21份木槿栽培品种表型多样性评价

陈 含,王东升,白 冰,李佳凤,陈可心,程蓓蓓

(河北科技师范学院园艺科技学院，河北省特色园艺种质挖掘与创新利用重点实验室，河北 秦皇岛 066600)

木槿(Hibiscussyriacus)为锦葵科木槿属落叶灌木，其生长迅速，品种丰富，花有白、粉红、红、紫和蓝等颜色，盛开于夏秋时节，花期很长，是温带地区常见的园林观赏植物。木槿属树种在中国有着悠久的栽培历史，战国时期在我国南方开始露地栽培, 晋代已经作为重要的观赏花木普遍栽植，到明末清初逐步北移，栽培亦由露地发展到温室盆栽,由药用栽培发展到庭园观赏栽培[1]。目前世界上木槿品种有200余种[2]，关于木槿品种资源及分子生物学等方面的研究主要集中在木槿资源的收集保存、多倍体育种、观赏性状改良及其品种间亲缘关系的研究[3]，在20世纪80年代国外开始进行木槿辐射敏感性和突变嵌合体的研究[4]。表型性状是植物生长中最直观的表现，表型多样性受到植物本身基因型和环境因子的共同作用，表现为稳定性和多样性共存的特点[5]。表型多样性是遗传多样性的重要部分,遗传多样性的丰富程度对种质资源中品种的改良以及新品种的选育起着直接作用。本研究以21份木槿栽培品种作为调查对象，对其相关性状进行调查分析，以揭示木槿品种不同表型的差异性及规律，为改良现有木槿品种和开发新品种及高效利用种质资源提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 供试材料及表型描述

供试木槿品种(表1)栽培于浙江省嘉兴市嘉善县笠歌生态科技有限公司种植基地，2019年7月18—25日，通过实地调查和记录，选择21份木槿品种资源进行表型多样性统计。

参照《木槿新品种DUS测试指南》，在前人关于木槿及其他花卉品种性状评价[6-7]的基础上，对表型性状的描述进行优化和总结，选择了包含树形、枝条、叶色、叶裂、叶长宽、花色、花晕、瓣型等在内的34个主要表型性状指标组成评价系统(表2)。其中，树形、枝密度、叶片基部形态、叶裂、花重瓣性等性状采用目测方式进行测定；叶片长宽比、花梗长、叶片长度、叶片宽度、花长、花宽等性状采用游标卡尺进行测量；叶片绿色着色程度及花色采用RHS标准比色卡进行观察测定。

1.2 数据统计方法

用SPSS 25.0和Excel 2010进行数据处理。把原始数据拆分成数量性状和质量性状进行多样性分析，数量性状分别为计算出的各类均值、变异系数及信息指数，质量性状根据表型级别分级并计算出信息指数。变异系数=(标准偏差/平均值)×100%；多样性(Shannon-Wiener)指数H′=-∑Si=1PilnPi，其中，Pi为此物种个体数占总个体数比例，S为物种数[8]。根据欧氏距离对各木槿品种资源进行聚类分析，同时进行表型性状分析及主分成分析。

2 结果与分析

2.1 木槿品种资源数量性状多样性分析

木槿品种资源数量性状多样性统计结果见表3，可知10个数量性状多样性指数范围为4.217 9～4.384 7，其中，叶片长度(LL)的多样性指数最高，为4.384 7，其他多样性指数较高的性状有叶片宽度(WL)和叶片的长宽比(AL)，多样性指数分别为4.375 2和4.384 6。花晕密集处长度(LDH)的多样性指数较低，为4.217 9；其次是叶柄的长度(LP),多样性指数为4.269 0。10个数量性状的变异系数范围为10.497%～43.295%，说明供试木槿资源表型数量性状变异较丰富。其中变异系数最大的是叶柄长度，其次是花晕密集处长度，分别为43.295%和40.576%；变异系数最小的是叶片长宽比，其次为叶片长度，分别为10.497%和10.536%。

通过比较同一性状的多样性指数和变异系数发现，二者数值大小呈现相反趋势。如花晕密集处长度和叶柄长度的多样性指数较低，为4.217 9和4.269 0，但其变异系数相对较高，分别为40.576%和43.295%。

2.2 木槿品种资源质量性状多样性分析

木槿品种资源质量性状多样性参数见表4。由表4可知，24个质量性状的多样性指数变化范围为4.175 8～4.392 3。雄蕊瓣化程度(PDS)的多样性指数最低，为4.175 8，其次为花色(FC)，为4.198 0；叶片表面起伏(BSU)、叶片是否花叶(LFL)和叶片颜色组成(LC)的多样性指数最高，皆为4.392 3。雄蕊瓣化程度(PDS)的多样性指数最低，雄蕊瓣化程度(PDS)的大小分为4 个级别，其中单瓣无瓣化比例和重度分离所占比例最大，且均为0.380；少数分离和中度分离所占比例最小，分别为0.100和0.140。其次是花色(FC)的多样性指数，花色(FC)的颜色级别为8个等级，其中所占比较最大的是紫粉、浅粉、紫色3个等级，均占0.190；其次是白色，占比为0.143；占比较小的是粉红、粉色、 紫红色、蓝紫色，分别占0.095、0.048、0.095、0.048。叶片裂片深浅无(DLC)的质量性状为5个级别；雄蕊瓣化程度(PDS)和花瓣内部主色(MCIP)性状均为4个级别；生长习性(GS)、枝条密集程度(DB)、叶片基部性状(LBC)、叶片绿色着色程度(GCDL)、重瓣性(PS)、最外层花瓣片的生长姿态(SOP)、花瓣之间相对关系(PRR)、花瓣形状(PS2)、花瓣内部次色(ISCP)、花瓣呈波浪形(PW)等10个质量性状均分为3个级别；当年生枝条的颜色(CNS)、花色数(FCN)、花内是否有花晕(FH)、花晕相对花瓣面积大小(HAS)、花瓣次色的分布(DPS)、花瓣具裂(PC)等6个质量性状均分为2个级别；叶片表面起伏(BSU)、叶片是否花叶(LFL)、叶片颜色组成(LC)等3个性状原分为2个级别，但所有品种调查结果均唯一，因此只有1个级别。在质量性状方面，木槿花部多样性指数总体大于叶部的多样性指数，说明花部的遗传多样性大于叶部的遗传多样性。

表4 木槿品种资源质量性状的频率分布及多样性

2.3 木槿品种资源表型性状相关性分析

对21份木槿品种资源调查数据进行表型性状相关性分析结果见表5，由木槿的花部、叶部及花梗、叶梗组成的34个表型性状间存在不同程度的相关性。雄蕊瓣化程度(PDS)与重瓣性(PS)、花瓣次色的分布(DPS)与花色数(FCN)、花内是否有花晕(FH)与花晕相对花瓣面积大小(HAS)之间呈极显著正相关(P<0.01)，相关系数均大于0.930。雄蕊瓣化程度(PDS)与花瓣具裂(PC)、花晕密集处长度(LDH)与花内是否有花晕(FH)、花色数(FCN)与花瓣内部次色(ISCP)、花晕密集处长度(LDH)与花晕相对花瓣面积大小(HAS)、花瓣次色的分布(DPS)与花瓣内部次色(ISCP)之间呈极显著正相关(P<0.01)，相关系数均大于0.800。叶柄的长度(LP)与叶片长度(LL)、叶片长度(LL)与叶片宽度(WL)、重瓣性(PS)与花瓣具裂(PC)之间呈极显著正相关(P<0.01)，相关系数分别为0.673、0.072、0.796。叶片的长宽比(AL)与叶片宽度(WL)、花瓣长度(LP2)与重瓣性(PS)、花瓣长度(LP2)与雄蕊瓣化程度(PDS)、花晕密集处长度(LDH)与花瓣之间相对关系(PRR)之间呈极显著负相关(P<0.01)。另外叶片表面起伏(BSU)、叶片是否花叶(LFL)、叶片颜色组成(LC)这3项性状调查结果为常量(21份品种调查结果无差异)。花内是否有花晕(FH)和花晕相对花瓣面积大小(HAS)这两例性状区分了‘白花单瓣’‘黛安娜’和其他19例品种。‘白花单瓣’‘黛安娜’为纯白品种，无花晕，亦无花晕相对花瓣面积，而其余19例品种的这两项调查结果均相同。据此，可根据雄蕊瓣化程度(PDS)判断重瓣性(PS)和花瓣具裂(PC)；根据花色数(FCN)判断花瓣次色的分布(DPS)；根据叶柄长度(LP)判断叶片长度(LL)；根据叶片长度(LL)判断叶片宽度(WL)。

表5 木槿品种资源表型性状间的相关系数

2.4 木槿品种资源的聚类分析

采用离差平方和法[9]，在分析木槿34个表型性状的基础上，根据欧氏距离对21份木槿品种资源进行Q型聚类分析，结果见图1。

图1 21份木槿品种资源的聚类分析

结果表明，在欧氏距离为22处，供试资源被分成3类：第1类为浅色系类，由13个品种组成，该组主要特点为生长直立，花色以白色和浅粉色为主，花瓣单瓣重瓣都有。其中‘白花单瓣’和‘黛安娜’为纯白色，其余品种色系以粉色为主，最外层花瓣开张型并轻度重叠，其中‘紫柱’特点为花瓣硕大，叶片也较大，花瓣极度开张，花瓣瓣片间有缝隙，花晕相对面积大且有颜色扩张，极具观赏性。第2类为深色重瓣类，由‘红色法国酒馆’‘蓝莓冰沙’‘长苞’‘紫色法国酒馆’‘紫玉’组成，该组‘长苞’雄蕊柱部分瓣化，其余品种均为重瓣，重瓣率极高，色系较深，蓝紫色为主，品种比较珍稀。第3类为单瓣类，由 ‘木桥’‘红心’‘薰衣草雪纺’组成，该组均为单瓣，花瓣为开张型，色彩不一。

2.5 木槿品种资源的主成分分析

对21份木槿品种资源的34个表型性状进行标准化处理，去除5个调查结果无差异或差异很小的质量性状，获得29个表型性状数据，以这29个表型性状的原始数据为依据进行主成分分析(表6)，提取了其中占比最大的9个主成分，其特征值均大于1，且累计贡献率高达88.960%，说明这9个主成分可以反映调查数据的基本信息。第1主成分的贡献率最大，为22.661%，特征向量值较大的性状有4个，分别是花色数(FCN)、花瓣长度(LP2)、花瓣内部次色(ISCP)、花瓣次色的分布(DPS)等，其特征向量均为正值且高达0.700以上，反映了最为直接的表型性状，即花的大小及颜色分布，表明花越大、色彩越艳丽的木槿品种长势越好，越具观赏性。第2主成分的贡献率为14.747%，其中，特征值向量最大的是叶片基部性状(LBC)和花瓣宽度(WP)，特征值向量最小的是叶片长宽比(AL)，可看出叶片基部性状与花瓣宽度对木槿品种观赏价值影响较大。第3主成分的贡献率为11.541%，特征值向量较大的是生长习性(GS)、最外层花瓣片的生长姿态(SOP)、花瓣内部主色(MCIP)，说明枝条密集、最外层花瓣片的生长开张，则观赏特性越好。第4主成分的贡献率为9.907%，其中特征值向量最大的是叶片绿色着色程度(GCDL)，绿色值越高，观赏性越好。第5主成分叶片长度(LL)的贡献率为8.643%，说明叶片大小也会影响观赏值。

表6 木槿品种表型性状的主成分分析

表6(续)

3 讨 论

3.1 木槿属表型性状的多样性和复杂性

常规表型性状多样性的研究是揭示生物多样性基础的重要内容[9]，利用表型性状去检测植物的遗传变异和多样性，方法简便易行，能够在短期内基本了解植物的遗传变异水平[10]。目前应用表型多样性数据来进行遗传评价、构建种质资源库、筛选特定用途资源等已在滇蔷薇[11]、牡丹[12]、大白花杜鹃[13]、柿花[14]、山茶花[15]等花木资源中得到应用。木槿表型特征丰富度和变异系数反映的情况是木槿资源丰富度和多样性的具体体现。本试验通过对21份木槿品种资源的34个形态性状进行统计分析发现，不同变型(品种)间存在形态多样性，多样性指数为4.175 8～4.392 3，根据吴根松等[16]对梅花表型多样性研究所述，多样性指数达到1即为多样性程度高，本试验全部表型性状的多样性指数均大于1，说明供试的21份木槿品种资源具有较丰富的多样性。对数量性状与质量性状比较可以发现，数量性状形态多样性分析总体上高于质量性状的形态多样性分析结果。木槿具蜜腺，柱头面积大，柱头探出式雌雄异位，同时木槿柱头裂片不能发生翻卷运动，单体雄蕊柱上高低不等的花药位于下方等特征，这种特征使得木槿自花传粉的发生率较低，导致了木槿为异花授粉植物，致使木槿种间基因交流频繁，为木槿资源的丰富性奠定了基础[17]。在人工杂交实验中也证明人工同株同花授粉的座果率大大低于人工异株异花授粉的座果率，张艳红等[18]进一步证明木槿兼性异交的繁殖特性也可能是影响其形态差异的重要原因之一。变异系数是描述性状离散程度的量，与表型多样性正相关[19]。本试验中21份木槿品种资源的变异系数为10.497%～43.295%，通过比较同一性状的多样性指数和变异系数发现，二者数值大小呈现相反趋势。这与张海平等[20]对睡莲及范义昌等[21]对沙枣的研究结论相同。从质量性状的变异中得出花色的多样性指数是所有质量性状中的第一名，说明花色的多样性十分丰富。但从品种占比上看，蓝紫色花在本次调查中占比仅为 9.5%。‘蓝莓冰沙’与‘奥苏兰’是本次调查中仅有的两种蓝紫色花，分别为重瓣与单瓣，都具有较高的观赏价值。蓝紫色花相对于其他颜色的花较为稀有，所以在日常应用中并不常见，今后可以加大对于蓝紫色花的选育和应用。

3.2 木槿属少数重要性状可能影响整体表型

对木槿资源表型性状的相关性分析表明，雄蕊瓣化程度(PDS)与重瓣性(PS)、花瓣次色的分布(DPS)与花色数(FCN)、花内是否有花晕(FH)与花晕相对花瓣面积大小(HAS)相关系数大于0.930，呈极显著相关；花色数(FCN)与花瓣内部次色(ISCP)、雄蕊瓣化程度(PDS)与花瓣具裂(PC)、花瓣次色的分布(DPS)与花瓣内部次色(ISCP)之间相关性系数均超过0.850，呈极显著正相关；花晕密集处长度(LDH)与花晕相对花瓣面积大小(HAS)、花晕密集处长度(LDH)与花内是否有花晕(FH)之间均呈极显著正相关，且相关性系数均高于0.800。花朵各性状间的相关关系反映了花发育过程中各部位差异化协调发育的特点[22]，而叶柄的长度(LP)与叶片长度(LL)与叶片宽度(WL)、重瓣性(PS)与花瓣具裂(PC)间呈极显著正相关，相关系数分别为0.673、0.702、0.796。可见木槿各表型性状间相互影响，即少数重要性状的改变可能导致木槿综合表型性状产生差异。

品种形态分类是判断木槿品种的主要依据，因此性状的选取显得十分重要。本试验选取了34个表型性状，其中叶片表面起伏、叶片是否花叶、叶片颜色组成这3个性状在21份供试品种调查的数据完全一致，从相关性分析中可以清晰地看出，调查结果为常量。而花内是否有花晕、花晕相对花瓣面积大小这两个性状的调查数据相似性太高，第1组‘白花单瓣’和‘黛安娜’是纯色花，无花晕，而其余19例品种调查结果完全一致。因此，这5个性状选取不合理，主成分分析中则去除了这5个性状。另外本试验最大的问题是总体样本数量偏少，也可能对试验结果造成影响。

3.3 木槿属数量分类学讨论

20世纪50年代数量分类学的诞生把数学方法和计算机技术引入到植物分类研究中，从而使其从定性的描述水平走向了精确定量的分析水平[23]。品种分类可以有效地处理品种间的相似性和亲缘关系，对不同品种进行综合评价[24]。但由于在分类过程中涉及形状选取、编码、数据处理标准及聚类方法等主观因素，因此用数量分类的方法进行品种分类只能作为一种辅助方法[25]。

本研究聚类分析结果表明，在欧氏距离为22时根据木槿形态数据、亲缘关系远近可将供试木槿资源划分浅色系类、深色系重瓣类及单瓣类三大类型。通过主成分分析得出：花色数(FCN)、花瓣长度(LP2)、花瓣内部次色(ISCP)、花瓣次色的分布(DPS)、叶片基部性状(LBC)和花瓣宽度(WP)、生长习性(GS)、最外层花瓣片的生长姿态(SOP)、花瓣内部主色(MCIP)等性状可作为木槿品种形态分类的指标。以上只是从形态学方面对木槿品种进行分类，以后的研究还可通过孢粉学分析以及ISSR、RAPD 和 AFLP 等分子技术对木槿品种进行系统分类和亲缘关系鉴定[26]。

总体而言，花朵的外部形态与色彩是木槿分类的主要依据，其树形、生长习性、叶片基部形状也对其形态分类有较大影响。在质量性状方面，木槿花部多样性指数丰富，其中花色(FS)4.198 0、花瓣之间相对关系(PRR)4.364 4、花瓣次色分布(DPS)4.329 3 等指数较高，从一定程度上表明，未来在花色性状上会产生更多的新品种。本研究为木槿性状变异和亲缘关系的探讨提供了丰富的形态学依据，且木槿资源丰富的形态多样性和遗传多样性也为培育具有高观赏价值的新品种提供了丰富的亲本材料。