基于形態標記的洛陽市常見栽培芍藥聚類分析

董媛

摘要：指出了洛陽芍藥栽培歷史悠久，但其遺傳多樣性研究較少，這嚴重阻礙了芍藥通過雜交獲得新品系的研究。通過實驗對9種河南洛陽常見栽培芍藥品種花色、花型、株型等18種性狀進行了形態聚類分析。結果表明：洛陽市常見栽培芍藥各品種之間的平均歐氏距離是4.6560，從形態標記聚類圖可看出，在縱切線位置（歐氏距離為5.2869）可將河南洛陽9種常見栽培芍藥分為3個類群，第一類包括2類芍藥品種;第二類包括5類芍藥品種;第三類有2類芍藥品種。以形態性狀數據為基礎，為河南洛陽芍藥各品種間的分類、親緣遠近關系及品種間雜交提供了可借鑒的資料。

關鍵詞：芍藥;形態標記;聚類分析

中圖分類號：S682

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）05-0047-04

1 引言

芍藥P.lactilora Pall，屬于毛茛科芍藥屬的多年生草本花卉，是中國原產的著名花卉，栽培歷史久遠，中國是最早實現芍藥園藝栽培的國家，芍藥作為觀賞栽培距今已有3900多年的歷史。芍藥屬在全世界約有30種，在中國主要分布于東北、華北、陜西及甘肅南部等地區[1]。芍藥品種不但生長適應性強，而且富有觀賞性，還兼具食用、藥用、工業原料等經濟價值，是一類極具開發潛力的植物資源。隨著中國主產的芍藥品種不斷消漲更新，一些老舊品種由于觀賞特性和栽培保護等諸多因素的相抵而遭淘汰或丟失，同時生產者也選育出不少新品種，但這些品種卻普遍存在家底模糊、認辨不清的問題[3]，亟待系統整理。

我國芍藥屬共有約15種，4亞種，其中芍藥組有7種，2亞種[2]。1958年，方文培就芍藥組提出了6個種，1個變型和1個變種[3]。1979年，潘開玉對中國芍藥品種進行了一次全面修訂，就芍藥組提出了8個種和一個變種[4]。2001年洪德元先生在《Flora of China》（《中國植物志》英文版）編寫工作中，對芍藥科（屬）進行了重大修訂，認為在中國芍藥屬共有15種，4亞種，其中芍藥組有7種，2亞種，分別是：草芍藥（P.obovata Mar-im.）、擬草芍藥（P.obovoatasubsp. wilLmottiae（Stap廠）D.y.Hong&K.y.Pan）、美麗芍藥（P.maireiLevl.）、芍藥（P.lacti flora PalL.）、多花芍藥（P.emodi Wall.erRoy）、白花芍藥（P.sterniana Fletch.er）、新疆芍藥（P.anomala L.）、JII赤芍藥（P.anomalavar. veitch.ii（Lynch） D.y.Hong&K.Y.Pan）、塊根芍藥（P.inter-mediaC.A. Mey）。

近些年來，數量分類學方法和遺傳標記（geneticmarkers）作為新的分類方法在植物分類學中開始得到應用。數量分類學方法綜合了各種形態信息，采用構建樹形圖的形式，因此可以精確再現地研究對象之間的親疏關系[5]，借助于數量分類學的手段，克服了僅依直觀經驗性進行芍藥屬分析的弊端。遺傳標記是遺傳物質的特殊的易于識別的表現形式。遺傳標記主要有4種類型，即：形態標記（morphologleal markers）、細胞標記（cytological markers）、生化標記（biochemical markers）和分子標記（molecular markers）。其中形態標記是指植物的外部特征特性，是一類容易觀測，使用廣泛的標記，如葉形、花色等性狀通過觀察即可作出判斷;葉長和葉寬比、葉柄長度、總花梗長度等性狀只需簡單地測量[6]。大量的形態標記結合聚類分析方法對物種進行分類，能較為真實地表現品種的綜合性狀，聚類的結果比較穩定，為育種取材提供客觀依據。目前這項研究工作在農業、林業、醫藥等領域得到廣泛應用，關于芍藥的研究，近期也有類似研究[7]。

在近50年來，有關芍藥分類相關方面的研究工作主要立足于花型分類及演化[2]。20世紀60年代，著名牡丹、芍藥專家周家琪依據花部器官內在聯系和演進過程，提出比較科學的、符合自然演進規律的分類系統，將芍藥品種分為單瓣類、千層類、樓子類共3類11型[8]。秦魁杰在此基礎上將芍藥品種分為單花類和臺閣類兩大類，在臺閣類中依據雌雄蕊的瓣化程度分為出生臺閣、彩瓣臺閣、分層臺閣、球花臺閣4個型[9]。

洛陽牡丹甲天下，但實際上，洛陽芍藥的種植面積并不少，但是洛陽栽培的芍藥親緣關系如何，是否可以選擇本地栽培芍藥作為親本進行雜交要看其親緣關系的遠近，為了盡快回答這個問題，本研究將針對9種河南洛陽常見栽培芍藥品種所表現出來的形態特征，用聚類分析法對它們的多樣性進行研究，以期對河南洛陽常見栽培芍藥品種親緣遠近關系作進一步地了解，從而改變當前生產中存在的品種的遺傳多樣性較低的現狀，為芍藥的可持續發展奠定堅實的基礎[2]。同時也在生產經營、園林應用及新品種的審定等多個層面均具有重要的指導價值，對于其他類型品種的分類也具有重要的參考價值[10]。

2 材料和方法

2.1 材料的選取

芍藥科系單屬科，由芍藥屬從毛茛科獨立而來，芍藥屬內劃分為3個組，即牡丹組、北美芍藥組和芍藥組，其中芍藥組系屬內最大的組，約含22個種，組內又有全緣羽葉亞組和多裂葉亞組之分，在中國芍藥種質資源的分類史上曾先后提名過13個種，但目前已基本得到公認的卻主要有8個種（5個變種），皆隸屬于芍藥組。

中國芍藥品種種質資源眾多，其分類歷史悠久，按照花型演進規律目前已形成日趨一致的花型分類方案[2]。本實驗材料從芍藥組中選取河南洛陽常見的9個芍藥品種為分類運算單位（Operational taxonomic U-nit，OUT），序號、種名所屬種詳見表1。

2.2 性狀的選取和編碼

芍藥組植物為多年生草本植物，花盤不發達，肉質，僅包裹心皮基部，含較多芍藥苷，不含牡丹酚[11]。

通過對所選芍藥品種的觀察和分析，為了度量分類對象之間的接近與相似程度，需要定義一些分類統計量，用作分類的數量指標，從而可以定量地進行分類，常用的分類統計量有距離和相似系數，它們的定義與聚類分析的類型有關[12]。

故選取若干芍藥品種分類所用的性狀，剔除不變性狀，篩選出20個有分類價值、比較穩定、能夠反映品種間特征差異的性狀，對上述9種芍藥品種進行分析統計，并作為聚類指標。對調查的芍藥品種性狀如花色、花型、花瓣層次、葉型、葉緣、表皮毛等進行形態編碼。其中7個數量性狀如心皮、株型、萌蘗枝、葉柄長、總花梗長、基生苞片數、花莖用數量進行編碼。將統計的數據輸入Excel表格，并對每個性狀賦值。

本研究以期以植物形態標記對洛陽市常見栽培芍藥準確進行聚類分析，故隨機選取錦袍紅、二喬、瓔珞寶珠和魏紫四種常見牡丹品種作為系統對照。根據芍藥形態標記選取標準，我們采用芍藥、牡丹具體共同形態標記編碼如表2。

性狀的選取直接影響著聚類的結果，本實驗在選取性狀時去掉了那些明顯邏輯相關的性狀，從而避免了性狀的加權，保證了實驗結果的可靠性[6]。但由于條件的限制，所選用的性狀大都是宏觀性狀，而對于部分解剖及微觀同樣具有分類價值的性狀，則因未能獲得相關數據而沒有納入分析范圍。

2.3 數據處理

數據的獲得均來自洛陽市牡丹研究所實地測量。對選取的河南洛陽常見栽培芍藥品種進行測量分析，運用唐啟義等[13]的DPS數據處理系統進行數據處理。

數據的標準化使用STD（標準差標準化）命令，采用歐式（Euclidean）距離系數計算遺傳距離，公式為Eii一√∑k（Xij -Xij）2將（i=j=l，2，3，4，5……29;k為第k個性狀）。數據進行標準化處理之后，采用歐氏距離最遠距離聚類分析，得到樹狀圖。

2.4 外置對照檢測

DPS數據處理系統，英文名稱為Data ProcessingSystem，取首字母縮寫為DPS。該系統采用多級下拉式菜單，用戶使用時整個屏幕猶如一張工作平臺為作者設計制造的通用多功能數理統計和數學模型處理軟件系統。開發近些年來，少有學者利用其進行分類學研究。由于牡丹和芍藥同屬毛茛科，芍藥屬，且芍藥與牡丹外貌相似，所以不少人分辨不清或誤認牡丹為芍藥，或誤認芍藥為牡丹。以共同形態標記編碼為標準，同芍藥各品種數據測量方法，對所選取的所有常見栽培芍藥品種和若干牡丹品種先進行測量，以期驗證DPS用于植物品種分類準確性。

3 結果與分析

3.1 外置對照檢測分析

性狀的編碼方法取決于性狀的類型[14]。所測帶有數值型的性狀則由測量后取其量度值進行編碼，根據芍藥、牡丹共同形態標記編碼（表2），測得的具體數值如表3。

通過DPS數據處理系統，依據所測量數據，得出9類河南洛陽常見栽培芍藥品種和4類牡丹品種形態聚類圖（圖1），按照圖中虛線位置可分析出結果，9類芍藥明顯屬于一類，而4種牡丹則歸為一類。結果表明，DPS數據處理系統完全可以準確進行不同品系植物間的分類，且能較為真實地表現品種的綜合性狀，聚類的結果比較穩定。

3.2 芍藥形態標記的遺傳多樣性分析

根據芍藥特有形態標記（表2），測得所選取9種河南洛陽常見栽培芍藥品種的指標編碼數值，如表4。

根據外置對照檢測分析結果，DPS數據處理系統完全可以準確進行不同品系植物間的分類，且能較為真實地表現品種的綜合性狀，聚類的結果比較穩定。然后將所測得9類芍藥的形態標記數值也運用DPS數據處理系統分析，依據所測量數據，從9類河南洛陽常見栽培芍藥品種形態聚類圖（圖2）獲得結果。

9種河南洛陽常見栽培芍藥品種間的平均歐氏距離是4.6560。

從9種河南洛陽常見栽培芍藥品種形態聚類圖（圖2）可看出，在縱切線位置（歐氏距離為5.2869，圖2所示豎線位置）可將9種河南洛陽常見栽培芍藥品種分為3類，第一類共有2種芍藥品種;第二類有5種芍藥品種;第三類有2種芍藥品種。

3.2.1 第一類及性狀特征

共有2種芍藥品種，包括蓮臺紫色和桃花飛雪，均為雌雄同株，多年生草本花卉;花色為紫紅色或紫色;無表皮毛，葉長橢圓形至倒卵形，葉片呈綠色;萌蘗枝較少;苞片4～5枚。

3.2.2 第二類及形狀特征

包括玉墨、紫檀生云、遲磷、少女群、短枝紅共5種芍藥品種。

葉倒卵形至狹橢圓形，少披針形;葉片顏色均為深綠色;基生苞片3～5;花瓣層次多為千瓣層，少為重瓣層;心皮4～5枚。這5種芍藥品種株型差異較大，除直立型外，疏散型、開張型、矮生型、獨干型均有表現;分枝則多為稠枝型。

在這5種芍藥品種中，遲磷和少女群歐式距離最近，為2.5328。

3.2.3 第三類及形狀特征

共有2種，包括大富貴和桃紅煥彩，花色為紅色或深紅色;花2～4朵，生莖頂或葉腋;莖綠色;株高60～70cm;小型長葉，邊緣有鋸齒，常不等2裂，葉面萌發時有被毛，花后脫落;上部莖生葉多為三出復葉或單葉，小葉狹卵形或橢圓形。

4 討論

本研究采用數量分類學的分析方法，對河南洛陽9種常見栽培芍藥品種進行分類。從聚類樹系圖來看，數量分類結果與傳統的形態分類基本相似，但二者之間也有不符之處。例如，在形態分類上桃花飛雪和少女群相似性狀較為明顯，如花色為紅色或粉紅色，花瓣層次均為重瓣層，故部分專家學者將其分為一類，但數量分類的結果顯示二者親緣關系較遠，而遲磷與少女群的親緣關系最近。出現這種現象的原因可能是：①過分地依賴某一個或幾個形態標記進行分類，因此可能會出現誤差，是欠準確和欠可靠的。②出現這些不相符之處的原因也可能是因為選用性狀不夠全面，或者數據不夠充分等主觀原因引起的。借助數量分類學的方法，可以對芍藥品種做出客觀的分類。二者孰是孰非，還有待于從分子水平上的進一步鑒定[6]。

形態標記聚類分析具有簡單直觀的特點，長期以來芍藥品種種質資源鑒定及多樣性研究通常都是根據形態標記來進行的。通過聚類還可以看出各品種及類群之間親緣關系的遠近，由此可通過品種親本的選擇、選配，滿足不同育種需要;一般情況下，雙親關系越遠、遺傳差異越大，雜種優勢越強;若根據類群間親本的雜種優勢強于類群內親本間的雜種優勢原則選配親本[15]，再結合其他方法便可提高芍藥育種效率。

參考文獻：

[1]方前波，王德群，彭華勝.中國芍藥屬牡丹組的分類、分布與藥用之間的關系研究[J].現代中藥研究與實踐，2004，18（2）：20～22.

[2]郭先鋒，中國芍藥分類學研究進展[J].北京林業大學學報，2002，24（3）：99～102.

[3]方文培.中國芍藥屬的研究[J].植物分類學報，1958，7（4）：297～314.

[4]Hong D Y，Pan K Y.A taxonomlc revision of the Paeoniaanomalacomplex （Paeoniaceae）[J]. Ann Missouri Bot Gard. 2004， 91（1）：87～98.

[5]P.史密斯，R.索卡爾.數值分類學——數值分類的原理與應用[M].趙鐵橋，譯.北京：科學出版社，1984：97～98.

[6]鄭翠芳，葉海燕，楊問新，等.基于植物形態標記的福建常見榕樹聚類分析[J].福建師范大學學報，2013，29（5）：102～106.

[7]楊柳慧，于曉南.基于表型性狀的芍藥不同品種群親緣關系分析[J].植物遺傳資源學報，2016，17（2）：209—216.

[8]周家琪.牡丹、芍藥花型分類的探討[J].園藝學報，1962，1（3～4）：351～359.

[9]秦魁杰.牡丹、芍藥品種的臺閣現象和臺閣品種的花型分類[J].園藝學報，1986，13（2）：474～476.

[10]郭先鋒，劉愛青，黃雪，山東地區托桂型芍藥品種的調查與分類[J].中國農學通報，2010，26（11）：317～323.

[11]沈保安.中國芍藥屬牡丹組藥用植物的分類鑒定研究與修訂[J].時珍國醫國藥，2001，12（4）：330～333.

[12]蔡健，祝 旋，謝實龍，等.利用EST - SSR標記和形態性狀檢測31個芍藥品種的遺傳多樣性[J].華北農學報，2016，31（sl）：92-96.

[13]唐啟義，馮明光.實用統計分析及其DPS數據處理系統[M].北京：科學出版社，2002.

[14]郭先鋒，王蓮英.我國栽培芍藥與幾個近緣種的數量分類學研究[J].園藝學報，2005，32（3）：473～476.

[15]金升燦.灰色聚類分析在雜交育種中應用[J].武漢植物學研究，1995，13（2）：116—126.