百合品种的分类及遗传多样性研究

杜方，李兴桃，徐小晶，袁赟，常琳，张鲜艳(.山西农业大学 园艺学院，山西 太谷 03080；.华南农业大学 农学院，广东 广州 5064)

百合(LiliumL.)是世界著名的球根花卉，以高贵典雅的姿态闻名于世，可用于切花、盆栽和绿化。百合的种类十分丰富，经过70多年的育种历程，全世界已有将近10 000个品种问世[1]。根据亲本来源不同，北美百合协会将百合品种划分为9个组，其中应用最广泛的除亚洲百合(Asiatic，A)、东方百合(Oriental，O)、麝香百合(Longiflorum, L)三大类外，喇叭百合(Trumpet, T)、新铁炮百合(Formolongi, F)及由它们相互杂交出的组间杂种如麝亚百合(LA)、东喇百合(OT)、东亚百合(OA)、麝东百合(LO)等也越来越多地由以荷兰为代表的欧美育种公司培育[2]，同时以前没有过的重瓣百合[3]、雄性不育百合[4]也已投放市场。我国自行培育的百合品种十分稀少[5～7]，对野生百合的引种驯化虽已积累了一定的经验[8, 9]，但并没有商品化，因此，引进国外的优良品种为我所用，是丰富我国百合种质资源的重要途径。

种质资源是研究物种起源、进化、培育新品种的重要物质资源，了解种质资源的遗传多样性对于有效保存、精确评价、合理利用种质资源有重要的意义[10]。有学者对部分百合资源的遗传多样性做了研究。从研究材料上来看，对我国野生百合资源研究较多[11～17]，对百合品种多样性研究较少[18, 19]，且对品种的研究多集中在以东方百合杂交系为代表的切花百合品种中，尚未见有对绿化用百合进行多样性研究的报道。从研究方法上看，多数研究利用 RAPD[19]、SSR[13, 16]、ISSR[15, 17]等分子标记进行，少数研究应用形态学指标进行[18]，也有学者应用了表型性状、分子标记、花粉形态等多类型指标进行综合分析[11, 14]。在表型性状方面，应用最多的是叶和花的形态特征[11, 18]，未见应用物候特征来进行多样性分析。

为了探明众多新品种百合在山西晋中地区露地栽培的适应性，本研究引进65种百合新品种在山西农业大学园艺学院实验站进行露地栽培，观察记录其形态和物候特征，并对引进的种质资源进行表型遗传多样性分析，通过遗传多样性分析，为百合的分类研究、引种选育和遗传改良提供重要的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验所用种球(周径12～14 cm)于2015年3月由西诺花卉种业下辖衣锦园艺和北京圃朗特园艺有限公司从荷兰引进，共65种，包括38种亚洲百合(A), 1种麝东百合(LO)，3种喇叭百合(T)，18种东喇百合(OT)和5种麝亚百合(LA)(表1),每种20颗种球。

1.2 性状调查

2015年3月28日将百合种球露天种植于园艺学院园艺站的百合基地。按照随机区组的方式种植试验材料，2行区，每行5个，株行距30 cm×30 cm，2次重复。参照Sensoy等[20]的方法，每个小区随机取5株调查并测量田间性状，包括株高(H，地表到植株盛花时的最高点)、冠幅(S，盛花时植株东西和南北宽度的平均值)、叶长(盛花时植株中部叶片的长度)、叶宽(盛花时植株中部叶片最宽处的长度)、单株花数、花瓣数、花色、育性、花茎硬度(盛花时花茎直挺或弯曲)、花朵香味(有或无)。物候期包括发芽期、现蕾期、始花期、末花期和植株枯萎期，统计蕾前期(发芽到现蕾的天数)、蕾期(现蕾到开花的天数)、花期(始花期到末花期的天数)和生长周期(发芽到枯萎的天数)。生长期进行常规管理，发芽一个月后，每次随水施用氮磷钾复合肥一次。株高、冠幅、叶长、叶宽用直尺测量。

1.3 表型性状的数据统计与分析

参照Sensoy等[20]的方法，将质量性状转化为1～5级进行记录。用Excel 对数量性状数据进行方差和变异系数分析。用SPSS22 软件对数量性状进行系统聚类法分类、显著性分析和主成分分析。利用NTsys2.10e软件计算材料间的Euclidean 遗传距离，并采用非加权类平均法(UPGMA)对材料进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 质量性状的表型分布

所观察百合花色十分丰富，包括白色系(10.8%)、黄色系(13.8%)、橙色系(12.3%)、粉色系(20.0%)、红色系(20.0%)、复色系(21.5%)和紫色系(0.2%)7大类，红色、粉色和复色略多，紫色只有一个，即Pink Perfection。其中A类的颜色种类最多，除无紫色外，其它颜色均有；OT类复色居多，也有白色、黄色、红色和粉色的。

百合的瓣性有两种，单瓣或重瓣。93.8%的百合为单瓣花，有6个花被片，但Tiny double you、Pink blossom、Annenarie Dream和Elodie四种为重瓣花(6.2%)，且重瓣的程度不同。Pink blossom 有12个花瓣，Tiny double you和Annenarie Dream 有14.5个花瓣，Elodie重瓣程度不整齐，有些雄蕊完全瓣化，有些部分瓣化，部分花药败育。

花茎硬度反应了百合花茎的直立性。引种发现，92.3%的百合的茎杆是笔直的，挺立的，有5个品种(Mister Right, Robert Swanson, Mister Sandman, Mister Cass和 Beverly Dreams)的茎杆扭曲生长，花朵开放时，需立支架，否则大型的花朵会将茎杆压弯。

本研究将百合的香味分为有或无两类，所引种百合中，有67.7%的品种有香味，有32.3%的百合无香味。无香味的百合多为A类，其它类型百合均有或淡或浓的香味。

所引种百合中84.6%的品种为雄性可育性百合，15.4%(10个)的百合为雄性不育性百合。其中，不育性又分为两种，一种是雄蕊完全瓣化，如重瓣百合；另一种是花药败育，如Easy waltz, Little kiss, Easy life, Red twin, Tailor made, Black eye等6种。Elodie是两种情况兼有的一类百合。

表1 所引种百合品种名录Table 1 Lily cultivars analyzed

注：A, 亚洲百合；LA，麝亚百合；LO，麝东百合；OT, 东喇百合；T，喇叭百合。

Note: A, Asiatic hybrids; LA, Longiflorum × Asiatic; LO, Longiflorum × Oriental; OT, Longiflorum × Oriental; T, Trumpet hybirds.

2.2 数量性状的多样性

由表2可见，所栽培百合的植株高度变化较大，由16.0 cm(Tiny bee)到156.5 cm(Friso)，均值为60.8 cm。利用SPSS软件中Ward法聚类，百合被分为6类，H≤35 cm的， 35 cm120 cm的。在实际应用中，株高小于60 cm的通常用于盆栽，大于80 cm的用于切花生产。因此，可将百合按株高分为三类，矮型、中型和高型。

冠幅，用来描述百合植物开花时东西和南北宽度的平均值，该性状为百合定植的株行距提供参考。所引种百合的冠幅最小值9.7 cm，最大值28 cm，均值为16.9 cm。利用SPSS软件中Ward法聚类，所引种百合分为4类：S≤14.33 cm，14.33 cm

百合的叶片大小相差悬殊。叶片最长的为Mister Right，15.2 cm，叶片最短的为Forever Susan，仅4.5 cm。叶片最宽的为Leslie Woodriff，叶中部宽4.2 cm, 叶片最窄的为Lan Zhou，仅0.3 cm。叶片的长宽比(W)可以用来描述叶片的形状。所测百合的长宽比的变化范围在2.8～24.6。利用SPSS软件中Ward法聚类，可将叶片长宽比分为5类，W≤4.5，4.5

种球大小相同但品种不同的百合所拥有的花朵数相差悬殊。周径12～14 cm的种球，Beverly Dreams 每株只开1朵花，但Discoteca每株却能开出20朵花。不过80%的品种所开花朵数在2～9朵之间，只有16.9%的品种开出10～15朵花，平均每品种能开出6.6朵花。

从表2还可以看出，株高、冠幅、叶长、叶宽、叶长宽比以及单株花数的变异系数均超过20%，其中，株高、叶宽、叶片长宽比和单株花数的变异系数超过了40%，说明百合品种间在高度、冠幅、叶片的长宽以及单株花数等方面呈现出明显的遗传差异。单因素方差分析和Tukey检验也表明，所引种百合株高、冠幅、叶长、叶宽、叶片长宽比和单株花数等性状差异极显著。在遗传多样性指数方面，所有指标的遗传多样性指数均>1，说明所引种百合在各项指标中均存在较大的遗传分化程度，与各指标变异系数均较高相一致。

表2 所引种百合数量表型性状的差异分析Table 2 Difference in quantity phenotypic traits of lily cultivars

注：* 表示在P<0.01情况下。

Note：* indicates significant difference at the 0.01 level.

2.3 百合品种的表型聚类与群体特征分析

利用NTsys软件中的UPGMA聚类法，对百合品种资源进行表型聚类，结果如图1所示。传统的百合有6个花瓣，此次引种百合中，Tiny Double You、 Amemarie's Dream、 Pink Blossom有12～14个花瓣。软件首先根据百合的瓣性，将所有种质资源分为单瓣和重瓣两大类，说明单瓣和重瓣种质之间可能具有不同的遗传背景，遗传变异丰富。单瓣百合又分为A/LA和OT/T两大类，这两类百合在香味和物候期方面差别很大。A/LA类无香，发芽、开花、枯萎期都较早；OT/T类有香，物候期都较A/LA类晚。在A/LA类中，7个雄性不育类百合聚为一类，表明雄性不育可能具有独特的遗传背景。在OT/T类中，5个花茎直立性不强的品种聚在一起，预示着花茎硬度也具有独特的遗传背景。

图1 65份种质基于16个性状的聚类图Fig.1 Dendrogram of 65 lilies based on 16 characters

2.4 所引种百合的物候分析

经两个冬天的观察，所引种百合均能在自然条件下露地越冬。从3月26日起陆续发芽，直到5月3日。花期从5月28日持续到8月10日。其中绝大多数A类百合(30种)的初花期在6月15日之前，少部分A(8种)和其它类型的百合(27种)的初花期在6月中旬到8月中旬之间。枯萎期从9月20日到11月上旬上冻。品种间花芽分化的习性很不相同(表3)。Forever Susan 从发芽到现蕾仅需5 d，推测在种球下种时花芽即分化了，而Beverly Dreams却需要45 d，推测是叶片长到一定数量时才进行花芽分化。依品种而不同，蕾期约18～63 d，平均32.5 d；群体花期约15～34 d，平均约20.7 d；每个品种的生长期最少需146 d，最长需200 d，平均需178.5 d。其中蕾前天数的变异系数最大，达到35%；而蕾期和生长周期的变异系数最小，仅为8.3%。

相关性分析表明，蕾前期、蕾期和生长周期与品种显著正相关，相关系数分别为0.598、0.405和0.483(P<0.05)，而群体花期与品种无显著相关性。总体上说，A类百合蕾前期、蕾期和生长周期均较OT、T和LA的短，蕾前期和蕾期在30 d之内，生长周期在182 d之内；而OT、T和LA的蕾前期和蕾期大于30 d，生长周期大于182 d。

表3 所引种百合物候性状的差异分析Table 3 Differences of phynology among 65 lilies

2.5 所测量指标的主成分分析

对所记录指标进行主成分分析(表4)，发现前5个主成分的累计方差贡献率达72.2%，涵盖了主要的信息，其中，第1主成分的贡献率最大，为38.0%，在形态指标如(冠幅、叶长、叶宽)、花香和物候指标(现蕾期、初花期、末花期、蕾前期、蕾期、生长周期)上载荷值大于0.5，集中反应了总体形态特征和物候特征；第2主成分的贡献率为11.8%。以瓣性、花粉有无和花瓣数载荷较高，载荷值大于0.6，总体反应了百合花朵的特异性；第3、4、5主成分载荷值较高的分别为株高、花期和叶片长宽比。花蕾数、硬度、发芽期和花色的载荷值不高，说明这4个指标在用于百合群体特征描述时的重要性较低。相关性分析表明，初花期和末花期、蕾前期、蕾期、现蕾期显著相关，物候特征可以用初花期来表示。叶长和叶宽、冠幅显著相关，可以用叶长反应植株叶的形态特征。瓣性和花瓣数显著相关，可以用瓣性来反应花瓣数量的多少。

3 讨论与结论

3.1 百合质量性状与应用价值

百合的质量性状与百合的观赏性直接相关。

表4 各性状的主成分分析Table 4 Principal component analyze among traits

其中最重要的质量性状是花色、香味。虽然百合的花色较为丰富，但所引种材料中没有蓝色和绿色的百合，紫色百合也较少，仅Pink Perfection这1种。新花色的创制是观赏植物育种的重要目标之一[22]，因此该紫色百合便显得尤为珍贵，尤其是它花瓣的背面和正面均为紫色。

在我们的观察中，只将百合的香味简单分为香和不香两种，但事实上，我们发现百合的香味种类十分丰富。比如Triumphator带点淡淡的甜味，Conca D Or和Robina等就较为浓烈，而Pink Perfection的味道浓裂中有些令人厌恶，散发出类似墨汁的味道。可以看出，如果细分百合的香味应该有许多类型。虽然有研究报告了一些百合品种香气的主要成分[23, 24]，但对百合香味的研究远不如月季[25]和香稻[26]，今后有必要对百合香味类型和香味形成机理进行更深入的探索。

其它质量性状还包括花朵瓣性、育性和花枝的硬度。雄性不育的百合解决了百合花粉污染的问题，还能相对延长花期，但与雄性可育性百合相比，占比还较少(15.4%)，且在引种栽培过程中发现，雄性不育百合在碱性黏壤土中容易退化。与雄性不育百合类似，重瓣百合也是较为新奇的类型，只占所引种百合的6.2%，且有些品种的重瓣性不稳定，如Elodie。总之，培育特殊类型百合依然是今后百合育种的重要方向之一。花枝硬度也是种植者应该考虑的性状，本次引种中有少数百合(7.7%)花枝较软，花茎弯曲生长易倒伏，不适宜在园林中应用。

3.2 百合的分类

商业上，常按照北美百合协会和英国皇家园艺学会根据产地和亲缘关系而提出的分类方法，将百合分为亚洲百合杂种系、东方百合杂种系、麝香百合杂种系、喇叭和奥瑞莲杂种系、纯白百合杂种系、美洲百合杂种系、欧洲百合杂种系和组间杂交杂种系[27]。我国通常按照花型和叶片着生方式将百合分为卷瓣组、钟花组、百合组和轮叶组[28]。然而在园林应用中，这种分类方法并不能很好地指导百合应用设计。资料显示，百合新品种正在以每年100个的速度递增[1]，重瓣百合和雄性不育等新、奇、特百合种类的增加，不断丰富着百合的类型。结合对材料所做的UPGMA聚类法和主成分分析结果，我们认为百合品种的分类，可以首先以瓣性为基础，分为单瓣和重瓣两类。单瓣百合中按照雄性是否可育分为雄性不育系和雄性可育系。在园林绿化中，根据对性状所做的主成分分析结果，可以结合初花期(早花系，6月中旬之前；晚花系，6月中旬到8月上旬)和株高(矮型、中型和高型)对百合进行合理配植，再按照15 cm×15 cm，20 cm×20 cm，30 cm×30 cm三种株行距进行定植。

对于以花朵为主要观赏器官的植物，很多分类方法以花色为主要分类指标。如将海棠分为粉色重瓣、红色重瓣、深色单瓣、浅色单瓣4个品种群[29]，将桂花分为四季桂、丹桂、金桂和银桂[30]。然而，与百合近10 000个品种相比，海棠1 700个品种[29]和桂花154个品种[30]数量要少得多，花色类型也少得多。本次研究单纯靠肉眼和常识，将百合的花色分为白、红、黄、粉、橙、紫和复色等，这种简单的分类在解释众多的过渡色和复杂花斑色时存在一定的局限性。与约20 000个品种的菊花[31]类似，如花色分类不能建立在更为精确的数量分类基础上，就不便于百合品种的生产和鉴定。今后，可以参考洪艳等[31]在菊花上通过应用算法编写花色表型数量分类系统，以ISCC-NBS色名法命名菊花花色的方法进行百合花色的数量分类学研究。

3.3 百合的物候期与花海的营造

众所周知，百合的花期较短，单朵花的花期一般7 d左右，单个品种的群体花期为20 d左右[32]。不过，因本次引进种类多，群体花期从5月28日持续到8月10日，持续了75 d。事实上，2015年课题组同期栽培了新铁炮百合朱丽叶，从7月10日到9月20日陆续开放，将百合群体花期又延长了近一个月的时间。可惜在黏重碱土壤中该种球易退化，到2017年已无可开花的种球。本研究发现，百合的花期与品种显著正相关，可见只要品种足够丰富，从夏初到秋末都有百合花可供观赏。

参 考 文 献

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