42 個(gè)芍藥品種表型多樣性分析

閆 聰，孟 潔，馬 言，李 平，陳 霞，韓喜文，劉洪周，蔡 健

（1.阜陽(yáng)師范大學(xué)生物與食品工程學(xué)院，安徽阜陽(yáng) 236037；2.阜陽(yáng)市林業(yè)技術(shù)推廣站，安徽阜陽(yáng) 236029）

1.前言

芍藥(Paeonia lactiflora)，別名將離，屬于芍藥科芍藥屬草本或木本多年生植物。芍藥屬植物在中國(guó)分布廣泛，其中16 個(gè)野生種在我國(guó)南北有分布，而且還有數(shù)百個(gè)芍藥栽培品種分布[1]。芍藥深受國(guó)人的喜愛，它的花朵被冠以“花中之相”的美稱[2]。依據(jù)種源的組成不同可以將芍藥分為三大類：中國(guó)芍藥品種群、歐洲芍藥品種群和雜種芍藥品種群。近年來(lái)，由于雜種芍藥具有花色明艷、生長(zhǎng)旺和抗性強(qiáng)等顯著優(yōu)勢(shì)，逐漸成為觀賞芍藥育種的趨勢(shì)[3]。此外，作為觀賞花卉的芍藥最早起源于中國(guó)，隨后世界各國(guó)在引入中國(guó)芍藥優(yōu)質(zhì)品種后進(jìn)行了育種，進(jìn)而形成了眾多廣泛栽植于各國(guó)的觀賞芍藥品種[4]。在過去的幾十年里，由于芍藥屬植物的藥用和食用價(jià)值日益突出，人們對(duì)其進(jìn)行了全面的植物化學(xué)調(diào)查和藥理活性分析。現(xiàn)代藥理研究表明，從芍藥屬植物中提取的有效物質(zhì)具有廣泛的生物活性，包括抗氧化、抗腫瘤、保護(hù)肝臟和神經(jīng)保護(hù)作用。特別是一些生物活性提取物和化合物(牡丹總苷、丹皮酚和芍藥苷)已被用作治療藥物或進(jìn)行臨床試驗(yàn)[5]。綜上可知，芍藥種質(zhì)資源豐富，分布范圍較廣，并且具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。中國(guó)是芍藥屬的起源中心，也是芍藥亞屬野生資源分布中心之一[6]。但現(xiàn)階段我國(guó)對(duì)芍藥資源的現(xiàn)狀分析及其開發(fā)潛力的研究報(bào)道較為缺乏，不利于本土野生芍藥資源的保護(hù)和利用[7]。此外，我國(guó)在芍藥新品種培育方面存在著品種單一，繁殖推廣范圍狹窄等問題。究其根本，是對(duì)其遺傳背景、親緣關(guān)系缺乏深入系統(tǒng)的研究[8]。

芍藥資源的保護(hù)及開發(fā)工作需要充足的品種分類資料提供理論基礎(chǔ)。通過遺傳多樣性的研究可以明確植物品種的進(jìn)化歷程，從而為植物的品種分類提供有效信息。表型分析是研究物種遺傳多樣性的傳統(tǒng)方法，可以直觀的展現(xiàn)種群的遺傳結(jié)構(gòu)[9]。此外，由于植物表型的呈現(xiàn)是其基因型與環(huán)境因子共同作用的結(jié)果，所以對(duì)其表型多樣性進(jìn)行分析后得到的研究結(jié)果更具綜合性與實(shí)用性[10]。表型變異分析作為植物種質(zhì)資源開發(fā)利用中最重要、最基本、最直觀、最不可缺少的方法之一[11],已經(jīng)在萱草屬(Hemerocallis)[12]、薔薇屬（Rose）[13]、百合屬（Lilium）[14]、菊屬（Dendranthema (DC.)Des Moul.）[15]和山茶屬（Camellia）[16]等具有觀賞價(jià)值的植物中廣泛應(yīng)用。牡丹與芍藥均屬于芍藥屬，并且牡丹種質(zhì)資源的分類較為明晰，相關(guān)研究手段可為芍藥品種的分類工作提供有效參考。許文婷[17]曾用聚類分析的方法對(duì)九種牡丹的性狀進(jìn)行分類，明確了供試牡丹間的親緣關(guān)系，為后續(xù)的育種工作提供了理論依據(jù)。此外，薩娜等[18]在芍藥屬親緣關(guān)系分析的研究中也指出了聚類分析的重要作用，其作用在于分析結(jié)果可明確品種間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近，指導(dǎo)雜交育種并提高育種效率。由此可見，對(duì)芍藥屬植物的表型性狀進(jìn)行聚類分析對(duì)其品種分類及雜交育種工作具有重要意義。

該研究旨在對(duì)42 種芍藥的表型性狀進(jìn)行聚類分析，以期為雜交育種親本選配提供理論依據(jù)。研究從芍藥植株的生長(zhǎng)習(xí)性、植株高度、花數(shù)量、花型、花徑、花色等二十九個(gè)表型性狀著手，于形態(tài)學(xué)水平上研究其遺傳多樣性。其中植株高度、花徑、植株生長(zhǎng)習(xí)性、復(fù)葉上表面顏色、小葉先端形狀、花蕾顏色、花色、花型以及花蕾綻口的有無(wú)這九個(gè)性狀最具有代表性，故對(duì)其進(jìn)行遺傳多樣性的分析。通過分析可以對(duì)每個(gè)品種芍藥的親緣關(guān)系進(jìn)行比較，常規(guī)來(lái)說(shuō)，親緣關(guān)系過近的品種雜交后代不一定具有雜種優(yōu)勢(shì)，而親緣關(guān)系過遠(yuǎn)的品種可能會(huì)雜交不成功，從而影響育種選種。本研究由于數(shù)據(jù)較多，也較為復(fù)雜，常規(guī)生物統(tǒng)計(jì)學(xué)方法未必能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，因此，本?shí)驗(yàn)使用SPSS Statistics25.0對(duì)42 個(gè)已開花的芍藥品種的表型性狀進(jìn)行聚類分析，以直觀地看出各個(gè)品種之間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近，從而更好地篩選親本。

2.材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用的42 個(gè)芍藥品種(見表1)來(lái)自于安徽省阜陽(yáng)市津科農(nóng)業(yè)科技有限公司的芍藥種植基地，其品種多樣，形態(tài)各異，具有研究意義。

2.2 田間實(shí)驗(yàn)

田間實(shí)驗(yàn)在安徽省阜陽(yáng)津科農(nóng)業(yè)科技有限公司的芍藥栽培基地進(jìn)行，隨機(jī)選取其中已經(jīng)開花的42 個(gè)品種，對(duì)下列9 個(gè)性狀分別進(jìn)行調(diào)查：植株高度、花徑、植株生長(zhǎng)習(xí)性、復(fù)葉上表面顏色、小葉先端形狀、花蕾顏色、花色、花型以及花蕾綻口的有無(wú)，將結(jié)果進(jìn)行歸納整理。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

2.3.1 表型性狀調(diào)查方法

利用測(cè)量的方法測(cè)出供試芍藥的植株高度和花徑的數(shù)據(jù)；通過觀察法確定供試芍藥的植株生長(zhǎng)習(xí)性、復(fù)葉上表面顏色、小葉先端形狀、花蕾顏色、花色、花型以及花蕾綻口的有無(wú)。

2.3.2 無(wú)量綱化方法

由于各個(gè)變量的單位和性質(zhì)均有所不同，故要將數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，即對(duì)分類變量用數(shù)字賦值，便于進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理以及聚類分析。植株生長(zhǎng)習(xí)性：1 直立型、2 半直立型、3 開展型；復(fù)葉上表面顏色：1 淺綠色、2 中等綠色、3 綠色；小葉先端形狀：1 銳尖、2 寬漸尖、3 窄漸尖、4 鈍尖；花蕾顏色：1 粉色、2 紫紅色、3 白色、4 綠色、5紫色、6 復(fù)色；花色：1 粉色、2 紫紅色、3 白色、4 紫色、5 紅色、6 復(fù)色、7 黃色；花型：1 金環(huán)型、2 繡球型、3 菊花型、4 托桂型、5 臺(tái)閣型、6 薔薇型、7 金蕊型、8 荷花型；花蕾綻口：1 有、0 無(wú)。植株高度和花徑屬于連續(xù)變量，可用SPSS Statistics25.0軟件直接進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

2.3.3 聚類分析方法

將處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)過正態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化處理，即平均值為0，方差為1。采用歐氏距離計(jì)算品種間的遺傳距離。聚類方法采用類平均法(組間聯(lián)接)，用SPSS Statistics25.0 對(duì)42 個(gè)已開花的芍藥品種植株高度、花徑、植株生長(zhǎng)習(xí)性、復(fù)葉上表面顏色、小葉先端形狀、花蕾顏色、花色、花型以及花蕾綻口的有無(wú)，9 個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析。

3.結(jié)果與分析

3.1 表型性狀調(diào)查表

將田間測(cè)量的數(shù)據(jù)歸納如表2 所示。

3.2 數(shù)據(jù)無(wú)量綱化表

將供試芍藥的7 個(gè)分類變量賦值后結(jié)果如下（表3）。

表3 芍藥農(nóng)藝性狀相關(guān)變量處理

3.3 聚類結(jié)果分析

由系統(tǒng)聚類分析圖可知，42 種供試芍藥品種來(lái)源復(fù)雜。如圖1，從遺傳距離為20 處取一結(jié)合線，可將供試芍藥品種分為五大類群，第Ⅰ類：名人、X227、珊瑚魅力、X135、89、玲瓏玉、圣誕紫、胭脂點(diǎn)玉、朱砂判、奇花露霜、紫繡球、禮紅、X113、X120、X139、X308、變幻莫測(cè)、X225、X207、X187；第Ⅱ類：歐文斯上校、美國(guó)小姐；第Ⅲ類：X235、X219、129、X134、高稈紫、86、湖水蕩霞、X144；第Ⅳ類：182、X290；第Ⅴ類：蘿蕾萊、X174、195、282、檸檬莎、趙園粉、金大紅、X273、皮特布朗、神圣之靈。該劃分結(jié)果為雜交育種親本選配提供了理論依據(jù)。

圖1 利用農(nóng)藝性狀分析的品種聚類圖

4.討論

遺傳多樣性是物種適應(yīng)環(huán)境的體現(xiàn)[19]，一個(gè)物種的遺傳變異越豐富對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)也就越強(qiáng)[20]，而對(duì)于遺傳多樣性的研究有助于明確種群的遺傳結(jié)構(gòu)與變異程度[21]。植物的遺傳多樣性可以在不同層次上進(jìn)行研究，常用的標(biāo)記方法有形態(tài)標(biāo)記、細(xì)胞標(biāo)記、生化標(biāo)記與分子標(biāo)記[22]。本文在形態(tài)學(xué)層次上對(duì)不同芍藥品種的親緣關(guān)系進(jìn)行分析，其分析結(jié)果可作為雜交育種的理論依據(jù)。此外，芍藥的表型性狀與其觀賞價(jià)值緊密聯(lián)系，對(duì)不同芍藥品種進(jìn)行表型多樣性分析可以明確不同性狀與其市場(chǎng)價(jià)值之間的關(guān)系，因此芍藥的表觀多樣性分析具有實(shí)用性。對(duì)于品種分類而言，芍藥屬植物的形態(tài)學(xué)研究與分子標(biāo)記在分類結(jié)果上基本一致，只是在小的分支上存在著較小的差異[23]。綜上可知，芍藥的表型多樣性分析能夠提供可靠的分類信息，在相關(guān)實(shí)驗(yàn)的開展方面也較易實(shí)現(xiàn)，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)得出具有指導(dǎo)意義的結(jié)果。形態(tài)學(xué)層次上的研究可以為芍藥品種的分類及育種提供初步的理論支撐，而后續(xù)的深入研究則需要引入新的研究手段，繼而將不同層次與研究方向上的結(jié)果進(jìn)行聯(lián)系，綜合分析后得出更為細(xì)致的研究結(jié)果。

芍藥遺傳多樣性的研究方法多樣，除本文應(yīng)用的形態(tài)學(xué)層面的表型分析之外，細(xì)胞學(xué)水平上的核型分析、生理生化水平上的同工酶及蛋白質(zhì)標(biāo)記和分子水平上的DNA 分子標(biāo)記均被廣泛應(yīng)用于研究之中。目前分子層面的標(biāo)記技術(shù)是熱門的研究手段，應(yīng)用較多的有RFLP、RAPD、AFLP、ISSR、SSR等標(biāo)記技術(shù)。RFLP 標(biāo)記結(jié)果穩(wěn)定、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，但其實(shí)驗(yàn)操作較為困難且具有一定的危險(xiǎn)性[24]。RAPD 標(biāo)記則克服了RFLP 標(biāo)記的缺點(diǎn)，在相關(guān)實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)出了材料不受限且操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，張敏[25]對(duì)于赤芍遺傳多樣性的研究中說(shuō)明了RAPD 是一種高效且標(biāo)記簡(jiǎn)單的研究手段。AFLP 標(biāo)記集合了上述兩種標(biāo)記方法的優(yōu)點(diǎn)，具有結(jié)果穩(wěn)定、操作快捷且多態(tài)性高等特點(diǎn)，該方法自報(bào)道后得到了廣泛的應(yīng)用，例如胡文清等[26]曾采用AFLP 標(biāo)記對(duì)芍藥野生父系進(jìn)行遺傳多樣性的研究，明確了供試芍藥的遺傳多樣性水平。ISSR 標(biāo)記同樣具有穩(wěn)定性好、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，并且實(shí)驗(yàn)成本較低且供試材料的DNA 需求量少，因此該技術(shù)成為近年來(lái)常用的研究方法。孫曉梅等[27]采用ISSR 標(biāo)記對(duì)供試芍藥屬材料進(jìn)行了親緣關(guān)系分析，為其后的育種工作提供了有力依據(jù)。SSR 標(biāo)記具有共顯性的特點(diǎn)，基因組中豐度較高，操作快捷且對(duì)供試材料的DNA 要求較低，因此被稱為第二代群體遺傳學(xué)研究的標(biāo)記[28]。何丹等[29]利用SSR 標(biāo)記對(duì)供試芍藥進(jìn)行遺傳多樣性分析，其研究結(jié)果說(shuō)明了該標(biāo)記技術(shù)可輔助芍藥的育種工作。目前，對(duì)于芍藥的遺傳多樣性分析通常在多水平上展開，并綜合多種研究方法以獲取更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，而后將不同研究角度的結(jié)果進(jìn)行聯(lián)系，以此明晰不同芍藥品種的親緣關(guān)系，為芍藥種質(zhì)資源的開發(fā)及利用提供理論基礎(chǔ)。作為傳統(tǒng)研究方法的表觀多樣性分析雖然較深層次的研究技術(shù)而言較為簡(jiǎn)單，但其研究結(jié)果所具有的綜合性與實(shí)驗(yàn)性使得該方法沿用至今。此外，這一傳統(tǒng)的研究方法隨著技術(shù)手段的成熟得到了發(fā)展，例如吳芳芳等[30]運(yùn)用色彩模型對(duì)牡丹和芍藥的花色進(jìn)行定量分析為芍藥屬植物的育種及分類提供了參考依據(jù)，其中對(duì)于花色這一性狀的細(xì)致化處理方式為之后的表型多樣性研究提供了新的思路，即通過精準(zhǔn)的測(cè)定設(shè)備可減少客觀因素的干擾使研究結(jié)果更具有參考性。

芍藥具有觀賞價(jià)值、科研價(jià)值與藥用價(jià)值，就觀賞價(jià)值而言，紛繁奪目的芍藥品種更受市場(chǎng)歡迎。利用不同品種間的雜交，可將每個(gè)品種的優(yōu)勢(shì)聚集在一起，從而獲得優(yōu)良的新品種。但目前我國(guó)的芍藥種質(zhì)資源面臨著遺傳背景模糊、親緣關(guān)系不明確等問題，阻礙了該資源的開發(fā)與利用。本實(shí)驗(yàn)以阜陽(yáng)市潁東區(qū)芍藥種植基地的42 個(gè)芍藥品種為供試材料，在形態(tài)學(xué)水平上對(duì)其進(jìn)行遺傳多樣性分析，即根據(jù)選定的9 個(gè)表型性狀，對(duì)42 個(gè)芍藥品種進(jìn)行系統(tǒng)聚類，從而在系統(tǒng)聚類圖上呈現(xiàn)出各個(gè)品種間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近，隨后通過歐氏距離計(jì)算品種間的遺傳距離，將供試芍藥分為五大類群，該結(jié)果明確了供試芍藥間的親緣關(guān)系，并可為之后雜交育種的親本選配提供充實(shí)的理論依據(jù)。