ⅱ類群花徑大、花量大、花期長的整體排名靠前，以水晶噴泉、超級多藍、魔法噴泉最為突出；第Ⅲ類群主要為小花豐花類品種，以伍斯特美女、王夢綜合評分高；第Ⅳ大類群為大花類品種，以約瑟芬、總統(tǒng)、丹尼爾德隆達的綜合得分高。這些花部觀賞性狀極佳的品種，如若在江蘇地區(qū)引種馴化后，應具有非常好的市場應用前景^［28］。

依據(jù)以上評價信息，在今后鐵線蓮育種和推廣過程中，可進一步選擇優(yōu)良的育種親本或栽培材料，為提高育種效率和市場運用提供參考^［29］。

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