25个彩叶桂无性系(品种)的数量分类研究

冯园园，李清莹，黄均华，胡绍庆

(浙江理工大学建筑工程学院，浙江 杭州 310018)

桂花(Osmanthusfragrans)原产于中国，是世界上园艺化最早的观赏植物之一[1]。近年来出现的新品种以丰富的新叶色彩变化改变了人们对桂花常用以观花、闻香的传统观念，这类桂花即为“彩叶桂品种群”，其新梢、新叶色彩绚丽多变、持续时间长，是增加园林景观中色叶树种的优良品种[1-2]。目前，国内对彩叶桂品种的研究主要集中在繁育栽培和生理生化方面，关于数量分类还鲜见报道，但数量分类已被成功运用于银杏、茶树、丹参、芍药、漆树等种质资源的众多分类研究中[3-7]，数量分类对植物品种分类鉴定的可行性已被充分肯定。同时数量分类法能考虑到众多来源不同的性状指标，可综合各方面的性状得到一个总体的分类体系，所以不失为进行品种分类的一种有效方法[7]。以往对桂花的数量分类研究表明，花期、花色在桂花的品种分类中占据重要地位，最终分为金桂、银桂、丹桂、四季桂等四大桂花品种群[8-12]，但此分类系统完全不适用于以叶色变化作为主要观赏点的彩叶桂品种。由于彩叶桂新品种授权数量呈逐年递增趋势，且每个品种从幼叶到成长为老叶的过程中都会经历丰富的颜色变化，区分难度较大，因此有必要对彩叶桂品种进行统一调查并进行数量分类的研究，以便指导彩叶桂品种的鉴定和优良品质的选育。本研究通过观测彩叶桂品种的枝叶性状，使用数量分类中的聚类分析和主成分分析对25个彩叶桂品种的35个性状进行统计分析和分类，以探讨彩叶桂品种的分类等级和标准，进而为建立完善的分类系统、培育优良品种提供参考，也可为彩叶树种资源的品种分类研究和保护提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料选自广西桂林、福建漳州及栽培于浙江杭州的共25个彩叶桂品种，其中24个已获国家林业草原局植物新品种授权，1个在木犀属植物栽培品种国际登录中心登录(表1)，植株平均年龄3～4 a。其中浙江杭州的‘云田彩桂’‘银碧双辉’‘彩虹彩桂’和‘虔南贵妃’均引种于其品种的原产地。所有材料置于杭州青山湖进行观察，但材料的恢复情况参差不齐。从已恢复品种的观测情况来看，整体色系会受影响但影响不大，如幼叶紫色不会变成红色，幼叶红色不会变成黄色，因此本研究试验材料分别选自桂林、漳州和杭州。

表1 供试的25个彩叶桂品种

1.2 研究方法

1.2.1 表型性状的选取与编码

参照对木犀属植物营养特征的已有描述[13-15]、桂花新品种DUS指南[16]和桂花数量分类研究[8-12]进行表型性状选取。经2018—2019年的持续观测，发现幼叶具明显快速的色彩变化，但叶片大小尚未定型；成型叶的大小形状接近老叶，具明显的色彩变化；成熟叶为新叶、老叶颜色趋于一致的阶段(图1)，故以色彩变化和叶形变化作为区分，最终将彩叶桂观赏期的生长过程分为3个阶段：“幼叶”(幼叶萌发尚未定型阶段，表2中幼叶色彩采自初始萌发阶段)、“成型叶”(叶片大小和形状基本定形，之后几乎不发生改变，见图1)、“成熟叶”(叶色不再变化的阶段)，共选取35个枝叶性状并编码。性状编码(表2中除编号6～9、21～23、34～35外，其余数据皆采自成型叶阶段)采用等级数量编码方法：共编码二态性状14个，按“0”“1”编码；多态性状19个，定性多态性状按“0”“1”“2”编码，有序多态性状尽量按演化顺序，取连续排列正整数“1”“2”“3”……编码。

图1 25个彩叶桂无性系(品种)的枝叶性状特征Fig.1 Characters of 25 color-leafed Osmanthus fragrans clones (cultivars)

表2 彩叶桂品种枝叶性状及编码

每个品种选择4株长势基本一致的健康植株，于春夏季进行观测，并用相机(尼康D7100)拍摄特征照片，其中观测以新梢与新叶色彩变化最丰富的春季数据为主，关于色彩的记录与英国皇家园艺协会比色卡第5版(RHS colour chart，the fifth edition)的比对为准，所有数据均测量16次，取其平均值。

1.2.2 数据处理

首先对原始数值矩阵进行数据标准化(STD)处理以消除不同量纲；采用 SPSS19.0对35个性状进行R型聚类分析，聚类方法选用组间连接，以Pearson相关性为度量标准，做出性状指标聚类的树状图；然后采用主成分分析，将多项指标转化为少数几项综合指标[17]；根据R型聚类和主成分分析结果，去掉相关性较大且累积贡献率小的性状指标，利用剩余的性状指标再对彩叶桂品种进行Q型聚类分析。选用Ward聚类方法，以平方Euclidean距离为度量标准，做出分类结果树状图。

2 结果与分析

2.1 彩叶桂性状指标R型聚类结果分析

R型聚类是对研究对象的性状指标进行分类[18]，以反映出各性状之间的关系及性状选取的合理性[19]，使具有共同特征的指标聚在一起，以便选出具有代表性的性状指标，为Q型聚类分析的性状选取提供参考，同时也可以为育种和进一步的生物学研究提供依据。对25个彩叶桂品种的35个性状进行R型聚类，从聚类树形图(图2)可知，彩叶桂侧脉是否隆起和叶面是否皱缩，叶片横切面、主脉凹凸度与叶缘曲皱，叶柄颜色和新枝是否双色，叶尖是否反曲和叶尖是否歪斜，成熟叶色、成熟叶有无花斑、幼叶色彩类型、叶片色彩类型、幼叶颜色、叶色和叶型，主脉颜色和侧脉颜色，叶宽和锯齿深浅的相关性较大。

2.2 彩叶桂性状指标主成分分析

供试彩叶桂35个性状指标的主成分分析结果(表3)表明，前9个主成分的累计贡献率达到81.157%，前11个主成分的累积贡献率达到87.618%。

性状编号指代的具体性状见表2。 See Table 2 for specific characters.图2 R型聚类分析图Fig.2 Dendrogram of the R-type clustering analysis

第1主成分的贡献率为22.000%，特征根绝对值在0.512及以上的有成熟叶有无花斑、成熟叶叶色、叶片色彩类型、叶色、幼叶色彩类型、幼叶颜色、新枝是否双色、叶型和主脉凹凸度，主要反映了叶片各阶段色彩、新枝色彩、叶型和叶面形态情况；第2主成分的贡献率为13.527%，特征根绝对值在0.502及以上的有叶柄颜色、幼叶叶柄颜色与成型叶是否不同、新枝是否双色、侧脉颜色、侧脉对数、叶宽、锯齿部位和深浅，主要反映了叶柄、新枝、叶脉色彩以及叶片大小和叶缘锯齿情况；第3主成分的贡献率为9.333%，特征根绝对值均在0.543及以上的有新枝颜色、主脉颜色和叶缘皱曲，主要反映了新枝、主脉色彩和叶缘皱曲情况；第4主成分的贡献率为8.080%，特征根绝对值在0.589及以上的有侧脉是否隆起、叶面是否皱缩、叶片硬度和锯齿部位，主要反映了叶面形态、质地和叶缘锯齿情况；第5主成分的贡献率为6.927%，特征根绝对值在0.505及以上的有叶片厚度、侧脉是否隆起和叶面是否皱缩，主要反映了叶片质地和叶面形态情况；第6主成分的贡献率为6.178%，特征根绝对值在0.508及以上的有幼叶叶柄颜色与成型叶是否不同，主要反映了叶柄色彩情况；第7主成分的贡献率为5.891%，特征根绝对值在0.508及以上的有叶尖是否歪斜、叶片厚度和叶柄长，主要反映了叶尖形态、叶片质地和叶柄长短情况；第8主成分的贡献率为5.192%，特征根绝对值在0.480及以上的有侧脉颜色、叶尖是否反曲、叶片光泽度，主要反映了叶脉色彩、叶尖形态和叶片质感情况；第9～11主成分的贡献率分别为4.029%、3.497%、2.963%，特征根绝对值较大的有叶基形状、展叶时间、侧脉对数、新枝是否双色、主脉颜色和网脉是否明显，主要反映了叶基形状和新枝、叶脉色彩等情况。

表3 彩叶桂35个性状指标的主成分分析及特征根和贡献率

2.3 彩叶桂性状指标Q型聚类结果分析

根据35个性状的R型聚类分析列出相关性较大的性状20个，经主成分分析可知，彩叶桂各阶段色彩表现、叶片大小、叶缘锯齿和叶面形态是贡献较大的参考指标。因此，保留性状包括叶面是否皱缩、叶片横切面、新枝是否双色、叶尖是否反曲、成熟叶叶色、幼叶颜色、叶色、叶型、主脉颜色、叶宽和锯齿深浅。

根据品种Q型聚类树形图(图3)可知，在等级结合线L1(D=24.0)处，25个彩叶桂品种被分为2大类：第1类成熟叶为纯色叶，包括‘罗彩1号’‘闽彩10’‘罗彩16号’ 和‘朝阳金钻’等21个品种；第2类成熟叶为斑色叶，包括‘银碧双辉’‘彩虹’‘云田彩桂’和‘金玉桂花’。

图3 25个彩叶桂无性系(品种)的Q型聚类树形图Fig.3 The Q-type cluster analysis of 25 color-leafed O. fragrans clones (cultivars)

在等级结合线L2(D=16.0)处，25个彩叶桂品种被分为3大类：第1类成熟叶为纯色叶、叶宽小于4 cm,包括‘罗彩1号’‘罗彩10号’和‘罗彩16号’等18个品种；第2类成熟叶为纯色叶且叶宽大于4 cm,包括‘永福紫炫’‘闽农桂冠’和‘虔南桂妃’；第3类仍为成熟叶为斑色叶的4个品种。

在结合线L3(D=6.5)处，25个品种被分为10组。成熟叶为纯色叶且叶宽小于3 cm且幼叶为单色纯色的品种被分为2类3组(除‘永福幻彩叶’宽为3～4 cm)，其中第1类叶片横切面为一字形，包括‘罗彩1号’‘闽彩10’‘罗彩16号’‘罗彩17号’‘朝阳金钻’和‘永福幻彩’。第2类叶片横切面为V形或U形的品种被分为2组：第1组叶宽在2～3 cm，叶形为椭圆状披针形、倒卵状椭圆形、椭圆形，包括‘罗彩19号’‘永福粉彩’‘罗彩2号’和‘永福彩霞’；第2组为叶宽小于2 cm，叶形为披针形的‘闽彩28’。成熟叶为纯色叶、叶宽为3～4 cm且幼叶为单色纯色的品种单独为一组，包括‘永福金彩’‘闽彩19’和‘闽彩12’； 成熟叶为纯色叶且幼叶为双色纯色或有花斑的品种被分为2组。第1组为幼叶双色纯色且主脉为黄绿色的‘闽彩13’和‘闽彩25’，第2组为幼叶有花斑且主叶脉为紫红的‘罗彩18号’和‘永福绚彩’。成熟叶为纯色、叶宽大于4 cm的品种根据叶形、叶片质地和主脉色彩被分为2组：第1组为叶形椭圆形、叶片偏薄软、主脉侧脉均为黄绿色的‘虔南贵妃’和‘闽农桂冠’；第2组为叶形卵形或卵圆形、叶片偏厚硬、主脉侧脉均为紫红色的‘永福紫炫’。成熟叶为斑色叶的品种被分为2组：第1组为叶宽为3～4 cm、叶二型的‘银碧双辉’和‘彩虹’；第2组为叶宽为2～3 cm、叶一型的‘金玉桂花’和‘云田彩桂’。

3 讨 论

对彩叶桂品种进行数量分类研究，通过R型聚类分析、主成分分析和Q型聚类分析得出：叶色、幼叶颜色、成熟叶叶色、叶型、叶面是否皱缩、叶片横切面、叶宽和叶形等性状可作为彩叶桂品种形态学分类的性状指标。综合而言，成熟叶叶色、叶片横切面和叶宽是此次彩叶桂品种形态分类最主要的标准和依据。

在R型聚类分析与主成分分析中，影响较大的性状指标主要反映了彩叶桂各阶段色彩、叶片大小、叶片形状和叶缘锯齿情况，后三者与以往桂花数量分类研究[8,10,12]的结果(除部分花部性状外)相一致；在Q型聚类分析中，在不考虑种源和起源时，成熟叶叶色可作为一级分类标准；成熟叶叶色、叶片横切面可作为二级分类标准；成熟叶叶色、叶片横切面、叶宽、叶面是否皱缩和叶形可作为3级分类指标。其中叶宽与叶缘锯齿的相关性与唐东芹[12]通过比较分析得出锯齿较丰富而叶普遍较大、锯齿少或全缘叶片较小分别聚为一组的结果相一致。整个结论与以色彩作为主要分类依据的设想有所偏离，但无论从品种演化还是从观赏价值方面考虑，叶色都是最重要的[14]。同时对于叶片大小和形状可否作为分类依据存在很大争议，如季春峰[15]认为木犀属的叶片大小不具备很大的分类意义，但木犀属中确有仅根据叶片大小就可区分的种类，如山桂花、香花木犀、石山桂；臧德奎[14]认为叶形、叶片大小和叶缘锯齿等性状受发育阶段和环境条件的制约，但叶片的其他部分性状在品种内是稳定的，虽无明显的演化规律可循，仍可作为划分品种的依据。由此可知，叶片和枝条作为营养器官受到环境的影响较大，但仍具有稳定性和保守性，是形态分类的重要依据之一[20]。应考虑将所有品种集合至相同栽培条件下进行观测，且应考虑对彩叶桂进行评价，提高色彩的评分比重或以重选的方式进行加权处理，使色彩得到应有的强调，或对彩叶桂的色彩变化进行更为具体的量化细分。

传统桂花品种的分类标准虽不适用于彩叶桂，但其分类原则和分类研究的过程仍是彩叶桂品种分类标准的重要依据。关于桂花品种的分类标准中，鲁涤非等[21]认为既要满足观赏需求、继承前人传统，同时也要注意到花在分类学上的意义；刘玉莲[22]认为要弄清其主要特征和变异性状，考虑传统的分类方法和在园林上应用的情况并尽可能地反映各品种的进化和亲缘关系；臧德奎[14]认为应在反映品种或品种群起源的基础上尽可能反映出品种或品种群间的相互关系和演化规律，服务并符合当前水平的生产实践，因此应当强调品种分类的简洁明了性和实际效益性；胡绍庆等[23]认为应结合桂花品种间的进化关系、园林生产应用及传统分类，选择出稳定的遗传性状及容易操作界定的形态特征作为分类依据。总体上，桂花品种分类应弄清其稳定、易分辨、观赏效果突出的形态性状，满足传统分类并最终服务于当下的生产实践并考虑品种或品种群间的亲缘关系。彩叶桂以新生营养器官的色彩变化为主要观赏点，其分类标准在原则上应重点关注整个过程的色彩变化，同时考虑其各品种间的亲缘关系。

由于此次调查的绝大多数彩叶桂品种的母本年龄较小，以及开花情况参差不齐、株型不明，因此在研究过程中并未采集花、果及株型性状，故而未能很好地揭示各性状间的联系。后续的研究中需要补充以上性状，同时扩大统计的品种数量，从而完善彩叶桂品种分类系统。此外还有待利用分子标记分析品种演化关系，结合品种起源、花、果及枝等具有传统分类价值的性状指标对品种分类进行综合分析。综上所述，成熟叶叶色、叶片横切面和叶宽是否可作为彩叶桂品种形态分类最主要的标准和依据还有待更深入的研究。