山西省萱草属野生资源的表型多样性分析

段九菊， 梁 峥， 贾民隆， 宋卓琴， 张 超， 曹冬梅

(山西农业大学园艺学院， 山西 太原 030031)

萱草属(HemerocallisLinn.)为百合科(Liliaceae)多年生宿根草本植物，兼具食用、药用和观赏价值，该种繁殖容易、管理简单、抗逆性强，为一种重要的园林绿化植物。萱草属种质资源丰富，全世界约14种，中国原产11种[1]，是世界萱草属植物的原产中心及分布中心。全球已登录的现代萱草品种达8万多个，绝大多数品种由欧美国家培育[2]，其中很多优良品种是由原产中国的原始种为亲本杂交培育而成[3]。长期以来国内的萱草资源整理与评价利用工作相对落后，存在分类混乱、缺少优良育种亲本、遗传基础狭窄等问题，制约了中国萱草育种工作的开展。目前，国内具有自主知识产权的优异萱草品种极度缺乏[4]，因此，进行萱草资源评价及其遗传多样性分析对优异资源合理利用及品种改良具有重要意义[5]。

野生萱草是观赏萱草的近缘祖先，具有一般观赏品种不具备的优良基因，是萱草育种的优良亲本。观赏萱草的许多品种是在野生萱草的基础上精心选育得到的栽培品种。研究者对野生萱草资源已经开展了一些研究工作，例如：朱云华[6]利用ISSR-PCR分子标记技术进行萱草属种间和品种间遗传多态性分析，发现野生种间的遗传多态性高于品种间；黎海利等[7]采用AFLP标记对萱草部分野生种和栽培品种进行了亲缘关系研究，将供试35份材料分为早花、中花和晚花3类；任毅等[8]认为，萱草属的遗传变异与地理位置、环境及居群间的遗传变化有关。因此，开展萱草属野生资源的收集、评价和鉴定是挖掘和利用优异萱草资源的前提。山西省南北狭长、地形地貌多样，野生植物资源丰富。据报道，山西省分布有5种萱草属植物，分别为黄花菜(H.citrinaBaroni)、北黄花菜(H.lilioasphodelusLinn.)、北萱草(H.esculentaKoidz.)、萱草〔H.fulva(Linn.) Linn.〕和小黄花菜(H.minorMill.)[9]。本项目组对山西省进行了多年的萱草属野生资源调查工作，前期已对收集的野生资源进行了染色体核型分析[10]及ISSR分子标记[11]研究。为进一步掌握和利用山西省萱草属野生资源，了解山西省萱草属野生资源的类型分布及表型多样性状况，本文对收集的萱草属野生资源进行了表型性状鉴定与评价，并进行相关性分析、主成分分析和聚类分析，以期为萱草野生属资源的收集保存、亲本选择、开发利用和新品种选育等提供理论与实践依据。

1 材料和方法

1.1 材料

供试黄花菜、北黄花菜、北萱草和萱草的28份材料为本项目组近十年来野外采集的山西省萱草属野生资源，采集信息见表1。采集的野生资源主要分布在山坡、林缘、石缝、灌丛、草丛和沟谷等生境中，每份材料采集5～10株，整丛移植至山西农业大学园艺研究所萱草种质资源圃(东经112°36′、北纬37°48′)后进行分株扩繁。该圃年平均气温9 ℃，无霜期200 d左右，年均降水量450 mm左右。

于2019年至2020年(每年4月至10月)进行2年试验调查，试验采用随机区组设计。每份材料均为随机排列，每小区种植20株株龄5 a的材料，行距60 cm、株距50 cm。每份材料种植3个小区，视为3次重复。全生育期按常规方法进行水肥管理和病虫害防治。

1.2 方法

参照李森等[12]和金立敏等[13]的方法对表型性状(18个数量性状和6个质量性状)进行调查和测定。使用卷尺(精度0.1 cm)测量数量性状。每份材料随机选取生长健康、开花正常的10个样株，测量株高(地面到植株最高点的距离，不含花序)和冠幅(植株最宽处的宽度)。于花期在每个样株上随机选取完整且健康的成熟叶片、花朵、花葶、花序和花蕾各5个，测量叶长(植株中部成熟叶片基部到叶尖的距离)、叶宽(植株中部成熟叶片展平后中部的宽度)、花径(显色花朵的最大直径)、花被管长(花被管基部到花被开裂处的距离)、花梗长(单朵花分枝基部到最外层苞片基部的距离)、内花被片长(开放花朵最外侧内花被片的长度)、内花被片宽(开放花朵最外侧内花被片的最大宽度)、外花被片长(开放花朵外花被片的长度)、外花被片宽(开放花朵外花被片的最大宽度)、花葶长(最上面叶片基部到花序顶端的距离)、花葶直径(花葶上花序下方1 cm处的直径)、花序长(花朵全部凋谢后花序底端第1朵花着生处至最顶端花朵着生处的距离)、花序直径(花序第1朵花显色时整个花序的最大直径)、花蕾长(即将开放花蕾长度)和花蕾直径(即将开放花蕾的最大直径)，并统计单花序着花量(花朵全部凋谢后花序上的花托数量)。

表1 山西省萱草属野生资源的采集信息

对株型、花型、瓣型、花色、花期和二次开花6个质量性状分别进行分级：1)株型分为小型植株(株高小于40 cm)、中型植株(株高介于40～60 cm之间)和大型植株(株高大于60 cm)，分别对应1、2和3级；2)花型分为微型花(花径小于7 cm)、小型花(花径介于7～11 cm之间)和大型花(花径大于11 cm)，分别对应1、2和3级；3)花色分为黄色系、红色系和橙色系，分别对应1、2和3级；4)瓣型分为单瓣和重瓣，分别对应1和2级；5)花期分为早期(初花期为5月初至5月底)、中期(初花期为6月初至7月底)和晚期(初花期为8月初及以后)，分别对应1、2和3级；6)二次开花分为无和有，分别对应1和2级。质量性状的分布频率以某一级别性状出现的样株数与总样株数的百分比表示。使用Nikon E995相机(日本Nikon公司)对开花期植株、花序和花等进行拍照。

1.3 数据处理

使用EXCEL 2010软件计算数量性状的最小值、最大值、极差和均值。使用SPSS 16.0软件计算标准差和变异系数，进行相关性分析、主成分分析和聚类分析；并根据每份材料在主成分上的取值，绘制三维主成分散点图。

2 结果和分析

2.1 山西省萱草属野生资源表型性状的差异比较

2.1.1 数量性状的差异比较 供试山西省萱草属野生资源数量性状的比较和变异分析见表2。结果显示：山西省萱草属28份材料的株高和冠幅的变幅分别为21.6～90.0和45.0～110.0 cm，均值分别为48.7和70.0 cm。从叶片性状来看，叶长和叶宽的变幅为38.2～105.0和1.0～3.7 cm，均值分别为71.5和2.3 cm。从单花性状来看，花径、花被管长、花梗长、内花被片长、内花被片宽、外花被片长和外花被片宽的变幅分别为7.9～15.0、1.9～5.0、0.1～1.5、6.0～11.2、1.8～3.5、5.9～11.1和1.1～2.1 cm，均值分别为10.7、3.1、0.5、8.6、2.5、8.1和1.5 cm。从花葶及花序性状来看，花葶长、花葶直径、花序长、花序直径和单花序着花量的变幅分别为54.9～145.0 cm、0.3～1.0 cm、10.5～48.0 cm、4.0～39.0 cm和10～44个，均值分别为98.4 cm、0.7 cm、27.0 cm、17.0 cm和25个。从花蕾性状来看，花蕾长和花蕾直径的变幅分别为6.1～13.4和0.8～1.8 cm，均值分别为9.0和1.2 cm。

表2 山西省萱草属野生资源数量性状的比较和变异分析

各性状在不同材料间表现出不同程度的表型多样性，28份材料18个数量性状变异系数的变幅为15.89%～80.00%，其中，花梗长的变异系数最大，单花序着花量和花序长的变异系数也较大，分别为40.00%和39.26%。花径的变异系数最小，内花被片长和外花被片长的变异系数较小，分别为16.28%和17.28%，说明山西省萱草属野生资源花径、花被片长的稳定性相较于其他表型性状好。总体来看，18个数量性状均具有较高的表型多样性。

2.1.2 质量性状的差异比较 基于供试山西省萱草属野生资源6个质量性状的分级结果，对其质量性状进行变异分析，结果(表3)显示：山西省萱草属28份材料的株型、花型、花色、瓣型、花期和二次开花的均值分别为2.0、2.3、1.8、1.3、1.9和1.0。6个质量性状变异系数的变幅为18.27%～38.55%，从大到小依次为花色、株型、瓣型、花期、花型、二次开花。株型以中型植株数量最多，占46.4%；花型以小型花植株数量最多，占67.9%，在1级微型花上没有分布；花色以红色系植株数量最多，占50.0%；瓣型以单瓣植株数量最多，占75.0%；花期以中期开花植株数量最多，占78.6%；二次开花植株数量仅占3.6%，一次开花植株占有绝对优势，占96.4%。

表3 山西省萱草属野生资源质量性状的变异分析1)

选取每个种中性状差异明显的材料进行拍照，结果(图1)显示：编号S3、S5和S9的黄花菜在花径、花被管长和花被片长方面具有明显差异；S10属于北黄花菜；编号S11和S14的北萱草在花径、花被片长和花色方面略有差异；编号S16、S17、S21、S26和S27的萱草在花径、花被片长、花色和瓣型方面具有明显差异。

A，B，C： 分别为采自太原市、交城县和大同市云州区的黄花菜Hemerocallis citrina Baroni collected from Taiyuan City， Jiaocheng County and Yunzhou District of Datong City， respectively； D： 采自五台山风景区的北黄花菜H. lilioasphodelus Linn. collected from Wutai Mountain Scenic Area； E，F： 分别为采自平定县和沁水县的北萱草H. esculenta Koidz. collected from Pingding County and Qinshui County， respectively； G，H，I，J，K： 分别为采自太原市、太谷县、交城县、阳城县和蟒河国家级自然保护区的萱草H. fulva (Linn.) Linn. collected from Taiyuan City， Taigu County， Jiaocheng County， Yangcheng County and Manghe National Nature Reserve， respectively.

2.2 山西省萱草属野生资源表型性状的相关性分析

山西省萱草属野生资源表型性状间的相关系数见表4。结果显示：山西省萱草属28份材料大部分表型性状间均存在极显著(P<0.01)或显著(P<0.05)的正相关或负相关，说明野生资源大部分表型性状间相互影响。如花径与冠幅、叶长、叶宽、花葶长、花葶直径、内花被片长、内花被片宽、外花被片长、外花被片宽、花蕾直径、花序直径、株型、花型、花期呈极显著正相关，相关系数分别为0.630、0.646、0.614、0.517、0.523、0.566、0.475、0.546、0.480、0.649、0.545、0.481、0.816和0.448；与花梗长和花序长呈显著正相关，相关系数分别为0.380和0.400。

表4 山西省萱草属野生资源表型性状间的相关系数1)

2.3 山西省萱草属野生资源表型性状的主成分分析

主成分分析结果(表5)显示： 山西省萱草属28份材料24个表型性状前5个主成分的特征值总和为19.960，累计贡献率达83.169%，说明前5个主成分可以反映萱草属28份材料表型性状的基本特征。第1主成分的贡献率为40.396%，其中，花葶长(0.869)、叶长(0.863)、株型(0.818)和花序长(0.809)的特征向量绝对值较大。第2主成分的贡献率为23.151%，其中，内花被片宽(0.796)、花被管长(-0.776)、瓣型(0.764)和花蕾长(-0.762)的特征向量绝对值较大。第3主成分的贡献率为9.280%，其中，花期(-0.731)、花梗长(-0.602)、瓣型(-0.477)和花色(0.457)的特征向量绝对值较大。第4主成分的贡献率为5.849%，其中，花径(-0.462)、花序长(0.447)、花型(-0.429)和单花序着花量(0.421)的特征向量绝对值较大。第5主成分的贡献率为4.493%，其中，二次开花(0.598)、外花被片宽(-0.407)和花梗长(0.401)的特征向量绝对值较大。

表5 山西省萱草属野生资源表型性状的主成分分析结果1)

依据主成分分析结果，绘制了三维主成分散点图，结果(图2)显示：山西省萱草属28份材料分成3个富集区，第1类由萱草的14份材料富集而成，第2类由黄花菜的9份材料富集而成，第3类由北萱草和北黄花菜的5份材料富集而成。同种的材料基本集中在一起，其中黄花菜和萱草的材料较多，相对较为分散。

： 北黄花菜Hemerocallis lilioasphodelus Linn.； ： 北萱草H. esculenta Koidz.； ： 黄花菜H. citrina Baroni ； ： 萱草H. fulva (Linn.) Linn.

2.4 山西省萱草属野生资源表型性状的聚类分析

基于18个数量性状和6个质量性状数据，对山西省萱草属28份材料表型性状进行聚类分析，结果(图3)显示：在欧氏距离17处，28份材料可分为3组，其中，组Ⅰ包含7份材料，为4份北萱草、2份黄花菜和1份北黄花菜；组Ⅱ包含4份材料，均为黄花菜；组Ⅲ包含17份材料，为14份萱草和3份黄花菜。在欧氏距离13处，组Ⅲ可以进一步分成Ⅲ1和Ⅲ22个亚组，其中，亚组Ⅲ1包含14份材料，均为萱草；亚组Ⅲ2包含3份材料，均为黄花菜。总体上看，黄花菜散布在3个组中，组Ⅰ的黄花菜材料植株低矮、冠幅小、花葶细短；组Ⅱ的黄花菜材料植株高大、冠幅大、花葶中等、花序长、花蕾大、花径大；组Ⅲ的黄花菜材料植株中等、冠幅中等、花葶长。

S1-S9： 分别为采自广灵县、左权县、太原市、交城县、交城县、黎城县、黎城县、泽州县和大同市云州区的黄花菜Hemerocallis citrina Baroni collected from Guangling County， Zuoquan County， Taiyuan City， Jiaocheng County， Jiaocheng County， Licheng County， Licheng County， Zezhou County and Yunzhou District of Datong City， respectively； S10： 采自五台山风景区的北黄花菜H. lilioasphodelus Linn. collected from Wutai Mountain Scenic Area； S11-S14： 分别为采自平定县、黎城县、黎城县和沁水县的北萱草H. esculenta Koidz. collected from Pingding County， Licheng County， Licheng County and Qinshui County， respectively； S15-S28： 分别为采自五台县、太原市、太谷县、交城县、交城县、庞泉沟国家级自然保护区、交城县、黎城县、黎城县、黎城县、泽州县、阳城县、蟒河国家级自然保护区和历山国家级自然保护区的萱草H. fulva (Linn.) Linn. collected from Wutai County， Taiyuan City， Taigu County， Jiaocheng County， Jiaocheng County， Pangquangou National Nature Reserve， Jiaocheng County， Licheng County， Licheng County， Licheng County， Zezhou County， Yangcheng County， Manghe National Nature Reserve and Lishan National Nature Reserve， respectively.

3 讨 论

3.1 山西省萱草属野生资源表型性状的差异分析

表型性状是植物一切外部性状的综合，是植物适应环境变异最直接的表现[14]。表型性状的鉴定和描述是种质资源研究最基本的方法和途径[15]。研究表明，变异系数可反映群体包含目标性状优良个体的几率[16-18]。当变异系数大于10%时，说明样本间差异较大[19]。本研究中，18个数量性状变异系数的变幅为15.89%～80.00%，6个质量性状变异系数的变幅为18.27%～38.55%，均大于10%，说明供试萱草属野生资源的形态变异较为丰富，具有丰富的表型多样性，可以为萱草属新品种选育提供丰富的亲本材料。数量性状中，花梗长的变异系数最大(高达80.00%)，变幅为0.1～1.5 cm，其次为单花序着花量和花序长，变异系数分别为40.00%和39.26%，说明这3个表型性状具有较高的多样性；而花径、内花被片长和外花被片长的变异系数相对较小，说明花径和花被片长的遗传稳定性相对较好，且花径的变异系数与内外花被片长接近，这与李森等[12]对萱草观赏性状变异的研究结果一致。质量性状的差异主要在于花色和株型，变异系数分别为38.55%和37.76%，二次开花相对稳定，变异系数仅18.27%，28份材料中仅有1份材料二次开花。此外，调查中未发现微型花资源及小黄花菜的资源，有待进一步收集保存。

3.2 山西省萱草属野生资源表型性状的主成分分析和聚类分析

主成分分析结果显示：萱草属野生资源24个表型性状前5个主成分的累计贡献率达到83.169%，可以反映供试萱草属材料的基本特征。第1主成分主要反映植株整体形态特征，第2和第4主成分主要反映单朵花及花序形态特征，第3和第5主成分主要反映花期、花梗长和花色特征。总体上看，与植株整体形态特征相关的表型性状(包括花葶长、叶长、株型和花序长)是造成萱草属野生资源表型差异的主要因子；其次为单朵花、花序形态特征、花期和花色特征，这些表型性状也是影响萱草属野生资源表型多样性的关键性状。本结果与黎海利[20]对7份萱草属部分野生种及83份栽培品种进行形态性状的主成分分析结果基本一致。

聚类分析结果显示：供试山西省萱草属28份材料分为3组，组Ⅰ主要为北萱草，这些材料的共同特征是单瓣，花色为黄色或橙色，花期早，部分材料具有二次开花特性，可作为选育早花或多次开花萱草新品种的优良资源；组Ⅱ均为黄花菜，这些材料的共同特征是单瓣，花色为黄色，以食用为主，可作为选育优质高产黄花菜新品种的优良资源；组Ⅲ主要为萱草，这些材料的共同特征是单瓣或重瓣，花色为红色或橙色，观赏价值高，主要用于园林绿化。聚类分析结果表明同种的材料基本聚为一类，与三维主成分散点图的结果基本吻合，较好地反映了种间的遗传差异。说明运用表型性状可以有效鉴别山西省萱草属野生资源。

利用表型性状的相关性可以提高选择效率，加快育种的进程[21]。本文中，萱草属28份材料大部分表型性状间既相互促进又相互制约。可根据园林用途、观赏目标和食用价值对萱草资源进行定向筛选，针对萱草杂交育种有目的地进行种质资源的优化组合，最终培育出适合不同利用价值的萱草新品种。

3.3 萱草属野生资源的开发利用和展望

丰富的种质资源可为植物新品种选育提供良好的遗传基础[22]。由于长期进行品种间杂交和秋水仙素加倍，萱草已长期没有新的基因融入，品种间的遗传差异已经越来越小[23]。本项目组通过对山西省萱草属野生资源调查发现，萱草属野生资源的表型性状具有丰富的多样性，植株间变异较大。萱草属野生资源具有优异的抗寒抗旱[24]、早花或晚花、多次开花等特性，具有很大的利用价值，本文报道的山西省北萱草资源在萱草育种中很少被利用[6]，可以根据园林用途的不同对萱草属资源进行定向筛选，充分利用这些资源培育出更多具有自主知识产权的萱草新品种。