钟花樱种系下16 个品种的数量分类和主成分分析

宋炎峰，李 蒙，朱淑霞，王绍军，伊贤贵，段一凡，王贤荣*

(1. 南京林业大学南方现代林业协同创新中心，生物与环境学院，南京 210037；2. 眉山盛世园林绿化有限责任公司，眉山 620010)

钟花樱Cerasus campanulata(Maxim.) Yu et Li，又名福建山樱花，蔷薇科樱属落叶乔木。广泛分布于我国浙、闽、桂、粤、台等省区，绝大部分呈野生状态[1]。由于其花期较早，花色艳丽，对环境具有极强的适应性，常与其他种（如红山樱C. jamasakura、樱桃C. pseudocerasus、豆樱C. incisa等）杂交培育出观赏价值极高的栽培品种，因此开发利用前景很大，近年来也备受育种工作者们的关注[2-3]。目前，国内对钟花樱的栽培管理和繁育技术日趋成熟，但对品种分类的研究工作尚鲜见报道，详细描述钟花樱种系下品种的文献资料也较少。王贤荣在2014 年出版的《中国樱花品种图志》详细介绍了国内山樱花、迎春樱、樱桃等种系及其常见的栽培品种，而钟花樱种系仅收录了6 个品种[4]，足以见得当时育成品种之少，整体处于萌芽阶段。近年来，人们将钟花樱作为母本与红山樱进行杂交，产生子代C. kanzakura，再从子代中选育出‘大渔’、‘大寒’、‘修善寺’等花红色鲜艳，萼筒筒状钟形，与母本形态结构相似的优良品种。从形态与亲缘关系上来说，这些品种均可归在钟花樱种系下。随着钟花樱种系育成品种愈加丰富，在园林应用方面愈加广泛，探究钟花樱种系品种间差异及亲缘关系，开展品种分类工作以填补该种系品种分类的空白极其重要。

数量分类在生物分类工作中应用广泛，并在木槿[5]、杜鹃[6]、小苍兰[7]等多种观赏植物的品种分类中证实了其科学性和可行性。目前，利用数量分类方法仅对个别地区的樱属植物观赏品种进行聚类分析，如无锡[8]、南京[9]、青岛[10]等地区。此类研究虽基本确定了区分不同种系下品种的性状指标，但其中涉及品种较杂且并不体现单一种源，所以并不具有代表性[11]。

本研究利用数学分类方法，通过系统聚类和主成分分析，对所收集的16 个钟花樱品种的21 个特征性状进行统计分析并系统分类，建立现有钟花樱品种分类谱系，探究钟花樱的分类等级和标准，进而完善钟花樱的分类系统、梳理钟花樱品种，也为钟花樱资源利用、新品种选育等提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

16 个钟花樱品种试验材料分别于2019 年2 月4日、3 月10 日和3 月13 日在福建省福州市丹樱农场、江苏省南京市玄武湖公园、安徽省滁州市全椒县天之川樱花种植专业合作社采集。其中Cerasus×kanzakura来源于钟花樱与红山樱的杂交，其相关品种也与钟花樱种下品种相似。因此从形态与亲缘关系上来说，这些品种均可归在钟花樱种系（图1和表1）。

图1 16 个钟花樱品种Figure 1 Sixteen cultivars of C. campanulata

表1 供试钟花樱种系下品种及来源Table 1 Serial number, name and source of C. campanulata cultivars

1.2 钟花樱形态性状观测

每个品种于盛花期采集5 段带花序的茎段，每段随机选取5 多盛开花朵进行观测，并记录花器官各项性状参数。数量性状指标用游标卡尺测定，包括总苞长、总苞宽、总梗长、花梗长、萼筒长、萼筒宽、花冠长、花瓣长、花瓣宽、花萼长、花萼宽和雄蕊长。质量性状采用目测，包括花期、花瓣颜色、每花序花数、总苞数、小苞片、雄蕊数、花瓣数及花瓣排列方式。每个指标测量5 次，最终取其平均值。性状编码（表2）采用等级编码方法：二态性状6 个，按“0”、“1”编码；多态性状2 个，按“0”、“1”、“2”编码。

1.3 数据处理

使用SPSS 25.0 对数据进行分析，首先对原始数据进行标准化（STD）以消除不同量纲对数据分析的影响，再对21 个性状进行R 型聚类分析，聚类方法采用组间联结，度量标准采用皮尔逊相关性，做出性状指标聚类的谱系图；降维对标准化后的参数进行主成分分析，筛选出少数贡献率大的指标，利用这些指标对钟花樱品种进行Q 型聚类分析，聚类方法采用瓦尔德法，度量标准采用平方欧式距离并做出分类结果谱系图。

表2 钟花樱品种的21 个性状指标及其编码Table 2 Twenty-one characters and codes of C. campanulata cultivars

2 结果与分析

2.1 21 个性状指标的R 型聚类

R 型聚类是对16 个钟花樱品种的性状指标进行分类，根据谱系图（图2）可知，花瓣长与花瓣宽（r= 0.893），花瓣宽与花瓣指数（r= 0.876）相关性也较大。本试验推测花瓣长宽及花瓣指数（花瓣宽/花瓣长×100）是鉴别钟花樱品种群的重要性状指标，故予以保留。如图2 所示，其他性状较为分散，均未呈现相关性，可用作后续分析。

图2 使用平均联接（组间）的21 个性状的R 型聚类谱系图Figure 2 R-type clustering analysis of 21 characters of C. campanulata cultivars using average group linkage

表3 主成分的特征值、贡献率和累计贡献率Table 3 Eigenvalue, contributor rate and accumulative contributor rate of the principal components

图3 使用沃德联接的16 个钟花樱品种Q 型聚类谱系图Figure 3 Q-type cluster analysis of 16 C. campanulata cultivars using Ward linkage

2.2 21 个性状指标的主成分分析

根据主成分分析结果（表3）可知，前7 个主成分累计贡献率为85.331%。第1 主成分的贡献率最大为27.061%，影响较大的性状为花瓣宽（0.902）、花瓣长（0.746）、花萼长（0.746）、花瓣指数（0.735）、花型大小（0.708）和花梗长（0.607）；第2 主成分的贡献率为15.947%，影响较大的性状为花瓣数（0.769）、雌蕊长（0.677）、花萼宽（0.656）和萼筒宽（0.625）；第3 主成分的贡献率为12.216%，影响较大的性状为总苞数（0.588）；第4 至第7 主成分的贡献率分别为10.311%、8.204%、6.039%和5.553%。

2.3 16 个品种的Q 型聚类

通过对21 个性状指标进行R 型聚类分析和主成分分析，在前7 组中选择贡献较大的性状，包括花瓣宽、花瓣长、花萼长、花瓣指数、花型大小和花瓣数6 项性状指标进行Q 型聚类分析。

根据Q 型聚类谱系图（图3）显示，在等级结合线L1（D= 20）处，16 个品种分为2 大类，第1大类花瓣较宽（＞12），包括‘大渔’、‘河津’、‘修善寺’、‘寒樱’、‘粉巨人’、‘丹霞’、‘红粉佳人’、‘大寒’、‘阳光’9 个品种和钟花樱，第2 大类花瓣较窄（≤12），包括‘飞寒’、‘惜春’、‘八重寒绯’、‘琉球寒绯’、‘椿寒’和‘才力’6 个品种。

在等级结合线L3（D= 10）处，16 个品种被分为3 大类。第1 大类中‘阳光’的花瓣长宽明显大于该类群中其他品种，花型较大，故从原类群划出单独归为一类。

在等级结合线L4（D= 5）处，16 个品种被分为5 大类。根据花型大小，将第1 类群中花型较小（≤ 30）的‘丹霞’、‘红粉佳人’、‘大寒’和钟花樱分为一类；同时，‘椿寒’和‘才力’由于花萼长度均短于原类群中的其他品种，故划为一类。

3 讨论与结论

数量分类方法是利用计算机对选取的各项表型性状进行处理，建立数学模型并分析，达到对有机体亲缘关系近或远的聚集或分类的目的[11]。该方法利用多项性状指标进行全面综合分析，摆脱了传统分类方法的束缚。其中R 型聚类分析反映了性状间的相关性，Q 型聚类反映了品种间的亲缘关系[12]。

本试验R 型聚类分析结果表明，供试钟花樱观赏品种的花瓣长宽相关性较大，花冠宽度与花瓣指数相关性也较大，其他性状相对独立。根据试验结果，该品种群花瓣宽度变异幅度大于花瓣长度，花瓣形状受花瓣宽度影响较大，但整体花冠形态较为稳定。本试验并未采用雌雄蕊情况、叶形等性状指标，故无法精确揭示各性状间关系。因此，在以后的研究工作中，可增加叶形的各项指标并扩大品种数量，完善钟花樱品种谱系建立。

主成分分析是通过对原始性状指标筛选，选出少数贡献率大的性状指标[13]。本研究中，主成分分析结果表明，花瓣宽、花瓣长、花萼长、花瓣指数、花型大小和花瓣数6 项性状影响较大，这为以后钟花樱品种分类的性状选择提供参考。

Q 型聚类分析结果表明，花瓣宽度、花型大小、花萼长度等性状指标可作为供试钟花樱观赏品种的分类依据，其中花瓣宽度和花型大小可作为品种分类的重要性状指标。同时发现花萼长度是钟花樱品种分类的次要因素，花色并不影响钟花樱品种分类，花型是否为复瓣也不是影响钟花樱品种分类的主要因素。

梳理前人对樱属植物不同观赏品种的分类结果[14]，通常选择稳定性状作为分类依据，如花型、花色、叶缘锯齿、叶被颜色等。王贤荣等在对无锡地区樱花品种进行整理时也建立了一套适合樱花品种的分类依据，将萼筒形状、花瓣瓣化程度、花期作为一级分类标准，花序类型、花梗、花萼、花柱被毛程度和雌蕊瓣化程度等性状为二级分类标准，总梗长短、苞片形状、植物习性、幼叶颜色、托叶形状、腺体位置、果实颜色和抗性强弱等为三级分类标准[8]。然而本试验对钟花樱品种进行分类所基于的性状指标多为数量性状，受非遗传因素影响较大。因此，为建立一个具有说服力的分类标准，不仅要增加对花器部分各项性状指标的选择，可能还应追加叶型、幼叶颜色、果实颜色等指标，使得分类结果更为全面。

数量分类过程中，对于供试品种性状的选择和聚类方法的使用受主观影响很大[15]，仅使用数量分类方法不足以对目前的分类结果提供佐证。付涛等[16]对樱属植物分类工作上采用的不同生物学方法进行了总结，并利用SSR 分子标记技术对我国30 种樱属植物进行亲缘关系鉴定，分子证据与传统形态学分类有一定出入。

综上所述，选择数量分类方法应对各品种表型性状进行更广泛地选择，同时细胞学、孢粉学和分子标记技术也可对分类结果提供有力的佐证。相辅相成地运用多种生物学手段，完善钟花樱品种分类标准，健全品种分类体系，为下一步研究工作指明了方向。