57 份现代月季种质资源表型性状及综合评价

王莉飞 徐佳洁 黄晓霞 李淑斌 程小毛

（1. 西南林业大学园林园艺学院国家林业和草原局西南风景园林工程研究中心，云南 昆明 650233；2. 云南省农业科学院国家观赏园艺工程技术研究中心，云南 昆明 650205）

月季（Rosa chinensis）是现代月季资源的简称，属于蔷薇科（Rosaceae）蔷薇属（Rosa）植物[1]，为中国十大名花之一[2]，具有重要观赏价值[3]。月季原产中国，广泛分布于世界各地，通过人工培育及自然选择产生了丰富的变异类型，对月季种质资源进行表型多样性分析及评价，有利于了解月季的品种特性，如观赏性、适应性和抗性等[4]，同时能够深入了解性状的遗传规律，有助于筛选其经济价值和观赏价值较高的品种。尽管月季具有巨大的经济价值，但对于月季属植物的表型性状遗传研究却知之甚少[5]。目前，对月季多样性的研究大多是通过表型性状及分子标记技术。利用表型性状不仅能对质量性状和数量性状进行分析，还能够通过表型对种质资源进行评价。丁榕等[6]通过对花色、叶色、叶长等7 个表型性状和9 个数量性状进行分析，发现14 个月季品种之间的遗传关系在许多性状上差异显著，遗传相似性系数在0.125～0.438 之间，均未超过0.500，是较为理想的杂交亲本候选材料组合。赵玲[7]在研究单瓣月季花和亮叶月季的系统关系时发现花直径、花瓣长和宽、花梗、叶柄等多数表型性状在居群内和居群间的差异显著。基于表型性状，个体间并不完全以居群或者地理距离进行聚类，同一居群的不同个体在不同阈值的聚类支上都有分布。居群间也没有以关键性状为标准分成两个大支。因此，传统分类上的单瓣月季花和亮叶月季应为同一种植物，居群间或居群内的不同植株因适应环境产生了表型可塑性，在株型、叶片大小和形态、花色、花梗和嫩枝的腺毛有无等表型性状上出现了表型分化。月季花色、瓣型、花类型等表型性状，不仅是描述月季种质的主要特性，也是区分不同资源的重要表型性状。黄平[8]通过株高、刺颜色、刺状态、花型、花色、花香等43 个表型性状对 56 个月季品种开展了表型多样性分析，发现不同园艺类型月季表型多样性存在明显差异。本研究通过相关性分析、主成分分析和聚类分析等方法对57 份现代月季种质资源的花色、瓣型、花类型等表型性状进行研究，旨在为月季的资源评价、品种选育以及品种评比提供重要的物质基础和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

所选用的试验材料均为艾蔷薇园艺科技有限公司培育和收集的月季种质资源，共57 份现代月季种质资源，其中3 个（‘238’、‘238-10’、‘201609-7’）为艾蔷薇公司自主选育品种。试验材料均为1 年生的扦插苗，于2019 年5—6 月种植于云南艾蔷薇公司基地。试验材料及主要表型性状见表1。

表1 供试材料及主要性状Table 1 Test materials and main characters

续表1

1.2 试验方法

选择盛开期的花朵进行表型多样性测定。调查57 份现代月季种质资源的13 个表型性状（花色（FC）、瓣形（PT）、花类型（FT）、花头数（FN）、花形（俯视）（FS）、花香（FF）、小叶数（LN）、叶片光泽（LG）、叶边缘锯齿（LEG）、顶端小叶形状（ALS）、皮刺（P）、刺形状（TS）、刺颜色（TC））。根据GB/T 19557.1—2004[9]对表型进行观测和测定，采用英国皇家园艺学会出版的RHS colour chart 比色卡[10]测定花朵的花色。所有测试品种设置3 个样品重复，每个重复选取3 株。小叶的观测部位选择枝条的中部叶，每个植株选取3～5 片；花朵表型性状观测选择在盛花期花朵，刚开放完整时进行；花瓣的形状观测部位：重瓣花的观测选取从外向内数的第3 轮花瓣，而半重瓣则选取中间一轮花瓣观测；植株刺的观测部位取当年生枝上的刺。具体形态性状测定标准见表2。

表2 月季形态多样性指标及标准Table 2 Indicators and criteria of morphological diversity of Chinese rose

1.3 数据处理及统计分析

采用Excel 2007 计算57 份现代月季种质资源各指标的平均值、标准差、变异系数、极差、最大值、最小值和遗传多样性指数[11]。根据各表型性状级别出现频率计算Shannon-Wiener 多样性指数（H），其计算如公式（1）。利用SPSS 23.0软件对57 份现代月季种质资源13 个表型性状进行主成分分析及聚类分析。在主成分分析中，根据特征值大于1.0 的原则来确定主成分的个数[12]，将57 份现代月季种质资源的13 个表型性状的标准化数据代入各主成分中，按公式（2）计算各主成分得分，以此类推计算出每个品种的F1～F5共5 个主成分值，以各表型性状的特征向量值为依据确定各主成分的权重并构建综合得分函数方程，最后根据综合得分进行排序[13]。聚类分析中采用组间连接欧式距离法对 57 份现代月季种质资源进行聚类分析。

式中：Pi是某表型性状第i个级别的材料数占总材料数的百分比[14]。

2 结果与分析

2.1 57 份现代月季种质资源表型性状的变异及多样性分析

由表3 可知，13 个表型性状均存在不同程度的变异，变异系数范围在14.01%～79.91%，平均为42.74%。变异程度从大到小依次为刺状态＞刺颜色＞皮刺＞花色＞花形（俯视）＞花香＞花头数＞瓣型＞顶端小叶形状＞叶边缘锯齿＞叶片光泽＞小叶数＞花类型。其中刺状态的变异系数最大，高达79.91%，可见现代月季种质资源的刺状态变异幅度大，研究价值较高。花类型的变异系数最小，只有14.01%，说明其变异幅度小。

表3 57 份现代月季种质资源13 个表型性状多样性分析Table 3 Analysis on the diversity of 13 phenotypic traits in 57 modern Chinese rose germplasm resources

由表3 可知，13 个表型性状的H为0.254～1.844，平均多样性指数为0.964，不同表型性状的多样性指数差异较大。多样性指数从大到小依次为花色＞刺状态＞刺颜色＞瓣型＞顶端小叶形状＞小叶数＞叶边缘锯齿＞花香＞花形（俯视）＞花头数＞叶片光泽＞皮刺＞花类型。其中花色的多样性指数最大，为1.844，刺状态、刺颜色和瓣型的多样性指数均大于1，说明现代月季在花色、刺和瓣型上具有丰富的遗传多样性。花类型的多样性指数最小，仅为0.254。

2.2 57 份现代月季种质资源表型性状间的相关性分析

由表4 可知，57 份现代月季种质资源的13个表型性状间存在不同程度相关性。共有8 对表型性状相关关系，其中4 对表型性状呈现极显著相关水平（P＜0.01），均为正相关关系，分别是顶端小叶形状与皮刺、皮刺与刺状态、皮刺与刺颜色、刺状态与刺颜色，相关系数分别为0.355、0.850、0.895、0.795，反映了刺表型状况之间相互影响、相互联系，表明刺表型性状之间存在较强的相关性；有4 对表型性状显示出显著相关性（P＜0.05），2 对表型性状呈正相关，分别为顶端小叶形状和刺状态、顶端小叶形状和刺颜色，相关系数分别为0.291 和0.306；2 对表型性状呈现显著负相关关系，分别为花类型和花头数、花香与叶边缘锯齿，相关系数分别为-0.294 和-0.271。

表4 57 份现代月季种质资源的13 个表型性状的相关系数Table 4 Correlation coefficients of 13 phenotypic traits of 57 modern Chinese rose germplasm resources

2.3 57 份现代月季种质资源13 个表型性状的主成分分析

对57 份现代月季种质资源13 个表型性状数据进行标准化处理，以各表型性状的标准化数据为变量进行主成分分析（表5），提取特征值大于1 的主成分[15]。前5 个主成分的特征值均大于1，累计贡献率达64.37%，可以反映13 个表型性状的基本特征。第1 主成分的贡献率最大，为23.39%，特征向量值较大的表型性状是皮刺、刺状态、刺颜色，特征向量均为正值且高达0.5 以上，这类表型性状与皮刺有关，因此，第1 主成分为皮刺因子。第2 主成分的贡献率为12.44%，特征向量值最大的是花头数，花头数越多显得植株越丰满，观赏价值越高，因此，第2 主成分为花头数因子。第3 主成分的贡献率为10.26%，特征向量值最大的是叶边缘锯齿，因此，第3 主成分为叶边缘锯齿因子。第4 主成分的贡献率为9.69%，特征向量值最大的表型性状是花香。因此，第4 主成分为花香因子。第5 主成分的贡献率为8.59%，特征向量值最大的是花色。因此，第5 主成分为花色因子。

表5 57 份现代月季种质资源的13 个表型性状主成分分析Table 5 Principal component analysis of 13 phenotypic traits of 57 modern Chinese rose germplasm resources

利用SPSS 23.0 软件对13 个表型数据进行数据标准化处理、各主成分分值及综合主成分值F的计算，并以每个主成分的方差贡献率作为权数建立综合评价函数[16]，F= (0.233 9F1+0.124 4F2+0.102 6F3+0.096 9F4+0.085 9F5)/0.643 7，依据综合主成分值进行排列。由表6 可知，白兰度的综合得分最高，为0.823，花朵饱满，观赏性极好，其次是红蕾丝、巴浓诺查，综合得分分别为0.768 和0.647，蓝精灵的综合得分最低。通过分析可知花头数因子、花香因子、叶片光泽因子以及皮刺因子对得分影响较为明显，花头数越多、花香越浓、叶片光泽度越强以及具有皮刺的植株相应的分数也越高，反之亦然。

表6 13 个表型性状主成分因子得分表Table 6 Principal component factor scores of 13 phenotypic traits

2.4 57 份现代月季种质资源表型性状间的聚类分析

由图1 可知，在欧氏距离为10 处，可以将57 份现代月季种质资源聚为3 大类群。第Ⅰ类群包括21 份现代月季种质资源，可进一步划分成2 个亚类，其共同的主要特征有花色以紫色、紫粉色为主，椭圆形瓣型，重瓣，单头或多头，圆形花形，淡香或浓香， 4～7 小叶数，叶部光泽和边缘锯齿强，椭圆状的顶端小叶。不同特征有第Ⅰ-1 类有刺，以斜直状、黄色刺为主；第Ⅰ-2 类无刺。第Ⅱ类包含14 份现代月季种质资源，可进一步划分成2 个亚类，其共同的主要特征有花色以双色、混色、变色、嵌合色等复合色和白色为主，宽椭圆形、椭圆形瓣型，重瓣，单头居多，圆形花形，淡香，小叶数3、4、5、7，叶片光泽强，叶边缘锯齿强，顶端小叶数椭圆状。不同特征：第Ⅱ-1 类有刺，主要为斜直状、弯状、黄色刺；第Ⅱ-2 类无刺。第Ⅲ类包含22 份现代月季种质资源，可进一步划分为2 个亚类，其共同的主要特征有花色以红色、紫红色为主，宽椭圆形瓣型为主，重瓣为主，单头或多头，花形为圆形，淡香或浓香，小叶数3、5、6、7，叶片光泽强，叶边缘锯齿强，顶端小叶以椭圆形和卵形为主。不同特征：第Ⅲ-1 类有刺，以红色或黄色的弯刺为主；第Ⅲ-2 类无刺。

图1 57 份现代月季种质资源表型性状聚类分析图Fig. 1 Cluster analysis diagram of phenotypic traits of 57 modern Chinese rose germplasm resources

3 结论与讨论

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[12]。利用表型性状分析种质资源的遗传多样性直观易行，能快速了解植物的遗传变异水平[17]。本研究发现57 个月季品种具有丰富的表型多样性，多样性指数在0.254～1.844 之间，与黄平[8]在杂交茶香月季和多花月季中的研究结果相近；13 个表型性状中花色多样性指数最高为1.844，与紫薇（Lagerstroemia indica）[18]、红花（Carthamus tinctorius）[19]等的表型多样性特征基本相似；变异系数与遗传多样性指数之间不存在相关关系，不一致的变化趋势说明变异的范围很大，且变异的分布不均匀，与对芝麻（Sesamum indicum）[20]、板栗（Castanea mollissima）[21]的表型研究结果类似。另外，变异系数在一定程度上反映了进化的快慢，本研究中57 份现代月季种质资源的变异系数为14.01%～79.91%，均大于10%，其中刺状态（79.91%）、刺颜色（75.90%）、皮刺（67.94%）、花色（65.47%）、花形（俯视）（47.30%）、花香（40.41%）均超过40%，说明这些表型性状在参试材料间具有丰富的变异度，选择空间大，可作为月季育种应用的创新种质，促使月季品种选育朝着减少刺而增加刺色、花色方向发展。

表型性状结合主成分分析，也是遗传多样性评价和优良种质筛选的一种重要手段[22-23]。主成分分析将多个表型性状转化为较少的几个主成分，简化了选择的程序，体现了综合性状，易于分析[24]，在一串红（Salvia splendens）[25]、核桃（Juglans regia）[26]等花卉中都有应用。本研究对 13 个表型性状进行主成分分析后提取的前5 个主成分，贡献率累计达64.37%，分别为皮刺因子、花头数因子、叶边缘锯齿因子、花香因子、花色因子，可以反映月季品种形态性状的基本特征。其中花头数是品种选育较好的间接选择指标[27-29]，与株高、产量显著相关，可以作为月季评价的主要指标[14]，而且培育浓香型的月季，可提高月季的观赏性和芳香油的含量，是月季育种的主要目标[30]，花色是月季观赏特性的具体体现，丰富的花色是选育花色奇特的优良品种和品系的基础[2]。因此，综合前人研究和本研究的结果可将提取的5 个主成分因子作为现代月季种质资源育种工作中亲本评价和选择的主要形态指标。

聚类分析将57 份现代月季种质资源分为3 大类、6 亚类。发现第Ⅰ类21 份现代月季种质资源花色主要以紫色和紫粉色为主，第Ⅰ-1 有刺，第Ⅰ-2 无刺。第Ⅱ类14 份现代月季种质资源花色主要以复色（双色、混合色、变色、嵌合色）和白色为主，第Ⅱ-1 有刺，第Ⅱ-2 无刺。第Ⅲ类22 份现代月季种质资源花色主要以红色、紫红色和黄色为主，第Ⅲ-1 有刺，第Ⅲ-2 无刺。聚类结果可以看出花色和刺是现代月季品种聚类组群的重要表型性状，可反映出不同品种在花色和刺上的亲缘关系。李晓丽等[31]发现白色与红色、粉色月季品种杂交，后代花色差异较大。汪有良等[32]发现杂交亲本花色相同，可得到相近花色的杂种后代。前人发现皮刺会影响采摘收获的难度，无刺将会成为未来月季新品种培育的重要方向之一[33-34]。因此在今后月季的育种中可优先考虑花色相差较大且无刺的亲本培育、开发新品种。

57 份现代月季种质资源丰富的表型多样性和变异性，为新品种选育提供了丰富的亲本材料，也为现代月季种质资源的有效开发利用提供了更多的可选空间。通过综合评价得出花头数因子、花香因子、叶片光泽因子以及皮刺因子对得分影响较为显著，花头数多、花香浓、叶片光泽度强以及具有皮刺的植株综合得分较高。过聪等[14]发现株形、叶形、花型以及花头数等性状对现代月季品种表型性状综合得分影响较大，贾晓丽等[35]得出花色、花香、花径、花瓣质地以及花瓣数是影响大花月季观赏特性综合评价分值的主要因素，而吴超等[36]发现花色、花型等表型性状对国外微型月季资源评价的影响力较大。以上研究与本研究结果类似，但存在差异，可能与月季种质资源以及表型性状选择不同有关。本研究发现4 个表型性状对现代月季综合得分影响较大，其中花头数的多少影响着观赏效果，花头越多观赏效果越好[37]。花香是花朵品质相关的主要表型性状，浓香月季品种不但可提高月季本身的观赏价值，而且自身芳香油含量较高，可用于制造精油，提高经济价值[38-39]。叶片光泽是观赏植物的重要品质指标之一，提高叶片光泽度可显著改善大部分植物的观赏品质，提高其商品价值[40]。无刺品种无论从生产应用还是管理养护角度考虑，都更符合市场需求[34]。综上可知在实际生活中花头数较多、花香较浓、叶片光泽度强、无刺的月季不仅可吸引人们驻足观赏，提高观赏性，还可提高花朵的产量，进而提高经济效益。因此在月季育种时可优先考虑选取花头数较多、花香浓烈、叶片光泽较强、无刺的品种作为亲本组合，为月季的资源评价、品种选育及评比提供参考依据。