孔志新 王 亞 孫 明 張啟翔 陳雪娟 劉 華

(北京林業(yè)大學，北京，100083)

地被菊是陳俊愉等［1］經(jīng)過約40 a的育種實踐，培育出的一類植株低矮、株型緊湊、觀賞價值高、適應性和抗性強、適于地載的新品種群，同時為了便于區(qū)別大菊品種群及其盆栽小菊品種群之間的差異，認為凡具有上述特點的菊花品種，可統(tǒng)稱之為地被菊［2］。地被菊目前已有百余個品種，在我國絕大部分地區(qū)適應生長，尤其在三北地區(qū)應用廣泛，對低溫、干旱、鹽堿有較強的抗性。除作為地被植物應用外，其藥用、食用價值也不可忽視，一些品種如‘玉人面’‘玉龍’的營養(yǎng)成分和化學成分與‘杭白菊’等傳統(tǒng)茶菊基本相似。

地被菊育種的早期親本主要為野生菊屬植物，并隨著育種目標的不同加入具有特定性狀的親本。地被菊主要以天然授粉實生選種、人工雜交等為主要育種手段，因此，地被菊品種主要為種間，甚至屬間雜交后代，其親緣關系并不十分明確。數(shù)量分類學方法是傳統(tǒng)分類學與統(tǒng)計學及計算機技術相結合產生的，可以再現(xiàn)研究對象之間的親疏關系［3-5］，已在慈姑［6］、梅花［7］、杜鵑［8］、芍藥［9］、枇杷［10-11］、紫薇［12］等植物資源的品種分類上得到應用。戴思蘭等［13］、吳國盛等［14］已采用數(shù)量分類方法對部分菊屬與亞菊屬植物進行聚類分析和親緣關系的研究，但分類群體的數(shù)量有限，并且有關R型聚類分析對各性狀間的內在關系還有待進一步深入分析。本研究對46個地被菊品種及其近緣種的表型性狀進行聚類分析和主成分分析，旨在分析其親緣關系，并對各性狀之間的內在聯(lián)系和主要分類指標進行探討。

1 材料與方法

試驗材料取自北京林業(yè)大學地被菊資源圃，包括地被菊品種44份，近緣菊屬植物2份。將其作為46個分類運算單位(Operational Taxonomic Unit，OUT)，詳見表1。所有材料均通過溫室扦插繁殖，并于5月份移栽至資源圃，在相同環(huán)境條件下生長。

分類性狀的選取及編碼：將所有試驗材料進行日常養(yǎng)護管理，根據(jù)實地觀察測量和常用分類性狀，選取31個性狀。選取的性狀分為3類：數(shù)量多態(tài)性狀17個;定性多態(tài)性狀12個;二元性狀2個。其中29個為形態(tài)學性狀，2個為生物學性狀(自然花期，是否有香味)。性狀及其編碼見表2。

表1 地被菊品種名及來源

以上性狀于2012年8—11月份進行統(tǒng)計，從每個類群中選擇5株生長良好、具有代表的植株進行統(tǒng)計，每個性狀統(tǒng)計5次，取平均值。

在對數(shù)據(jù)分析運算之前，先進行標準差標準化處理，以消除不同綱量對數(shù)據(jù)分析產生的影響［15］。

聚類方法：全部數(shù)據(jù)采用SPSS18.0軟件進行Q型聚類分析，對標準化數(shù)據(jù)計算各OUT之間的平均歐氏距離［16］，然后，采用系統(tǒng)聚類中的離差平方和法［17］，做出46個運算分類單位的分類系統(tǒng)樹圖，最后根據(jù)聚類過程中類與類之間的距離測度系數(shù)做聚合水平結合線。R型聚類分析方法與之相似，是對OUT的觀測量，即分類性狀進行分類。

主成分分析：將原來眾多具有一定相關性的形態(tài)指標，重新組成一組新的相互無關的綜合指標，根據(jù)每個主成分的方差貢獻率來替代原來的指標［18］。并且由因子荷載量得到主成分與對應變量的系數(shù)關系。

表2 分類性狀及編碼

2 結果與分析

2.1 Q型聚類結果分析

46個分類運算單位按歐式平方距離系數(shù)由小到大進行聚合，聚合步驟及距離測度系數(shù)見表3。從表3可以發(fā)現(xiàn)聚類結合過程中最大的跳變出現(xiàn)在第45步，其次是第38步和第42步，由此做3條等級結合線 L1，L2，L3。

表3 Q型聚類進度

由圖1可見，等級結合線L1將46個地被菊品種及其近緣種分為兩大類群，類群Ⅰ為所有地被菊品種共42份，類群Ⅱ為野生近緣種。類群Ⅰ表現(xiàn)為花色豐富，葉背面多具毛，葉片頂端為深鋸齒，植株低矮，舌狀花及管狀花數(shù)量較多且較長，花期長，無香味，觀賞價值高。類群Ⅱ包括甘菊(Dendranthema lavandulifolium)與甘野菊(Dendranthemalavandulifoliumvar.seticuspe)，其株高均在1 m以上，株幅較大，莖為紫色，葉背面無毛或幾無毛，花黃色，舌狀花數(shù)量小而少，具有香味，花期為10月上旬，觀賞價值較低。甘野菊為甘菊的變種，葉片較大。

圖1 Q型聚類分析圖

結合線L2將Ⅰ類群的42個地被菊品種劃分為A、B、C、D 4個類群：A類群包括39個品種;B類群只有1個小菊品種‘香玉’，特點為葉色墨綠，花期晚，為11月上旬，管狀花瓣化使其盤花徑大于其他地被菊品種，說明小菊與地被菊存在一定差異;C類群由‘密瓣滁龍’‘北極豐’‘淡淡的粉’3個品種組成，它們的共同點是葉長/葉柄長大(平均為5.5/1)，其舌狀花頂端均為2裂;D類群只有‘陽光小菊’這一品種，其特點十分顯著，葉柄較長，達到22.46 mm，因此，葉長/葉柄長較小，葉型狹長，葉色為嫩綠色，其莖節(jié)間長、萼片長寬之比均超過其他地被菊品種，管狀花數(shù)量達到256枚，僅次于‘淡寒粉’。L1將Ⅱ類群全部劃分為一類。

等級結合線L3將ⅠA類群進一步劃分為a、b、c、d、e、f、g 6 個小組，a有 25 份，b、c有 2 份，d 有 7份，e、f、g各只有1份;將ⅠC類群進一步劃分為a、b、c 3 個小組。

ⅠA類群中a組主要為株高0＜H≤40 cm，株幅40 cm＜D≤80 cm，莖中部粗不超過4 mm的矮生品種。在a組中又結合舌狀花顏色、莖色、舌狀花頂端形態(tài)等進行分類，如‘金氈’‘亮黃早’‘重陽黃’花為黃色，莖為白綠色，舌狀花頂端不裂，莖毛量為中等，三者之間親緣關系較近，歐式距離為14.242;又如‘美矮粉’‘紅錦丹’‘夏日’聚在一起 ，表現(xiàn)為葉背面毛多，枝條質地較軟，葉長與葉柄長之比接近3.5，舌狀花為紅或粉紅色。b組有2個品種，‘小銀球’‘北國之春’，其舌狀花數(shù)量達到260枚，表現(xiàn)出高度重瓣，管狀花少或無，枝條質地較硬。c組包括2個品種，顯著的特征為萼片數(shù)量多，平均達到95，管狀花數(shù)量在10以下，舌狀花短，僅17.73 mm，莖毛量中等。d組中都是晚花期品種，葉長平均達到48.5 mm，株幅開展，管狀花數(shù)量較多。e組為‘寒露黃’，雖然其株高，株幅為中等，植株莖粗達5 mm，但葉片大小，花序直徑小于其他地被菊品種。f組為‘毛香玉’，與‘寒露黃’相反，表現(xiàn)出花序直徑較大，且葉型狹長。g組為‘青蓮’，表現(xiàn)為葉片狹長，萼片長度為最小，僅6.28 mm。

ⅠC類群中a組‘密瓣滁龍’與b組‘北極豐’的歐式距離為50.143，與c組‘淡淡的粉’的歐式距離為61.269，可見‘密瓣滁龍’與‘北極豐’的親緣關系較近?！姆邸幕ㄐ蛑睆皆?5 mm以上，舌狀花與萼片都超過200枚，而其盤花徑卻不到5 mm。

從以上聚類結果可以發(fā)現(xiàn)，野生菊屬植物與地被菊的差異較為明顯，主要體現(xiàn)在與觀賞性狀相關的方面。在地被菊品種內部歐氏距離最大的是‘寒露黃’與小菊品種‘毛香玉’達到117.032。而42個地被菊品種的平均距離為50.635，說明地被菊品種之間的區(qū)別也十分突出。

2.2 R型聚類分析

從R型聚類的樹系圖(圖2)可以看出，31個性狀被結合線劃分為4大類。A類包括花序徑、舌狀花長、萼片長、莖毛、葉背面毛、舌狀花顏色等11個性狀，主要是與花序形態(tài)、植株被毛有關的性狀;B組包括萼片寬、舌狀花寬、葉形3個性狀;C類包括株幅、株高、盛花期、葉長、葉寬、葉裂、莖色、莖直徑等12個性狀，主要是與植株大小、葉片形態(tài)和植株莖有關;D類包括舌狀花形態(tài)、舌狀花數(shù)、萼片數(shù)等5個性狀。

從性狀間的相關性角度分析，可以發(fā)現(xiàn)部分性狀之間相關程度較高?；ㄐ蛑睆脚c舌狀花長相關系數(shù)為0.879;葉長與葉寬相關系數(shù)為0.799;節(jié)間長與葉裂片頂端形態(tài)，以及株幅與盛花期之間雖然沒有明顯的邏輯關系，但相關系數(shù)也在0.700以上，說明它們之間存在一定的遺傳規(guī)律;株高與莖直徑的相關系數(shù)為0.685;盤花徑與管狀花數(shù)量的相關系數(shù)為0.671;葉面顏色、萼片數(shù)量、舌狀花顏色、莖色與其他性狀的相關系數(shù)都小于0.400，說明與地被菊各部分顏色的表現(xiàn)較為獨立，沒有明顯的規(guī)律。由此可見，多數(shù)性狀較為獨立，且沒有明顯的負相關性。

圖2 R型聚類分析圖

2.3 主成分分析

從R型聚類可以看出部分性狀之間相關程度較高，為了明確眾多分類性狀中較為重要的信息，通過幾項綜合指標實現(xiàn)分類的目的，有必要進行主成分分析。

表4 主成分的特征值、貢獻率和累計貢獻率

主成分分析結果(表4)表明，主成分貢獻率比較分散，累計貢獻率增長較慢，直到第10個主成分累計貢獻率才達到81.18%，說明地被菊性狀變異向多方向發(fā)展。第1主成分占信息量的21.33%，前5個主成分占信息總量的59.00%，故選取前5個成分做進一步分析。將因子荷載矩陣與性狀抽提系數(shù)綜合起來［19］，得到關于地被菊31個特征形狀的總載荷量和性狀重要性排名，詳見表5。

表5 各性狀在主成分分析中的載荷量

第1主成分貢獻率為21.33%，其中葉裂片頂端形態(tài)的載荷量為0.933，舌狀花長度、株高、節(jié)間長、花序莖、莖直徑、是否有香味、舌狀花寬7個性狀也表現(xiàn)出較大載荷量，絕對值都在0.602以上，這些性狀的信息荷載量最大，對分類最為重要。第1主成分主要反映葉裂片頂端為淺鋸齒或深鋸齒，以及花序、花瓣、植株體量等的尺寸信息。第2主成分貢獻率為14.62%，株幅、盛花期、葉長的載荷量較大，均在0.600以上，都是R型聚類中C組的性狀，說明這些性狀對地被菊分類較為重要。第3主成分貢獻率為10.12%，其載荷量絕對值較大的是舌狀花數(shù)量、萼片數(shù)量、管狀花數(shù)量，葉長/葉柄長、舌狀花頂端形狀，為代表花序各部分數(shù)量的因子。第4主成分的貢獻率為6.84%，其載荷量絕對值較大的是盤花徑、葉寬、葉長、葉長/葉寬，主要是與葉片尺寸有關的性狀。

從性狀排序(表5)上看，對地被菊分類最重要的形態(tài)性狀是葉裂片頂端形態(tài)，其次是株幅、葉長/葉柄長、葉寬、盤花徑、舌狀花長、葉長、花序徑，其總荷載量都在0.750以上，重要性占據(jù)了所有性狀的前8位;重要性排后10位的分別為：是否有香味、節(jié)間長、萼片寬、枝條質地、葉裂、莖色、葉背面毛、葉面顏色、舌狀花頂端形態(tài)、葉形總荷載量都在0.500以下，對分類貢獻最小。

3 結論與討論

地被菊是在巖菊(該名稱1963年提出，現(xiàn)不再使用)的育種工作基礎上得來的。為克服巖菊株型較高易倒伏的缺點，選取由美國早小菊種子實生苗篩選出的品種“美矮粉”作為母本，與野生種和半野生種，以及紫花野菊、毛華菊等通過人工雜交，在1987年獲得第一批地被菊品種。截止2003年，已經(jīng)培育出6批地被菊品種。在陳俊愉的指導下王彭偉［2］進行了第一二批品種選育天然授粉后代，第一批新品種包括‘鋪地雪’‘滿天星’‘圓葉白’‘愛黃’等9個。王四清［20］自1988年開始從事第三四批地被菊品種的選育，共培育出23個新品種。本研究中選取的‘金不換’與‘美矮黃’為第三批地被菊品種，且都為‘美矮粉’天然授粉雜交后代，通過Q型聚類發(fā)現(xiàn)，‘金不換’與‘美矮黃’被聚為一類，其歐式遺傳距離僅為24.914，‘金不換’與‘美矮粉’的遺傳距離為34.397?！旒t’為第4批品種，也為‘美矮粉’天然授粉雜交后代，它們之間的歐式遺傳距離僅為35.304，同樣，‘金不換’‘美矮黃’‘旗紅’三者間的平均遺傳距離較近，為31.315。這說明Q型聚類能夠對地被菊品種衍化分析起到一定作用，遺傳距離較近的品種間可能存在親緣關系。

孫明［21］曾經(jīng)利用擴增片段長度多態(tài)性(AFLP)技術對39個地被菊品種及小菊品種和18個菊屬野生種親緣關系進行分析，發(fā)現(xiàn)地被菊品種兩個類群間表現(xiàn)出較遠的親緣關系。在幾種聚類方法中主要地被菊品種聚為一類，親緣關系較近，但是‘美矮黃’‘晚粉’‘紅橙早’等 7個地被菊品種，以及‘香玉’‘明星’2個小菊品種與大部分現(xiàn)有地被菊品種有較大的遺傳距離，而與大部分野生菊屬植物遺傳距離較小。本研究選取44個地被菊品種及小菊品種和2個近緣種，通過31個形態(tài)性狀進行聚類得到了類似的結果。近緣種甘菊、甘野菊雖然是地被菊的主要親本，但在地被菊長期選擇育種過程中有諸多親本參與其中，使部分地被菊品種與其原始親本形態(tài)間差別逐漸加大，因此，近緣種聚為一類，品種聚為一大類。Q型聚類圖中，小菊品種‘香玉’以及地被菊‘密瓣滁龍’‘北極豐’‘淡淡的粉’與多數(shù)地被菊品種的親緣關系較遠，而它們與其他地被菊的差別主要表現(xiàn)在盤花直徑以及葉長/葉柄長。

傳統(tǒng)的菊花分類方法，按照花色、花期、花朵直徑、舌瓣瓣形進行分類［22］，并不完全適用于地被菊的分類，因為地被菊都是小菊類，舌瓣多數(shù)為平瓣類，花期又普遍較大菊早。戴思蘭等［23］認為，菊屬植物性狀間的相關性不強，性狀分布較為分散，沒有明顯的分成幾大組。本試驗通過R型聚類和主成分分析，將31個性狀分為4大類，其中A組和C組中性狀具有一定的關聯(lián)性，而B組和D組中的性狀幾乎沒有相關性。這也說明分類性狀的選擇并非越多越好，一部分性狀，萼片寬、枝條質地、葉裂、莖色、葉背面毛、葉面顏色、舌狀花頂端形態(tài)等在地被菊分類上作用很小，應該選擇重要性狀，首先注意葉裂片頂端形態(tài)，其次是株幅、葉長/葉柄長、葉寬、盤花徑、舌狀花等，避免過多次重要性狀的干擾。

以上只是從形態(tài)學方面對地被菊品種進行初步的分類，要得到更準確的分類結果還需要收集更多的品種，并且連續(xù)多年對形態(tài)性狀進行統(tǒng)計，以消除氣候造成的影響，同時還可以與分子標記手段相結合。

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