傅志強(qiáng)，袁 汕，申春暉，張 恒，陳銳帆，奚如春,b

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué) a. 林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院；b. 廣東省森林植物種質(zhì)創(chuàng)新與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510642）

油茶Camellia oleifera是山茶科Theaceae山茶屬Camellia油用植物資源的總稱(chēng)，與油橄欖Olea europaea、油棕Elaeis guineensis、椰子Cocos nucifera合稱(chēng)為世界四大木本油料作物[1-2]。目前我國(guó)油茶栽培總面積約4.37×105hm2，年產(chǎn)茶油約7.0×108kg，主要分布于湖南、江西、廣西、廣東、安徽、福建、湖北等?。▍^(qū)）[3-4]。我國(guó)油茶種質(zhì)資源豐富，現(xiàn)已通過(guò)國(guó)家審定的油茶良種有375個(gè)。主栽油茶物種有普通油茶、小果油茶C. meiocarpa、越南油茶C. vietnamensis、攸縣油茶C. grijsii、浙江紅花油茶C. chekiangoleosa、廣寧紅花油茶C. semiserrata、騰沖紅花油茶C. reticulate等 13 個(gè)[5]。

表型性狀分析對(duì)于遺傳關(guān)系研究、新品種選育和種質(zhì)資源評(píng)價(jià)具有重要參考價(jià)值[6]?；ㄊ侵参镏匾敝称鞴?，其在植物進(jìn)化過(guò)程中適應(yīng)多變環(huán)境及成功繁育方面均發(fā)揮著重要作用[7]。目前，西伯利亞杏[8]Armeniaca sibirica、歐洲李[9]Prunus domestica、秋子梨[10]Pyrus ussuriensis和長(zhǎng)梗扁桃[11]Prunus pedunculata等花器官的表型性狀分析已有報(bào)道。陳永忠等[12]對(duì)油茶果實(shí)數(shù)量性狀進(jìn)行了研究，將其劃分為高含油類(lèi)、高出籽類(lèi)、大籽類(lèi)、皮薄類(lèi)和大果類(lèi)等5大類(lèi)。目前油茶研究主要集中于繁殖栽培[13-14]、生理生化[15]及品種選育[16]等方面，但關(guān)于其花器官數(shù)量特征研究還僅限于單一品種[17-18]，對(duì)類(lèi)群花器官數(shù)量特征的遺傳多樣性研究未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。本研究基于對(duì)廣東現(xiàn)有主栽的15個(gè)油茶品系，通過(guò)調(diào)查測(cè)定花器官各數(shù)量性狀特征，采用概率分級(jí)、遺傳多樣性、聚類(lèi)分析等數(shù)學(xué)方法對(duì)其數(shù)量性狀進(jìn)行綜合分析，初步探索建立花器官數(shù)量性狀的分級(jí)評(píng)價(jià)體系，以期為油茶種質(zhì)資源評(píng)價(jià)與利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為廣東省韶關(guān)市曲江區(qū)國(guó)有小坑林場(chǎng)國(guó)家油茶種質(zhì)資源圃（113°35′E，24°15′N(xiāo)）內(nèi)收集栽培的15個(gè)油茶栽培品種（表1）。該試驗(yàn)林于2018年采用2 a生嫁接苗營(yíng)造，株行距2.5 m×3.0 m。試驗(yàn)設(shè)計(jì)為3個(gè)隨機(jī)區(qū)組，每區(qū)組內(nèi)各品系栽植10株。林地管理按照常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。目前試驗(yàn)林生長(zhǎng)良好，并已進(jìn)入投產(chǎn)期。

表1 參試品種信息Table 1 Information on the tested varieties

1.2 性狀觀(guān)測(cè)與記錄

于2021年10—12月盛花期，在各區(qū)組內(nèi)，分別隨機(jī)采集各品系30朵盛開(kāi)的完全花，采用解剖法測(cè)定記錄花萼數(shù)/個(gè)（X1）、花瓣數(shù)/片（X2）、柱頭開(kāi)裂數(shù)/個(gè)（X3）；用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)定花冠直徑/cm（X4）、雄蕊群直徑/cm（X5）、花瓣長(zhǎng)/cm（X6）、花瓣寬/cm（X7）、內(nèi)雄蕊高/cm（X8）、外雌蕊高/cm（X9）、花柱高/cm（X10），并計(jì)算花瓣長(zhǎng)寬比（X11）。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2020軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)、遺傳多樣性分析；采用Origin Pro2019b軟件對(duì)11個(gè)性狀進(jìn)行R型聚類(lèi)分析，聚類(lèi)方法以Pearson相關(guān)性為度量標(biāo)準(zhǔn)；采用SPSS 22.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析，其中主成分分析將多項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少量綜合指標(biāo)，根據(jù)聚類(lèi)分析、主成分分析，去除相關(guān)性較大和貢獻(xiàn)率較小的指標(biāo)。

1）Shannon-weaver多樣性指數(shù)（H′）計(jì)算公式為：

式中：Pi為某個(gè)性狀第i個(gè)級(jí)別出現(xiàn)的概率，ln為自然對(duì)數(shù)e，e≈2.71828。

2）Simpson多樣性指數(shù)（D）計(jì)算公式為：

2 結(jié)果與分析

2.1 花器官性狀特征比較

將收集15個(gè)品種的11個(gè)花器官性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可知（表2），不同品種的花器官數(shù)量性狀特征存在較大差異。其中，花萼數(shù)最多的湘林1號(hào)為7.90個(gè)；花瓣數(shù)量、雄蕊群直徑、花冠直徑、花瓣寬、花瓣長(zhǎng)值最大的為高州油茶，分別為8.27片、2.72 cm、8.99 cm、3.30 cm、4.86 cm；柱頭開(kāi)裂數(shù)、外雄蕊高、花柱高最大值均為華鑫，分別為4.57個(gè)、1.86 cm、1.68 cm；花瓣長(zhǎng)寬比、內(nèi)雄蕊高最大值均為岑軟3號(hào)，分別為1.82、1.00 cm。

表2 參試品種花器官數(shù)量性狀特征值Table 2 Quantitative traits of floral organs of the tested varieties

2.2 花器官性狀的概率分級(jí)及遺傳多樣性分析

概率分級(jí)結(jié)果表明（表3），油茶花器官的11個(gè)數(shù)量性狀均符合正態(tài)分布（Sig.值＞0.05）。因此，采用（X-1.2828S）、（X-0.5246S）、（X+0.5246S）和（X+1.2818S）等4個(gè)分點(diǎn)值分為5個(gè)等級(jí)，使1～5級(jí)的概率出現(xiàn)分別為10%、20%、40%、20%和10%[19]。其中X代表各性狀平均值，S代表各性狀標(biāo)準(zhǔn)差。

花器官性狀頻率分布及多樣性分析結(jié)果表明（表4），各性狀Shannon-Wiener指數(shù)范圍為0.991～1.525，平均值為1.395；Simpson指數(shù)范圍為0.604～0.764，平均值為0.702。其中，柱頭開(kāi)裂數(shù)的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Simpson指數(shù)均最大，雄蕊群直徑的Shannon-Wiener指數(shù)和Simpson指數(shù)值均最小，分別為0.991和0.604?；ㄆ鞴傩誀罡骷?jí)比例范圍在0～53.33%之間。其中，花瓣長(zhǎng)、花瓣寬和花柱高Ⅲ級(jí)占比較高，均為53.33%。整體來(lái)看，花器官數(shù)量性狀在Ⅲ級(jí)占比較高，平均為44.85%，Ⅰ級(jí)占比較低，平均為8.48%。

表3 油茶花器官數(shù)量性狀正態(tài)性檢驗(yàn)及概率分級(jí)Table 3 Normality test and probability grading of camellia flower organ quantitative traits

表4 油茶花器官數(shù)量性狀頻率分布及多樣性指數(shù)Table 4 Frequency distribution and diversity index of quantitative traits of camellia flower organs

性狀變異結(jié)果表明（表5），花器官性狀變異范圍為8.82%～20.24%。其中，雄蕊群直徑變異系數(shù)最大，為20.24%，說(shuō)明該性狀變異較為豐富，外雄蕊高變異系數(shù)最小，為8.82%，說(shuō)明該性狀較為穩(wěn)定?；ㄝ鄶?shù)量為5.43～7.90個(gè)，平均6.53個(gè)；花瓣數(shù)量為5.43～8.27片，平均6.50片；柱頭開(kāi)裂數(shù)為3.00～4.57個(gè)，平均3.69個(gè)；花冠直徑為5.05～8.99 cm，平均6.42 cm；雄蕊群直徑為1.35～2.72 cm，平均1.71 cm；花瓣長(zhǎng)為2.43～4.86 cm，平均3.11 cm；花瓣寬為1.57～3.30 cm，平均2.10 cm；花瓣長(zhǎng)寬比為1.12～1.82，平均1.50；內(nèi)雄蕊高為0.69～1.00 cm，平均0.85 cm；外雄蕊高為1.35～1.86 cm，平均1.61 cm；花柱高為1.01～1.68 cm，平均為1.36 cm。

2.3 R型聚類(lèi)分析

R型聚類(lèi)分析可揭示各性狀間的相關(guān)性，對(duì)11個(gè)花器官性狀進(jìn)行R型聚類(lèi)分析，以Pearson相關(guān)性為度量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其進(jìn)行聚類(lèi)分析（圖1）。結(jié)果表明，花冠直徑與花瓣長(zhǎng)呈高度相關(guān)（r=0.97），其他性狀指標(biāo)較分散，且存在一定的相對(duì)獨(dú)立性。

表5 油茶花器官數(shù)量性狀的變異情況Table 5 Variation of quantitative traits of camellia flower organs

圖1 R型聚類(lèi)分析圖Fig. 1 R-type cluster analysis diagram

2.4 主成分分析

對(duì)11個(gè)花器官性狀進(jìn)行主成分分析（表5），結(jié)果表明，特征值大于1的主成分共有4個(gè)，累計(jì)貢獻(xiàn)率為85.932%，可代表這11個(gè)性狀的大部分信息。主成分1貢獻(xiàn)率為40.057%，占比較大的性狀為花冠直徑（0.884）、花瓣長(zhǎng)（0.930）和花瓣寬（0.901）；主成分2貢獻(xiàn)率為26.118%，占比較大的性狀為花瓣長(zhǎng)寬比（0.890）和內(nèi)雄蕊高（0.898）；主成分3貢獻(xiàn)率為10.160%，占比較大的性狀為柱頭開(kāi)裂數(shù)（0.910）；主成分4貢獻(xiàn)率為9.597%，占比較大的性狀為花萼數(shù)（0.806）。

表6 主成分分析Table 6 Principal component analysis

2.5 Q型聚類(lèi)

通過(guò)對(duì)11個(gè)性狀進(jìn)行R型分析和主成分分析，花冠直徑與花瓣長(zhǎng)相關(guān)系數(shù)較大，存在性狀重疊，但主成分分析結(jié)果表明，花冠直徑與花瓣長(zhǎng)特征向量值均較大，因此對(duì)這兩個(gè)性狀均予以保留。因此，對(duì)花冠直徑、花瓣長(zhǎng)、花瓣寬、花瓣長(zhǎng)寬比、內(nèi)雄蕊高、柱頭開(kāi)裂數(shù)等6個(gè)性狀進(jìn)行Q型聚類(lèi)分析。

Q型聚類(lèi)分析結(jié)果表明（圖2），在歐式距離為1.4時(shí)，15個(gè)參試油茶品種可分為4類(lèi)，Ⅰ類(lèi)有9種，包括岑軟2號(hào)、華碩、贛州油7號(hào)、華鑫、湘林1號(hào)、粵連74-4、湘林210、長(zhǎng)林4號(hào)和粵連74-5；Ⅱ類(lèi)有3種，包括華金、長(zhǎng)林40號(hào)、長(zhǎng)林53號(hào)；Ⅲ類(lèi)有2種，包括岑軟3號(hào)和贛州油1號(hào)；Ⅳ類(lèi)有1種，包括高州油茶。

根據(jù)分類(lèi)結(jié)果，Ⅰ類(lèi)屬中小花型，花瓣長(zhǎng)為2.65～3.24 cm，花冠直徑為5.33～6.81 cm，雄蕊群直徑為1.44～1.87 cm；Ⅱ類(lèi)屬小花型，花瓣長(zhǎng)為2.43～2.58 cm，花冠直徑為5.05～5.43 cm，雄蕊群直徑為1.35～1.53 cm；Ⅲ類(lèi)屬中花型，花瓣長(zhǎng)為3.66～3.92 cm，花冠直徑為7.80～7.91 cm，雄蕊群直徑為1.45～2.17 cm；Ⅳ類(lèi)屬大花型，花瓣長(zhǎng)4.86 cm，花冠直徑為8.99 cm，雄蕊群直徑為2.72 cm。

圖2 Q型聚類(lèi)分析圖Fig. 2 Q-type cluster analysis diagram

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié) 論

本研究的15個(gè)參試品種為我國(guó)各省油茶的主栽品種，代表性較強(qiáng)，選擇其作為花器官數(shù)量性狀分級(jí)研究對(duì)象較為合適。通過(guò)對(duì)各參試油茶品種的花器官性狀進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明：不同品種花器官數(shù)量性狀存在較大差異，油茶花器官數(shù)量性狀遺傳多樣性豐富，各性狀變異范圍較廣。各性狀Shannon多樣性指數(shù)和Simposn多樣性指數(shù)大小依次為：柱頭開(kāi)裂數(shù)＞花瓣長(zhǎng)寬比＞外雄蕊高＞花瓣數(shù)、花萼數(shù)＞內(nèi)雄蕊高＞花瓣寬＞花柱高＞花瓣長(zhǎng)＞花冠直徑＞雄蕊群直徑；各性狀變異系數(shù)大小依次為：雄蕊群直徑＞花瓣寬＞花瓣長(zhǎng)＞花冠直徑＞花瓣長(zhǎng)寬比＞柱頭開(kāi)裂數(shù)＞花柱高＞花瓣數(shù)＞內(nèi)雄蕊高＞花萼數(shù)＞外雄蕊高；聚類(lèi)分析與主成分分析篩選出6個(gè)重要性狀分別為：花冠直徑、花瓣長(zhǎng)、花瓣寬、花瓣長(zhǎng)寬比、內(nèi)雄蕊高、柱頭開(kāi)裂數(shù)；15個(gè)油茶種質(zhì)資源被分為4類(lèi)，Ⅰ類(lèi)屬中小花型，Ⅱ類(lèi)屬小花型，Ⅲ類(lèi)屬中花型，Ⅳ類(lèi)屬大花型。

3.2 討 論

基因型差異和外部環(huán)境是影響花器官性狀特征的重要因素，對(duì)其性狀進(jìn)行概率分級(jí)、遺傳多樣性分析及變異分析具有重要意義[20]。數(shù)量性狀分級(jí)方法較多，如朗彬彬等[21]依據(jù)獼猴桃性狀數(shù)值頻率分布采用等距法對(duì)符合正態(tài)分布的數(shù)量性狀劃分為5級(jí)。然而，這種傳統(tǒng)的等距法分級(jí)雖然計(jì)算較為簡(jiǎn)便，但由于人為誤差和客觀(guān)存在的認(rèn)知障礙，分級(jí)點(diǎn)的選取可能存在誤差[22]。本研究根據(jù)劉孟軍等[19]對(duì)11個(gè)花器官性狀進(jìn)行概率分級(jí)，各性狀指標(biāo)分為5個(gè)等級(jí)，確定了11個(gè)數(shù)量性狀的分級(jí)范圍，其中花器官數(shù)量性狀各級(jí)比例范圍為0～46.67%，總體符合概率分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于呈偏態(tài)分布的性狀，可能是種質(zhì)資源不同，導(dǎo)致其性狀概率分級(jí)存在一定偏差。該研究結(jié)果填補(bǔ)了油茶花器官數(shù)量性狀分級(jí)的空白，分級(jí)結(jié)果可作為油茶花器官數(shù)量性狀的分級(jí)依據(jù)。探究表型多樣性是了解遺傳變異的重要手段，植物資源的開(kāi)發(fā)利用離不開(kāi)對(duì)表型性狀的測(cè)定與分析[23]。11個(gè)性狀的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)范圍為0.991～1.525，Simpson多樣性指數(shù)范圍為0.604～0.764，變異系數(shù)范圍為8.82%～20.24%，說(shuō)明其具有相對(duì)較為豐富的遺傳多樣性，變異程度較大。雄蕊群直徑變異系數(shù)較大而Shannon-Wiener指數(shù)和Simpson指數(shù)均較小，即變異程度越高，多樣指數(shù)則越小，這與吳春文等[24]的研究結(jié)果一致。

由于植物性狀繁多，因此選取關(guān)鍵性狀是進(jìn)行植物分類(lèi)的關(guān)鍵。R型聚類(lèi)分析目的是分析各指標(biāo)之間的相關(guān)性，選取合理指標(biāo)，避免指標(biāo)間的重疊性。鄧紹勇等[25]對(duì)梔子的32個(gè)形態(tài)學(xué)性狀進(jìn)行R型聚類(lèi)，并根據(jù)梔子性狀特征，剔除了花萼齒長(zhǎng)和果萼齒長(zhǎng)等指標(biāo)，確保性狀選取合理。本研究結(jié)果表明，各指標(biāo)間性狀存在一定的關(guān)聯(lián)性，且相互獨(dú)立，這與薛昱婷等[26]的研究結(jié)果一致，說(shuō)明各性狀指標(biāo)選取較為合理。主成分分析是將多個(gè)相關(guān)變量縮減為少數(shù)相關(guān)性較少的綜合指標(biāo)，從而比較各性狀在各主成分的貢獻(xiàn)率，以此對(duì)重要指標(biāo)進(jìn)行篩選。在本研究中，通過(guò)對(duì)11個(gè)性狀進(jìn)行R型聚類(lèi)分析和主成分分析后，共篩選花冠直徑、花瓣長(zhǎng)、花瓣寬、花瓣長(zhǎng)寬比、內(nèi)雄蕊高、柱頭開(kāi)裂數(shù)等6個(gè)重要指標(biāo)。Q型聚類(lèi)分析根據(jù)6個(gè)性狀將15個(gè)品種分為4種類(lèi)型：Ⅰ類(lèi)為中小花型，Ⅱ類(lèi)為小花型，Ⅲ類(lèi)為中花型，Ⅳ類(lèi)為大花型。通過(guò)分析4個(gè)類(lèi)群花器官大小平均值，認(rèn)為該分類(lèi)方法較為科學(xué)合理。同一系列未被聚類(lèi)到一起，這可能是因?yàn)橄嚓P(guān)研究人員在種質(zhì)資源調(diào)查過(guò)程中根據(jù)其形態(tài)特征差異進(jìn)而選育出新品種，造成同一系列花器官形態(tài)差異較大。

在該研究中，品種選擇方面涉及多地（市、區(qū)）主栽油茶品種，能較好地代表其花器官數(shù)量特征。由于本研究是在廣東省進(jìn)行，鑒于數(shù)量性狀受環(huán)境因素影響較大，該研究結(jié)果可能不完全適用于其他生態(tài)區(qū)域，因此需根據(jù)品種在不同生態(tài)區(qū)域的表現(xiàn)對(duì)分級(jí)范圍進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整。此外，由于油茶各品種開(kāi)花物候特征不同，花期不一致，在品種數(shù)量存在一定的局限性[27-28]。因此，在后續(xù)研究中要加大品種調(diào)查力度，增加花器官數(shù)量及質(zhì)量性狀等指標(biāo)，以此完善油茶花器官分類(lèi)系統(tǒng)。同時(shí)還可以增加枝條、果實(shí)、葉片特征等器官進(jìn)行綜合分類(lèi)，并結(jié)合分子標(biāo)記來(lái)驗(yàn)證表型性狀分類(lèi)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。