梁王山大花香水月季居群表型多樣性分析

付荷玲，王琛瑤，張曉龍，羅 樂*

(1 花卉種質創(chuàng)新與分子育種北京市重點實驗室，北京 100083；2 國家花卉工程技術研究中心，北京100083；3 城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境北京實驗室，北京100083；4 北京林業(yè)大學 園林學院，北京 100083)

表型多樣性是遺傳因素和環(huán)境因素共同作用的結果，是遺傳多樣性最直接的體現，維持表型多樣性對于物種的長期生存至關重要[1-2]。長期以來，利用表型性狀的差異來檢測物種的遺傳多樣性是最簡便易行的方法[3-4]，其研究結果對了解物種居群的遺傳變異規(guī)律、適應環(huán)境變化的能力等具有重要意義，為植物的保護和利用提供了理論支持[5-6]。

大花香水月季(Rosaodoratavar.gigantea)亦稱巨花薔薇，系薔薇科(Rosaceae)薔薇屬(Rosa)月季組(Sect. Chinenses)植物，主要分布于中國云南，緬甸、泰國、越南、印度阿薩姆邦等地亦有分布[7-8]。但近年來，受人為活動、自然環(huán)境變化等的影響，居群和居群內個體數量逐年減少[9]。大花香水月季具有芳香、花大、較耐寒[10]、低溫開花、授粉率和結實率高[11]等優(yōu)良的特性，是中國古老月季和現代月季的重要間接親本之一[12-13]，是重要的種質資源，在月季的起源與育種研究中占據著重要地位。在《中國植物志》中，大花香水月季被記載為香水月季的變種[14]，但陳俊愉[12]贊成將其由香水月季變種撤出而獨立成種(R.gigantea)。一般認為，大花香水月季與月季花(R.chinensis)雜交產生了香水月季(R.odorata)[12,15]，但月季花的原始種單瓣月季花(R.chinensisvar.spontanea)目前主要分布于中國四川，其他省并未發(fā)現其野生分布群落[16-17]，香水月季可能是人工栽培品種，而非自然雜交的結果[18]。因此，對野外大花香水月季展開野外調查與研究意義重大。

前人研究表明，大花香水月季具有很高的遺傳多樣性，且在一個相對較小的分布范圍內，大花香水月季居群表型性狀與環(huán)境的相關性不顯著[19]。在居群和物種水平上，遺傳距離與地理距離顯著正相關，地理距離是影響大花香水月季遺傳分化的主要因素[9]。因此，本研究以云南省澄江市梁王山一帶距離較近、生境相似的3個大花香水月季居群為研究對象，納入了更多的表型性狀，并增加了居群內植株的研究數量，對大花香水月季花部和葉部表型性狀進行測定和分析，進一步探討較近距離內居群間與居群內表型性狀的變異規(guī)律及分化情況，為大花香水月季的種質資源的收集、保護與開發(fā)利用提供理論基礎，同時也為研究香水月季的起源與演化、遺傳變異和栽培育種等工作提供參考。

1 材料和方法

1.1 居群選擇與試驗材料采集

對云南梁王山地區(qū)展開調查，并依據山谷走向、坡向等環(huán)境因子，對大花香水月季居群進行劃分。選取了3個生境相似、距離較近、植株分布集中的大花香水月季天然居群進行表型多樣性分析(表1，圖1)，各居群間水平距離僅1～2 km，居群內隨機選擇80株生長正常、無明顯病蟲害的植株。選定居群的每個采樣植株均用GPS定位。

1.2 表型性狀的選取及測定方法

選擇具有代表性、遺傳相對穩(wěn)定、易于獲得和測定的表型性狀，包括花瓣、萼片、花梗、復葉和頂葉等的16個相關性狀(圖2，表1)。

所有花部性狀于4月盛花期野外隨機選取單花帶回室內用游標卡尺測量，精度0.01 mm。其中，花瓣和萼片性狀每朵花任選3枚測量。所有葉部性狀均選取當年生枝條中部健壯無病蟲害復葉，同期制成標本后用Digimizer軟件測量。所有性狀每個植株均進行5次重復。

1.3 表型多樣性參數及統(tǒng)計分析方法

參照李斌等[20]的方法，采用IBM SPSS Statistics 25軟件對各表型性狀進行巢氏方差分析，線性模型為：Yijk=μ+Si+T(i)j+e(ij)k；式中Yijk為第i個居群第j個單株第k個觀測值；μ為總均值；Si為居群效應(固定)；T(i)j為居群內單株效應(隨機)；e(ij)k為試驗誤差。

表1 云南梁王山3個大花香水月季居群信息表

P1.新莊村居群；P2.平山居群；P3.飲馬池村居群圖1 大花香水月季居群生境圖P1. Xinzhuang Village population; P2. Ping Mountain population; P3. Yinmachi Village populationFig.1 Habitat of R. odorata var. gigantea populations

圖2 表型性狀測量示意圖Fig.2 Schematic illustration of measurement of phenotypic traits

為群體間均方，MSs為群體內均方，MSe為隨機誤差均方，j為群體內樣本數，k為觀測重復數。

采用Excel 2019軟件計算各性狀的平均值、標準差和變異系數，表型變異系數CV(%)=σ/μ×100，式中σ為標準差，μ為平均值。采用IBM SPSS Statistics 25軟件對表型性狀進行Pearson相關性分析。

2 結果與分析

2.1 表型性狀在居群間和居群內的差異

對所有表型性狀均采用巢氏設計方差分析(表2)，結果顯示，萼片寬、花梗長、復葉長、頂葉長寬比、頂葉寬位/頂葉長與頂葉葉柄長僅在居群內不同植株間為極顯著差異(P<0.01)，在居群間無顯著差異；其余性狀在居群間和居群內不同植株間均具有極顯著差異(P<0.01)，表明大花香水月季表型性狀在居群間和居群內都有較高的多樣性 (表2)。

F值的大小表現了結果可靠性的高低，在一定程度上反映了不同表型性狀在居群間和居群內差異程度的不同[22]。因此大花香水月季居群間花瓣長變異最為豐富，頂葉長寬比與頂葉葉柄長變異較??；居群內萼片長寬比與花梗長變異較豐富，頂葉尖角變異最小。

2.2 天然居群的表型分化

按巢氏設計方差分量組成比，進一步分析各方差分量占總變異的比例(表3)。16個表型性狀在居群間和居群內的平均方差分量百分比分別為4.80%和54.49%，表明3個大花香水月季居群內的分化程度遠大于居群間的分化程度。

大花香水月季16個表型分化系數(VST)平均值在-1.51%～26.18%之間，VST最大的性狀為花瓣長(26.18%)，表明該性狀在居群間分化最大；VST最小的為頂葉長寬比(-1.24%)和頂葉葉柄長(-1.51%)，萼片寬、花梗長和復葉長、頂葉寬位/頂葉長VST也較低，分別為1.21%、2.14%、2.10%和2.43%，表明這幾個性狀在居群間幾乎無分化。VST總平均值僅為7.65%，即大花香水月季居群表型變異在居群間和居群內的貢獻分別為7.65%和92.35%，說明大花香水月季居群內表型多樣性程度遠大于居群間表型多樣性程度。

2.3 大花香水月季表型變異特征

變異系數 (CV) 反映了表型性狀的離散程度(表4)。大花香水月季居群表型性狀在居群內的平均變異系數為13.62%，變異幅度為6.85%～23.78%，離散程度相對較低。以 16個表型性狀的變異系數進行居群間差異性檢驗，結果顯示變異系數在居群間不存在顯著差異，說明3個居群的表型性狀的離散程度差別不大。以3個居群的變異系數進行不同性狀間差異性檢驗，結果顯示變異系數在表型性狀間存在極顯著差異(P<0.01)，這說明表型性狀之間的變異程度存在顯著差別，體現了不同表型性狀對環(huán)境適應能力的不同。

平均變異系數最大的是花梗長，為23.78%，表明該性狀特征在居群內最不穩(wěn)定；平均變異系數較小的是花瓣長、花瓣長寬比、萼片寬、頂葉長寬比、頂葉寬位/頂葉長、頂葉基角，表明這幾個性狀在各居群內變異幅度小，穩(wěn)定性較高。頂葉長、頂葉寬、頂葉寬位、頂葉葉柄長、頂葉尖角等營養(yǎng)性狀在居群內有較高的變異系數，表明這些性狀可能具有較高的表型可塑性，更易受到環(huán)境的影響。綜合來看，生殖性狀變異幅度大多低于營養(yǎng)性狀，具有更高的穩(wěn)定性。

表2 大花香水月季居群表型性狀的巢氏方差分析

表3 大花香水月季居群表型分化系數分析

P1居群的變異系數最大，結合野外調查來看，可能是因為此居群受到人為活動干擾稍小，遺傳多樣性水平更高；而P2居群和P3居群的變異系數接近，這兩個居群可能遺傳多樣性水平較為接近。

2.4 大花香水月季的相關性分析

對大花香水月季的16個表型性狀進行Pearson相關性分析(表5)。花瓣長與花瓣寬高度正相關，表明花瓣形狀比花瓣大小更加穩(wěn)定；復葉長與頂葉長高度正相關，表明頂葉越長，復葉也相應越長；頂葉寬位與復葉長、頂葉長、頂葉寬高度正相關，表明葉片形狀較為穩(wěn)定。

頂葉長寬比與頂葉尖角、頂葉基角呈中度負相關關系，表明頂葉尖角和頂葉基角越小，葉片形狀越狹長?；ò甑拈L、寬與萼片的長、寬相關系數也較大，表明花瓣的大小與萼片的大小相關性較強。頂葉寬與復葉長、頂葉長中度相關，頂葉葉柄長與復葉長、頂葉長、頂葉寬、頂葉寬位相關系數較高。而花部性狀與葉部形狀間相關性較低或不相關。

表4 大花香水月季居群表型性狀變異系數分析

表5 大花香水月季表型性狀間的 Pearson 相關性分析

3 討 論

3.1 大花香水月季的表型分化情況

居群間多樣性是種內多樣性的重要組成部分[23]。本研究發(fā)現，大花香水月季3個居群表型分化程度較低，居群間變異僅為7.65%，說明居群間多樣性遠低于居群內多樣性。居群間可能存在較強的基因交流，這可能與這3個居群距離較近有關，與其他大花香水月季的研究結論一致[9,19]。大花香水月季為異交昆蟲授粉木本植物，較近范圍的大花香水月季居群間的基因交流可能更頻繁，發(fā)生遺傳分化的可能性更小[24]，這有利于維持大花香水月季的遺傳多樣性，同時也能降低遺傳分化的發(fā)生。

然而，邱顯欽等[24]的研究表明大花香水月季居群的分化程度與地理距離無顯著的相關性，這可能是部分居群被孤立或居群內植株數量偏少導致近交和無性繁殖的概率增加，繼而加劇了居群間的遺傳分化[9]。近年來，隨著大花香水月季棲息地缺失、人工采挖等問題的涌現，大花香水月季數量銳減，遺傳多樣性可能逐步喪失[7,25]，同時，生境的片段化、遺傳漂變等原因也將加速居群間的遺傳分化[26-28]。通常，花瓣長是較為穩(wěn)定的性狀[29-31]，但本研究中居群間花瓣長分化明顯(VST=26.18%)，表明該性狀可能受到較強的自然選擇作用[32-33]。而萼片寬、花梗長、復葉長、頂葉長寬比、頂葉寬位/頂葉長與頂葉葉柄長在居群間無顯著差異且表型分化系數極低，表明這幾個性狀在居群間較為穩(wěn)定，不易分化。

3.2 大花香水月季的表型變異規(guī)律

表型性狀的變異對于植物適應環(huán)境及進化有重要作用，受自身遺傳物質和生態(tài)環(huán)境共同的影響[2]。本研究中大花香水月季表型性狀的離散程度較低(CV=13.62%)，說明梁王山一帶大花香水月季遺傳多樣性可能相對偏低，或者居群內環(huán)境條件較為一致。然而，Meng等[9]的研究發(fā)現，大花香水月季具有豐富的遺傳多樣性，其遺傳多樣性指數遠高于彎刺薔薇[34]、絹毛薔薇[35]、峨眉薔薇[36]和長尖葉薔薇[37]等其他薔薇屬植物。大花香水月季適應性強，分布較廣，這與其較高的遺傳多樣性密不可分，其豐富的變異也能為大花香水月季的種質資源保育和開發(fā)提供良好的物質基礎。但邱顯欽等[24]的研究也表明不同地區(qū)大花香水月季居群的遺傳多樣性存在較大差異。

大花香水月季居群表型性狀變異幅度為6.85%～23.78%，不同性狀的離散程度不同，體現出不同性狀對與環(huán)境變化的響應方式不同[38]。其中，大花香水月季花瓣長寬比最穩(wěn)定，說明花瓣長寬比是大花香水月季表型性狀中相對穩(wěn)定的性狀。但同為薔薇屬的中甸刺玫[31]的花瓣長寬比離散程度卻較高，表明不同薔薇屬植物表型變異情況存在差異。此外，花瓣長、萼片寬、頂葉長寬比、頂葉寬位/頂葉長和頂葉基角這幾個性狀在各居群內也相對較為穩(wěn)定。大花香水月季平均變異系數最大的是花梗長，表明該性狀可能擁有較高的表型可塑性，易受到外界條件的影響?？傮w來看，大花香水月季葉部表型性狀變異幅度普遍大于花部表型性狀，說明在面臨復雜的野外環(huán)境時，營養(yǎng)器官通常具有更大的表型可塑性，這與其他植物表型多樣性研究的結論相吻合[39-41]。

大花香水月季大部分性狀相關性達到顯著和極顯著水平，反映出這些性狀在對環(huán)境的適應中表現出相互調節(jié)的作用[42]。但花部性狀與葉部形狀間相關性較低或不相關，說明大花香水月季生殖生長受營養(yǎng)生長影響較小，寬刺薔薇[43]、華中五味子[39]等研究中也得到了相似的結論。

香水月季人工栽培歷史悠久，種內關系復雜，其起源與演化問題一直備受關注[44-46]。了解大花香水月季居群內和居群間的表型多樣性，明確其物種特征和表型變異規(guī)律，有助于進一步挖掘其經濟價值和科研價值，對香水月季的遺傳變異和品種分類等方面研究具有重要的指導意義，同時也為大花香水月季和其他薔薇屬植物種質資源的保護、收集與管理等研究提供借鑒與參考。