45个莲瓣兰品种的表型多样性研究

陆彭城 郑燕 周小琴 徐喆 艾叶 周育真 朱尾银 彭东辉

摘  要：收集45个莲瓣兰（Cymbidium tortisepalum）主栽品种，对29个表型性状进行数据收集。计算性状变异系数，进行主成分分析、相关性分析及聚类分析探究莲瓣兰品种间亲缘关系及遗传差异大小。结果表明：45份材料各性状的变异幅度为10.1%～133.1%，具有丰富的遗传差异;主成分分析结果表明共得到7个特征值大于1的主要成分，累积方差贡献率高达75.461%，其中第一和第二主成分主要代表了花部综合性状;相关性分析结果表明大部分性状都具有相关关系，其中93对性状显著相关，65对性状极显著相关;聚类分析结果表明在欧式遗传距离15时可将45份莲瓣兰分为3个类群。

关键词：莲瓣兰;表型性状;聚类分析

中图分类号：S682.31      文献标识码：A

Phenotypic Diversity of 45 Cultivars of Cymbidium tortisepalum

LU Pengcheng1，2，3， ZHENG Yan1，2，3， ZHOU Xiaoqin1，2，3， XU Zhe1，2，3， AI Ye1，2，3， ZHOU Yuzhen1，2，3，

ZHU Weiyin4， PENG Donghui1，2，3*

1. College of Art & Landscape Architecture， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350002， China; 2. Fujian Engineering Research Center of Ornamental Plant Germplasm Resources Innovation and Application， Fuzhou， Fujian 350002， China; 3. Key Laboratory of National Forestry and Grassland Administration for Orchid Conservation and Utilization， Fuzhou， Fujian 350002， China; 4. Fujian Forestry Science and Technology Test Center， Zhangzhou， Fujian 363600， China

Abstract： Forty-five main cultivars of Cymbidium tortisepalum were collected and variable coefficient analysis principal component analysis， correlation analysis， cluster analysis were conducted on 29 phenotypic traits. The genetic relationship and genetic difference between C. tortisepalum cultivars were explored in order to provide scientific reference for genetic breeding of C. tortisepalum germplasm resources. The results showed that the 45 cultivars had rich genetic diversity with the variation range of 10.1%～133.1%. Principal component analysis showed that 7 main components with characteristic values greater than 1 were obtained， and the cumulative variance contribution rate was as high as 75.461%， among which the first and second principal components mainly represented the comprehensive traits of flower parts. The results of correlation analysis showed that most traits were correlated， among which 93 traits were significantly correlated， and 65 traits were significantly correlated. The results of cluster analysis showed that 45 cultivars of C. tortisepalum were divided into 3 groups in Euclidian genetic distance 15， and the same species had a tendency of clustering together.

Keywords： Cymbidium tortisepalum; phenotypic traits; cluster analysis

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.09.011

蓮瓣兰（Cymbidium tortisepalum）又称为“小雪兰”“卑亚兰”，隶属兰科兰属，是国兰中的一大类群[1]。在中国主要分布于台湾、云南西北部、四川西南部等地区[2]。莲瓣兰花型优美，花色丰富，具有极高的观赏价值与商业价值。然而目前莲瓣兰市场品种混乱，同种异名或同名异种现象严重，这给莲瓣兰品种分类和新品选育带来了极大的困难。

种质资源多样性是育种工作的基础，了解物种表型多样性对挖掘有益资源、种质创新具有重要意义。表型性状多样性是遗传物质多样性的具体表现，是进行遗传多样性研究最基本最重要的组成部分[3]。目前国内对兰属研究主要集中在形态学鉴定[4-7]、组织培养[8-10]、栽培管理[11-12]以及分子调控[13-15]等方面。王宏利等[16]、范义荣等[17]分别对建兰（C. ensifolium）、春兰（C. goeringii）的表型开展研究，为以上两个种新品种选育提供了理论依据。然而目前对莲瓣兰品种的形态学研究十分有限。本研究通过对45个莲瓣兰主栽品种的29个表型性状进行研究，分析其表型多样性与种间亲缘关系，为莲瓣兰品种的分类提供研究基础，以期为莲瓣兰新品种培育、促进产业健康发展提供科学参考。

1  材料与方法

1.1  材料

自2018年以来逐步开展莲瓣兰种质资源收集，引入福建农林大学森林兰苑温室大棚（26°05'20″ N，119°13'45″ E）保存，挑选出经济价值高、形态优异共45个莲瓣兰品种作为试验材料（表1）。所选植株生长健康，未见病虫害，花型花色优，各类性状稳定表现。将选择的种质资源，进行植物叶片、花朵等性状观测研究。

1.2  方法

通过查阅原始文献与相关资料、以及对引种成活的开花植株进行连续观察。参考陈心启在《国兰及其品种全书》[18]中对莲瓣兰花型的分类，利用农业农村部颁布的《植物新品种特异性、一致性和稳定性测试指南——兰属（NY/T 2441—2013）》，选择莲瓣兰具有代表性且遗传相对稳定的29个性状进行测试。主要包括花部性状23个：花长、花宽、被萼长、被萼宽、侧萼长、侧片宽、花瓣长、花瓣宽、唇瓣长、唇瓣宽、花朵数量、萼片条纹、萼片斑点、花瓣条纹、花瓣斑点、唇瓣条纹、唇瓣斑点、萼片及花瓣姿态、花被片数量、萼片边缘波状程度、萼片边缘卷曲程度、花瓣边缘波状程度、花瓣边缘卷曲程度;叶部性状6个：株高、花葶粗、叶片数、叶片长、叶片宽、叶片绿色程度进行调查。其中具体形态性状测定标准见表2。

1.3  数据处理

参照《植物新品种特异性、一致性和稳定性测试指南——兰属（NY/T 2441—2013）》对质量性状进行赋值。利用Excel软件进行变异系数的计算。将收集后的数据用DPS软件[19]进行标准化处理后导入SPSS17软件进行相关性分析、主成分分析及聚类分析。最后利用SIMCA-P14.1软件进行主成分得分图的绘制。

2  结果与分析

2.1  45个莲瓣兰品种表型性状的变异分析

对收集各表型的最大值、最小值、平均数、标准差、方差以及变异系数进行统计分析（表3）。结果显示莲瓣兰供试材料遗传变异丰富，不同性状的变异系数差异较大。45个莲瓣兰品种的29个表型变异系数范围为10.10%～133.10%，其中变异系数大于100%的强变异性状有3个：花瓣边缘波状程度（133.10%）、萼片斑点（133.05%）以及萼片边缘卷曲程度（110.94%）;小于10%的弱变异性状为0个;其余性状的变异系数介于10%～ 100%之间，属于中等变异性状共26个。其中变异系数最小的为花被片数量，变异系数为10.10%。

2.2  主成分分析與相关性分析

将获得的29个表型性状数据进行主成分分析（表4），数据显示7个主要成分的特征值大于 累积方差贡献率高达75.461%，可以较完整地代表整体信息。其中主成分1的特征值最大达7.71 可以解释26.598%的方差贡献率。主成分1的主要性状为花长、花宽、花瓣长、侧萼片长、被萼长与萼片边缘波状程度，6个性状具有较高荷载，集中反映了兰属最具观赏价值的花部大小与萼片的性状;主成分2中被萼宽、侧萼宽、唇瓣宽、花瓣宽以及花葶粗等性状具有较高荷载，方差贡献率达15.563%，主要反映了花部萼片、唇瓣以及花葶的性状特征;主成分3的累积方差贡献率达51.510%，对应的性状为唇瓣斑点、萼片条纹、叶片长、花瓣宽以及花瓣边缘卷曲程度，其中萼片条纹为负值，说明与主成分所反应的性状为负相关;主成分4的方差累积贡献率达59.319%，主要性状为花瓣条纹、花瓣斑点、萼片条纹和萼片斑点，这说明主成分4主要代表了花被片的质量性状;主成分5的累积方差贡献率达66.029%，对应的性状为株高、唇瓣斑点、叶片长、花瓣斑点、唇瓣条纹与侧萼宽。其中侧萼宽、花 瓣条纹与唇瓣斑点与其他3个性状成负相关，株高的特征向量值最大，所占比重最高;主成分6的累积方差贡献率达71.068%，对应的性状为叶绿色程度、萼片条纹、萼片斑点及花瓣条纹，一定程度上代表了叶部的质量性状特征。主成分7的累积方差贡献率达75.461%，花朵数量、叶片数与叶片宽的荷载值最大，该成分主要与花朵数及叶部数量性状有关。

根据7个主要成分利用SIMCA-P14.1计算45个莲瓣兰品种的主成分得分，品种之间分值差异可以显示品种间表型上的差异。分值越近说明品种表型间的差异较小，反之差异越大。通过分析发现第一主成分与第二主成分代表了花部性状的主要特征，可以解释45个品种之间42.16%的差异，对品种鉴别与形态学研究最具价值。以第一、第二主成分进行评价，结果表明（图1）莲瓣兰品种大致被聚为三类。按照瓣型的不同进行绘图发现。其中荷瓣品种与大部分梅瓣品种成为主要聚类目标构成Group Group2为部分梅瓣品种与素心品种聚在一起构成，此外部分莲瓣兰品种与其他品种相比得分差异大，形态相差远，分布离散单独聚为Group 主要以奇花品种为主，它们均具有与前者差异较大的形态学特征：超过3片的花被片，花瓣与萼片的边缘卷曲程度较大，萼片及花瓣姿态部分内卷，部分反卷。

此外通过对45个莲瓣兰的29个表型性状进行相关性分析，发现共有93对性状显著相关，其中65对性状极显著相关。大部分性状都具有相关关系，叶部器官中叶片长与株高、叶片数与花朵数量存在显著正相关。花部器官中大部分性状存在显著正相关，而萼片条纹与株高之间、萼片条纹与萼片斑点之间、花瓣条纹与花瓣斑点之间、唇瓣条纹与唇瓣斑点之间存在显著负相关。

2.3  聚类分析

在SPSS中使用层次聚类法进行树状图的绘制。分析结果（图2）在欧式遗传距离15处，可以将45个莲瓣兰品种分为为3个族群。从下至上依次标记为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，结果显示，构成第Ⅰ族群的莲瓣兰品种为C20‘倚天奇蝶和C27‘黄金海岸。第Ⅱ族群的结果为同是荷瓣品种的C12‘大荷瓣与C13‘大牡丹聚在一起，表明二者具有极为相似的形态。第Ⅲ族群的聚类结果较为复杂，考虑可能与莲瓣兰品种的表型多样性表达有关。在遗传距离10处第Ⅲ族群可以分為两个亚群。Ⅲ-1亚群由23个品种构成，其中素心品种居多共7种占30.43%，分别为：C02‘碧玉素、C03‘小雪素、C06‘富贵素、C10‘白雪公主、C14‘白玉素、C17‘碧龙玉素、C19‘高品素;荷瓣品种有6种，占比26.08%，分别为：C29‘云龙红花、C42‘紫熙荷、C45‘如意素荷、C18‘双喜荷、C16‘荡山荷、C39‘瑞荷;梅瓣品种有：C04‘长脚梅、C11‘千禧梅、C08‘滇梅、C09‘碧龙寿桃、C15‘三元梅，5种占比21.73%;其余为奇花品种：C05‘大唐盛世、C26‘锦上添花;蝶瓣品种：C22‘玉兔、C33‘盛祥蝶;红舌：C37‘心心相印。其中 Ⅲ-2亚群由18个品种构成，从上到下依次为8个荷瓣品种与1个素心品种聚在一起：C31‘昆华荷、C36‘出水芙蓉、C41‘巧荷、C30‘云海荷、C38‘滇荷、C32‘朱丝玉荷、C40‘甲壳虫以及素心品种C43‘雪人;接着是C24‘二红素以及3个蝶瓣品种C07‘红满天与C27‘馨海蝶、C23‘五彩蝶聚在一起。之后为3个奇花品种C34‘星光灿烂、C35‘金沙牡丹、C01‘合家欢以及红舌品种C25‘雪里红与蝶瓣品种C28‘大唐凤羽聚在一起。

3  讨论

变异系数是植物形态多样性的重要指标，变异系数越大表明性状的离散程度越大，花部形态的变异很大程度上代表了植株的变异程度[20]，这与敖素燕[6]得出的兰花种内性状变异系数较小的结果不同，即同为莲瓣兰种内的品种表型变异系数差异也很大，这可能与性状选取差异或实验材料覆盖度有关。

主成分分析将29个性状简化为7个主要成分，累计方差贡献率达到75.461%，可以解释不同品种莲瓣兰主要表型性状的绝大部分信息。莲瓣兰生物学性状较多，性状间复杂的关系导致信息复杂重叠，主成分分析将多个性状转化为几个主要成分体现其综合性状[21-23]，简化后综合指标的使用将提高莲瓣兰种质资源的选育效率。相关性分析结果显示，大部分营养器官与花部器官都具有显著相关关系，与程浩等[21]的研究结果类似，相关性极强的性状在性状改良时，会影响其他性状，这为日后种质评价与杂交亲本性状选择提供参考。

聚类分析将45个莲瓣兰品种分为3类，在分支内部花型相同的品种有聚集在一起的趋势。就3大类群而言，第Ⅰ类群的品种叶长、株高以及花朵大小都处于中上水平;第Ⅱ类群中的品种株高最高、叶片数较多;第Ⅲ类群中Ⅲ-1类群的品种拥有较长的唇瓣且萼片与多数花瓣不存在斑点。Ⅲ-2类群的品种拥有最小的花瓣萼片长宽比，花朵大小适中，株型合适有很强的观赏性。聚类反映了不同品种的遗传差异，将性状相近的聚为一类，对杂交中亲本的选择具有指导作用[22]。本研究发现，即使是花型相同的品种在聚类时也不一定在一个类群之中，可能是因为环境因素导致性状差异，也可能是因为品种复杂的杂交背景显示出的特征。这与张东玲等[23]得出的研究结果当群体的来源较广且经历的外界环境复杂，出现表型多样性可能不能反应出遗传水平多样性的情况存在一致性。陈向民等[24-25]认为部分花色花型来源相同的品种亲缘关系较近，但不能完全代表遗传关系，与遗传分组并没有一致关系，这结果与本次研究结果相符。

结合本次研究结果，为莲瓣兰育种提出以下建议：（1）莲瓣兰花部器官性状变异差异大，具有较高的育种价值，品种选育与评价时应考虑将花部性状作为主要性状;（2）奇花品种与其他品种的表型差异较大，在进行奇花品种培育时尽量避免与亲缘关系较远品种进行杂交育种以免发生性状分离;（3）从商业角度上考虑，优先推荐荷瓣新品种培育。荷瓣品种性状稳定且受市场欢迎，培育出莲瓣兰的荷瓣新品种将具有广阔市场。此外，形态学研究仍有一定局限，需与分子标记相结合。进一步推进莲瓣兰分子水平上的遗传多样性分析，深入探讨莲瓣兰的遗传变异特点，提高分类鉴定的准确性。

4  结论

本研究对45个莲瓣兰品种的29个表型性状进行数据收集，通过数据分析以及连续观察，结果显示莲瓣兰品种各表型变异系数为10.1%～ 133.1%，表现出丰富的变异，大部分营养器官与花部器官都具有显著相关关系，花部形态是对莲瓣兰品种区分鉴别的重要分类特征。聚类分析将45个莲瓣兰品种分为3类，在分支内部花型相同的品种有聚集在一起的趋势。

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责任编辑：沈德发