50種茶花葉表型性狀的多樣性分析

摘 要：【目的】為山茶種質資源的遺傳改良和分類鑒定提供理論依據(jù)?！痉椒ā恳?0種茶花為材料，對其葉表型性狀指數(shù)進行測定，采用圖像特征分析、相關性分析、主成分分析和聚類分析等方法進行分析?！窘Y果】1）根據(jù)葉面積和葉周長數(shù)值初步將50種茶花的葉片類型分為大型葉、中型葉和小型葉三類，其中中型葉（52%）占比較大，其次為小型葉（32%）和大型葉（16%）；2）根據(jù)寬長比、圓形度和周徑比將葉形分為四類，分別為橢圓形（42%）>卵圓形（38%）>長橢圓形（12%）>披針形（8%），可知50種茶花中，葉形以橢圓形為主，其次為卵圓形，少部分為長橢圓形和披針形；3）相關性分析表明周徑比與葉面積、葉周長、圓形度、寬長比呈顯著負相關（P<0.01）；葉面積、葉周長、圓形度、寬長比之間呈顯著正相關（P<0.01）；4）提取2個主成分，累計貢獻率達到97.688%，推測葉片表型性狀可以作為山茶分類的一個依據(jù)；5）50種茶花的葉片性狀變異范圍為18.391%～52.157%，排序為葉面積>葉周長>寬長比>周徑比>圓形度；多樣性指數(shù)（H）為1.702～1.925，其中葉面積的H值（1.925）最大；6）最后基于聚類分析，50種茶花可分為4類：第Ⅰ類為中型卵圓形葉；第Ⅱ類群為大型卵圓形或大型橢圓形葉；第Ⅲ類為小型橢圓形葉；第Ⅳ類為小型披針形葉?！窘Y論】山茶經過長期的自然雜交和人工栽培，不僅在花表型中產生變異，而且在葉表型中亦有一定的變異，而且變異具有相應的規(guī)律性，可以為后期山茶種質資源的分類鑒定提供理論基礎。

關鍵詞：山茶；葉表型；圖像特征分析；多樣性分析

中圖分類號：S794.4 文獻標志碼：A 文章編號：1673-923X（2024）10-0165-16

基金項目：云南省“興滇英才支持計劃”青年人才專項項目（YNQR-QNRC-2019-104）；云南省農業(yè)基礎研究聯(lián)合專項項目（202101BD070001-095）；國家自然科學基金項目（32260416）；“十三五”國家重點研發(fā)計劃項目（2019YFD1001005）。

Diversity analysis of leaf phenotypic traits in 50 camellias species

WU Xueqina ， b ， c， SHEN Kaichenga ， b ， c， XIAO Hongxinga， b， c， CHEN Shengtonga， b， c， YAN Fujuna， b， c， GENG Fanga， b， c

（a. College of Landscape Architecture and Horticulture； b. Southwest Landscape Architecture Engineering Technology Research Center， National Forestry and Grassland Administration； c. Yunnan Functional Flower Resources and Industrialization Technology Engineering Research Center， Southwest Forestry University， Kunming 650224， Yunnan， China）

Abstract：【Objective】This study is to provide a theoretical basis for genetic improvement and taxonomic identification of camellia germplasm resources.【Method】The leaf phenotypic trait index of 50 camellias species were determined， and the analysis was carried out by using image feature analysis， correlation analysis， principal component analysis and cluster analysis.【Result】1） Based on the values of leaf area and leaf circumference， the leaves of 50 camellias were preliminarily divided into three types： large， medium， and small， among them， medium leaves （52%） accounted for the majority， followed by small leaves （32%） and large leaves （16%）； 2） According to the aspect ratio， roundness， and circumference ratio， the leaf shape was divided into four categories： elliptical （42%）>oval （38%）>oblong （12%）>lanceolate （8%）， so the leaf shape is mainly elliptical followed by oval， and a few were oblong and lanceolate； 3） Correlation analysis showed that there was a significant negative correlation between the circumference ratio and leaf area， leaf circumference， roundness， and aspect ratio （P<0.01）； There was a significant positive correlation between leaf area， leaf circumference， roundness， and aspect ratio （P<0.01）； 4） Extracting two principal components， with a cumulative contribution rate of 97.688%， it was supposed that leaf phenotypic traits can be a classification criteria for camellia； 5） The variation range of leaf traits of 50 camellias were 18.391%-52.157%， ranked as leaf area>leaf circumference>width to length ratio>circumference to diameter ratio>roundness； The diversity index （H） ranges from 1.702-1.925， with the highest H value （1.925） for the leaf area； 6） Finally， based on cluster analysis， the 50 Camellias could be divided into four groups： group I was medium-sized oval leaves； Group II consisted of large oval or large elliptical leaves； Group III was small elliptical leaves， and group IV was small lanceolate leaves.【Conclusion】After long-term natural hybridization and artificial cultivation， Camellia not only appeared variations in flower phenotypes， but also have certain variations in leaf phenotypes， and the variations have corresponded regularly， which can provide a solid theoretical basis for the classification and identification of camellia plants in the later stage.

Keywords： camellia； leaf phenotype； image feature analysis； diversity analysis

山茶屬Camellia是山茶科Theaceae植物中最大、最原始的一個屬，主要分布在東亞地區(qū)，尤其是中國、日本、韓國和越南等地[1]。資料顯示，全世界的山茶屬植物可以劃分為4個亞屬20個組，我國境內分布有18個組共238個種，占世界90%以上，其中四川、云南和兩廣地帶既是我國山茶屬植物的地理分布中心，又是其起源中心[2]。除了上述地區(qū)，山茶屬植物還分布在其他亞洲國家，如印度、斯里蘭卡、孟加拉國等。山茶屬植物屬于灌木或喬木，是華夏植物區(qū)系典型物種，生長高度一般為2～20 m不等，也有少數(shù)品種可以生長到30 m[3]。山茶屬植物具有較高的經濟價值及觀賞價值，如茶組是世界貿易的重要商品，其中茶C.sinensis以及普洱茶C.sinensis var. assamica等可作為飲品[4]；油茶組的種子含油量豐富，是我國南方重要的木本油料原料；紅花茶組和金花茶組等因其花色艷麗豐富，是重要的觀賞花卉和茶花育種資源，如華東山茶C. japonica、滇山茶C. reticulata、茶梅C. sasanqua和金花茶C. petelotii等；亦有少數(shù)山茶屬植物種類可供藥用[5]。

葉片是植物最重要的營養(yǎng)器官之一，同時也是對環(huán)境變化最為敏感的器官之一，其表型特征具有較大的可塑性，在不同的環(huán)境條件下，宏觀形態(tài)和微觀結構都會發(fā)生相應變化[6-8]。葉的表型特征可以從側面反映出環(huán)境對植物的影響程度以及植物對環(huán)境的適應能力，對山茶屬的分類尤為重要[9-11]。山茶屬植物的葉表型特征在國內外已有相關報道，但主要集中在形態(tài)特征、生理學特征和化學成分等方面，如任佳悅等[12]研究發(fā)現(xiàn)了浙江紅山茶C. chekiangoleosa葉器官表型性狀的變異主要存在于居群內；杜鈴等[13]則研究了杜鵑葉山茶C. azalea的葉長、葉寬、葉長×葉寬與葉面積的關系，結果表明葉長、葉寬、葉長×葉寬與葉面積均呈直線相關；王小萍等[14]在研究古藺野生大茶樹資源的葉表型多樣性時發(fā)現(xiàn)了在構成葉片主成分的信息篩選中6個性狀（葉面積、葉緣、葉片寬度、葉面、葉色、葉身）包含了74.65%的遺傳信息。因此茶樹葉片性狀不僅能起到資源鑒定的作用，還適于研究遺傳多樣性。其中，葉面積指數(shù)（Leaf area index，LAI）可反映植物單位面積上綠量的高低，相同面積上選用葉面積指數(shù)高的植物可提高總綠量，所以LAI還是衡量綠地本身的生態(tài)效益及其綠化水平的指標[15]。葉片的表型特征對山茶屬植物的研究具有極其重要的意義，可以根據(jù)葉片表型特征，分析山茶屬植物的葉片遺傳進化趨勢以及各類品種間的親緣關系。

但在傳統(tǒng)植物表型組學領域中對植物表型特征參數(shù)的提取都是通過人工測量的方法，具有一定的誤差性且需要耗費大量的人力物力。隨著計算機視覺和圖像處理等現(xiàn)代信息技術的高速發(fā)展，數(shù)字圖像技術已進入植物葉表型分析領域，基于植物圖像數(shù)字特征的物種識別已經是一項新的鑒定方法?；谥参锶~片信息識別的研究已有很多，最早是通過手工測量葉長、葉寬等[16]，已有學者利用圖像處理技術對茶樹鮮葉、病蟲害葉、成品茶等提取了紋理、形狀、顏色等特征，對茶葉智能化生產開展研究[17]。陳琪予等[18]以國家種質杭州茶樹圃中的茶樹資源為材料，基于圖像特征分析其成熟葉表型，研究結果為后期數(shù)字圖像技術深入評價和利用我國茶樹種質資源提供了參考依據(jù)?；趫D像分析山茶成熟葉表型特征是今后研究山茶葉表型特征和遺傳多樣性的主要方法。

因此，在前期研究的基礎上對50種茶花的葉表型特征進行分析研究，以期為山茶植物的種質資源收集保存、良種選育、栽培研究等提供參考依據(jù)，為我國山茶植物的優(yōu)良種質資源的開發(fā)利用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 研究材料與其性狀選擇

本研究以昆明市植物園的山茶園（102°75’E，25°14’N）、西南林業(yè)大學后山樹木園（102°77’E，25°07’N）以及昆明市宜良縣云龍正揚茶花股份有限公司（103°23’E，24°88’N）的健壯山茶花植株的葉為對象，分別于2023年3月上旬及中旬在3個地點采集50種山茶的第3～4片成熟葉片作為樣本。采集的山茶有7個組：山茶組、離蕊茶組、連蕊茶組、油茶組、古茶組、茶組和瘤果茶組。其中包括26種滇山茶、7種華東山茶、3種茶梅、4種連蕊茶和其他10種山茶。

將采集到的成熟葉片分別放進密封袋保存，帶回西南林業(yè)大學實驗室后將葉片清洗干凈待測。根據(jù)采集的植物數(shù)據(jù)并結合吳貴進等[19]和《植物新品種特異性、一致性、穩(wěn)定性測試指南——山茶屬》[20]將50種茶花植物的葉表型性狀分為質量性狀指數(shù)和數(shù)量性狀指數(shù)，質量性狀植物是單基因控制性狀，數(shù)量性狀指數(shù)是多基因共同決定性狀[21]。

將統(tǒng)計參數(shù)分為數(shù)量性狀指標和質量性狀指標兩大類：第1類為數(shù)量性狀指標，包括葉面積（cm2）、周長（cm）、圓形度、寬長比和周徑比，共有5個指標；第2類為質量性狀指標，包括葉形和葉型2個指標。對第2類指標數(shù)據(jù)進行分級統(tǒng)計，分級標準見表1。

1.2 研究方法

本研究主要采用圖像特征分析（數(shù)圖本 2.11.9版）的方法，將清洗干凈的葉片平鋪于提前打印好的數(shù)圖本背景A4紙張上（圖 1），每個種及品種選取成熟葉片8枚，依次對每份葉片進行掃描（圖 2），得出葉表型特征參數(shù)，如葉面積（cm2）、周長（cm）、寬長比（葉寬/葉長）、周徑比（周長/葉長和葉寬之和的二分之一）和圓形度等。不同種之間葉片形狀因子的差異性分析采用單因素方差分析檢驗法，對數(shù)據(jù)進行葉片性狀單因素方差分析和因子之間的相關性系數(shù)，采用SPSS 23.0和Excel 2016等軟件進行統(tǒng)計分析。

對數(shù)量性狀進行質量化處理，根據(jù)其平均值（X）和標準差（S）將材料分為10個等級，按第1級[Xi <（X - 2.0 S）]到第10級[Xi >（X + 2.0 S）]，中間每隔0.5 S為1級，Xi 為第i級中的數(shù)據(jù)，每1級的相對頻率（Pi）用于計算多樣性指數(shù)（Shannonweiner， H），計算公式為：H = - ∑Pi lnPi，Pi為某性狀中第i級內材料份數(shù)占總份數(shù)的比例數(shù)，ln為自然對數(shù)[22-23]。

采用Excel 2016軟件計算山茶植物的質量性狀和數(shù)量性狀的頻率分布和多樣性指數(shù)（H），并計算數(shù)量性狀的平均值（Means）、最大值（Max）、最小值（Min）、標準差（S）、極差（Range）、變異系數(shù)（Coefficient of variation，CV）。

采用SPSS 23.0軟件進行相關性分析和主成分分析，相關性采用Pearson系數(shù)檢驗，計算各因子離散程度采用變異系數(shù)（CV），該系數(shù)是概率分布離散程度的歸一化量度，其定義為標準差與平均值之比[24]。

在聚類分析過程中，通過歐式距離的方法對50種茶花葉表型性狀進行數(shù)據(jù)分析，將2個樣品之間用Average鏈接法連接，可更直觀地分析不同樣品之間的差異，從而揭示不同山茶種質資源的葉表型特征。

1.3 數(shù)字特征定義

葉長（LL）：葉片基部點到葉片先端點的距離。

葉寬（WD）：葉片平鋪于數(shù)圖本背景紙，圖像中最寬處左右兩點的連線長度。

葉面積（AR）：即圖像中葉片邊緣圍成葉片圖像的面積。

葉周長（LP）：即圖像中葉片邊緣圍成葉片圖像的弧線全長。

圓形度（CR）：葉片輪廓外形與圓接近程度，也能反映葉片邊緣的復雜程度。計算公式CR =（4π ×AR）/（LP2），CR為1時，圖形即為圓形；CR越小，圖形與圓的差距越大[25]。

寬長比（WL）：葉片圖像的寬窄程度，反映的是植物葉片的細長程度，即葉寬WD與葉長LL的比值[26]。公式：WL = WD / LL。該特征值越小，植物葉片越細長，根據(jù)寬長比能夠區(qū)分圓形與橢圓形、卵形與披針形等不同葉形[27]。最寬處位置用于描述葉片最寬處接近葉片中心的程度，如圖3所示[28]。

周徑比（CL）：圖像中周長LP與1/2（葉寬WD與葉長LL之和）的比值。公式：CL = LP / 1/2（WD + LL）。

2 結果與分析

2.1 葉表型性狀的差異性對比

對50種茶花成熟葉片的各葉表型性狀的平均值、標準差進行差異性對比（表2），結果顯示，大多數(shù)茶花的葉表型性狀具有顯著性差異（P<0.05），其中葉面積和葉周長的差異性最大，均值分別為2.694～51.286 cm2和7.274～31.194 cm。50種茶花中，‘晚春紅’的葉面積最大，均值為51.286 cm2，‘楚蝶’的葉周長最大，均值為31.194 cm，顯著高于所有觀測到的茶花植物樣本；川鄂連蕊茶的葉面積和葉周長最小，均值分別為2.694 cm2和7.274 cm。

葉片周徑比的差異性也較大，均值范圍為4.330～9.565，其中華東山茶‘孔雀玉浦’的周徑比最大，顯著高于所有觀測到的茶花樣本，而‘恨天高’的周徑比最小，顯著低于其他所測樣本；圓形度和寬長比的差異性較小，均值分別為0.365～0.754和0.253～0.635，其中‘恨天高’的圓形度最大，均值為0.754；‘大理碟翅’的寬長比最大，均值為0.635，顯著高于其他樣本。而華東山茶‘孔雀玉浦’的圓形度和寬長比最小，均值分別為0.365和0.253，顯著低于其他所有觀測的茶花植物樣本。

綜上所述，50種茶花植物葉表型性狀中存在明顯的差異性，其中葉面積和葉周長的差異性最大，而圓形度和寬長比的差異性較小，表明葉片的面積和周長的變化幅度最大，圓形度和寬長比的變化幅度小。

2.2 基于葉面積的葉型劃分和寬長比的葉形劃分

根據(jù)世界山茶屬植物品種注冊中心（https：// camellia.iflora.cn）2023年及以前已登錄的滇山茶品種現(xiàn)狀和亓崢等[24]研究的茶樹葉片劃分標準，進行葉面積的統(tǒng)計計算，可以得出50種茶花植物的葉片大小可以劃分為三類（圖4），即大型葉（面積AR≥42.0 cm2）、中型葉（18.9 cm2≤面積AR<42.0 cm2）和小型葉（面積AR<18.9 cm2）；吳貴進等[19]對滇山茶品種表型性狀的分析以及植物學中葉片的寬長比可以確定植物葉片的形狀，寬長比越大，葉片越趨近圓形，相反越趨近披針形[29]。可以將50種茶花植物的葉片形狀分為四類，即卵圓形（寬長比WL≥0.500）、橢圓形（0.400≤寬長比WL<0.500）、長橢圓形（0.333≤寬長比WL<0.400）和披針形（寬長比WL < 0.333）。

由表3可知，50種茶花中葉型（圖4）和葉形的具體劃分范圍：

大型葉：有8種，占比16%，如‘晚春紅’、‘大理蝶翅’和‘粉紅蓮’等；

中型葉：有26種，占比52%，如滇山茶、紅花油茶和‘童子面’等；

小型葉：有16種，占比32%，如‘細桂葉’、‘柳葉銀紅’和‘麻葉銀紅’等。

卵圓形葉：有19種，占比38%，如‘大理茶’、‘澤荷’和‘楚雄大理茶’等；

橢圓形葉：有21種，占比42%，如紅花油茶、‘童子面’和‘獅子頭’等；

長橢圓形葉：有6種，占比12%，如滇山茶、‘百澤’和‘節(jié)節(jié)高’等；

披針形葉：有4種，占比8%，如‘細桂葉’、‘麻葉銀紅’和華東山茶‘孔雀玉浦’等。

由此可見，50種茶花中葉型以中型葉為主，大型葉較少；葉形以橢圓形和卵圓形葉為主，披針形葉較少（表3）。所以培育大型葉的山茶新種質是今后育種的方向之一。

2.3 植物葉表型性狀間的相關性分析和主成分分析

2.3.1 相關性分析

對葉面積等5個葉表型數(shù)量性狀指標進行Pearson相關性分析（表4），結果表明：5種葉表型性狀間均存在顯著相關性。周徑比與葉面積、葉周長、圓形度、寬長比呈顯著負相關；葉面積、葉周長、圓形度、寬長比四者之間呈顯著正相關。其中葉面積和葉周長間呈極顯著正相關（P<0.01），相關性系數(shù)為0.910；寬長比和圓形度間呈極顯著正相關（P<0.01），相關性系數(shù)為0.852；周徑比和圓形度、寬長比間呈極顯著負相關（P<0.01），相關系數(shù)分別為-0.904和-0.897。

2.3.2 主成分分析

基于50種茶花的5個表型性狀進行主要成分分析（表 5），根據(jù)最小特征根大于1的原則，從中提取到2個主要成分，貢獻率分別為69.625%和28.062%，累計貢獻率達到97.688%，表明這2個主成分包含了50種茶花植物5個表型性狀共有成分97.688%的信息，能夠很好地反映5個性狀的基本特征，具有較好的代表性。第1主成分的特征值為3.481，貢獻率為69.625%，特征向量超過0.500的性狀有葉面積、葉周長、圓形度和寬長比，反映了葉片的形狀和大?。坏?主成分的特征值為1.403，貢獻率為28.062%，特征向量超過0.500的性狀是葉面積和葉周長，反映了葉片的大小。

綜上所述，針對50種茶花進行主成分降維分析后，第1主成分的特征向量未超過0.500的只有周徑比，第2主成分的特征向量超過0.500的有葉面積和葉周長，推測葉片的葉面積和葉周長可以作為山茶植物葉片大小劃分的主要標準，而圓形度和寬長比也可以作為葉片形狀劃分的依據(jù)。

2.4 茶花葉表型性狀的多樣性分析

2.4.1 質量性狀指標的多樣性分析

對2個質量性狀（葉型和葉形）進行分級，共得到7個變異類型（表 1）。對50種茶花的2個質量性狀進行多樣性分析（表 6）。茶花的葉型有大型葉、中型葉和小型葉，其中以中型葉（52%）為主，其次是小型葉（32%），大型葉（16%）較少；葉形主要有卵圓形、橢圓形、長橢圓形和披針形，其中橢圓形（42%）和卵圓形（38%）是主要的葉形，而且占比率較高，披針形（8%）和長橢圓形（12%）較少。由表可知，50種茶花質量性狀的多樣性指數(shù)（H）變化范圍為0.998～1.166，其葉形的多樣性指數(shù)H最大，為1.166，說明葉形的多樣性相比葉型（0.998）更為豐富。

2.4.2 茶花數(shù)量性狀的多樣性分析

對茶花葉片的數(shù)量性狀進行多樣性分析（表 7），得出5個數(shù)量性狀的變異系數(shù)范圍為18.391%～52.157%，表明山茶植物的數(shù)量性狀多樣性豐富。其中，葉面積的變異系數(shù)最大，為52.157%，圓形度的變異系數(shù)最小，為18.391%，而葉周長和寬長比的變異系數(shù)比較接近。各個數(shù)量性狀的多樣性指數(shù)（H）均較高（H≥1.700），說明50種茶花的葉表型性狀具有豐富的遺傳變異，其中葉面積的多樣性指數(shù)最大，為1.925。

2.5 茶花葉表型性狀的聚類分析

根據(jù)5個葉表型性狀在50種茶花植物中的不同表現(xiàn)，在閾值為13.5處將茶花聚為4大類（圖 5），各類典型葉片如圖 6所示，具體特征見表 8。

第Ⅰ類包含‘楚雄大理茶’、‘玉獅子’、‘澤荷’、‘昆明春’、華東山茶‘火紅瀑布’等17份材料，其主要特征：葉型均屬于中型葉，葉形包括卵圓形、橢圓形和長橢圓形，以卵圓形葉為主；4類中5個性狀的平均值中等，寬長比和圓形度的變異系數(shù)最大，分別為166.268%和113.938%，周徑比的平均值最小，為5.505；葉面積和葉周長的變異系數(shù)最小，為8.817%和3.594%。根據(jù)葉片的面積和周長可以初步確定葉片的大小，根據(jù)葉片的圓形度、寬長比和周徑比可以確定葉片的形狀，因此可以說明第Ⅰ類葉片的大小變異程度小，葉片形狀的變異程度大。葉片均為中型葉，在育種工作中可以作為以中型葉、卵圓形葉為育種目標的親本材料。

第Ⅱ類包含‘晚春紅’、‘楚蝶’、‘大理蝶翅’、凹脈金花茶等13份材料，這一類材料的特征：葉型有大型葉和中型葉，以大型葉為主，葉形包括卵圓形和橢圓形；該類除周徑比以外，其他4個性狀的平均值在4類中最大；圓形度和周徑比的變異系數(shù)最小，分別為8.359%和11.516%。可以看出，此類在葉型和葉形等觀賞形態(tài)上具有較強的優(yōu)勢，在育種方面是很好的以大型葉和卵圓形葉或橢圓形葉為育種目標的親本材料。

第Ⅲ類只包含5份材料，即川滇連蕊茶、茶梅、茶梅‘立寒’、尖連蕊茶和川鄂連蕊茶，此類群的主要特征為葉型只有小型葉；葉形包括卵圓形、橢圓形和長橢圓形，以橢圓形葉為主；葉面積和葉周長的平均值最小，為7.031 cm2和12.016，同時，葉面積和葉周長的變異系數(shù)最大，分別為44.076%和24.434%。說明此類在觀賞性狀上并無優(yōu)勢，但由于葉片皆屬于小型葉，是良好的創(chuàng)新小型葉種質資源的親本材料。

第Ⅳ類包含貴州連蕊茶、茶梅‘東牡丹’、華東山茶‘柊葉椿’、長瓣短柱茶等15份材料，該類的主要特征：葉型包括中型葉和小型葉，以小型葉為主，葉形包括卵圓形、橢圓形、長橢圓形和披針形，此類的葉形最為豐富，是唯一包含披針形葉的一類。在4類中，該類的周徑比平均值和變異系數(shù)最大，為6.535 cm2和20.750%；寬長比和圓形度的平均值最小，分別為0.404和0.553；說明此類的葉形變異程度大，可以作為以小型葉和披針形葉為育種目標的親本材料。

3 討 論

植物葉片表型性狀反映出植物應對生態(tài)系統(tǒng)的功能策略[30]，不同植物的葉片表型特征可以通過多種生理和生態(tài)機制來應對其周圍環(huán)境的變化[31-32]。葉片表型性狀的變異是周圍環(huán)境和自身遺傳因素綜合作用產生的、可以觀測的外在表現(xiàn)[33]。杜紅巖[34]通過篩選葉面積、葉綠素參考值等6個性狀來確定杜仲Eucommia ulmoides種質資源的主要指標。劉一超等[35]發(fā)現(xiàn)歐李Prunus humilis葉片的質量性狀之間存在較大差異，葉片形狀和葉片頂端形狀具有較高的遺傳多樣性。柏文富等[36]研究發(fā)現(xiàn)華中櫻桃Cerasus conradinae等7個物種的葉形態(tài)特征和解剖結構有顯著差異，表明葉形態(tài)特征和解剖結構可以作為櫻屬Cerasus植物種間鑒定和分類的重要依據(jù)。因此，通過研究植物葉片的表型性狀可以分析植物葉片的遺傳進化趨勢，從而為遺傳改良和品種選育提供參考。

依據(jù)植物分類學對葉表型性狀的需求，利用圖像特征分析方法，統(tǒng)計了50種茶花的5個葉表型性狀參數(shù)，研究結果顯示葉表型性狀的參數(shù)與植物分類學中對葉片的描述一致，可以利用此研究結合植物分類學的知識進行山茶植物葉片大小和形狀的識別。表型性狀的研究常作為研究生物多樣性的重要內容[37]，其變異系數(shù)和多樣性指數(shù)能夠體現(xiàn)植物的變異程度和多樣性水平[38]，山茶植物葉表型性狀豐富度和變異情況是山茶種質資源豐富度和多樣性的具體體現(xiàn)。

相關性分析是針對2個及以上具有相關性的變量進行分析，以此確定變量之間的相關程度[39]。而主成分分析則是在保證原始數(shù)據(jù)不受損失或極少損失的前提下，對形態(tài)學的性狀信息達到降維目的，簡化性狀的分類工作，抓住主要矛盾[40]。本研究中的5個葉表型性狀均存在顯著相關性，其中周徑比與葉面積、葉周長、圓形度、寬長比呈顯著負相關，而葉面積、葉周長、圓形度和寬長比之間呈顯著正相關。對5個表型性狀提取2個主成分，累計貢獻率達到97.688%，能夠反映葉表型性狀的大部分信息。

本研究對50種茶花的7個表型性狀（2個質量性狀和5個數(shù)量性狀）進行多樣性分析，結果表明不同種及品種間存在顯著的表型多樣性。質量性狀的多樣性指數(shù)范圍在0.998～1.166，數(shù)量性狀的多樣性指數(shù)范圍在1.702～1.925，吳根松等[41]研究發(fā)現(xiàn)多樣性指數(shù)達到1.000，則可以說明多樣性程度高。本研究中有6個性狀的多樣性指數(shù)超過1.000，說明山茶的葉片具有較為豐富的表型多樣性。表型性狀的變異系數(shù)能夠直接反映其變異程度，間接反映表型多樣性的豐富度，變異系數(shù)越大說明其性狀的變異程度越高以及表型多樣性越豐富[42]。本研究中茶花植物的5個葉表型性狀的變異系數(shù)范圍在18.391%～52.157%，說明茶花植物葉表型變異豐富，也進一步證實了茶花表型性狀的變異程度較大。

根據(jù)葉片的5個表型性狀對50種茶花進行聚類分析，在閾值為13.5處將50種茶花植物聚為4大類。第Ⅰ類葉型均屬于中型葉，葉形包括卵圓形、橢圓形和長橢圓形，以卵圓形葉為主；第Ⅱ類葉形有大型葉和中型葉，以大型葉為主，葉形包括卵圓形和橢圓形，占比相似；該類除周徑比以外，其他4個性狀的平均值在4類中最大；第Ⅲ類葉型只有小型葉，葉形包括卵圓形、橢圓形和長橢圓形，以橢圓形葉為主；第Ⅳ類葉型包括中型葉和小型葉，以小型葉為主，葉形包括卵圓形、橢圓形、長橢圓形和披針形，所以此類的葉形最為豐富，而且包含了少見的披針形葉。

由此說明，50種山茶植物之間的葉表型性狀存在變異，同一種山茶的不同品種葉片形狀和大小差異明顯。例如‘云峰茶’、油茶、怒江山茶、茶梅‘東牡丹’和華東山茶‘雪塔’在聚類分析結果中距離較近，葉表型特征具有較大的相似性，體現(xiàn)了同屬植物之間的親緣關系；而同為華東山茶品種的‘火紅瀑布’、‘寬彩帶’、‘雪塔’、‘赤丹’、‘孔雀玉浦’、‘白花魚尾茶’和‘柊葉椿’在聚類分析結果中距離較遠，葉表型特征存在較大的差異性，同種中不同品種之間也存在變異。植物的表型性狀是基因和環(huán)境共同選擇的結果，表現(xiàn)出變異和相對穩(wěn)定兩大特征，可能是受基因、培育技術和生長環(huán)境的影響使它們在葉表型特征產生差異[43]。

本研究采用的圖像特征分析可以根據(jù)葉面積初步將50種茶花植物的葉片分為三類，即大型葉、中型葉和小型葉；根據(jù)葉片寬長比和圓形度將50種茶花葉形分為四類，即卵圓形、橢圓形、長橢圓形和披針形，研究結果與鄭小東等[27]關于植物分類的被子植物葉形特征研究一致。根據(jù)葉表型性狀可以判斷出山茶植物葉片的基本形狀，如果需要研究其他植物種類的葉形，例如心形葉和劍形葉等，則需要提取其他形態(tài)特征進行綜合分析，如葉尖和葉基等特征。

本研究中針對50種茶花葉片的表型性狀進行了多樣性分析，利用了圖像特征分析的方法，此方法簡單直觀易操作，但選擇的樣本數(shù)量相對較少，而且未從分子層面深入分析，具有一定的局限性。為了更精準地找出山茶種質資源葉片表型性狀的變異規(guī)律，為后期山茶植物遺傳改良和分類鑒定提供理論依據(jù)，下一步的研究會在增加樣本數(shù)量的基礎上，結合分子生物學技術和形態(tài)解剖，更細致深入地分析山茶種質資源的多樣性。

4 結 論

本研究統(tǒng)計分析了50種茶花的5個葉表型性狀，結果顯示在所測的種及品種間均存在極顯著差異。其中‘晚春紅’的葉面積和‘楚蝶’的葉周長顯著高于其他茶花植物，而川鄂連蕊茶顯著低于其他茶花樣本。50種茶花植物中披針形葉較少，主要以橢圓形和卵圓形葉為主，其中大型葉較少，中型葉較多，因此培育大型葉的山茶新種質是今后山茶花育種的方向之一。

通過比較分析多樣性指數(shù)和變異系數(shù)發(fā)現(xiàn)二者之間變化趨勢相同，山茶變異系數(shù)大的性狀其多樣性指數(shù)也高，表現(xiàn)出同一性狀的變異系數(shù)與多樣性指數(shù)相一致性。因此，在山茶屬植物新品種培育過程中，要充分考慮種及品種間的變異分布，結合不同的育種需求進行具體分析，選擇適合的親本材料。

50種茶花植物中不同種及品種間葉表型特征存在一定的相似性和差異性，可以以此區(qū)分不同物種間植物的親緣關系，與張國民等[44]的研究結果一致。本研究揭示了山茶植物葉片在生長過程中的變化規(guī)律，找到了不同山茶種質資源之間葉表型特征的聯(lián)系，可為山茶種質資源的育種和研究提供理論依據(jù)，隨著山茶植物的生長繁衍，大中型葉片和橢圓或圓形葉片占比逐漸增大。

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[本文編校：吳 彬]