77份文心蘭種質資源表型性狀遺傳多樣性分析

張葉 葉蓓蕾 鄔靜 劉樂 黎維詩 郝代成 謝尚潛 凌鵬

摘 ?要：對文心蘭77份種質資源的28個表型性狀進行測定與評價，通過相關性分析、主成分分析及聚類分析獲得其表型遺傳多樣性。結果表明：21個數量性狀的遺傳多樣性指數均值達1.85，變化區間為1.36～2.07，其中數值最大為株幅（2.07）;在7個質量形狀中，除葉色性狀外的其他表型性狀的多樣性指數均大于1，均值為1.23，最大表現為唇瓣顏色（1.79）。相關性分析結果表明數量性狀之間關系復雜，大部分性狀之間呈現顯著或極顯著的正相關。主成分分析篩選出4個特征值大于1的主成分，累計貢獻率達74.079%，由蕊柱長、中萼寬、花枝長、花朵數量、側萼長和寬、唇瓣寬7個表型特征向量組成。聚類分析表明，文心蘭種質劃分為5大類群，其中第Ⅰ類群的15個品種為小株型，適合作為辦公室小盆花;第Ⅳ類群由30個品種組成，為農藝性狀綜合表現良好，較適合做鮮切花的品種。研究結果可為文心蘭新品種的培育及雜交親本的選擇提供理論基礎。

關鍵詞：文心蘭;表型性狀;種質資源;遺傳多樣性

Abstract： 28 traits of 77 Oncidium germplasm resources were measured and evaluated. The correlation analysis， principal component analysis and cluster analysis of the traits of Oncidium were used to obtain the phenotypic genetic diversity analysis results. The average value of genetic diversity index of 21 quantitative traits reached 1.85， and the variation range was 1.36 to 2.07， with the largest value being the plant width （2.07）. In the quality shape， the diversity index of other phenotypic traits except leaf color traits was greater than 1， with an average value of 1.23， and the largest manifestation was the lip color （1.79）. The correlation analysis results showed that the relationship between quantitative traits was complex， and most of the traits showed significant or extremely significant positive correlation. Four principal components with eigenvalue greater than 1 were screened out by principal component analysis， and the cumulative contribution rate reached 74.079%. It was mainly composed of Oncidium gynandrium length， middle sepal width， flowering branches length， number of flowers， sidesepal width， lip width， and sidesepal length phenotypic characteristics. The study could provide a theoretical basis for the breeding of new varieties of Oncidium and the selection of hybrid parents.

Keywords： Oncidium; phenotypic trait; germplasm resource; genetic diversity

文心蘭（Oncidium）為蘭科文心蘭屬植物，又名吉祥蘭、跳舞蘭、舞女蘭等。文心蘭原產于中南美洲和北美洲，其形態妖嬈、花色豐富、花期較長，是世界上重要的切花和盆花品種之一[1-2]。文心蘭雖種間和屬間均可進行雜交，但屬間與種間雜交親和力都較差，甚至品種間也存在自交不親和與雜交不親和的現象，使得文心蘭品種選育工作進展緩慢，在新品種登錄上遠不比蝴蝶蘭、石斛蘭等其他蘭科植物[3]。目前商業化的文心蘭品種比較單一，主要以南西（Oncidium Gower Ramsey）為主，國內文心蘭新品種的選育起步較晚，其新品種的選育主要利用表型變異篩選有益變異株[4-5]。

表型性狀研究是最直觀和基礎的植物種質資源遺傳多樣性研究方法，并且是植物優良品種選育的基礎。了解和掌握種質資源的多樣性水平，對挖掘有益資源、創制新種質等具有重要意義[6]。在花卉研究中，連子豪等[7]使用相關性分析和主成分分析等方法分析紅掌主要觀賞性狀的遺傳多樣性，確定了3個主成分，并將91份紅掌種質分為6個類群，為紅掌遺傳改良、種質創新提供了理論依據。王宏利等[8]對30份建蘭種植資源進行相關分析，測定了25個表型性狀，將其供試品種分為4個集群，主成分分析確定了花長、唇瓣長等主要特征向量，為建蘭品種的選育和推廣提供了理論依據。

目前，文心蘭研究主要集中在文心蘭抗病性研究[9]、基因的克隆與表達[10]、組織培養快繁[11]等方向，而關于文心蘭種質表型性狀的研究僅有陳和明等[12]和李永清等[1]分別對15份和24份種質進行了報道。本研究通過對77份文心蘭種質資源的深入分析，篩選出其重要的表型性狀，旨在為文心蘭植物育種提供科學理論依據，促進文心蘭新品種的選育。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

供試的77份文心蘭種質資源，采集于海南博大蘭花科技有限公司東山基地種質資源圃（110°14′33.1″ E，19°47′29.7″ N）（表1），棚內夏季溫度25～42?℃，冬季溫度20～30?℃，年相對濕度70%～80%，光照強度20 000～30 000 lx。每份種質隨機選擇生長健壯的成年植株5株，共計385株，并將其在相同的環境條件下種植和管理。夏季每2天澆水1次，冬季每3天澆水1次。營養生長期每周噴施1次高氮肥，5～6次氮肥后使用平衡肥，防止徒長，生殖生長期每月用2000倍液的平衡肥進行一次灌根。

1.2 ?性狀調查與測定

本研究調查和測定385株文心蘭種質資源的28個表型性狀，記錄并分析2018和2019兩年表型性狀數據。記錄性狀包括數量性狀和質量性狀，其中數量性狀21個：株幅、株高、葉長、葉寬、假鱗莖長、假鱗莖寬、假鱗莖厚、花朵數、花枝長度、分叉數、中萼長、中萼寬、側萼長、側萼寬、花瓣長、花瓣寬、唇瓣長、唇瓣寬、花梗直徑、蕊柱長、寬等;質量性狀8個：葉色、花香、主花色、花萼顏色、花瓣顏色、唇瓣顏色、花瓣顏色數量、花序梗硬度。數量性狀使用游標卡尺、卷尺等測量工具測取數據并記錄其均值;質量性狀根據《文心蘭種質資源描述規范及數量質量控制規范》[13]進行評估與統計。

1.3 ?數據分析

使用Microsoft Excel 2007軟件對數據進行處理并計算平均值（）、標準差（SD）及變異系數（CV），根據平均值和標準差對所有數量性狀進行10級分類[13]，第1級Xi =（X–2s），中間每一級增加0.5s，直到第10級為Xi =（X+2s）。計算每一級的相對頻率（Pi），進而計算各性狀的多樣性指數。多樣性指數采用Shannon-Wiener diversity index（H）[14]，計算公式如下：

此外，分別采用SPSS 25.0和R 3.6.2軟件對77份385株種質資源進行主成分分析、相關性分析和聚類分析。

2 ?結果與分析

2.1 ?文心蘭種質資源數量性狀遺傳多樣性分析

21個數量性狀觀察與測定結果表明‘三唇瓣‘巧克力文心蘭（云南）等文心蘭品種沒有假鱗莖，‘紅孩兒‘歐洲之星等19個文心蘭品種的主花枝存在沒有分枝現象（表2）。供試文心蘭的21個數量性狀變異系數的值域為22.56%～ 82.81%，平均值為49.51%（表2）。其中，側萼長的變異系數最大，高達82.81%，蕊柱寬變異系數最小為22.56%。側萼長、花朵數變異系數均在80%以上，說明這兩個數量性狀的多樣性比較豐富（表2）。

21個數量性狀的遺傳多樣性指數（H?）數值的變化范圍為1.36～2.07，平均值為1.85。其中供試文心蘭材料株幅的多樣性指數最高為2.07，最小值表現在中萼長性狀上，數值為1.43。結果表明77份文心蘭種質資源表型性狀多樣性豐富，遺傳差異較大（表2）。

2.2 ?文心蘭種質資源質量性狀多樣性分析

根據《文心蘭種質資源描述規范及數量質量控制規范》標準，將7個質量性狀進行等級劃分，并基于等級值計算其遺傳多樣性（H）指數。結果顯示7個質量性狀的多樣性指數分布在0.65（葉色）～1.79（唇瓣顏色）之間。葉色性狀中有55個文心蘭品種具有深綠色特點，占總數的71.43%;無或極弱花香的文心蘭有47份，占比為61.04%;所觀測文心蘭的花萼顏色和花瓣顏色一致，其中以黃色的最多為30份，占總數的38.96%;黃色唇瓣的文心蘭最多為31份，占總數的40.26%;在以花朵顏色數目分類中，以2種花色的文心蘭品種最多，有45份，占總數的58.44%;以花序梗硬度分類的組別中，中等硬度的文心蘭品種共有36份，占總數的46.75%。7個質量性狀中，除葉色（0.65）多樣性指數小于1，其余質量性狀多樣性指數均大于1，因此文心蘭大部分的質量性狀表現出較高的遺傳多樣性（表3）。

2.3 ?文心蘭種質資源數量性狀相關性分析

對21個數量性狀進行相關分析，性狀間呈極顯著相關的共有126對，其中正相關109對，負相關17對。性狀間呈顯著相關的共有17對，其中正相關13對，負相關4對（表4）。在與植株相關的性狀中株幅與株高、葉長、葉寬、假鱗莖長、寬和厚、花梗直徑呈極顯著正相關，其中株幅與株高的正相關性最強，相關系數達到0.914（表4）。在與花朵大小相關的性狀花瓣寬與花瓣長、側萼長和寬、中萼的長和寬、唇瓣的長和寬、蕊柱的長，均呈極顯著正相關，其中極顯著正相關最大為花瓣寬與中萼寬，相關系數達0.959（表4）。大部分性狀都表現出顯著和極顯著的相關性， 可以看出文心蘭的21數量性狀中，大部分性狀之間呈現顯著或極顯著的相關性，各個性狀間關系密切且復雜。

2.4 ?文心蘭種質資源表型性狀主成分分析

對77份文心蘭種質資源的21個數量性狀進行主成分分析（表5），根據特征值大于1的原則，篩選出4個主成分，累計貢獻率為74.079%，這4個主成分涵蓋了文心蘭絕大部分數量變異性狀。主成分1特征值7.752，方差貢獻率35.235%，占主導地位，該主成分中影響大的是蕊柱長、花瓣長、中萼寬，主要是與花朵大小相關的數量性狀;主成分2特征值為5.472，方差貢獻率為24.873%，該主成分影響較大的是花枝長、花朵數;對主成分3影響較大是側萼寬和中萼寬;對主成分4影響較大的性狀是唇瓣寬和側萼長。每個主成分值按照絕對值大小選擇2個主要特征向量，在4個主成分中篩選出蕊柱長、中萼寬、花枝長、花朵數量、側萼寬、唇瓣寬、側萼長7個主要特征向量，可作為文心蘭新品種選育親本評價的重要形態指標。

2.5 ?文心蘭種質資源聚類分析

對77份文心蘭種質資源利用R語言ward對其進行聚類分析，將其分為五大類群（圖1），并計算了5個分類所占總數比例（圖2）。

數字為表1中相應的品種序號。

第Ⅰ類群包含14個品種，占整個種質資源的18.18%。這個類群的主要特征是株幅小，花梗多細軟，花小但花量較多，株型小，適合做辦公室小盆花，以‘田姐‘夢香‘紅瓢蟲等為主要的代表品種。

第Ⅱ類群包含7個品種，占整個種質資源的9.09%。這一類群的主要特征是大花型盆花，花朵少且無分支，以‘紅鳥‘歐洲之星等為主要代表。

第Ⅲ類群包含個11個品種，占整個種質資源的14.29%。這一類群主要特點是花枝分叉量較少，且有些品種沒有分叉，花朵數量相對較少，花枝長度適中，較適宜作中型盆花，主要代表品種如‘海倫‘紅貓等。

第Ⅳ類群共有30個品種，占整個種質資源的38.96%，是種類最多的一個類群。這一類群主要特點是株型較大，花枝較長且花梗粗壯，農藝綜合性狀良好，適合作為鮮切花品種，市場主要切花品種以‘博大1號‘南茜等為代表。

第Ⅴ類群共有15個品種，占整個種質資源的19.48%。這個類群的主要特點是花朵大小居中，花朵數量較多，花枝長且相對較軟，適合做盆花造型，假鱗莖肥厚，以“巧克力系列”品種為代表。

3 ?討論

本研究對77份文心蘭種質資源28個表型性狀進行多樣性分析、相關性分析、主成分析、聚類分析鑒定文心蘭優質表型性狀。變異系數是描述性狀離散程度的量，變異系數大于10%，表明該性狀不同種質間的差異較大[15-17]。文心蘭數量性狀的變異系數為22.56%～82.81%，說明文心蘭種質資源性狀具有較高的多樣性水平和品種改良的潛力。多樣性指數是評價種質資源多樣性的重要指標[18]。本研究的28個文心蘭表型性狀多樣性指數為0.65～2.07，多樣性指數變化范圍較廣可能是由于文心蘭能夠進行廣泛的種間和屬間雜交，親本來源復雜多樣導致[19]。性狀相關性可以通過一種性狀的表型間接反映另一種性狀的表型，提高選擇效率，加快育種進程[20]。相關性分析表明，不同品種的花朵大小相關數量性狀之間呈現差異顯著或極顯著正相關，這也與陳和明等[12]的研究相符。通過主成分分析，篩選出蕊柱長、中萼寬、側萼長與寬、唇瓣寬、花枝長度和花朵數量7個主要特征向量，包含了文心蘭的主要表型成分，可為文心蘭新品種的選育提供重要參考價值。聚類分析將77份文心種質資源分為5類。其中第Ⅰ類群株型較小，花朵小而多，花梗較軟，可作為小型盆栽親本材料加以利用;第Ⅳ類群，花枝整體較長且硬度較大，花朵數量較多且花小適中，最為適合做鮮切花的親本材料。表性性狀是環境與基因共同作用的結果，在不同的原生環境因素下可能會導致文心蘭種質資源表型性狀差異的出現[21]。

表型性狀評價是種質資源鑒定與保護的重要環節，也對綜合農藝性狀潛力和育種工作起到至關重要的作用[22]。通過對文心蘭77份種質資源表型性狀的綜合評價，不同文心蘭種質資源存在很大的表型差異，且不同性狀間存在不同程度的相關性，篩選出的7個特征向量和主要聚類分群為文心蘭優良性狀的選育提供理論依據。未來的工作將分子標記技術與文心蘭表型性狀評價相結合，為創造優質種質資源、挖掘優異基因提供科學的理論基礎。

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責任編輯：沈德發