22个牡丹品种形态性状的多样性分析

蔡 健，李 浩，赵 翔，金 娜，马同富

(阜阳师范学院生物与食品工程学院，安徽阜阳 236041)



22个牡丹品种形态性状的多样性分析

蔡 健，李 浩，赵 翔，金 娜，马同富*

(阜阳师范学院生物与食品工程学院，安徽阜阳 236041)

[目的] 分析22个牡丹品种形态性状的多样性，探讨品种间遗传差异，挖掘优异种质材料, 为了解不同牡丹品种的遗传关系及种质资源创新提供科学依据。 [方法] 对22个牡丹品种花色、花型、株高、株幅、花径、叶长、叶宽、株型和叶型等表现型性状进行赋值后, 采用欧氏距离计算品种间遗传距离。并采用系统聚类分析法对22个牡丹品种的遗传多样性进行研究。[结果]以整个遗传距离的总平均数作尺度对聚类图的结果进行分类, 大致可将22个牡丹品种分为5 个类群, Ⅰ类为银红巧对、鸡爪红、八宝镶、重楼点翠、丛中笑、魏紫、烟笼紫、茄加紫；Ⅱ类为胡红；Ⅲ 类为小胡红、白玉兰、罂粟红、凤丹、大金粉、景玉、盘中取果、青山贯雪、墨剪绒、大红一品、蓝花魁；Ⅳ类为海黄；Ⅴ类为似荷莲。划分结果与系谱分析基本一致, 并把系谱来源不清的品种划分到相应的杂种优势群。[结论]形态性状的多样性分析是检测品种间遗传差异的有效方法, 可为牡丹新品种培育及产业化开发应用奠定基础。

牡丹; 形态学性状；遗传多样性；聚类分析

我国牡丹经过约1 500年的自然选择与人工栽培，已形成了具有不同花瓣颜色、数目、花型和叶型的栽培品种近1 500个，现已遍布全国各主要城市。我国牡丹按分布现已形成了4 个主要的品种群[1]：中原牡丹品种群、西北牡丹品种群(甘肃、陕西、青海和宁夏等省区)、江南牡丹品种群(安徽、浙江、江苏，上海等省地)和西南牡丹品种群(四川省)。牡丹在长期的驯化栽培、自然和人工选择下，形成了丰富的遗传变异，再加上其能以多种方式繁殖，造成其遗传关系模糊不清。到目前为止，对牡丹的亲缘关系和遗传多样性仍然缺乏完整的了解[2]。

近年，植物形态学、解剖学、细胞核型分析及分子生物技术的发展为牡丹植物的分类和鉴定提供了重要技术支持。 袁涛等[3]对花粉形态和植株的外部形态特征数据进行了聚类分析(UPGMA )，结果显示5 个种被明显地区分，其中卵叶牡丹与矮牡丹亲缘关系最近，其余依次为杨山牡丹与紫斑牡丹，四川牡丹与其他各种亲缘关系较远，延安牡丹性状介于矮牡丹与紫斑牡丹之间。袁涛等[4]重点观察了中国栽培牡丹在种级水平上的分类性状，略去花型、瓣形、重瓣性等观赏性状，结合已有的工作和历史文献，认为中国栽培牡丹以多源杂交起源为主，起源种为矮牡丹、紫斑牡丹、杨山牡丹、卵叶牡丹，少数品种直接起源于1个野生种，如‘凤丹’系列品种直接起源于杨山牡丹，少数传统西北品种直接起源于紫斑牡丹。Zhou等[5]基于形态学证据对芍药属牡丹组全部野生种40个居群进行了系统学分析。周波等[6]以21个有代表性的中国牡丹品种作为对照，对引自美国、法国和日本的68个品种的41个形态性状进行了研究，基于形态性状的聚类分析把所研究品种聚为两类，且多数国外品种与国内品种形态差异比较明显，说明不同来源的牡丹品种之间遗传差异较大，建议在今后的育种工作中选择与国内品种差异较大的国外品种作为亲本。该研究利用系统聚类方法对22个有代表性的牡丹品种进行遗传多样性分析，探讨品种间遗传差异，挖掘优异种质资源，为了解不同牡丹品种的遗传关系及种质资源创新提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

该研究中所用的22个牡丹栽培品种(表1)，均来自我国芍药种质资源收集最全的安徽阜阳市西湖景区繁育基地(安徽阜阳)，其形态差异主要集中于花色和花型。

1.2 田间试验

田间试验于2014～2015 年在阜阳市西湖景区繁育基地进行。采用完全随机区组设计，3 次重复。每小区定株调查10 株。分别对以下性状进行田间考查：花色、花型、株高、株幅、花径、叶长、叶宽、株型和叶型等。

1.3 统计分析方法

多元分析采用刘来福[7]的计算方法，聚类分析采用常用的类平均法。

表1 供试牡丹材料

1.3.1 数据标准差标准化。 对当年所有参试牡丹品种的花色、花型、株高、株幅、花径、叶长、叶宽、株型和叶型等9个农艺性状数据，进行聚类分析。由于9个农艺性状单位不一致，故聚类分析前对株型、花色、花型、叶型的原始数据作标准差标准化变换[12]。

1.3.2 系统聚类及相关分析。2年的性状平均数经正态标准化后，采用欧氏距离(Euclidean distance)计算成对品种的遗传距离。采用类平均法对遗传距离矩阵进行聚类分析。对聚类分析结果计算共表型相关系数(cophenetic correlation coefficient)矩阵。2个矩阵之间的相似性采用相关分析[8]。用DPS 3.01专业软件[9]聚类。

2 结果与分析

2.1 田间性状调查与室内考种

于2014～2015 年分别对花色、花型、株高、株幅、花径、叶长、叶宽、株型和叶型等农艺性状进行田间考查，对于2年的株型、花色、花型和叶型等农艺性状平均数作标准差标准化变换，22个牡丹品种性状赋值见表2。

表2 22个牡丹品种性状赋值

2.2 22个牡丹品种性状的系统聚类分析

对调查性状作方差分析，并对原始数据作标准差标准化变换和性状赋值。对品种遗传距离的类平均法聚类结果(图1)进行共表型相关分析，表明品种遗传距离矩阵与类平均法聚类树表型相关系数矩阵的相关系数为0.812，达极显著，说明聚类结果可靠。若以整个遗传距离的总平均数作尺度对聚类图的结果进行分类，可将供试材料划分为5 个类群，Ⅰ类为银红巧对、鸡爪红、八宝镶、重楼点翠、丛中笑、魏紫、烟笼紫、茄加紫；Ⅱ类为胡红；Ⅲ 类为小胡红、白玉兰、罂粟红、凤丹、大金粉、景玉、盘中取果、青山贯雪、墨剪绒、大红一品、蓝花魁；Ⅳ类为海黄；Ⅴ类为似荷莲。

3 结论与讨论

目前牡丹育种工作还是以人工定向杂交选择为主。中国牡丹品种多样，再加上从日本、欧美等国家和地区引入的优良品种，为牡丹育种工作提供了便利。但现有国内牡丹品种大多亲缘关系不清，且多为近源品种，遗传背景相近，存在育种工作效率低下，品种出新率低的问题。因此，牡丹组内远缘杂交已成为种质资源创新的一个重要方向[10]。张海平等[11]对睡莲属(Nymphaeaalba)植物的形态性状进行了聚类分析，认为热带睡莲和耐寒睡莲在形态性状方面存在明显差异。蔡健等[12]利用AFLP标记和形态学性状检测皖北地区小麦主栽品种遗传多样性，研究结果表明：基于品种表现型计算的遗传距离的聚类结果，基本上是与AFLP标记计算的遗传相似系数的聚类结果相一致，而且基于表现型聚类结果进行了共表型相关分析，分析结果表明，品种遗传距离矩阵与类平均法聚类树表型相关系数矩阵的相关系数为0.826，达极显著相关，说明聚类结果可靠。笔者利用2 年田间试验对22个牡丹品种的遗传多样性进行了研究，通过农艺性状调查，形态学分析，利用类平均法聚类，成功地将供试材料划分为5个类群，划分结果与系谱亲缘相比基本一致。对聚类分析结果进行共表型相关分析表明，品种遗传距离矩阵与类平均法聚类树表型相关系数矩阵的相关系数为0.812，达极显著相关，说明了聚类结果的可靠性。其结果可为合理利用牡丹种质资源、培育牡丹新品种提供依据。

[1] 李嘉珏.中国牡丹与芍药[M].北京：中国林业出版社，1999.

[2] 周志钦，潘开玉，洪德元.牡丹组野生种间亲缘关系和栽培牡丹起源研究进展[J].园艺学报，2003，30(6)：751-757.

[3] 袁涛，王莲英.几个牡丹野生种的花粉形态及其演化、分类的探讨[J].北京林业大学学报，1999，21(1)：17-21.

[4] 袁涛，王莲英.中国栽培牡丹起源的形态分析[J].山东林业科技，2004(6)：5-7.

[5] ZHOU Z Q，PAN K Y，HONG D Y.Phylogenetic analyses ofPaeoniasectionMoutan(tree peonies，Paeoniaceae)based on morphological data[J].Acta phytotaxonomica sinica，2003，41(5)：436-446.

[6] 周波，江海东，张秀新，等.部分引进牡丹品种的形态多样性[J].生物多样性，2011，19(5)：543-550.

[7] 刘来福.作物数量性状的遗传距离及其测定[J].遗传学报，1979，6(3)：349-355.

[8] 钟扬，陈家宽，黄德世．数量分类的方法与程序[M]．武汉：武汉大学出版社，1990：47.

[9] 唐启义，冯明光.实用统计分析及其DPS 数据处理系统[M].北京：科学出版社，2002：551-603.

[10] 蔡健，兰伟，罗瑞丽，等.皖北小麦主栽品种遗传多样性的系统聚类法分析[J].中国农学通报，2006，22(11)：143-146.

[11] 张海平，房伟民，陈发棣，等.部分睡莲属植物形态性状的多样性分析[J].南京农业大学学报，2009，32(4)：47-52.

[12] 蔡健，兰伟，李飞天，等.利用AFLP 标记和形态性状检测皖北小麦主栽品种的遗传多样性[J].核农学报，2007，21(2)：116-119.

Investigation on the Morphological Diversity of 22PaeonialactifloraCultivars

CAI Jian, LI Hao, ZHAO Xiang, MA Tong-fu*et al

(College of Biological Science and Food Engineering, Fuyang Normal University, Fuyang, Anhui 236041)

[Objective] The morphological diversity of 22Paeonialactifloracultivars was analyzed to explore the genetic differences between varieties and excellent germplasm materials, which provided a scientific basis for germplasm innovation.[Method]The genetic distance based on the agronomic characters, such as flower color, flower form, plant height, plant width，flower diameter，leaf length，blade width，plant type and leaf type were calculated by Euclidean distance. The system clustering analysis method was used to study the genetic diversity of 22 varieties. [Result] The results showed that 22 cultivars could be classified into five groups. Group I consisted of Yinhongqiaodui, Jizhaohong, Babaoxiang, Chongloudiancui, Congzhongxiao, Weizi, Yanlongzi, Qiejiazi; Group Ⅱ consisted of Huhong; Group Ⅲ consisted of Xiaohuhong, Baiyulan,Yingsuhong, Fengdan, Dajinfeng, Jingyu, Panzhongquguo, Qingshanguanxue, Muojianrong, Dahongyipin, Lanhuakui; Group Ⅳ consisted of Haihuang; Group Ⅴ consisted of Sihelian. The results were consistent with pedigree analysis. Moreover, cultivars with unkonwn pedigree were assigned to the established heterotic groups. [Conclusion] The diversity analysis of morphological characters is one of the effective methods to detect genetic differences between varieties, which provides theoretic base for new cultivar breeding and industrialization ofP.lactiflorain the future．

Paeonialactiflora; Morphological characters; Genetic diversity; Cluster analysis

安徽省高校省级自然科学基金重点项目(KJ2014A194，KJ2013A207)。

蔡健(1968-)，男，安徽阜阳人，教授，博士，从事植物分子生物学研究。*通讯作者，研究员，从事药用植物分子生物学研究。

2015-11-10

S 685.11

A

0517-6611(2015)35-057-03