麻城山茶种质资源表型遗传多样性研究

尹晓蛟，万志能，袁 伟，杨 旭，周登辟*

(1.湖北生态工程职业技术学院，湖北 武汉430200；2.湖北省麻城职业技术教育集团，湖北 麻城438300；3.湖北五脑山国家森林公园，湖北 麻城 438300)

麻城山茶种质资源表型遗传多样性研究

尹晓蛟1，万志能2，袁 伟3，杨 旭1，周登辟3*

(1.湖北生态工程职业技术学院，湖北 武汉430200；2.湖北省麻城职业技术教育集团，湖北 麻城438300；3.湖北五脑山国家森林公园，湖北 麻城 438300)

对麻城五脑山山茶花苗圃的35份山茶花种质材料的11个表型性状进行遗传多样性分析。结果表明，研究所选择的关于花和叶的11个性状均有不同程度的变异，花瓣数变异系数最大，其次为子房高，叶片长变异系数最小。F测验结果显示：11个表型性状的差异均达到了极显著水平。由性状相关性分析可知，测试的11个表型性状间存在极显著的正或负相关关系。主成分分析结果表明，前3个主成分累计贡献率为71.185%，其中反映花型的特征向量最大，花型对山茶品种分类有较大的影响。基于品种间各性状的遗传差异，将35份供试材料划分为3类，第一类群主要特征是花型大，第二类群特点是叶型大，第三类群资源特征表现为花瓣多。花径大小和花高是山茶品种分类的重要标准。

山茶；种质资源；表型性状；遗传多样性

山茶属山茶科山茶属观花植物，是中国十大名花之一，起源于中国，历经千百年的自然选择和人工培育，演化成了今天形形色色的栽培品种。据统计，我国现存500余个山茶品种[1]，而自14世纪各国从中国引入原始品种后，世界范围内目前已有超过15000个山茶品种[1-2]。

湖北省麻城地区自上世纪80年代培育茶花以来，共收集、引进茶花品种400余个。长期的引种栽培推进了山茶的遗传变异进程，同时丰富了麻城地区山茶种质资源库。人们往往通过评价物种的遗传多样性来预测该物种的生存活力和进化潜能。在植物品种的遗传多样性研究中，常通过对花部和叶部的遗传学上较为稳定的性状进行描述或测量，利用统计学方法进行相关性分析、主成分分析以及聚类分析，科学地反映生物遗传变异的程度和规律。目前在作物和果树种质资源农艺性状遗传多样性方面的研究已较成熟[3-8]，然而关于观赏植物种质资源性状遗传多样性的报道颇为有限。本研究结合主成分分析和聚类分析两种方法，综合分析山茶花种质资源主要观赏性状的遗传多样性，为麻城地区山茶花种质资源的收集保存与评价利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本研究从麻城市五脑山林场山茶花种质资源圃选择有代表性的山茶种质资源材料35份。各材料的名称及编号列于表1。

表1 供试茶花品种的编号、名称及来源

1.2 研究方法

本研究综合参照中国茶花品种分类、测试指南及已知品种数据库构建[9]，茶树种质资源描述规范和数据标准[10]，确定对供试山茶材料的11个数量性状进行测试和描述，包括：花瓣数、花瓣长、花瓣宽、花瓣厚、花径、花高、子房高、叶片长、叶片宽、叶柄长、叶片厚。每一品种每一性状的测试均进行3次重复。

利用Excel 2003软件统计数量性状的平均值、最大值、最小值、标准差、变异系数。用SPSS 22.0软件对表型性状做相关性分析及主成分分析[11]。

供试山茶品种表型性状遗传多样性的聚类分析借助NTsys-pc 2.1软件完成，在对35份材料的11个表型性状原始数据进行标准化处理后，通过软件计算各材料间的卡方距离(Chi-squared distance, CHISQ)，并根据11 个表型性状标准化数据按非加权配对算数平均法(Unweighted pair group method using arithmetic average, UPGMA)对不同山茶种质资源材料进行聚类[12-13]，生成树状聚类谱系图。

2 结果与分析

2.1 麻城市山茶种质资源材料表型性状遗传变异性分析

参试的35个山茶花种质资源材料11个表型性状的遗传变异分析见表2，其中变异幅度反映了某一性状变量在供试的不同山茶种质资源中的极端变异程度。标准差反映性状变量与平均值间的离散程度。变异系数是标准差与平均值的比值，反映各种质资源材料之间的变异程度，变异系数越大，表明品种间遗传差异越大。由表2可知，涉及花和叶的11个性状均有不同程度的变异，以花瓣数变异幅度最大，标准差最高，表明该性状离散程度较大。叶片厚度和花瓣厚度的变异幅度和标准差较小，离散程度较小。研究的11个性状变异系数高低依次为花瓣数>子房高>花瓣厚>花瓣宽>花高>叶片宽>叶柄长>叶片厚>花径>花瓣长>叶片长。变异系数最大的为花瓣数(CV=61.33%)，最小的为叶片长(CV=18.38%)，说明各性状中叶片长度相对稳定，而花瓣数变异程度最大。对品种间差异采用F检验，结果见表1～表2，可知11个表型性状在35个山茶花品种间都存在极显著差异。

表2 供试山茶品种材料表型性状遗传变异分析

注：“**”表示在0.01水平上有显著差异。下同。

2.2 麻城市山茶种质资源表型性状相关性分析

表型性状相关性分析结果(表3)表明，山茶材料的11个表型性状间存在极显著相关关系，花的7个表型性状间互相存在极显著的正或负相关性，关于叶的4个表型性状间也相互存在极显著的正或负相关关系。其中花瓣数与花瓣宽、花高存在极显著负相关；子房高与花瓣厚呈极显著负相关性；花瓣长与花瓣宽、花径、花高呈极显著正相关；花瓣厚与花瓣长、花径存在极显著正相关；叶片长与叶片宽、叶柄长、叶片厚呈极显著正相关；叶柄长与叶片长、宽存在极显著正相关关系。

表3 山茶11个表型性状相关性分析

2.3 麻城山茶种质资源表型性状主成分分析

主成分分析结果见表4，前3个主成分累积贡献率达71.185%。第1主成分的贡献率为38.309%，特征向量绝对值较大的性状分别是花径(0.875)，花瓣长(0.870)，花瓣宽(0.860)，花高(0.830)，这些性状是山茶花型的主要影响因素，说明山茶花型是山茶花品种分类的主要标准之一。第2主成分的贡献率为22.858%，特征向量绝对值以叶片长最大，达到0.8以上，叶片宽、叶柄长达0.7以上，表明叶的性状对山茶花品种分类也具有重要影响。第3主成分的贡献率为10.017%，各性状中以子房高的特征向量最大(0.607)，反映了子房发育状况在一定程度上影响山茶花品种分类。

表4 山茶11个表型性状主成分分析

注：花瓣数、花瓣长、花瓣宽的特征根分别为4.214、2.514、1.102；贡献率分别为38.309%、22.858%、10.017%；累计贡献率分别为38.309%、61.168%、71.185%。

2.4 麻城市山茶种质资源表型性状聚类分析

供试的35份山茶种质资源表型性状的UPGMA聚类分析结果见图1，在卡方距离为1.32处可将不同资源材料划分为3大类群。

第Ⅰ类群包含牛西奥转马、黑魔法、毛缘黑玛瑙、丝纱罗、娃丽娜深、大卡特、女皇二号共7份材料，与类群Ⅱ和Ⅲ相比，该类群个体花径、花瓣长、花瓣宽、花瓣厚、花高指标的平均值最大，花瓣数和子房高均值最小，叶片长、宽、厚以及叶柄长处中等水平。此类群花瓣宽、花瓣厚、花径、叶片宽、叶柄长的变异系数最大，说明第Ⅰ类群材料花型大、花高挺，且花型多样性丰富，在观赏性状上具有绝对优势。

第Ⅱ类群共10份材料，包含可娜、白宝塔、花芙蓉、闪烁、哈氏微笑、帕克斯先生、爱丽牡丹王、黛安娜皇后、六角大红、情人节，该类群材料的叶片长、宽、厚以及叶柄长均值最大，而花瓣数、花瓣长、花瓣宽、花瓣厚、花径、花高、子房高均值在3个类群中处于中等水平。比较各类群性状的变异系数可知第Ⅱ类群的花高变异系数最大，说明第Ⅱ类群为叶型较大、花高变化较大的观赏品种。

第Ⅲ类群包含皮斯先生、依莎安妮、红十八学士、黄达、琳布蕾、麻姑仙子、道温的曙光、牛西奥美玉、乱世佳人、抓破脸、难忘、花鹤翎、狮子笑、大和锦、狄斯、撒威达的梦共16份材料，此类群花瓣数最多，子房高最大，其余花部性状和叶性状的均值最低。花瓣数、花瓣长、子房高、叶片长、叶片厚的变异系数最大。表明第Ⅲ类群在花径、花高等传统观赏形态上并无优势，而以花瓣层次和数目作为主要观赏性状。

3 讨论与结论

本研究对麻城市五脑山茶花种质资源苗圃的35个现有山茶花品种的11个表型性状进行遗传多样性分析，结果表明：供试品种间在各表型性状上都具极显著水平的遗传变异。以花瓣数的变异系数最大，达61.33%，子房高与花瓣厚的变异系数分别为37.33%和30.77%，表明麻城市山茶种质资源具有丰富的遗传多样性。

遗传相关性分析结果表明，各表型性状之间两两存在极显著的正或负相关关系，且主要表现为花部7个性状之间互为相关关系，有关叶的4个性状间彼此具相关性。在结果中显示子房高与花瓣厚彼此呈负相关关系，目前尚未见类似报道，关于子房高度和花瓣厚度的内部联系有待进一步研究。

图1 供试的35份山茶种质资源表型性状的UPGMA聚类分析结果

从主成分分析结果可知，前3个主成分反映了所有供试材料的11个性状的绝大部分信息，累计贡献率达71.185%(理论上需80%～85%以上的累计贡献即可认为具有较强的代表性)。这可能表明各性状的贡献率分散，累计贡献率增长不明显，说明性状变异的多向性。第一主成分特征向量较大的性状主要有花径、花瓣长、花瓣宽、花高，反映了花型对山茶品种鉴定分类具重要指示作用。这与我国传统的突出山茶花型的品种分类方式相契合[14-15]，花型最能反映品种演化进程和亲缘关系[16]。第二主成分反映叶型在山茶品种分类中占据一定地位，然而在有关山茶花品种的分类方法中，鲜少报道根据叶表型性状进行品种分类的案例。王奎玲等通过实验提出山茶叶表皮、气孔等叶的解剖学性状可以作为品种分类的依据[17]，首次证明了山茶叶的性状与山茶品种分类之间确有联系。第三主成分反映子房发育状况影响山茶品种分类。

对35份供试材料进行了系统聚类分析，结果显示山茶品种中花径、花高、花瓣大小以及叶片大小相近的容易聚在一起，而与材料来源无关，可能与长期的引种与杂交致子代品种间形成巨大形态学差异有关。由于数量性状或质量性状等反映山茶品种表型的信息易受自然环境和人为因素的干扰，以致仅凭性状难以准确把握山茶品种间的进化关系和亲缘关系，为深入了解山茶种质资源的遗传多样性，仍需利用SSR、AFLP以及RAPD等分子生物学技术手段科学地评价山茶种质资源的亲缘关系。

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(责任编辑：许晶晶)

Study on Phenotypic Genetic Diversity ofCamelliaGermplasm Resources from Macheng

YIN Xiao-jiao1, WAN Zhi-neng2, YUAN Wei3, YANG Xu1, ZHOU Deng-pi3*

(1. Hubei Ecological Engineering Vocational College, Wuhan 430200, China; 2. Macheng Vocational and Technical Education Group in Hubei Province, Macheng 438300, China; 3. Wunaoshan National Forest Park of Hubei Province, Macheng 438300, China)

In this study, the genetic diversities of 11 phenotypic traits of 35Camelliacultivars in Wunaoshan camellia nursery of Macheng were evaluated. The results showed that there were significant differences in all studied phenotypic traits of flower and leaf among various germplasm resources; among them, number of petal had the highest variation coefficient, which was followed by ovary height, while leaf length had the lowest variation coefficient. The result ofF-test showed that the differences in 11 phenotypic traits all reached a very significant level. Correlation analysis suggested there were very significantly positive or negative correlations among tested 11 phenotypic traits. The principle component analysis indicated that the cumulative contribution rate of top three principle components was 71.185%, and the principle component reflecting flower type had the maximum eigenvector, so flower type had a great influence on the classification of camellia varieties. Based on the clustering analysis of 11 phenotypic traits, 35Camelliacultivars could be divided into 3 categories: the main trait of the first category was large flower; the second category was characterized by large leaf; the third category had more petals. It was concluded that flower diameter and flower height were the main criterions for the classification of camellia varieties.

Camellia; Germplasm resources; Phenotypic trait; Genetic diversity

2016-11-09

中央财政林业科技推广示范资金项目(2014HBTG07)。

尹晓蛟(1988─)，女，讲师，硕士研究生，研究方向：植物分类学。*通讯作者：周登辟。

S685

A

1001-8581(2017)03-0062-04