紅掌種質資源形態學標記與遺傳多樣性分析

徐世松等

摘 要 為了解紅掌種質資源的遺傳基礎，對收集的32個紅掌品種的形態學性狀如株高、花色、葉色等進行比較分析。基于形態學標記，這些品種的遺傳多樣性豐富。UPGMA聚類分析表明，這32個紅掌品種可劃分為5大類，其中包括4個較小的類群和1個較大的類群。本研究鑒定的一些形態學標記對于紅掌品種鑒定、遺傳多樣性分析和雜交育種具有重要的應用價值。

關鍵詞 紅掌；形態標記；種質資源；聚類分析

中圖分類號 S682.36 文獻標識碼 A

Abstract To understand the genetic basis of Anthurium germplasm， a collection of 32 Anthurium varieties was comparatively investigated with respect to the analysis of major morphological traits associated with plant height， flower and foliage color， et al. Results indicated that the genetic diversity of the tested varieties in morphological characteristics was abundant. The varieties were divided into five clusters by UPGMA cluster analysis. Of the five clusters， there were four small groups and one large group. The identified morphological markers would facilitate variety identification， genetic diversity evaluation and hybridization breeding of Anthurium andraeanum in future.

Key words Anthurium（Anthurium andraeanum Linden.）； Morphological marker； Germplasm resource； Cluster analysis

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.10.003

紅掌（Anthurium andraeanum Linden.）又稱花燭、安祖花，為天南星科花燭屬多年生草本植物，是現今最為名貴的切花和盆花品種之一，在全球的熱帶花卉貿易中，紅掌銷量僅次于熱帶蘭，名列第2位[1]。通過A. andraeanum種內和花燭屬種間雜交（A. andraeanum與A. amnicola，A. antioquiense，A. androphyoides，A. armeniense，A. crystallinum，A. kamemotoanum，A. lindenianum，A. formosum，A. ravenii，A. nymphaeifolium，A. ornatum等）及人工選育，目前已獲得大量具有觀賞和商業價值的雜種，為此，Croat等[2]制定了花燭屬植物的形態描述規范。Higaki等[3]分析了幾個紅掌種質的形態學和解剖差異。隨后，大多數工作是采用同工酶[4]、分子標記[5-10]以及分子標記與形態標記相結合的方法[10]，對紅掌種質資源進行了鑒定評價和遺傳多樣性分析。Nowbuth等[5]采用RAPD技術分析了24個紅掌栽培變種的遺傳多樣性，發現這些變種的遺傳多樣性不高，而且所用的RAPD標記與形態學差異沒有相關性。Ge等[6]采用AFLP標記對60個紅掌種質聚類分析，同時與9個形態學標記的聚類分析相比較，發現基于AFLP的聚類與基于形態學標記的聚類之間也沒有相關性，但是種質間具有較高的遺傳多樣性。由于紅掌的這些雜交后代變異廣泛，在花色、株形、花形等形態上具有豐富的多樣性，因此，不僅說明紅掌種質有較高的遺傳多樣性，而且說明用形態學的標記評價紅掌種質的遺傳多樣性是可行的。海南地處南亞熱帶，是發展紅掌產業的理想之地。目前海南栽培的紅掌只有少量品種，其余因缺乏植物學及農藝學鑒定評價而僅保存在種質圃中。為了解收集的品種資源的適應性表現及其遺傳多樣性特點，為規模化生產和針對性的遺傳改良提供參考，本研究對部分紅掌品種的重要形態學質量和數量性狀進行了觀察統計，并依此評價了遺傳多樣性水平。

1 材料與方法

1.1 材料

本實驗供試的32個紅掌品種來自于中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所種質資源圃（表1）。

1.2 方法

1.2.1 調查的性狀以及調查方法和標準 參照尹俊梅[11]制定的紅掌種質資源描述規范，選取紅掌品種（苗齡2年，每個品種選取5株）的37個性狀（15個數量性狀和22個質量性狀）進行測量，37個形態學性狀的賦值標準見表2。本文選用花色、葉色、株高等重要性狀作為分類依據。

1.2.2 數據統計與分析 二元質量性狀中，表示有的賦值為1，表現多個標準的質量性狀可以通過分級的方法進行編碼，取連續排列的正整數1、2、3……進行編碼，其中無以0進行編碼。數量性狀不編碼，直接以原始數據進入下一步運算。在Excel中求出32個紅掌品種觀測的主要農藝性狀5株數據的平均值，使用SAS V 9.0 軟件進行R聚類分析和Q聚類分析。

2 結果與分析

2.1 形態學性狀多樣性分析

根據數量性狀的統計結果可知：切花品種的株高比盆花品種高，其中咖啡的株高最高，為88.5 cm，阿蒙特最小，為32.3 cm；粉公主的佛焰苞長、葉片寬度最小；32個紅掌品種各性狀的平均數、標準差和變異系數都存在較大的變異（表3），其中佛焰苞苞脈著色的變異系數最大，為3.93，肉穗花序粗變異系數最小，為0.16，總體平均變異系數為0.46。

將紅掌植株分成葉片形狀、佛焰苞性狀、肉穗花序性狀、株型性狀4個部分進行調查，發現各部位性狀的變異程度不同，平均變異系數在0.39～0.58之間，佛焰苞性狀（0.58）>肉穗花序性狀（0.44）>株型性狀（0.43）>葉片性狀（0.39）。

（1）葉片性狀。調查的12個葉片性狀的變異系數變幅為0.20～0.84，平均變異系數為0.39。其中葉柄粗的變異系數最小，為0.20；葉片數目和嫩葉顏色的變異系數最大，分別為0.79和0.84。

（2）佛焰苞性狀。共調查了佛焰苞長度、寬度、顏色、形狀等17個性狀，變異系數變幅為0.17～3.93，平均變異系數為0.58。其中佛焰苞尖端形狀、佛焰苞耳片有無、花葶粗、佛焰苞年產量的變異系數最小，分別為0.17、0.18、0.20、0.20；佛焰苞苞脈著色的變異系數最大，為3.93；佛焰苞顏色、花葶數、佛焰苞表面波皺程度、花葶顏色的變異系數相對較大，分別為0.87、0.57、0.52、0.51。

（3）肉穗花序。調查的肉穗花序長度、粗度、花粉囊裂開前后肉穗花序的顏色等6個性狀的變異系數變幅為0.16～0.81，平均變異系數為0.44。其中肉穗花序粗和肉穗花序尖端形狀的變異系數較小，分別為0.16、0.20；花粉囊裂開前、后肉穗花序顏色的變異系數最大，分別為0.81和0.79。

（4）植株整體性狀。只調查了植株高度和分蘗數2個性狀，變異系數幅度較大，為0.30～0.55，平均變異系數為0.43。

2.2 聚類分析

2.2.1 R型聚類分析 形態學性狀的選擇會影響分類的結果，因而對性狀的R型聚類分析既可以了解各性狀間的關系，又可以驗證對Q聚類分析選取的性狀是否合理。圖1為R型聚類圖，由該圖可以看出各性狀基本彼此獨立，部分性狀在聚類圖上表現出完全相關或關系密切，如葉柄粗（27）和花葶粗（32）；葉片形狀（1）、葉片質地（4）和佛焰苞耳片有無（13）；葉尖形狀（3）和佛焰苞耳片的相對位置（14）等，但仔細分析發現，它們并不是邏輯相關，而可能是具有不同的遺傳背景，應當保留。

2.2.2 Q聚類結果分析 根據紅掌形態指標的編碼結果，計算歐式距離，采用類平均法進行聚類分析，其結果如下：

從聚類圖（圖2）上筆者可以看出，在閾值為0.98時，可將32個紅掌品種劃分為5大類（見表4），4個較小的類群和1個較大的類群。

其中A、B類群各包含1個品種，分別為阿蒙特、綠箭。阿蒙特的佛焰苞為卵圓形，佛焰苞基部平截，肉穗花序獨特與其他31個品種的構造不同；綠箭的佛焰苞狹小，花色紫色，花序較長，葉片呈三角形，較大，是著名的觀葉品種。

C類中包括歡呼、熱情、咖啡、米多蕊、衛城5個品種，佛焰苞顏色各異，葉片和佛焰苞較大，葉色深綠，株型高大，均可作為切花品種，其中衛城亦可作為盆花品種觀賞。

D類中包括辛巴和神秘2個品種，這2個品種分蘗數多，佛焰苞高于葉片高度，佛焰苞兩耳為綠色，葉片深綠色，均為盆花品種。

E類中包括情迷、維他、甜夢、紅塔、紫公主、粉冠軍、驕陽等23個品種，在閾值0.79處劃分為6大類，E1、E2、E3、E4、E5、E6，E1包括情迷、特倫薩、阿拉巴馬、大哥大、阿利桑那6個品種，其中情迷和特倫薩在閾值0.56處聚為一類，這2個品種佛焰苞呈心形，顏色為深粉紅色，花粉囊裂開前肉穗花序黃色，花粉囊裂開后肉穗花序顏色為白色；阿拉巴馬、阿拉伯、大哥大、阿利桑那4個品種在閾值0.69處聚為一類，這4個品種植株高度相似，葉形、葉色、佛焰苞顏色和形狀一致，肉穗花序顏色均從黃色變為白色；E2包括維他、祝福、彩霞、馬都拉、愛美、朝霞、北京成功7個品種，這幾個品種的葉形、花型、花色各有差異，聚為一類的原因有待進一步研究；E3類有甜夢和白冠軍2個品種，兩者株型中等，葉片數量多，佛焰苞較小且數量較多，呈心形。E4類包括粉冠軍、紅冠軍、新粉冠軍、粉公主、驕陽5個品種，這5個品種株型緊湊，植株分蘗繁多，花序漸變，為新興的高檔室內綠化花卉，其中粉冠軍、紅冠軍和新粉冠軍的親緣關系較近。E5類只有紫公主1個品種，紫公主佛焰苞呈紫紅色，葉片和佛焰苞疏散，葉片較厚呈墨綠色。E6類包括2個品種，分別為紅塔、櫻桃紅，這2個品種植株高度一致，葉片較厚，葉色深綠，佛焰苞大小適中。

3 討論與結論

在關于紅掌種質的遺傳多樣性分析的報道中，不同的研究組所用的種類和數量有很大差別[5-10]，因此，聚類結果缺乏可比性。但是，這些研究的一個共同點是分子標記的聚類與形態學標記的聚類之間沒有相關性[5-6]。造成這種不一致性的可能原因有3個：一是表型的差異受環境條件影響，因此不同表型的遺傳基礎可能是相同的；二是采用的分子標記與表型無關；三是選擇的形態學標記少。本研究選用的32個品種大多與以往的研究所用紅掌品種/種質不同。這些品種在形態上具有豐富的多樣性。筆者在田間對這32個紅掌品種形態進行了長期觀察，選取37個形態學性狀，包括15個數量形狀和22個質量性狀，基本覆蓋了紅掌整株植株的各個部位。其中株高、佛焰苞顏色、佛焰苞大小、佛焰苞年產量等與紅掌育種目標直接相關；葉形、葉基部形狀、佛焰苞耳片有無、肉穗花序成熟前后的顏色等質量性狀便于觀察，受環境影響小；而葉片質地，佛焰苞光澤，佛焰苞表面波皺程度、株型、葉尖等難于判斷，不易準確記錄，受人為影響大。這些形態學性狀的變異系數在0.16～3.93之間，變化幅度較大，表明這些品種具有較高的遺傳多樣性。在本研究中，嫩葉顏色、佛焰苞苞脈著色、佛焰苞顏色、花粉囊裂開前肉穗花序顏色、花粉囊裂開后肉穗花序顏色變異系數較高，分別為0.84、3.93、0.87、0.81、0.79，且這5個性狀容易觀察、測量和記錄，能較好的評價紅掌品種間的遺傳多樣性。植株高度、佛焰苞長、佛焰苞寬的變異系數雖然不高，但可以有效地區分出切花和盆花品種，鑒別效率高，適用于紅掌親緣關系的研究，因此在選擇形態學調查的性狀時，除了選擇變幅較大、便于觀察的形狀外，也不能忽視個別品種的特殊性。根據這些形態學指標，對32個紅掌品種進行了聚類分析。根據株型和佛焰苞大小這2種形態標記，可完全分開紅掌的盆花品種和切花品種。這2種形態學標記反映了相關的遺傳背景，因為大型切花多為A. andraeanum種內雜交種，而盆花品種多由A. andraeanum與緊湊型Anthurium屬近緣種雜交而來。結合其他形態學標記，阿蒙特和綠箭各被單獨歸為一類，阿蒙特株型小巧，緊湊，肉穗花序與佛焰苞顏色相近，肉穗花序結構奇特，屬于小巧的觀賞盆花品種。綠箭株型中等，佛焰苞狹小，紫色，花序較長，葉片呈三角形，較大，是著名的觀葉品種。歡呼，熱情、咖啡、米多蕊和衛城5個品種被單獨歸為一類，這5個品種均為切花品種，株型和佛焰苞較大。本文鑒定的一些形態學標記對于紅掌品種鑒定、遺傳多樣性分析和雜交育種具有重要的應用價值。

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