不同芍药品种侧枝性状的多样性分析

钱景扬，李芹，卢莉莉，孟家松，陶俊，赵大球

(扬州大学 园艺园林学院，江苏 扬州 225009)

芍药(PaeonialactifloraPall．)为芍药科芍药属多年生草本花卉，是原产于中国的传统名花，距今已有4 000多年的栽培历史[1]。芍药花型多样、花色艳丽、花香怡人，具有极高的观赏价值和药用价值，深受世界各国人民的喜爱和推崇[2]。近年来，芍药在中国园林建设中应用广泛，例如花境、花坛、花丛、芍药专类园等，同时芍药又适宜作鲜切花，已成为近些年世界的高端切花之一，经济效益显著[3-6]。

中国是全球主要的切花芍药产区之一[7]，芍药鲜切花的生产量和销售额均不断上涨，市场前景广阔。但目前用于切花生产的芍药品种丰富程度较低，大多从国外引种，这在一定程度上制约了我国芍药切花的产业化和规模化发展。有无侧枝是衡量芍药切花品质的重要标准之一。多侧枝不仅会降低芍药切花的观赏性，而且会消耗较多的营养物质进而抑制主枝的生长发育。因此，开展芍药侧枝多样性分析对于我国芍药切花的产业化和规模化发展意义重大。迄今为止，前人对于芍药的评价多侧重于叶部性状和花部性状，而对于侧枝性状的研究一直未见报道。本研究以侧枝总数为依据将所调查的芍药品种分为4个类型，并对侧枝性状进行进一步分析，以期为我国芍药切花生产提供品种资源储备。

1 材料与方法

1.1 实验材料

选择扬州大学国家芍药种质资源库中露地栽培的188个芍药品种作为材料(表1)，于2022年花期观测并记录与侧枝相关的性状。

1.2 实验方法

共选取5个侧枝性状进行观测记录，分别是侧枝总数、有侧枝的主枝条数、单个主枝条上平均侧枝数、侧枝长度和侧枝粗度，其中单个主枝条上平均侧枝数为侧枝总数除以有侧枝的主枝条数。侧枝总数和有侧枝的主枝条数采用目测法，侧枝长度采用卷尺进行测量，侧枝粗度采用游标卡尺在侧枝1/2位置处进行测量。每个品种分别随机选取3株进行观测，取平均值。

1.3 数据分析

使用Microsoft Excel 2019对数据进行整理，计算出各个类型品种侧枝性状的最小值、最大值、平均值、标准差、变异系数和遗传多样性指数(Shannon-Weaver)。对数量性状进行10级分类，1级

2 结果与分析

2.1 侧枝数量不同的芍药品种聚类分析

基于欧式距离采用Ward聚类法将芍药侧枝总数由高到低依次划分为多侧枝、中等侧枝、少侧枝和无侧枝4 个类型(图1)。每个类型的品种数量不同，其中品种数量最多的是无侧枝类型，包含75个芍药品种，数量最少的为多侧枝类型，仅包含9个芍药品种。

图1 侧枝数量不同的芍药品种聚类结果Fig.1 Clustering results of Paeonia lactiflora Pall. varieties with different number of lateral branches

由表2可知，供试的188个芍药品种侧枝总数的变异范围为0～20个。4类芍药品种侧枝总数的平均值分别为11.89、4.20、1.60和0个，变异范围分别分9.00～20.00、3.00～7.00、1.00～2.00和0个，包含的品种数量分别占供试总数的4.79%、28.72%、26.60%和39.89%。其中在多侧枝、中等侧枝、少侧枝3个类型中，侧枝总数最多的品种与最少的品种相差分别达122.22%、133.33%和100%。4类芍药品种侧枝总数的变异系数分别为31.08%、29.80%、30.62%和0，芍药多侧枝类型品种的变异系数分别是中等侧枝品种和少侧枝品种的1.04倍和1.02倍。

表2 侧枝数量不同的芍药品种聚类结果分析Table 2 Cluster analysis of Paeonia lactiflora Pall. varieties with different number of lateral branches

2.2 不同侧枝类型芍药品种的侧枝性状多样性分析

进一步对不同侧枝类型芍药品种的4 个侧枝数量性状多样性进行分析(表3)。在全部芍药品种中，侧枝长度的变幅为2.30～22.47 cm，平均值为14.46 cm；侧枝粗度的变幅为0.92～4.23 mm，平均值为2.43 mm；有侧枝的主枝条数的变幅为1.00～12.00个，平均值为2.79个；单个主枝条上平均侧枝数的变幅为0.67～4.00个，平均值为1.34个。各性状的变异系数在21.42%～72.02%，其中有侧枝的主枝条数的变异系数最大，侧枝粗度的变异系数最小，所有性状的变异系数均大于20%，表明这4个数量性状具有丰富的变异，进行遗传改良的潜力较大。4个侧枝性状的遗传多样性指数均超过了1.470，范围在1.475～2.010，其中侧枝粗度的多样性指数超过2.000，表明各品种间侧枝性状差异明显，各数量性状存在广泛的遗传多样性。

表3 芍药4个侧枝数量性状的多样性统计Table 3 Diversity statistics of quantitative traits of four lateral branches of Paeonia lactiflora Pall.

在不同侧枝类型芍药品种间，同一侧枝性状的平均值、变异系数、遗传多样性指数等数值在不同类型中各不相同。侧枝长度的平均值在多侧枝类型中最大，为15.15 cm，在少侧枝类型中最小，为14.13 cm；侧枝粗度的平均值在中等侧枝类型中最大，为2.45 mm，多侧枝类型中最小，为2.23 mm；有侧枝的主枝条数的平均值在多侧枝类型中最大，为7.44个，在少侧枝类型中最小，为1.37个；单个主枝条上平均侧枝数的平均值在多侧枝类型中最大，为1.77个，在少侧枝类型中最小，为1.24个。侧枝长度的变异系数为15.76%～26.65%，侧枝粗度的变异系数为12.09%～26.44%，有侧枝的主枝条数变异系数为32.36%～36.75%，单个主枝条上平均侧枝数变异系数为32.12%～48.59%，在3个类型中，单个主枝条上平均侧枝数变异系数的极差最大，为16.47%，有侧枝的主枝条数最小，为4.39%。侧枝长度的遗传多样性指数为1.735～2.022，侧枝粗度的遗传多样性指数为1.427～2.045，有侧枝的主枝条数的遗传多样性指数为0.653～1.523，单个主枝条上平均侧枝数的遗传多样性指数为0.551～1.595，在3个类型中，单个主枝条上平均侧枝数遗传多样性指数的极差最大，为1.044，侧枝长度遗传多样性指数的极差最小，为0.287。

2.3 不同侧枝类型芍药品种的侧枝性状差异分析

对不同侧枝类型芍药品种的4个侧枝数量性状进行差异分析，其中侧枝长度、侧枝粗度符合正态分布但未通过方差齐性检验，有侧枝的主枝条数和单个主枝条上平均侧枝数不符合正态分布，由于4个侧枝数量性状均不符合方差分析条件，因此，对这4个性状采用非参数检验。

从图2可以看出，侧枝长度和侧枝粗度在多侧枝、中等侧枝、少侧枝3个类型间均无显著差异，表明侧枝长度、侧枝粗度与侧枝总数的关系并不密切。有侧枝的主枝条数在3个类型间存在极显著差异，其中多侧枝类型极显著大于其余两类，而中等侧枝类型极显著大于少侧枝类型，表明有侧枝的主枝条数与侧枝总数的关系十分密切。而就单个主枝条上平均侧枝数而言，多侧枝类型最多，而少侧枝类型最少，并且多侧枝与少侧枝两种类型之间差异显著，表明单个主枝条上平均侧枝数与侧枝总数的关系较为密切。

多重比较采用LSD法，“*”表示显著性差异(P<0.05)，“**”表示极显著差异(P<0.01)。图2 不同侧枝总数类型芍药品种的侧枝性状比较Fig.2 Comparison of lateral branch traits among different types of Paeonia lactiflora Pall. varieties with different total number of lateral branches

2.4 不同侧枝类型芍药品种的侧枝性状与芍药侧枝总数相关性分析

将不同侧枝类型芍药品种的侧枝长度、侧枝粗度、有侧枝的主枝条数和单个主枝条上平均侧枝数与侧枝总数进行相关性分析，相关性分析采用Pearson相关性系数。

在全部芍药品种和少侧枝类型中，侧枝长度与侧枝总数呈线性正相关；而在多侧枝和中等侧枝类型中，侧枝长度与侧枝总数则分别呈显著正相关和显著负相关(图3)。在全部芍药品种和3个侧枝类型中，侧枝粗度与侧枝总数的相关性均不显著(图4)。在有侧枝的主枝条数与侧枝总数的关系中，除多侧枝类型呈线性负相关外，全部芍药品种和中等侧枝、少侧枝类型均呈极显著正相关(图5)。在全部芍药品种和少侧枝类型中，单个主枝条上平均侧枝数与侧枝总数呈极显著正相关；而在多侧枝和中等侧枝类型中，单个主枝条上平均侧枝数与侧枝总数呈显著正相关(图6)。上述结果表明，有侧枝的主枝条数和单个主枝条上平均侧枝数与侧枝总数的相关性最显著。

A表示供试芍药品种；B表示多侧枝类型芍药品种；C表示中等侧枝类型芍药品种；D表示少侧枝类型芍药品种。相关分析采用Pearson相关系数。“*”表示显著差异(P<0.05)，“**”表示极显著差异(P<0.01)。图4～6同。图3 芍药品种侧枝长度与侧枝总数的关系Fig.3 Relationship between the length of lateral branches and the total number of lateral branches in Paeonia lactiflora Pall. varieties

图4 芍药品种侧枝粗度与侧枝总数的关系Fig.4 Relationship between lateral branch thickness and total number of lateral branches in Paeonia lactiflora Pall. varieties

图5 芍药品种有侧枝的主枝条数与侧枝总数的关系Fig.5 Relationship between the number of main branches with lateral branches and the total number of lateral branches in Paeonia lactiflora Pall. varieties

图6 芍药品种单个主枝条上平均侧枝数与侧枝总数的关系Fig.6 Relationship between the average number of lateral branches on a single main branch of Paeonia lactiflora Pall. varieties and the total number of lateral branches

3 结论与讨论

芍药不仅具有较高的观赏价值和药用价值，更是国际市场上备受青睐的切花，广泛应用于婚礼、庆典等场合。作为理想的切花材料，其不但要具备优异的观赏特性和瓶插条件等，还要和月季、菊花等花卉一样具有少侧枝或无侧枝的特点。而中国传统芍药品种大都用于庭院栽植和盆栽，因此，国内外研究者将注意力集中于花型、花色、花茎等方面，在茎秆机械强度[9-10]、高温胁迫[11-12]、干旱胁迫[13-14]、促成栽培[15]、切花保鲜[16-17]和表型多样性[18-21]等领域对芍药开展了一系列较为深入的研究。上述研究虽然取得了一定的结果，但多以代表芍药观赏性和适应性的花部、叶部和生长特性等性状为研究对象，并未涉及到侧枝相关性状。而不同于其他植物，芍药侧枝虽然不影响植株整体形态建成，但侧枝的生长发育会消耗植株的部分营养，从而影响顶芽生长，最终降低芍药切花的商业品质。侧枝性状是影响芍药生长发育的重要性状，也是评价芍药切花品质最直观的性状之一，因此，本研究首次对不同芍药品种的侧枝性状进行多样性研究，为提高中国切花市场竞争力，促进芍药切花产业化、规模化发展奠定理论基础，以期为我国芍药切花生产提供品种资源储备。

不同的芍药品种侧枝总数各不相同，因此，可将芍药品种划分为不同的侧枝总数类型。系统聚类分析广泛应用于植物种质资源的遗传关系和分类研究，为揭示种质个体相关性提供直观的分类[22]。目前，以形态学与数量分类学为基础的Q型聚类分析已在梨[23]、橄榄[24]和枇杷[25]等园艺作物上广泛应用。本研究借鉴上述聚类分析法并有所改进，采用系统聚类基于欧式距离的Ward聚类法以侧枝总数为分类标准，将188个芍药品种由高到低依次划分为多侧枝、中等侧枝、少侧枝和无侧枝4种类型。该方法能合理地调整分组中的个体，使之达到最优的分类，并具有良好的稳定性。其中珊瑚魅力等75个品种没有侧枝，天使面颊等50个品种侧枝较少，可作为候选切花品种进行大规模生产应用；而朝阳红等9个品种侧枝数最多，粉池金鱼等54个品种侧枝数较多，不适宜直接作为切花生产应用，应通过人工或喷施侧芽生长抑制剂等方法除去侧芽后方可作为少侧枝切花品种进行推广应用。

研究表型性状多样性是鉴别品种资源多样性和检测遗传变异最直观且简便易行的方法[26]。表型性状多样性的研究对揭示植物多样性起重要作用，当研究的样本量足够大时，几乎可以代表其变异及遗传多样性[27]。变异系数的大小可以直观反映性状的变异程度，一般认为该值大于10%时，变异程度较高，性状差异较大[28-29]。在本研究中，所有品种各性状的变异系数范围为21.42%～72.02%，而在多侧枝、中等侧枝和少侧枝3个类型中，所有性状的变异系数均大于10%。研究者认为，多样性指数大于1即为多样性程度高[30-31]，在本研究中，所有品种各性状的遗传多样性指数为1.475～2.010，而在3个侧枝类型中，所有性状的遗传多样性指数均大于1。王荣等[18]发现，170个芍药栽培品种质量性状的平均多样性指数为1.25，数量性状的平均多样性指数为2.04，数量性状多样性指数明显大于质量性状。在本研究中，所有品种和3个侧枝类型品种侧枝数量性状的平均多样性指数分别为1.79、1.55、1.76和1.32，均大于前者的1.25，这也和紫薇[32]、甜瓜[33-34]的研究结果一致。本研究反映出所有供试品种和3个侧枝类型品种的侧枝性状差异较为明显，遗传多样性水平均较高。

为了明确各侧枝性状在不同侧枝类型中的差异和相关性，本研究采用差异分析法、相关性分析法对每个侧枝性状进行了较为全面的分析。不同于万映伶等[21]对不同栽培地区品种的7个数值性状进行差异比较，本研究对同一地区不同侧枝类型芍药品种的相关侧枝性状进行差异分析。结果显示，侧枝长度和侧枝粗度在3个类型间差异均不显著；有侧枝的主枝条数在3个类型间差异均为极显著；单个主枝条上平均侧枝数仅在多侧枝和少侧枝类型间差异显著。上述结果与实际观测情况一致，表明侧枝性状差异分析结果较为合理。本研究借鉴李成忠[35]分析芍药品种的机械强度与株高、茎粗、茎重、花重等性状的相关性的研究思路，对侧枝总数与相关侧枝性状进行相关性分析。侧枝长度、侧枝粗度与侧枝总数的相关性均不显著；有侧枝的主枝条数和单个主枝条上平均侧枝数与侧枝总数均呈显著或极显著相关。差异分析和相关性分析结果均反映出有侧枝的主枝条数和单个主枝条上平均侧枝数与侧枝总数的关系较为密切，其中有侧枝的主枝条数是影响侧枝分类的主要因素，而单个主枝条上平均侧枝数对侧枝分类的影响位列第二。通过差异和相关性分析，能够直观反映出各侧枝性状的特征及性状之间的内在联系，这对于优化侧枝性状的选择和少侧枝切花品种筛选提供一定的参考价值。

本研究也存在一定的局限性，对芍药侧枝性状的选择不够全面，所选性状类型较为单一，不能代表侧枝的全部特征，在后续研究中应选取更多与侧枝相关的性状并采用多种方法对性状进行全面深入的评价分析。形态学标记研究即植物表型性状的研究是种质资源鉴定和保护的关键步骤，在农艺性状潜力评估、种质资源创新及育种价值等方面起到重要作用，但是单纯利用形态学标记研究表型性状多样性易受自然条件和其他环境因素的影响，具有一定的局限性[36]。因此，后续研究需要结合细胞生物学、分子标记等技术对芍药种质资源进行深入的遗传多样性分析并充分挖掘调控侧枝生长发育的相关基因，揭示其内在的遗传信息，提高资源利用效率。在今后的研究中还需进一步研究引起侧枝类型差异的内在原因，并尝试从生理和分子生物学领域探索减少和抑制芍药侧枝产生的机制，以期为少侧枝芍药切花新品种的选育和推广应用提供理论支撑。