宁夏枸杞（Lycium barbarum）花器官形态多样性与品系间识别研究

张益芝 戴国礼 秦垦 马海军

摘 要： 该研究以42份宁夏枸杞（Lycium barbarum）为材料，对其中5个品系来自3个不同采集日期样品的花部性状进行了观察，同时对宁夏枸杞42个品系的16项花器官形态学指标进行了测定，并采用组间单因素方差分析法、主成分分析法和聚类分析法对宁夏枸杞种内的花部形态差异进行了研究。结果表明：宁夏枸杞花器官性状差异较大且多样性丰富，组间单因素方差分析表明宁夏枸杞花部性状在不同时间内采集无显著差异，即宁夏枸杞的花器官形态具有一定稳定性，因此可选用花器官形态作为区分宁夏枸杞种内不同品系的鑒别指标；主成分分析表明有关花瓣外缘色泽、花瓣正-背面脉络、花瓣形状、花瓣背部色泽、花喉色泽、雌雄蕊位置6个花部性状的累积贡献率达到84.791%，在宁夏枸杞品系的分类中起到了主要作用；聚类分析表明在欧式距离为7.5处可将枸杞的42个品系分成五类，能够将宁夏枸杞进行区分。该研究筛选出了能反映宁夏枸杞花器官形态差异的6个主要指标，并将42份宁夏枸杞分为五类，初步建立了宁夏枸杞种内品系间的形态学鉴别方法，可为宁夏枸杞的形态学研究及品系鉴定等提供依据。

关键词： 宁夏枸杞， 花器官， 主成分分析， 聚类分析， 形态学鉴别

中图分类号： Q944.58 文献标识码： A 文章编号： 1000-3142（2018）09-1205-10

Abstract： Forty-two samples of Lycium barbarum were used as test materials， the floral traits of five lines from three different collection dates were observed. At the same time， the morphological indexes of sixteen flower organs in 42 lines of L. barbarum were observed. One-way analysis of variance， principal component analysis and cluster analysis were used to study the morphological differences for flowers of L. barbarum. The results showed that the flower organs traits of L. barbarum varied widely and were rich in diversity. One-way analysis of variance between groups showed that the floral traits of L. barbarum did not change significantly in different collected dates. That is， the flower organ morphology of L. barbarum had a certain genetic stability. Therefore， flower organ morphology can be used as the identification index to distinguish different strains in L. barbarum species； The principal component analysis showed that six traits were crucial to the identification of L. barbarum cultivars， including petal outer edge color and lustre， petal frontal-dorsals choroid， petal shape， petal dorsal color and lustre， gorge color and lustre， pistil and stamen position. The cumulative contribution rates of these floral traits reached 84.791%， which was the main differences in L. barbarum flower cultivars. The results of cluster analysis showed that 42 strains of L. barbarum could be divided into six categories at an Euclidean distance of 7.5， and classification results were consistent with the observed floral traits， which can distinguish the L. barbarum. We screened six main indicators that could reflect the differences in flower organ morphology of L. barbarum and divided 42 L. barbarum into five categories. This initially established morphological identification method within and between L. barbarum seed strains， provides the basic information for the floral morphological research and the cultivar identification of L. barbarum， it also has certain reference value for practical production.

Key words： Lycium barbarum， floral organ， principal component analysis， cluster analysis， morphological identification

枸杞属（Lycium Linn）植物隶属于茄科（Solanaceae）茄亚科枸杞族，该属植物全世界约有80种，主要分布在南美洲，少数种类分布于欧亚大陆温带。中国枸杞属植物有7种3变种， 主要分布于西北和华北地区（姚霞，2010）。国内对枸杞的形态学分类研究主要集中在20世纪70年代到21世纪初（钱丹等，2017；钟笙元，2005；王晓宇等，2011）。路安民和王美林（2003）对枸杞和宁夏枸杞从形态上进行了区分，区分的形态学指标包括习性、茎、叶、花萼、花冠、花冠裂片、种子和果味。袁海静等（2013）对中国枸杞种质资源进行了形态性状的调查与分析，结果表明中国枸杞资源差异较大，各种之间的遗传差异性较丰富。前人的研究结果表明，中国枸杞属的7种3变种间存在较大形态差异，可以从花萼、花冠、果形、叶形和茎部形态等方面区分。

宁夏枸杞（Lycium barbarum）在我国广泛栽种于北方各地，是我国重要的经济作物，果实有补肝肾、益精明目，具有抗衰老作用（董静洲等，2008）。种植面积高达13.3万hm2，枸杞产品出口超过30个国家和地区（秦垦和戴国礼，2017）。作为种属内种植最多和分布最广的宁夏枸杞来说，目前尚无明确规范的种内鉴别方法，大众对不同品系的区分大多建立在种植经验上，区分的标准十分模糊。这不仅是宁夏枸杞品系间鉴定研究的空白，也是种质资源收集和种植过程中去除杂苗、保证品种纯度上的难题。花作为植物的繁殖器官，在形态学鉴定水平上受环境和栽培条件的影响较小，具有一定形态特征的稳定性。同时不同种属植物的花器官性状存在显著差异，利用花器官形态特征的差异对植物进行分类是一个有价值的方法（杨冬之，2002）。经查阅文献以及田间观察后，本研究选取了16项性状指标对宁夏枸杞花部形态进行观测，并通过统计分析，初步建立宁夏枸杞种内品系的形态学鉴别方法，为枸杞的形态学研究及种类鉴定等工作提供了依据。

1 材料与方法

1.1 材料与处理

研究地点位于银川市国家枸杞工程技术中心芦花台试验场枸杞种质资源圃试验区，研究材料为宁夏枸杞种内共42个不同品系。其中：39份来自宁夏银川市西夏区芦花台枸杞种质资源圃试验区，地理位置为106°9′ E、38°38′ N，海拔1 114 m；3份来自宁夏中宁县孔滩村，地理位置为105°59′ E、37°48′ N，海拔1 259 m。采集品系概况详见表1。试验观测时间为2017年5—9月。

于不同的盛花期选取各品系健壮植株，并摘取5朵当天开放且未褪色的花作为观测对象。采花时间为上午10：00—11：00，采摘后的枸杞花置于一次性塑料培养皿内，保存于4 ℃冰箱中，在12 h内进行观测。

1.2 形态学观测项目及方法

1.2.1 宁夏枸杞花部特征稳定性观测及统计 通过文献资料的查阅（刘冬云和刘燕，2012；），结合实际情况选取了共16个宁夏枸杞花部性状并赋值，使所测数据标准化（欧阳彩虹，2010）详见表2，对宁杞1号等5个品系在3个不同时间（2017年7月27日、8月22日、9月2日）的花部形态学性状进行观测和统计，测量时以游标卡尺直接测量，测量精度为0.01 cm，将所得数据用SPSS软件计算平均值和标准差，进行组间单因素方差分析。

1.2.2 宁夏枸杞花器官形态差异性观测及统计 采用相同的方法对42个宁夏枸杞的花部进行观测，并将所得数据用SPSS软件进行主成分分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 宁夏枸杞花部特征稳定性的单因素方差分析

16个性状指标中，11个描述性指标在不同时间所表现出来的性状一致（图版Ⅰ），只有5个测量性指标之间存在差异（表3），因此需对这5个指标进行单因素方差分析。将所观测到的结果赋值，使数据标准化后进行单因素组间方差分析，分别得到方差齐性检验结果（表4）和单因素组间方差分析结果（表5）。从表4可以看出，5个品系中每个形态学指标在2017年7月27日、8月22日、9月2日三个采集日期内所有数据的显著性均在0.6以上，可以进行单因素方差分析。表4结果显示，5个枸杞品系的单因素方差分析显著性P值均大于0.05，说明花直径、花冠筒長度、花冠筒宽度、花柄长度和花喉宽度在3个不同时期内无显著差异。这表明宁夏枸杞的花部性状表现稳定，可作为品系区分依据。

2.2 枸杞形态学鉴别的主成分分析

对11个花部描述性性状进行主成分分析，分别得到总方差分解表（表6）和成分矩阵表（表7）。由表5可知，11个描述性指标被分成6个主成分，其贡献率分别为23.265%、18.945%、13.599%、10.827%、9.874%、8.280%，累积初始特征值为84.791%，说明这6个主成分涵盖了所研究11个因素的84.791%，贡献率较高。

各形态性状在表6中的结果在哪个主成分中绝对值大于0.5，便归于该主成分中，如花色在第一主成分中的分值为-0.649，其绝对值大于0.5，所以归入第一主成分，余下类推。将所有花的形状归为六大主成分：第一主成分包括2个指标，即花色和花瓣外缘色泽；第二主成分包括3个指标，即花瓣翻卷方式、花瓣背面脉络和花瓣正面脉络；第三主成分包括2个指标，即花瓣形状和花瓣褪色方式；第四主成分包括1个指标，即花瓣背部色泽；第五主成分包括1个指标，即花喉色泽；第六主成分包括1个指标，即雌雄蕊位置。所有指标中仅有“具花丝绒毛程度”这一指标得到的结果绝对值不足0.5，即该指标与主成分的相关系数较小，可舍掉。

2.3 枸杞的花部形态及形态学鉴别的聚类分析

枸杞不同时期5个品系的花部形态如图版Ⅰ所示，5个不同类群的花部形态如图版Ⅱ所示。采用欧式聚类法对42个品系的枸杞花部性状进行组间平均联结分析，在欧氏距离为7.5处将42个枸杞品系共聚为5个大类群，得到的聚类树状图如图1所示。由图1可知，第一类群包括20个品系，进一步又可分为2个亚群，即第一亚群为16-1-3-12、NM-03、16-16-9-3、16-17-5-11、白花2015、新9、16-11-5-20、16-1-1-22、16-16-9-18、16-22-8-9、16-23-8-10、16-23-7-8、16-23-13-5；第二亚群为14-26-4、16-1-2-16、14-402、Z44、14-401、14-16、16-1-3-5。

第二类群包括12个品系，即14-419、宁杞3号、宁杞1号、小麻叶、16-23-14-1、大麻叶、14-5-9-1、宁杞2号、宁杞6号、14-6-3-7、NM-02、宁杞5号。

第三类群仅包括宁杞7号1个品系。

第四类群包括8个品系，即14-87、16-18-7-6、16-1-3-14、14-104、16-16-5-7、16-19-8-12、NM-01、14-2-2-5。

第五类群仅包括宁杞8号1个品系。

从结合各类群包含的品系形态（图版Ⅱ）来看，第一类群特征包含花瓣外缘紫色、花喉宽度较大，雌雄蕊高度差较小，花瓣常对翻；第二类群聚集了花瓣含3条维管束脉络、常以卷翻方式卷曲，褪色时由外及内，花喉部较窄的特征；第三类群仅宁杞7号，常见一条维管束主脉络，花瓣翻卷程度较轻微，花瓣外缘色泽为白色，雌蕊比雄蕊高；第四类群聚集了花瓣外缘色泽为紫色，花柱异型程度较明显，花瓣形状呈心形，花喉较窄的特征；第五类群仅宁杞8号，花冠筒较宽，花瓣除3条维管束脉络外还分布有细小纹路，花瓣顶端正翻，雌蕊比雄蕊低。

3 讨论与结论

3.1 宁夏枸杞花器官在不同时期的稳定性分析

本研究在保证采样标准、具体采样时间一致的前提下，通过对5个宁夏枸杞在3个不同采集日期的16个花器官指标进行了形态学观察和分析，其中11个描述性形态指标所得的结果均一致，5个数量性形态指标之间存在差异，同时对这5个数量性指标进行单因素组间方差分析后，所得到的结论是宁夏枸杞的花器官在不同时期的变化不显著（P>0.05），即宁夏枸杞花器官具有一定的形态稳定性，选取花器官作为区分宁夏枸杞种内品系的依據是可行的。花器官在不同时期的形态表现具有稳定性，该结论仅对宁夏枸杞种内品系成立，对于中国枸杞种间花器官形态是否稳定，以及其他枸杞种内的花器官形态是否也符合该结论，尚需进一步的验证。

3.2 宁夏枸杞花器官的主成分分析

本研究为了更全面地探讨花器官是否可作为形态学鉴别的依据之一，使用了16个反映宁夏枸杞花部性状的变量进行观测，这些变量之间都具有一定的相关性，但由于变量过多会导致数据的统计分析变得困难， 主成分分析法可以通过线性变换将多个变量转换为较少数量的综合性指标，在不改变变量间相关性及变量与综合指标间相关性的同时，使数据分析变得更加简便。SPSS软件在分析中将11个描述性花部性状提取成六大主成分，累积贡献率达84.791%。

在主成分分析的结果中第一主成分包括花色、花瓣外缘色泽，前者与该主成分呈负相关，而后者与该主成分呈正相关。第二主成分包括花瓣翻卷方式、花瓣背面脉络和花瓣正面脉络，三者与该主成分呈正相关。第三主成分包括花瓣形状和花瓣褪色方式，二者与主成分呈正相关。第四主成分包括花瓣背部色泽，与主成分呈正相关。第五主成分包括花喉色泽，与主成分呈负相关。第六主成分包括雌雄蕊位置，与主成分呈正相关。本研究将各因子在各自所在主成分中的成分系数按由大到小的顺序排列为（1）花瓣外缘色泽>花色>花喉色泽，（2）花瓣正面脉络=花瓣背面脉络>花瓣翻卷方式，（3）花瓣形状>花瓣褪色方式，（4）花瓣背部色泽，（5）花喉色泽，（6）雌雄蕊位置。在实地鉴别中，可按以上顺序进行品系鉴别。

一般在进行形态学鉴别观测时会主动选择首要鉴别性状。本文作者在田间观测时将花色作为第一指标进行鉴别，但主成分分析结果中花瓣外缘色泽的成分系数在第一主成分中最大，花色排在第二位，但在鉴别中无论以哪个指标作为第一指标，都不影响最后的鉴别结果，即本研究中提出的鉴别顺序可作为参考，但要想对某几种品系进行鉴别，结论中提取的指标必不可少。

3.3 宁夏枸杞花器官的形态学聚类分析

聚类分析是根据事物本身特性来进行分类的统计方法，是按照物以类聚的原则（欧阳彩虹，2010） 来研究事物的分类。利用SPSS23.0软件进行的聚类分析其原理按照样品的特征将它们分类，使同一类别内的个体具有尽可能高的同质性，而类别之间则具有尽可能高的异质性。

本研究中将42个不同品系的宁夏枸杞分为五大类：第一类群汇集了花瓣外缘紫色、花喉宽度较大，雌雄蕊高度差较小，花瓣常对翻，花冠形状多为匙形的品系；第二类群聚集了花瓣含3条维管束脉络、常以卷翻方式卷曲，花直径小但花冠筒较长且褪色时由外及内，花柱侧移程度较小，花喉部较窄的品系；第三类群仅宁杞7号，常见一条维管束主脉络，花瓣翻卷程度较轻微，花瓣外缘色泽为白色，雌蕊比雄蕊高；第四类群聚集了花瓣外缘色泽为紫色，花柱侧移程度较明显，花瓣性状呈心形，花喉较窄的品系；第五类群仅宁杞8号，花冠筒较宽，花瓣除3条维管束脉络外还分布有细小纹路，花瓣顶端正翻，雌蕊比雄蕊低。聚类分析的结果与实际观测到的现象相匹配，证明通过软件分析进行形态学的鉴别是可行的。

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