
DOI: 10.11931/guihaia.gxzw202404022
中圖分類號:Q949 文獻標識碼:A 文章編號:1000-3142(2025)04-0741-20
Comprehensive analysis and evaluation of phenotypic genetic diversity of Bougainvillea varieties
YUShujun,CEN Ruobang,LIU Jiamei,JING Yanzhi,LI Meifen, FENG Yiqi, HUANG Jiuxiang
(South China Agricultural University,Guangzhou51O642,China)
Abstract:Inordertoprovideascientificreferencefortheinnovativeutilizationandbreedingofnewvarietiesof Bougainvillea germplasm resources,this study took 10o Bougainvilea varieties as the researchobject,observed 7 quantitative traitsand13qualitativetraits,anduseddataanalysis methodssuchascoefficientofvariation,quantitative classification,geneticdiversity index,correlationanalysis,principalcomponentanalysis and Q-type clusteranalysis to comprehensivelyanalyzeand evaluate the phenotypic genetic diversityof the tested Bougainvilea varieties.The results were as follows:(1) The variation of within the varieties of the seven quantitative traits was 7 . 5 2 % - 2 9 . 2 7 % ,of which two were less than 10 % ,three were between 1 0 % - 2 0 % ,and two were greater than 2 0 % ;the variation of between varieties was 2 0 . 1 5 % - 4 1 . 0 8 % ,all of which were greater than 20 % . This showed that the variation of the quantitative traits of Bougainvilea withinthevarietieswasatamediumlevel,whilethevariation between varieties wasatahigh level.It was more likely tousethedifferenceinquantitative traits betweenvarieties toidentifyvarieties.(2)The probability clasificationmethod wasmorescientificandreasonable thanthetraditional equidistanceclassification method,makingitmoresuitableforthequantitativetraitclassificationinthisstudy.(3)Thegeneticdiversity indexesof the sevenquantitativetraits wereallgreater than1.OO;the geneticdiversity indexes ofthe13 qualitative traitsranged fromO.08to2.74,of which the diversityidexes of eight qualitative traits were greater than1.Oo.This indicatedthat the overall genetic diversity level of Bougainvileaphenotypes washigh.(4)Principalcomponent analysiscouldsimplify the 2O phenotypic traits into eight principal component factors,with a cumulative contribution rate of 7 8 . 6 8 9 % . The first principalcomponent wasdetermined byleaf width,leaf length,and petiole length,indicating that thequantitative traits of leaves were the main trait indicators for distinguishing Bougainvillea varieties.(5)Q-type cluster analysismainly divided 10o Bougainvillea variety resources into fourcategoriesbasedon the sizeof leaves andbracts.Inconclusion, Bougainvileaphenotypic genetic diversitylevel was higher,leavesandbracts were themain indicators of Bougaivilea varieties,usingscientificandreasonableprobabilitygradingmethodatthesametime,toidentifyvarietiesand germplasm innovation and breeding has important significance.
Key words:Bougainvillea,germplasmresources,phenotypic diversity,quantitative traits,qualitative traits
三角梅(BougainvilleaComm.exJuss.)是紫茉莉科(Nyctaginaceae)常綠藤本灌木花卉,又名葉子花、杜鵑、九重葛、三角花和紙巾花(梧桐,2021)。三角梅歷史悠久且經過長期的雜交選育,品種資源極為豐富。我國唯一的國家級三角梅種質資源庫一廈門市園林植物園,現保存有從國內外引種的6個種群的三角梅品種約450個(翁向英等,2022)。
品種的識別主要基于表型特征和農藝性狀,包括數量性狀和質量性狀,表型性狀的遺傳多樣性研究是形態(tài)學研究的一部分。表型性狀研究是植物種質資源遺傳多樣性最基礎且直觀的研究方法,同時也是優(yōu)良品種選育的前提(沈甲誠等,2022)。了解種質資源多樣性水平對優(yōu)良種質的篩選、鑒定與新品種選育且具有重要作用(Stepanskyetal.,2006)。目前,基于表型性狀的多樣性研究廣泛用于農作物方面,包括豆類(Monika etal.,2022)、蔬菜(Rosaetal.,2022;Joanetal.,2023)和水果(Yuetal.,2022;Olawaleetal.,2022)等。在花卉方面,表型性狀多樣性研究以蘭科植物應用最多(Lelesetal.,2015;Sandaletal.,2018;Ebrahimietal.,2020;Trávniceketal.,2021;Bateman,2021;Joffardetal.,2022),其次是菊科(Dheepa et al.,2O16;Miler amp; Jedrzejczyk,2018;Yuan et al.,2019;Haider etal.,2021;Liuamp;Anderson,2022),皆是花卉中著名的物種極為豐富的科屬,表型性狀變化多樣且具有重要研究價值。此外,在其他觀賞植物中如月季(Islam,2013;Fanourakisetal.,202O)、百合(Wangetal.,2016)等也有應用,然而關于三角梅的表型性狀多樣性研究鮮有報道。在2022年以前,關于三角梅的表型多樣性僅有楊珺等(2016)和陳熾爭(2017)進行了相關研究,但前者的樣本量少,僅22個品種,后者的樣本品種雖多,達124個,但僅從探討親緣關系的角度進行了聚類分析,并未將重點放在表型性狀的多樣性分析。此后期間關于該領域的研究基本空白,直到2022年,開始有學者將目光放到三角梅的表型多樣性研究上。沈甲誠等(2022)和宗亦臣等(2022)分別對100份和52份三角梅種質資源進行了研究,兩者皆采用了變異系數、遺傳多樣性指數、相關性分析、主成分分析和聚類分析的方法對供試材料的表型遺傳多樣性進行了探討,得出的結果基本一致,即三角梅具有較為豐富的表型遺傳多樣性。
性狀的表現是環(huán)境與基因共同作用的結果,這些性狀不僅反映了遺傳背景的差異,而且在不同環(huán)境的影響下可能還會導致種質的表型出現差異(Weietal.,2016)。三角梅品種多為二倍體,基因組復雜,其豐富的品種資源是基因調控下的展現(Changetal.,2021)。Huang等(2022)以苞片的表型特征為出發(fā)點,基于轉錄組對18個同屬光葉種的三角梅品種進行了親緣關系和苞片顏色變化的調控基因的研究,結果表明進化樹主要依據苞片形狀分為了3類,第1類以窄卵形苞片為主,第2類以卵形苞片為主,第3類以近圓形苞片為主,發(fā)現光葉三角梅的聚類與苞片顏色沒有直接關系。這與陳熾爭(2017)分析得出苞片顏色不適合作為三角梅分類依據的結論一致。將表型性狀具體量化,再利用相關性分析、主成分分析和聚類分析等數據分析手段對種質資源的表型多樣性進行綜合評價,可以降低主觀因素的干擾,提高客觀性和準確性。表型性狀評價不僅是種質資源鑒定和保護的重要環(huán)節(jié),而且還對農藝性狀綜合潛力的開發(fā)和育種工作起到重要作用(Scarano etal.,2014)。
本研究以100個三角梅品種的表型性狀包括數量性狀和質量性狀的變異和多樣性程度進行研究分析,采用相關性分析和主成分分析方法,通過研究不同性狀之間的相關性和重要性,擬探討以下問題:(1)篩選出能夠評價三角梅種質育種價值和作為三角梅分類標準的性狀指標;(2)以性狀指標為依據將三角梅品種資源進行聚類和綜合評價;(3)為三角梅的選育工作奠定理論基礎,提高三角梅新品種的選育質量,從而促進種質資源創(chuàng)新研究;(4)為后續(xù)三角梅品種的保護、利用和推廣提供參考。
1材料與方法
1.1實驗材料和表型性狀的選取與編碼
試驗的品種材料來自廣州明揚三角梅園和福建省漳州市龍海區(qū)勤緣三角梅專業(yè)合作社,共計
100份(表1)均保存于華南農業(yè)大學園藝實驗基地花圃(
,每份材料 3 ~ 5株,均為3年生規(guī)格大小基本統(tǒng)一的盆栽扦插苗。所有盆栽植株均放置于四周通風的防雨大棚內進行統(tǒng)一管理。
表型性狀參考了國際植物新品種保護聯盟制定的三角梅DUS測試指南(UPOV,2011)和我國林業(yè)行業(yè)標準《植物新品種特異性、一致性、穩(wěn)定性測試指南-葉子花屬(LY/T3206—2020)》(張川紅等,2020),以三角梅的葉部和花部特征為主,記錄了100份三角梅品種資源的20個表型性狀,其中數量性狀7個,質量性狀13個,除了葉緣內卷、花被管基部膨大情況2個性狀外的調查性狀在三角梅DUS測試指南中均有列出(表2)。
1.2數據采集和測量方法
數量性狀使用電子數顯游標卡尺(精確度
)測取數據。每份材料隨機抽取3棵生長健康且開花正常的樣株,在開花期從各樣株中隨機選擇5根枝條,每根枝條選測4個節(jié)間長度(枝刺之間的距離);選擇5個花序測量花序梗長度(從枝條芽點到距離最近的花朵分支處),每個花序選擇4朵花測量每個苞片的長度和寬度(以最遠距離和最寬處為準);選擇20片葉測量葉片長度、寬度和葉柄長度。各數量性狀皆應選擇當年生的成熟枝條、葉片和花朵進行測量,記錄數據并統(tǒng)計所需性狀信息。株型等質量性狀主要以觀察植物的生長習性,注意莖干和分枝的角度;使用工具測量植物的高度、莖粗以及分枝角度;將測量結果與已知的株型標準進行比較判定,具體判定標準參照三角梅DUS測試指南。苞片顏色使用英國皇家園藝學會(RHS)比色卡進行顏色比對和編碼記錄。
1.3數據處理和分析方法
變異系數:使用Matlab軟件對原始數據進行統(tǒng)計分析,計算單個品種每個數量性狀的平均值
、標準差(s)和變異系數 ( C V ) ,再計算在每個數量性狀中所有單個品種的變異系數的平均值,即為該數量性狀的品種內變異系數(鐘海豐等,2020)。變異系數的計算公式如下:
多樣性指數:遺傳多樣性指數采用香農-維納多樣性指數
表示,其公式如下:

表1100份三角梅中文名和學名及品種編號


表2三角梅表型性狀及編碼情況

式中:ln為自然對數;
為某一性狀中第 i 級別的相對頻率(該級別內品種數量占總品種數量的百分比)。
數量性狀分級:本研究嘗試用2種分級方法對數量性狀進行分級。一是等距離分級,根據平均值
和標準差 ( s ) 將所有數量性狀分為10級,每兩級之間相差0.5s,即1級
級
級
級
0 . 5 s ? 5 級
級
級
、
級
級
級 
2s(張斌斌等,2021;魏曉羽等,2022);二是概率分級,采用單樣本K-S檢驗法對所有數量性狀進行正態(tài)性檢驗,以正態(tài)Q-Q圖和卡方檢驗作為補充檢驗方法,對符合正態(tài)分布的數量性狀按照(
1 . 2 8 1 8 s )、(
)、(
、(
1 . 2 8 1 8 s ) 4 個分點分為5級,使得1\~5級出現的概率分別為 10 % ) 20 % 、 4 0 % 、 2 0 % 和 10 % (楊俊霞和郭寶林,1998;劉平等,2003;楊波等,2021)。根據相應區(qū)間的品種數量分布,可計算各性狀不同級別的相對頻率,并進一步計算遺傳多樣性指數。
相關性分析:采用Pearson算法對所有性狀進行相關性分析,利用R語言4.2.1軟件繪制相關性熱圖。
主成分分析:利用SPSS24.0軟件的降維因子分析方式,對20個表型數據進行整合,利用主成分分析法提取出能夠合理反映這些性狀數據共性的公因子即主成分,并得到每一主成分的貢獻率和成分矩陣,從而解釋主成分所包含的性狀內容和意義。
主成分綜合得分:根據各性狀在主成分中的成分得分系數和標準化數據,計算每個三角梅品種的各個公因子得分(
公因子序號),并將旋轉后的各公因子占總公因子方差貢獻率的比重作為權重系數(劉攀和馮長煥,2017;丁麗萍等,2020),得到能夠全面衡量三角梅表型多樣性的綜合評價指標,最終計算出100份三角梅品種資源的綜合得分值 ( F ) ,其公式如下:

式中:
表示第 i 個主成分的方差貢獻率; U 表示累積貢獻率即總貢獻率。
聚類分析:對100個三角梅品種進行Q型聚類分析,以歐式距離為度量標準。一般在樣本數不多的情況下,聚類分析結果常用矩形樹狀圖展示,但本研究的樣本數量較多,矩形樹狀圖會顯得冗長繁重,不利于直觀和美觀地展示結果,因此本文利用R語言ggtree軟件包繪制圓形樹狀圖。
2 結果與分析
2.1三角梅數量性狀的變異情況
變異系數小于 10 % 表示樣本間變異程度較小, 10 % ~ 2 0 % 表示變異程度中等,大于 20 % 則表示變異程度較高,說明該性狀具有顯著的差異性(呂偉等,2021;張斌斌等,2021)。對100份三角梅品種資源的數量性狀數據進行統(tǒng)計分析(表3)。從品種內變異系數來看,除了苞片長度和苞片寬度,其余數量性狀的變異系數均大于 10 % ,并且葉柄長度和花序梗長度的變異系數在 20 % 以上,說明這2個性狀在品種內的穩(wěn)定性較差,容易受環(huán)境因素影響產生變異。從品種間變異系數來看,本研究中100份三角梅品種資源的7個數量性狀的變異系數皆超過 20 % ,說明三角梅品種間的表型差異顯著,利用數量性狀鑒別品種的可能性較大(王力榮等,2005),并且反映了三角梅的遺傳變異程度較高。
根據表3結果可知,三角梅各數量性狀在品種內的變異范圍為 7 . 5 2 % ~ 2 9 . 2 7 % ,其中變異系數最大的是花序梗長度,變異系數最小的是苞片長度;品種間的變異范圍為 2 0 . 1 5 % ~ 4 1 . 0 8 % 且其變異系數最大和最小的性狀和品種內的一樣。將數量性狀按品種內、品種外變異系數從大到小進行排序對比,除了枝條節(jié)間長度和葉柄長度的排序位置不一樣外,其他數量性狀的排序位置均相同,因此可推測三角梅品種內的變異程度和品種間的變異程度具有一定的相關性,而且利用花序梗長度、枝條節(jié)間長度和葉柄長度可以很好地顯示品種間和品種內的差異。每個數量性狀的品種間變異系數都比品種內變異系數高,這與鐘海豐等(2020)對蝴蝶蘭種質資源的變異情況研究結果一致。
2.2三角梅質量性狀的多樣性指數
遺傳多樣性指數是直接反映種質資源多樣性的重要指標(Petruccellietal.,2013),并且與變異系數之間不存在相關性(呂偉等,2020)。由表4可知,質量性狀的多樣性指數變幅為 0 . 0 8 ~ 2 . 7 4 ,其中苞片顏色的多樣性指數最高,表現出較高的離散程度,揭示了三角梅的苞片顏色蘊藏著很大的遺傳變異潛力。在13個質量性狀中,有8個多樣性指數大于1.00,說明三角梅的多數質量性狀具有較高的遺傳多樣性;小于1.00的多樣性指數有5個,分別為葉片主色、葉緣波狀、葉緣內卷、苞片類型和苞片次色分布,這些性狀的瀕率分布相對集中,離散程度低,尤其是葉緣內卷的多樣性指數僅為0.08。由于100個品種里面只有1個品種(編號為C98)的葉緣內卷,說明該表型很少見,特異性較強。總體而言,三角梅13個質量性狀的遺傳多樣指數平均值為1.25,處于中等偏高水平,但不同性狀之間的多樣性水平相差較大。
表3三角梅數量性狀的變異情況


2.3三角梅數量性狀的分級與多樣性指數
2.3.1等距離分級法等距離分級是一種較常用的數量分級方法,該方法將數據分為間隔相等的10個區(qū)間,表5為本研究各個數量性狀按照等距離分級計算出來的分值點,從而將每個數量性狀分為10級并得到表6的頻率分布和多樣性指數結果。由表5可知,本研究的各數量性狀通過等距離分級得到的遺傳多樣性指數范圍為 2 . 8 5 ~ 2 . 9 7 ,比所有質量性狀的多樣性指數都要高。這與張斌斌等(2021)對觀賞桃種質資源及沈甲誠等(2022)和宗亦臣等(2022)對三角梅種質資源的數量性狀進行等距離分級后計算出來的多樣性指數情況一致,即數量性狀的多樣性指數與質量性狀相比總體偏高,但張葉等(2021)和魏曉羽等(2022)對蘭科植物采用等距離分級而計算出來的數量性狀多樣性指數卻與質量性狀相近。從頻率分布來看,花序梗長度在1級區(qū)間的品種數量為0,因此可認為,本研究的數量性狀數據采用等距離分級存在一定的不合理性,故選擇使用概率分級再次進行分級嘗試。
2.3.2概率分級法進行概率分級前,對數據進行正態(tài)性檢驗,當樣本數量大于50時傾向于使用K-S檢驗法,根據K-S假設,只有當Sig值 gt; 0 . 0 5 時,性狀符合正態(tài)分布(劉孟軍,1992)。由表7可知,7個數量性狀里僅花序梗長度的Sig值 lt; 0 . 0 5 ,因此對花序梗長度這一性狀再采用正態(tài)Q-Q圖和卡方檢驗法進行判斷。
如圖1所示,花序梗長度的數據點與理論直線(即對角線)基本重合且經卡方檢驗,其 s i g 值為1.000,符合卡方分布(鐘海豐等,2020)。因此,本研究所觀測的7個數量性狀均符合正態(tài)分布。將各數量性狀按照 1 0 % , 2 0 % , 4 0 % , 2 0 % 和 10 % 的概率分為5級,分別代表極少、少、中、多、極多的數量分布區(qū)間,計算分值點(表8),確定每個分級的取值范圍,最終得到三角梅各個數量性狀經概率分級后的相對頻率和多樣性指數(表9)。
由表9可知,本研究的100份三角梅品種資源利用概率分級得到的多樣性指數范圍為 1 . 9 9 ~ 2.18。與等距離分級相比,數量性狀經概率分級的多樣性指數會更加接近質量性狀,沒有出現虛高現象,并且各性狀的每個級別范圍都有品種數量分布,沒有出現空白區(qū)間,因此認為概率分級比等距離分級更加適合本研究中的數量性狀分級。另外,表6顯示等距離分級法中多樣性指數最高的性狀是葉片寬度,最低的是枝條節(jié)間長度;而表9表明概率分級法中多樣性指數最高的是花序梗長度,最低的性狀有2個,分別是葉柄長度和苞片長度,結果相差較大。共同點在于,無論采用何種分級方式,得到的各數量性狀的多樣性指數都處在比較集中的范圍且均大于1,說明三角梅的數量性狀顯示出較高的遺傳多樣性。
表5三角梅數量性狀等距離分級的分值點


表7三角梅數量性狀的K-S正態(tài)性檢驗

2.4三角梅表型性狀的相關性分析
通過相關性分析發(fā)現,三角梅的許多表型之間存在顯著相關性(圖2)。就數量性狀而言,本研究測量的7個數量性狀之間均互為極顯著或顯著正相關,與沈甲誠等(2022)對三角梅的9個數量性狀進行相關性分析的結果基本一致。就質量性狀而言,極顯著正相關方面如下:P8與P17表明直立型品種常為平直的苞片,典型的有塔類,半直立株型兼外展苞片是三角梅的普遍表型;P9與P20表明葉片呈橢圓形的多數光葉子花類品種的花被管膨大相對明顯;P14與P10,P13與P10、P11說明葉緣表型和葉片顏色有著密切聯系。顯著正相關方面如下:P11與P16表示葉片次色越深的品種苞片更接近圓形,如葉片帶暗斑的品種的苞片多為闊卵形;P14與P17表明葉緣和苞片都內卷,如品種‘C98’。另外,P8與P9呈顯著負相關,與P20呈極顯著負相關,說明株型越張開的品種葉片越窄、花被管越細,如雀類品種;P9與P10互為極顯著負相關,與P13呈顯著負相關,表示葉片越圓的品種趨向于更淺的葉色和平整的葉緣;P15與P16呈顯著負相關,與P20呈極顯著負相關,原因是重瓣品種的苞片相對窄且花被管已退化消失;P17與P20呈極顯著負相關,說明苞片平直的品種其花被管基部膨大相對明顯。

表8三角梅數量性狀概率分級的分值點

表9概率分級法的相對頻率和多樣性指數


表示顯著相關(
);
表示極顯著相關( P lt; 0.01)。
*indicates significant correlation(
;
indicatesextremelysignificantcorrelation Plt;0 . 0 1 )
就數量性狀與質量性狀相互比較而言,具體如下:P8、P12、P18、P19這4個質量性狀與所有數量性狀都沒有顯著關系;P9與P1、P5、P7呈極顯著正相關,與P6呈顯著正相關,表明葉片越圓的品種枝節(jié)越長、花序梗越長且苞片越大;P11與P7呈顯著正相關,說明帶黃綠色暗斑的品種的苞片偏圓;P16與P7呈極顯著正相關,P17與P1呈極顯著正相關,以及與P5呈顯著正相關,說明苞片平直品種的枝節(jié)和花序都相對緊湊;P20與P6呈極顯著正相關,與P3呈顯著負相關,說明葉片窄、苞片長的品種的花被管腫脹會更明顯;P15與P3呈極顯著正相關,與P6、P7呈極顯著負相關,表示重苞品種的葉片多為闊卵形且苞片因聚集而偏小;P10與P2、P3呈顯著負相關,與P6、P7呈極顯著負相關,說明葉片呈灰綠色的蝶類品種其葉片為披針形,苞片為窄卵形,葉片和苞片都相對窄小;P13與P2、P3呈極顯著負相關,與P5呈顯著負相關,說明葉片越小、花序梗越短的品種葉緣帶褶皺的可能性更大;P14與P3、P7呈顯著負相關,說明葉片偏短、苞片偏窄的品種出現葉緣內卷的可能性更大。
2.5三角梅表型性狀的主成分分析
借助SPSS軟件對20個表型性狀進行主成分分析,基于特征值大于1的原則篩選出8個主成分,累計貢獻率達 7 8 . 6 8 9 % (表10),可以代表三角梅性狀的絕大部分信息,其中特征值表示主成分影響力度的大小,貢獻率表示主成分對原始變量即三角梅性狀的解釋程度。

根據特征向量分量的絕對值可知每個主成分中各性狀的載荷程度(宗亦臣等,2022)。由表11可知,第1主成分是最重要的主成分,其特征值為2.869,貢獻率達 1 4 . 3 4 6 % ,其中P2、P3、P4的特征向量絕對值位列前茅,說明第1主成分主要由這些性狀決定;同理,第2主成分主要由P6、P7、P15和P20決定;第3主成分主要由P1、P5和P9決定;第4主成分主要由P11和P12決定;第5主成分主要由P8和P17決定;第6主成分主要由P10、P13和P14決定;第7主成分主要P18和P19決定;第8主成分主要由P16決定。綜上認為,花葉大小等數量性狀是影響本研究三角梅品種表型差異的主要因素,而花葉顏色和形狀等質量性狀相對來說影響較小。
2.6三角梅品種資源的綜合評價
將表12中的主成分得分系數和標準化后的表型性狀數據
代入每個主成分得分公式,可得到8個主成分的各自得分(
,
,最后算出總得分即三角梅品種的主成分綜合得分 F 值。8個主成分得分的計算公式原理相似,第1主成分如下:

表11三角梅性狀各因子成分矩陣

(20號
1(20號
。同理分別計算其他7個主成分得分 F 值。
計算出100個三角梅品種的8個主成分得分。如圖3所示,第1主成分得分最高的品種是C45,第2主成分得分最高的是C13,第3主成分得分最高的是C2,第4主成分得分最高的是C49,第5主成分得分最高的是C11,第6主成分得分最高的是C98,第7主成分得分最高的是C54,第8主成分得分最高的是C63。最后根據各主成分的貢獻率計算權重系數,將8個主成分得分代人公式中,得到三角梅品種的綜合得分值,其公式如下:
0.097
(204號
(20號
(24
經計算,100個三角梅品種的綜合得分值變化范圍為
,其中排名前十位的品種分別是 C45、C98、C87、C95、C1、C22、C94、C7、C23和C67,排名最后十位的品種分別是C29、C56、C74、C43、C35、C8、C31、C30、C28 和C32(圖4)。
本研究中的主成分綜合得分值是三角梅特異性狀豐富性或顯著性的綜合體現,排名并非評價三角梅品質好壞的標準,而是對特異性狀聚集程度的反映(魏曉羽等,2022)。根據主成分得分和綜合得分排名,可以為特異性狀的識別和育種親本的選擇提供參考依據,從而定向篩選三角梅品種進行雜交育種,提高后續(xù)優(yōu)良種質的選育效率。C45是本次100份三角梅品種資源中葉片寬度和葉柄長度的平均值都是最大的品種,而這2個性狀指標正好是決定第1主成分得分的主要性狀,因此該品種的第1主成分得分和綜合得分皆排名第一。雖然C98僅在第6主成分中排名第一且在其余主成分中的得分排名普遍偏低,但在最終的綜合得分中依然能排名第二,驗證了該品種的表型性狀特異程度較高,是觀賞價值較高的品種。
表12各主成分得分的系數矩陣

排名最后十位的品種主要是重瓣類和塔類等花葉、枝條較為緊湊的品種,并且本研究中所有的塔類品種均位列最后,說明塔類是特異性狀聚集程度最低的一類品種。
2.7三角梅品種資源的聚類分析
根據20個表型性狀數據對100份三角梅品種資源進行Q型聚類分析,采用歐式距離和Complete法,將其分為4大類群(圖5),并計算每個類群占總資源的比例,按照每個類群中品種的主要表型特征命名該類群(圖6)。
根據圖5和圖6可知,第I類群包含C2、C3、C7、C15、C16、C17、C18、C20、C21、C24、C29、C33、C34、C35、C37、C39、C42、C43、C44、C47、C48、C49、C53、C54、C55、C56、C57、C58、C59、C60、C61、C62、C66、C67、C70、C71、C73、C74、C77、C82、C83、C84、C85、C87、C88、C89、C90、C91、C92、C93、C94、C95、C96共53個品種,占了本研究中三角梅總資源的大部分,該類群涵蓋了所有的重瓣品種、維拉系列、灑金葉類、蝶類和大部分復色系苞片的品種,多為植株和花葉大小中等的常見品種;第Ⅱ類群包含C1、C6、C13、C45共4個品種,是品種數量最少的類群,該類群皆為花大葉大、枝條粗壯、生長勢強且表型多樣性綜合得分較高的品種;第Ⅲ類群包含C4、C5、C9、C10、C11、C12、C14、C19、C22、C23、C25、C26、C27、C36、C38、C40、C41、C46、C50、C51、C52、C63、C64、C65、C69、C72、C75、C76、C78、C79、C80、C81、C86、C99、C100共35個品種,涵蓋了大部分的伊娃系列、桑巴系列、斑葉類、異葉類和所有的雀類品種,該類群多為枝條細軟且花量大的品種,容易打造飄枝、垂吊和花墻的造型效果;第V類群包含C8、C28、C30、C31、C32、C68、C97、C98共8個品種,該類群多為植株相對矮小緊湊、花小葉小的品種,涵蓋了所有塔類和苞片內卷的品種。


3討論與結論
對植物表型性狀的遺傳多樣性進行分析,是合理利用植物種質資源和創(chuàng)制新種質的前提和基礎。本研究的100個三角梅品種的來源和遺傳背景各不相同,對其20個表型性狀進行多樣性分析,結果說明供試的三角梅品種資源的表型多樣性總體較為豐富,可為三角梅種質創(chuàng)新和新品種選育提供類型廣泛的種質材料。各數量性狀的品種間變異系數變化范圍為 2 0 . 1 5 % ~ 4 1 . 0 8 % ,表明三角梅種質資源在枝葉和花部相關數量性狀均存在豐富的多樣性,其中花序梗長度的變異系數最高。性狀變異是物種進化和新物種形成的前提(王述民等,2011),三角梅各數量性狀的變異系數較高,說明在進化過程中具有環(huán)境可塑性(楊雷等,2007)。
DUS測試指南是目前我國育種評價、新品種保護和作物品種管理的重要理論方法和技術支撐(Dengamp;Han,2019)。數量性狀的分級標準是評價種質資源和開展DUS測試的重要內容(褚云霞等,2015),三角梅的數量性狀穩(wěn)定性較差,容易受到環(huán)境的影響,因此很有必要對數量性狀的分級標準進行分析。本文通過研究三角梅7個主要數量性狀的變異情況與分布規(guī)律,應用概率分級理論,初步探索了三角梅種質資源的數量性狀分級標準,下一步應繼續(xù)探討概率分級法應用于三角梅DUS測試實踐中數量性狀分級的可行性,建立科學有效的評價與分級體系,從而為三角梅種質資源的描述規(guī)范、綜合評價與創(chuàng)新利用提供參考。

本研究分析了三角梅20個表型之間的相關性,結果表明供試三角梅的所有數量性狀之間、部分質量性狀之間、部分數量性狀與部分質量性狀之間均存在著不同程度的顯著相關性,說明三角梅性狀之間相互影響和相互制約,因此在今后的選育工作中不能只簡單地考慮某一性狀的提高,而是應該根據不同的育種目標來綜合考慮各性狀之間的聯系。主成分分析發(fā)現,第1主成分主要由葉片長度、葉片寬度和葉柄長度決定,第2主成分主要由苞片長度、苞片寬度、苞片類型和花被管基部膨大情況決定。由此可見,三角梅葉部和花部的數量性狀是造成品種間差異的主要因素,并攜帶了三角梅表型性狀的大部分遺傳信息。主成分綜合得分排名前10的品種具有兩類特點,一類是葉片和苞片較大,包括C1、C7、C45和C67,另一類是葉片和苞片的形狀或顏色比較獨特,包括C98的內卷葉片和苞片,C87的雙色苞片和帶有不規(guī)則黃金斑塊的葉片,C94和C95的金心葉片和雙色苞片,C22和C23的異葉。這說明葉片和苞片性狀是三角梅品種分類和新品種選育的最主要標準和依據,與20個表型性狀的主成分分析結果一致。主成分分析將三角梅種質資源復雜的表型性狀轉化為幾個主要的綜合指標(馬澤華,2019),以轉化后的綜合指標為依據定向篩選三角梅品種進行雜交選育,可以有效提高育種效率。綜上認為,在進行三角梅新品種選育時,可以優(yōu)先考慮葉大且形狀奇特、葉色復雜、花大多色的品種作為親本組合。

主成分分析所篩選出的性狀指標可通過對種質資源的聚類分組情況進行驗證,被聚為一類的品種往往表現出性狀的一致性(Alizadehetal.,2015)。通過對本次收集的100個三角梅品種進行Q型聚類分析,將其分為4大類群,每個類群在株型、枝條、葉片和苞片大小方面具有較為明顯的區(qū)別,與主成分分析篩選出的性狀指標整體吻合。第類群是株型和花葉中等的常見品種,具有大多數三角梅品種的普遍特征;第Ⅱ類群是葉大花大的品種,根據主成分分析結論可知此類品種是重要的育種材料,但其所占比例最小,僅為 4 % ;第Ⅱ類群是枝條細軟且花量較大的品種,此類品種的造型可塑性強,觀賞價值高,應作為重要的園林造景資源大力推廣應用;第IV類群以花葉偏小的品種為主,如典型的塔類,塔類品種同時也是主成分綜合得分排名最低的品種類別,此類品種雖然作為育種資源的價值較低,但作為小型家庭盆栽應用是非常優(yōu)秀的品種。三角梅的品種資源豐富,不同品種的植物學性狀在應用途徑上存在差異(韓洪波和吳英,2019),本研究旨在對三角梅進行育種價值方面的種質資源評價,結果并非評判三角梅品種優(yōu)劣的標準,在實踐中應根據應用目標選擇相應的品種資源。
基于Q型聚類方法上,陳熾爭(2017)將124個三角梅品種分為重瓣和單瓣兩大類群,在單瓣類群中大葉型品種和小葉型品種又各自分為一類。沈甲誠等(2022)將100份杜鵑分為6大類,其中重瓣品種為一類,大花型品種為一類,塔類和異葉型品種被歸為一類。兩項分類結果都與本文的分類結果在整體上表現出一致性,說明了葉片和苞片的大小、類型是三角梅品種分類的主要標準。此外,某些品種的聚類結果不在實驗理論之中,如C3、C7、C63和C67也是較為常見的大葉大花品種,卻沒有被歸到第Ⅱ類。陸彭城(2021)對蓮瓣蘭的研究發(fā)現,即使是花型相同的品種在聚類時也不一定會在同一個類群之中,并認為這是由于復雜的雜交背景而顯示出來的特點。王慧娟等(2022)對不同品種芍藥的遺傳關系進行層次聚類發(fā)現,從國外引種而來的中國芍藥品種與傳統(tǒng)的中國芍藥品種雖然有同樣的親本來源,但是距離較遠且分屬不同聚類,認為這可能是基于不同的育種目標經過長期人為選擇而造成的群體性狀差異。聚類結果的參差可能是由于人工對觀測性狀選擇的差異或受環(huán)境影響(周群等,2011),這也說明了以形態(tài)學指標為主要依據對三角梅進行品種分類具有一定的局限性,后續(xù)還需收集更多的觀測數據進行認證,同時應結合細胞學和分子生物學等進行鑒定,從而準確把握三角梅種質資源的遺傳多樣性本質,進而更加客觀地進行評價與利用。
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(責任編輯周翠鳴)