基于表型性状的紫藤品种资源分类研究

罗玉兰，张国兵，张冬梅

（1上海市园林科学规划研究院，上海 200232；2上海城市困难立地绿化工程技术研究中心，上海 200232；3上海滨江森林公园，上海 200137）

0 引言

紫藤属(Wisteria)为豆科落叶藤本植物，是藤本植物中的“国王”，其栽培历史悠久，主要分布于中国、日本、欧洲以及美国[1]。该属约有10种，全世界的栽培品种有150余个[2]，集中在日本、欧洲以及澳大利亚，多数为紫藤(W.sinesis)、多花紫藤(W.floribunda)的实生选种，以及多花紫藤与紫藤、短齿紫藤(W.brachybotry)的杂交种，种质资源较丰富。

目前关于紫藤研究主要集中在繁殖、栽培、开花物候、根瘤菌等方面[3-8]。Kim Na-Rae等[9]利用叶绿体基因组的系统发育分析证实了多花紫藤和中国紫藤在分类学上具有密切关系。Trusty等[10]采用叶绿体、线粒体和核DNA标记相结合的方法对72株紫藤群体开展紫藤遗传多样分析，发现有59株(81.9%)是紫藤和多花紫藤的杂交种。龚和解[11]利用SSR分子标记分析了部分紫藤属的遗传多样性，将24个种或品种分为3个类群。这些均为紫藤种质资源选育积累了一些前期工作基础，但能为该属提供分类处理信息的研究还较少。近年来，国内逐渐重视紫藤品种的引进及培育，由于紫藤种质命名、分类尚无统一的标准，多数形态特征接近的品种命名比较混乱，给育种工作造成了极大困扰，也给国内新品种DUS检测带来了一定的困难。叶型、叶色、花型、花色等表型特征不仅描述种质的主要特性，也是区分不同资源的重要性状[12]。本研究以23个主要表型性状为基础进行数量统计分析，以确定描述紫藤品种的主要形态特征指标，同时对88份资源进行聚类分析，为紫藤品种资源的分类提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试材选自上海园林科学规划研究院紫藤属植物资源圃，在历年对紫藤属种、变种以及杂交品种资源收集的基础上，选择其中88份紫藤品种资源作为研究对象（表1），少数性状数据来源于文献[1-2]。

表1 供试紫藤品种资源信息

1.2 试验方法

查阅国内外关于紫藤品种的相关性状描述，同时进行实地调查和观测记录。选择23个具有显著差异、能反映品种特性的形态性状进行分析。其中定量性状有4个，花序长度、花梗长度、旗瓣长度和宽度等直接采用调查原始数据的平均值；定性性状有19个，进行数值化处理（表2），其中二元性状按0或1进行编码，有序多态性状取连续的整数0、1、2……进行编码。

表2 紫藤品种性状特征及描述

1.3 数据分析

使用Excel 2003进行数据整理，计算平均值、标准差、变异系数，采用DPS 18.1软件进行相关性分析、主成分分析以及聚类分析。

2 结果与分析

2.1 紫藤品种表型性状的变异系数

紫藤属植物的小叶数量范围为9～17片，叶型为卵形、椭圆形或披针形，这些性状在不同种之间存在着差异，其中紫藤小叶数量为9～13片，卵形；多花紫藤小叶数量为13～17片，披针形，且叶片边缘波浪型；美国紫藤、肯塔基紫藤品种小叶数量为11～13片，卵形。在叶色方面，除3个多花紫藤品种(‘Nishiki’、‘Hagoromo Nishiki’、‘Fukuchi’)的叶片为复色外，其余均为单一叶色，有浅绿、中绿、深绿和黄绿4大类，另外，幼叶也存在着浅绿、中绿、黄绿、浅褐、灰褐等不同颜色（图1），与花色有一定的相关性。

图1 紫藤品种资源幼叶颜色特征

紫藤多数为蝶形花，品种间主要区别在于花序长度、花色、旗瓣大小等特征。利用英国皇家园林协会RHS植物比色卡对旗瓣颜色进行比对，紫藤品种的旗瓣颜色分为白、粉、紫红、紫、蓝紫、蓝等6个色系（表3），每一色系又有不同深浅的颜色。同时对花序长度、花梗长度、旗瓣宽度、旗瓣长度4个性状进行测量分析，其中88份资源的花序长度范围为8～85 cm，花梗长度范围为5～35 cm，按照10 cm为一个单位进行数量统计，紫藤品种的花序、花梗长度分别集中在20～39、10～29 cm（图2），在实际分类过程中将花序长度的表达状态分为4级（表4）。

表3 紫藤品种资源花色分类

图2 紫藤品种资源花序和花梗长度特征

表4 紫藤品种资源花序长度分类

从表5可以看出，枝条旋转方向、最大叶片分布位置、小叶形状、旗瓣形状、种子形状等5个性状的种内变异系数均为0%，种间变异系数为17.55%～52.25%，其中旗瓣形状的总变异系数最大；成熟叶是否复色、花冠是否蝶形2个性状差异主要表现在多花紫藤种内，其他种内的变异系数均为0%；其余16个表型性状在不同紫藤品种资源间表现出明显差异，变异系数为10.66%～126.20%，平均变异系数为42.63%，其中幼叶颜色(66.63%)、旗瓣花青苷着色程度(60.04%)、花梗花青苷着色程度(47.41%)、旗瓣颜色(46.35%)、翼瓣颜色(44.02%)、花萼颜色(43.83%)、龙骨瓣颜色(40.89%)的性状差异最为突出，说明紫藤品种资源具有丰富的叶色和花色变异。

表5 23个表型性状变异系数%

不同种内的变异系数为0.18%～50.76%，变异程度依次为多花紫藤(50.76%)、肯塔基紫藤(24.74%)、紫藤(23.55%)、美国紫藤(21.64%)、短齿紫藤(21.40%)、W.×formosa(19.81%)以及W.×valderi(0.18%)，可见多花紫藤种内的不同个体间具有较大差异。

2.2 紫藤品种表型性状的R型聚类

对23个表型性状进行R型聚类（图3），翼瓣颜色与龙骨瓣颜色、种子形状与旗瓣形状、枝条旋转方向与小叶形状、旗瓣长度和旗瓣宽度的相关性较大。在距离1.10处，23个性状大致可以分为3类。花萼颜色、旗瓣颜色、旗瓣花青素着色强度、翼瓣颜色与龙骨瓣颜色归为一类，主要反映花部颜色方面的特征，且具有一定的相关性；最大叶片分布位置、花序长度、花梗长度、旗瓣形状、旗瓣眼的颜色、种子形状与花期归为一类；其余11个性状则聚为另一类。

图3 R型聚类分析图

2.3 紫藤品种表型性状的主成分分析

88份紫藤品种的表型性状主成分分析结果见表6。前5个主成分的特征值大于1，累计贡献率为79.57%，各性状指标的累计贡献率增长较慢，表明紫藤品种间的形态性状具有较大的遗传变异。

表6 各主成分的特征值、贡献率及累计贡献率

续表6

第1主成分贡献率为47.61%，特征向量绝对值较大的依次为种子形状、花冠是否蝶形、旗瓣边缘形态、旗瓣花青素着色强度、花期、成熟叶是否复色、旗瓣形状，其特征向量绝对值都在0.93%以上，这些性状反映了种子、花、叶等方面的特征，是紫藤种内分类的主要指标；第2、3主成分贡献率分别为11.74%、9.35%，其中小叶形状、旗瓣大小、枝条旋转方向、花梗长度、花序长度的特征向量绝对权值均较高，均在0.61%以上，这些性状主要反映了叶、花、枝在形态方面的特征，在紫藤品种分类中起很大作用；第4、5主成分贡献率分别为5.75%、5.11%，其中幼叶颜色、旗瓣颜色、花萼颜色以及成熟叶颜色的特征向量绝对值较高，在0.40%以上，这些性状主要反映了叶、花在颜色方面的特征，在紫藤品种分类中也起较大作用。

2.4 紫藤品种资源聚类分析

基于枝、叶、花、种子、花期等23个表型性状，利用类平均法和欧氏距离对88份紫藤属品种进行聚类分析。从图4中可以看出，在欧氏距离17.0处，可将供试材料分成4组，第Ⅰ组有11份品种资源，肯塔基紫藤和美国紫藤被单独分为一组，主要特征为花期晚、花序短；第Ⅱ组有58份品种资源，包括47份多花紫藤品种，以及W.×formosa和W.×valderi的全部品种，主要特征为花序较长；第Ⅲ组包含4份品种，分别是‘Double Trouble’、‘Yae-kokuryu’、‘Fukuchi’、‘Hagoromo Nishiki’，主要特征为花重瓣、叶复色；第Ⅳ组有15份品种资源，包括紫藤和短齿紫藤的全部品种，以及多花紫藤品种‘Monk’，主要特征是花序短、花瓣内卷或平展。

图4 基于表型性状的紫藤品种聚类分析

3 结论与讨论

紫藤品种选育最早始于日本的江户时代（1603—1868年），到日本明治时期（1868—1912年）取得了很大的进展，约有20个品种[2]。1870年后，随着国外对紫藤资源的引进，欧洲、北美、澳大利亚、新西兰等陆续开展紫藤种间和种内的杂交与选择。由于早期的紫藤品种主要是从野生或栽培苗中实生选育而形成的，品种间差异较小，选育目标主要集中于叶色和花色方面的变异。同时紫藤品种命名混乱，大多以花色、发现地和引种地，诸如‘alba’、‘rosea’等，意思是花色为白色或粉色的品种[1]，由于没有紫藤属品种测试指南及命名登记机关，导致一个品种被赋予多个名称，加上相关信息缺乏，专业种植者也很难区分品种间的差异。为保护目前世界范围内的多花紫藤品种，Compton等[13]对名称的使用历史进行了全面调查、讨论及分组。

2002年国家林业局启动花卉、经济林及林木新品种DUS测试指南编写工作[14]。2013年4月1日，紫藤属被国家林业局列入《中华人民共和国植物新品种保护名录（第五批）》，建立紫藤属植物品种测试指南有利于国内紫藤新品种选育、产业发展。刘青林等[15]认为，在选取品种分类标准时，既要考虑性状相对稳定，又要使其显而易见。本试验选取紫藤茎、叶、花、种子等方面的23个表型性状，其中枝性状1个、叶性状5个、花性状16个、种子性状1个。从紫藤品种表型性状的变异系数看，枝条旋转方向、最大叶片分布位置、小叶形状、旗瓣形状、种子形状等5个性状反映了紫藤不同种间的变异，为枝、叶、花、种子等形状方面的特性，其中种子形状与旗瓣形状、枝条旋转方向与小叶形状相关性较强，但没有逻辑关系，有可能存在协同进化关系，还有待进一步研究和分析。反映不同紫藤品种资源间的表型性状有18个，其中5个花部颜色方面的特征有一定的相关性，在观测时可以合并或选择其中一方面，例如用花瓣大小替换旗瓣长度和旗瓣宽度，花色方面可重点观测旗瓣的颜色；花序长度、花梗长度、旗瓣眼的颜色与花期虽然聚为一类，但逻辑关系不强。

通过23个表型性状对88份紫藤属品种进行聚类，将紫藤品种明显分为4组，除个别在花重瓣、叶复色被单独聚为一类外，每个种系下的品种聚在一起，说明紫藤属内的种间遗传距离较远，紫藤品种分类以种源为第一级分类标准，这与国内杏属[16]、菊属[17]、樱属[18]等品种分类的相似；另外，23个性状也反映紫藤不同种或品种间的特征和变异，其中花期早晚、花序长短为4组聚类的主要划分依据，基本上也反映了紫藤品种类群之间的差异，在紫藤品种分类中具有重要的分类学意义。

张晓庆等[19]在对中国茶花品种进行分类时认为，由于生殖器官比营养器官更为保守、在品种内更稳定，需考虑花型、花色、叶形、花期早晚等与观赏有关的生殖器官特性。根据实地调查和聚类结果分析，花期、花序长短、花色在紫藤品种分类中占有重要地位，是分类优先考虑的因素，也可以作为紫藤品种的分组性状，根据其贡献率从大到小依次为花期、花序长度、花色。在紫藤属植物分类检索表中，以茎旋转方向、花序长短、小叶对数作为第一级分类性状，叶片是否被毛、花颜色为第二级分类性状，这与传统的分类标准存在着不同[20]。

另外，原产于日本的多花紫藤具有花序长、花色丰富以及香味浓等优良特性，成为紫藤属内杂交的主要亲本[21]，与其他种相比，变异程度最高(50.76%)，其次为肯塔基紫藤(24.74%)、紫藤(23.55%)、美国紫藤(21.64%)、短齿紫藤(21.40%)、W.×formosa(19.81%)以及W.×valderi(0.18%)。多花紫藤在花色、叶色方面形成了较大的品种群，遗传背景也比较复杂，23个表型性状中的成熟叶是否复色、花冠是否蝶形主要表现于多花紫藤种内，可作为第四级分类性状。在紫藤属植物的实生选育、杂交育种过程中，在叶色和花色方面产生了较多的变异。

目前，报道的紫藤品种约有150余种[1-2]，去掉重名、丢失以及无法考证的还有90多种，但是这些品种半数以上来源于野外发现或实生选育，紫藤育种工作者选择时主要侧重于花色、叶色等观赏性状，也导致有些品种的多个性状差异非常小，有时很难从观察的角度进行区分。建议今后进一步挖掘紫藤品种资源分类性状，建立更为详细的已知品种性状表，或借助现代分子手段进行更深层次的分类研究，为紫藤育种发展奠定基础。