摘要:從123份鐵線蓮樣本中選擇13個花部表型性狀進行多樣性分析、相關(guān)性分析、主成分分析、聚類分析、逐步回歸分析和綜合排名,結(jié)果表明,各性狀間存在較大變異,其中6個數(shù)量性狀的變異系數(shù)為24.79%~181.18%,平均變異系數(shù)為63.84%,單花萼瓣數(shù)變異系數(shù)最大(181.18%),萼瓣縱徑變異系數(shù)最?。?4.79%)。各性狀間遺傳多樣性指數(shù)為5.688~6.915,以花色中線的遺傳多樣性指數(shù)最高(6.915),單花萼瓣數(shù)的遺傳多樣性指數(shù)最低(5.69)。各性狀間也存在程度不等的相關(guān)性,以萼片類型與單花萼瓣數(shù)、花徑與萼瓣縱徑、花徑與萼瓣橫徑、萼瓣縱徑與萼瓣橫徑、花徑與花色中線這幾組間的相關(guān)性最為顯著。基于主成分分析并結(jié)合聚類分析,排序得到各大類群中性狀突出的種質(zhì)資源,如針瓣皇帝Clematis Needle Kaiser、寬瓣皇帝C. Broad Kaiser、水晶噴泉C. Crystal Fountain、超級多藍C. Belleof Taranaki、魔法噴泉C. Magic Fountain、伍斯特美女C. Beauty of Worcester、王夢C. King’s Dream、約瑟芬C. Josephine、總統(tǒng)C. The President、丹尼爾德隆達C. Daniel Deronda等品種。期待本研究結(jié)果可為鐵線蓮優(yōu)良品種的定向選育和市場推廣應(yīng)用提供參考。
關(guān)鍵詞:鐵線蓮屬(Clematis L.);花;表型性狀;多樣性;綜合評價
中圖分類號:Su7acPIv+DbmNAWcMUyPkVszmAJHsWFxsGP7/I1FDa9w=685.990.3 文獻標志碼:A
文章編號:1002-1302(2024)18-0200-09
收稿日期:2023-10-11
基金項目:江蘇省種業(yè)振興“揭榜掛帥”項目[編號:JBGS(2021)092];江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院科技計劃(編號:2022kj36)。
作者簡介:袁明霞(1975—),女,安徽桐城人,碩士,副教授,主要從事鐵線蓮遺傳育種研究。E-mail:yuanmingxia@jsafc.edu.cn。
通信作者:宋 微,博士,教授,主要從事鐵線蓮遺傳育種研究。E-mail:songwei@jsafc.edu.cn。
鐵線蓮(Clematis florida Thunb.)隸屬毛茛科(Ranunculaceae)鐵線蓮屬(Clematis L.)植物,多數(shù)為落葉或常綠草質(zhì)藤本。全世界鐵線蓮屬植物約有355種原生種[1],我國種質(zhì)資源豐富,約有147種[2],全國各地均有分布。隨著育種技術(shù)的不斷發(fā)展和逐漸成熟,近些年涌現(xiàn)出眾多的鐵線蓮園藝栽培品種,其花色豐富、花型精致、花量大、花期長,被廣泛應(yīng)用于庭園綠化中的各種拱門、圍墻、花架、盆栽等。在長期的自然和人工選擇下,鐵線蓮的眾多園藝栽培品種呈表型性狀多樣性發(fā)展[3]。表型性狀具有直觀易得、調(diào)查便利、全面有效等優(yōu)勢,一直以來都是研究者開展種質(zhì)資源多樣性評價的首選方法。NY/T 2583—2014《植物新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測試指南:鐵線蓮屬》中,記錄鐵線蓮屬基本性狀49項,其中與花相關(guān)的高達33項[4],表明花部表型性狀是鐵線蓮品種表型性狀的重要組成部分。目前有關(guān)花部性狀多樣性及評價研究主要集中于現(xiàn)代月季(Rosa hybrida)[5-6]、滇楸(Catalpa fargesii f. duclouxii)[7]、菊花(Chrysanthemum morifolium Ramat.)[8-9]、蓮(Nelumbo nucifera Gaertn.)[10]等。有關(guān)鐵線蓮觀賞性評價研究主要集中在野生鐵線蓮觀賞性 [11]、栽培品種觀賞性綜合評價體系的構(gòu)建[12-13]等。將花部性狀作為觀賞性評價對象的研究相對較少。
鐵線蓮具有1年開花2次甚至2次以上的特性。1次花期主要集中在4—6月,觀賞效果好;2次及以上花期受氣候及自身養(yǎng)護條件的限制,觀賞效果欠佳[6]。因此,本研究以1次花期的花部性狀為研究對象,從123份鐵線蓮園藝栽培品種選擇1次花期的萼片類型、萼片色系、雄蕊色系、花徑、單花萼瓣數(shù)、萼瓣縱徑、萼瓣橫徑、萼片形狀、花色中線、花香、花量、花期、花色褪色程度這13個花部表型性狀,取得性狀在個體和群體間的變異數(shù)據(jù)進行分析,以期為鐵線蓮優(yōu)良品種的定向選育和市場推廣應(yīng)用提供參考。
1 材料與方法
1.1 試驗材料
供試的123份鐵線蓮種質(zhì)資源(表1)均取自江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院鐵線蓮育種基地(119°16′32″E,31°55′53″N),5 年生扦插苗,定植于直徑22 cm、高20 cm的花盆中,基質(zhì)為泥炭∶珍珠巖體積比為1∶1,50%遮光,春季進行1周1次的牽引造型,進行常規(guī)水肥和病蟲害管理,于2023年4—6月初,晴天上午08:00—10:00進行相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查測定。
1.2 表型性狀觀測
鐵線蓮花部表型性狀觀測根據(jù)文獻[4]標準執(zhí)行,具體見表2。所有參試材料均設(shè)置3個重復(fù)。選取當(dāng)季第1個盛花期植株上完全展開、完整、最大的花進行取樣觀測。取樣后隨即帶入實驗室,花部平展后利用A2大小的手工切割墊板,過輻射對稱中心測量花徑,由萼片中軸線及與中軸線垂直的萼片最寬處測量萼瓣縱徑和橫徑。在中午無陽光直射的實驗室內(nèi),將測試材料置于白色背景上,使用德國勞爾K7色卡對花萼的上表面及雄蕊中部進行色值參數(shù)比對,以比色中出現(xiàn)頻率最高的顏色來確定萼片色系和雄蕊色系。萼片形狀選取第1輪完整的外輪萼片進行觀測。花期為觀測第1朵花盛開到最后1朵花凋謝的天數(shù)?;咳沃隃y試材料中花朵的數(shù)量?;ㄉ噬潭戎饕葘ú可媳砻骖伾S花開放進程的變化。
1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析
利用WPS軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計,采用SPSS 25.0軟件進行相關(guān)數(shù)據(jù)分析。
2 結(jié)果與分析
2.1 鐵線蓮花部形態(tài)的數(shù)量性狀多樣性分析
對123份鐵線蓮資源的6個數(shù)量性狀進行分析和評價(表3),不同性狀間變異系數(shù)存在較大差異,各性狀變異系數(shù)范圍為 24.79%~181.18%,各性狀平均變異系數(shù)為63.84%。其中單花萼瓣數(shù)的變異明顯(181.18%),遺傳基礎(chǔ)廣;萼瓣縱徑變異系數(shù)最小(24.79%),該性狀較穩(wěn)定遺傳。
多樣性指數(shù)計算的是香農(nóng)-威納指數(shù),6個數(shù)量性狀的平均多樣性指數(shù)為6.624,其中萼瓣縱徑的多樣性指數(shù)最高(6.898),其余性狀的遺傳多樣性指數(shù)由大至小依次表現(xiàn)為花期>萼瓣橫徑>花徑>花量>單花萼瓣數(shù)。
2.2 鐵線蓮花部形態(tài)的質(zhì)量性狀多樣性分析
對123份鐵線蓮種質(zhì)資源的7個質(zhì)量性狀進行分析和評價(表4)。萼片類型以單瓣為主(頻數(shù)0.772),萼片色系以紫色為主(頻數(shù)0.236),雄蕊色系以黃色為主(頻數(shù)0.585),萼片形狀以中卵形為主(頻數(shù)0.512),花色中線以有中線為主(頻數(shù)0.870),花香以淡香為主(頻數(shù) 0.512),花色褪色程度以略褪色為主(頻數(shù)0.480)。
花色中線性狀的遺傳多樣性最高(6.915),說明花色中線在不同種質(zhì)間遺傳基礎(chǔ)較廣;萼片類型遺傳多樣性最?。?.712),說明萼片類型在不同種質(zhì)間的遺傳基礎(chǔ)較窄。7 個質(zhì)量性狀的遺傳多樣性指數(shù)分別為花色中線>花香>萼片形狀>花色褪色程度>雄蕊色系>萼片色系>萼片類型。
2.3 鐵線蓮花部性狀相關(guān)性分析
對123 份鐵線蓮種質(zhì)資源花部性狀作相關(guān)性分析(表5),結(jié)果表明,各變量間存在程度不同的關(guān)聯(lián)現(xiàn)象。有13對性狀差異呈極顯著正相關(guān),10對性狀差異呈極顯著負相關(guān)(P<0.01);另有4對性狀差異呈顯著正相關(guān),7對性狀差異呈顯著負相關(guān)(P<0.05)。其中以萼片類型與單花萼瓣數(shù)(0.823)、花徑與萼瓣縱徑(0.897)、花徑與萼瓣橫徑(0.802)、萼瓣縱徑與萼瓣橫徑(0.726)、花徑與花色中線(0.763)間的關(guān)聯(lián)程度尤為突出。
2.4 鐵線蓮花部性狀主成分分析
采取主成分分析法對123份鐵線蓮種質(zhì)資源的13個花部性狀進行提取,共提取4個主成分并進行分析(表6)。結(jié)果表明,4個主成分的累積貢獻率為64.901%,其中第1主成分的特征值為4.045,對總變異的貢獻率為31.112%,反映花萼的大小,稱為花形因子;第2主成分的特征值為2.000,對總變異的貢獻率為 15.382%,反映萼片類型,稱為花型因子;第3主成分的特征值為1.216,對總變異的貢獻率為 9.351%,反映花期,稱為花期因子;第4主成分的特征值為1.177,對總變異的貢獻率為9.056%,反映萼片色系,稱為花色因子。綜合13個表型性狀對4個主成分的總貢獻率,得出花徑、單花萼瓣數(shù)、花色中線、萼片類型、萼瓣縱徑這5個性狀是造成花部性狀差異的重要內(nèi)在因素。
2.5 鐵線蓮花部性狀聚類分析
對123份鐵線蓮種質(zhì)資源的6個數(shù)量性狀使用組間聯(lián)接的方法進行分析,共聚類成4大類群(圖1)。第Ⅰ類群為針瓣皇帝、約瑟芬、寬瓣皇帝;第Ⅱ類群為10個千重瓣或重瓣品種,花徑大,花量大,花期長,包括超級多藍、藍光、水晶噴泉、綠色激情、卡娜瓦、魔法噴泉、美麗登、新紫玉、幻紫、水星二號;第Ⅲ類群為13個小花豐花類品種,代表品種有鈴兒響叮當(dāng)、王夢、緋紅公主、伍斯特美女、阿迪森、櫻桃唇等;第Ⅳ類群為97個大花類品種,多數(shù)為單瓣,花期長,花量大,代表品種有丹尼爾德隆達、薇安、總統(tǒng)、綠色激情、H.F.楊、博士、烏托邦、傾盆大雨、淡墨等。
2.6 綜合評價結(jié)果
對4個主成分與13個花部表型性狀進行標準化數(shù)據(jù)線性回歸,得到各主成分得分和綜合得分;結(jié)合聚類分析,排序得到4大類群中綜合得分高的品種(表7)。第Ⅰ類群中,編號為56的針瓣皇帝綜合得分最高,為7.49;其次為編號為55的寬瓣皇帝,得分為4.48。第Ⅱ類群中,編號為26ruqoshiHG1p/bBf0q8LZZkMQy4od/wxHHJbMSbnDjY4=的水晶噴泉綜合得分最高,為5.79;其次為編號為12的超級多藍,得分為5.74;編號為67的魔法噴泉,得分為5.39。第Ⅲ類群中編號為10的伍斯特美女得分最高,為2.60;其次為編號為59的王夢,得分為2.48。第Ⅳ類群中編號為52的約瑟芬得分最高,為4.17;其次為編號為113的總統(tǒng),得分為2.74;編號為28的丹尼爾德隆達,得分為2.60。綜合得分越高,表明花部表型性狀的綜合表現(xiàn)越好。
2.7 綜合評價指標篩選
將綜合得分納入因變量、13個花部性狀指標納入自變量,進行呈現(xiàn)決定系數(shù)和殘差獨立性檢驗(圖2),極顯著且均數(shù)接近于0,標準差=0.945(接近于1),服從標準正態(tài)分布,線性回歸達到正態(tài)性條件,P-P圖表明滿足正態(tài)性條件(圖3),標準化殘差圖分布在橫坐標0值周圍,基本是上下對稱分布,分布特征不隨預(yù)測值的增加而發(fā)生改變,意味著數(shù)據(jù)方差整齊性、獨立性條件符合(圖4)。通過逐步回歸分析,得到最優(yōu)回歸方程:Y=-8.357+0.562X1+0.386X2-0.041X3+0.055X4+0.018X5+0.256X6+0.072X7+0.179X8-0.052X9+1.189X10-0.053X11+0.032X12-0.007X13,式中X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12、X13分別代表萼片類型、萼片色系、雄蕊色系、花徑、單花萼瓣數(shù)、萼瓣縱徑、萼瓣橫徑、萼片形狀、花色中線、花香、花量、花期、花色褪色程度這13 個性狀,r2=487.958 852/487.959 787>0.999,F(xiàn)=4 377 634.443 045,由此看出,13個性狀能代表總變異的99.9%。
將綜合得分與13個性狀進行相關(guān)性分析(表8),結(jié)果表明,萼片類型、萼片色系、花徑、單花萼瓣數(shù)、萼瓣縱徑、花色中線、花期、花量這8個性狀與鐵線蓮綜合得分呈極顯著相關(guān)(P<0.01),因此可作為其綜合評價指標。
3 討論
表型性狀是植物遺傳物質(zhì)和外部環(huán)境共同作用的綜合體現(xiàn),因此具有相對穩(wěn)定且豐富的表型變異特征[14-17],主要表現(xiàn)為表型水平上個體外部形態(tài)上的差異,因此表型性狀的變異系數(shù)和多樣性指數(shù)可以反映品種間性狀的變異程度和幅度。
柳江群等認為,當(dāng)變異系數(shù)大于10%時,說明該性狀在種質(zhì)間差異較大[18]。本研究中13個花部表型性狀在123份鐵線蓮品種間的變異系數(shù)為24.79%~181.18%,均大于10%,證明其遺傳變異豐富,存在較大的選擇潛力。單花萼瓣數(shù)的變異系數(shù)最大,達181.18%,變異程度尤為豐富,表明鐵線蓮品種萼瓣數(shù)量受到遺傳和外界環(huán)境的影響時表現(xiàn)出復(fù)雜的性狀特征。萼瓣縱徑變異系數(shù)最小(24.79%),說明內(nèi)在遺傳因素對萼瓣縱徑影響較小,在環(huán)境因子一致的情況下可以穩(wěn)定存在。
遺傳多樣性的表現(xiàn)是多層次的,在個體水平上可表現(xiàn)為形態(tài)差異、生理代謝差異、形態(tài)發(fā)育差異以及行為習(xí)性差異。吳根松等認為,當(dāng)多樣性指數(shù)>1.0時,說明該表型性狀多樣性程度高[19]。本研究中13個花部表型性狀在123份鐵線蓮品種間的遺傳多樣性為5.688~6.915,均遠高于1.0,表明其個體之間的差異程度高,表現(xiàn)在不同種質(zhì)間遺傳基礎(chǔ)較廣。
相關(guān)性分析顯示,鐵線蓮花部各表型性狀間存在程度不等的相關(guān)性。李春花等認為,當(dāng)2個性狀間的相關(guān)系數(shù)>0.707時,可用其中一個性狀推測另一個性狀的變異情況[20]。本研究中,萼片類型與單花萼瓣數(shù)間的相關(guān)系數(shù)為0.823,花徑與萼瓣縱徑間的相關(guān)系數(shù)為0.897,花徑與萼瓣橫徑間的相關(guān)系數(shù)為0.802,萼瓣縱徑與萼瓣橫徑間的相關(guān)系數(shù)為0.726,花徑與花色中線間的相關(guān)系數(shù)為0.763,表明通過改良花徑大小可使萼瓣縱徑、萼瓣橫徑、花色中線的性狀得到改良,通過改良萼片類型可使單花萼瓣數(shù)的性狀得到改良,通過改良萼瓣縱徑可使萼瓣橫徑的性狀得到改良;反之亦然。
通過降維提取主成分,可達到綜合和簡化指標間顯著相關(guān)性的目的[14,21-26]。該方法已在百脈根(Lotus corniculatus)、胡桃(Juglans regia)、野牛草(Buchloe dactyloides)、李(Prunus salicina L.)等植物評價中廣泛運用。本研究將13個鐵線蓮花部性狀轉(zhuǎn)化為較少的4個主成分,分別稱為花形因子、花型因子、花期因子、花色因子,其累計貢獻率達64.901%。綜合13個表型性狀對4個主成分的總貢獻率,篩選出5個有代表性的鐵線蓮花部表型性狀,依次為花徑、單花萼瓣數(shù)、花色中線、萼片類型、萼瓣縱徑,認為這5個性狀即是影響花部性狀差異的重要內(nèi)在因素,該結(jié)論與喇燕菲等的評價結(jié)果[27]一致。
4 結(jié)論
基于主成分分析的綜合評價顯示,聚類分析后的第Ⅰ類群重瓣花型觀賞性強,針瓣皇帝、寬瓣皇帝綜合評分高;第Ⅱ類群花徑大、花量大、花期長的整體排名靠前,以水晶噴泉、超級多藍、魔法噴泉最為突出;第Ⅲ類群主要為小花豐花類品種,以伍斯特美女、王夢綜合評分高;第Ⅳ大類群為大花類品種,以約瑟芬、總統(tǒng)、丹尼爾德隆達的綜合得分高。這些花部觀賞性狀極佳的品種,如若在江蘇地區(qū)引種馴化后,應(yīng)具有非常好的市場應(yīng)用前景[28]。
依據(jù)以上評價信息,在今后鐵線蓮育種和推廣過程中,可進一步選擇優(yōu)良的育種親本或栽培材料,為提高育種效率和市場運用提供參考[29]。
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