42 个芍药品种表型多样性分析

闫 聪，孟 洁，马 言，李 平，陈 霞，韩喜文，刘洪周，蔡 健

（1.阜阳师范大学生物与食品工程学院，安徽阜阳 236037；2.阜阳市林业技术推广站，安徽阜阳 236029）

1.前言

芍药(Paeonia lactiflora)，别名将离，属于芍药科芍药属草本或木本多年生植物。芍药属植物在中国分布广泛，其中16 个野生种在我国南北有分布，而且还有数百个芍药栽培品种分布[1]。芍药深受国人的喜爱，它的花朵被冠以“花中之相”的美称[2]。依据种源的组成不同可以将芍药分为三大类：中国芍药品种群、欧洲芍药品种群和杂种芍药品种群。近年来，由于杂种芍药具有花色明艳、生长旺和抗性强等显著优势，逐渐成为观赏芍药育种的趋势[3]。此外，作为观赏花卉的芍药最早起源于中国，随后世界各国在引入中国芍药优质品种后进行了育种，进而形成了众多广泛栽植于各国的观赏芍药品种[4]。在过去的几十年里，由于芍药属植物的药用和食用价值日益突出，人们对其进行了全面的植物化学调查和药理活性分析。现代药理研究表明，从芍药属植物中提取的有效物质具有广泛的生物活性，包括抗氧化、抗肿瘤、保护肝脏和神经保护作用。特别是一些生物活性提取物和化合物(牡丹总苷、丹皮酚和芍药苷)已被用作治疗药物或进行临床试验[5]。综上可知，芍药种质资源丰富，分布范围较广，并且具有较高的经济价值。中国是芍药属的起源中心，也是芍药亚属野生资源分布中心之一[6]。但现阶段我国对芍药资源的现状分析及其开发潜力的研究报道较为缺乏，不利于本土野生芍药资源的保护和利用[7]。此外，我国在芍药新品种培育方面存在着品种单一，繁殖推广范围狭窄等问题。究其根本，是对其遗传背景、亲缘关系缺乏深入系统的研究[8]。

芍药资源的保护及开发工作需要充足的品种分类资料提供理论基础。通过遗传多样性的研究可以明确植物品种的进化历程，从而为植物的品种分类提供有效信息。表型分析是研究物种遗传多样性的传统方法，可以直观的展现种群的遗传结构[9]。此外，由于植物表型的呈现是其基因型与环境因子共同作用的结果，所以对其表型多样性进行分析后得到的研究结果更具综合性与实用性[10]。表型变异分析作为植物种质资源开发利用中最重要、最基本、最直观、最不可缺少的方法之一[11],已经在萱草属(Hemerocallis)[12]、蔷薇属（Rose）[13]、百合属（Lilium）[14]、菊属（Dendranthema (DC.)Des Moul.）[15]和山茶属（Camellia）[16]等具有观赏价值的植物中广泛应用。牡丹与芍药均属于芍药属，并且牡丹种质资源的分类较为明晰，相关研究手段可为芍药品种的分类工作提供有效参考。许文婷[17]曾用聚类分析的方法对九种牡丹的性状进行分类，明确了供试牡丹间的亲缘关系，为后续的育种工作提供了理论依据。此外，萨娜等[18]在芍药属亲缘关系分析的研究中也指出了聚类分析的重要作用，其作用在于分析结果可明确品种间亲缘关系的远近，指导杂交育种并提高育种效率。由此可见，对芍药属植物的表型性状进行聚类分析对其品种分类及杂交育种工作具有重要意义。

该研究旨在对42 种芍药的表型性状进行聚类分析，以期为杂交育种亲本选配提供理论依据。研究从芍药植株的生长习性、植株高度、花数量、花型、花径、花色等二十九个表型性状着手，于形态学水平上研究其遗传多样性。其中植株高度、花径、植株生长习性、复叶上表面颜色、小叶先端形状、花蕾颜色、花色、花型以及花蕾绽口的有无这九个性状最具有代表性，故对其进行遗传多样性的分析。通过分析可以对每个品种芍药的亲缘关系进行比较，常规来说，亲缘关系过近的品种杂交后代不一定具有杂种优势，而亲缘关系过远的品种可能会杂交不成功，从而影响育种选种。本研究由于数据较多，也较为复杂，常规生物统计学方法未必能够达到实验目的，因此，本实验使用SPSS Statistics25.0对42 个已开花的芍药品种的表型性状进行聚类分析，以直观地看出各个品种之间亲缘关系的远近，从而更好地筛选亲本。

2.材料与方法

2.1 试验材料

实验所用的42 个芍药品种(见表1)来自于安徽省阜阳市津科农业科技有限公司的芍药种植基地，其品种多样，形态各异，具有研究意义。

2.2 田间实验

田间实验在安徽省阜阳津科农业科技有限公司的芍药栽培基地进行，随机选取其中已经开花的42 个品种，对下列9 个性状分别进行调查：植株高度、花径、植株生长习性、复叶上表面颜色、小叶先端形状、花蕾颜色、花色、花型以及花蕾绽口的有无，将结果进行归纳整理。

2.3 实验方法

2.3.1 表型性状调查方法

利用测量的方法测出供试芍药的植株高度和花径的数据；通过观察法确定供试芍药的植株生长习性、复叶上表面颜色、小叶先端形状、花蕾颜色、花色、花型以及花蕾绽口的有无。

2.3.2 无量纲化方法

由于各个变量的单位和性质均有所不同，故要将数据进行无量纲化处理，即对分类变量用数字赋值，便于进行标准化处理以及聚类分析。植株生长习性：1 直立型、2 半直立型、3 开展型；复叶上表面颜色：1 浅绿色、2 中等绿色、3 绿色；小叶先端形状：1 锐尖、2 宽渐尖、3 窄渐尖、4 钝尖；花蕾颜色：1 粉色、2 紫红色、3 白色、4 绿色、5紫色、6 复色；花色：1 粉色、2 紫红色、3 白色、4 紫色、5 红色、6 复色、7 黄色；花型：1 金环型、2 绣球型、3 菊花型、4 托桂型、5 台阁型、6 蔷薇型、7 金蕊型、8 荷花型；花蕾绽口：1 有、0 无。植株高度和花径属于连续变量，可用SPSS Statistics25.0软件直接进行标准化处理。

2.3.3 聚类分析方法

将处理后的数据经过正态标准化处理，即平均值为0，方差为1。采用欧氏距离计算品种间的遗传距离。聚类方法采用类平均法(组间联接)，用SPSS Statistics25.0 对42 个已开花的芍药品种植株高度、花径、植株生长习性、复叶上表面颜色、小叶先端形状、花蕾颜色、花色、花型以及花蕾绽口的有无，9 个农艺性状进行系统聚类分析。

3.结果与分析

3.1 表型性状调查表

将田间测量的数据归纳如表2 所示。

3.2 数据无量纲化表

将供试芍药的7 个分类变量赋值后结果如下（表3）。

表3 芍药农艺性状相关变量处理

3.3 聚类结果分析

由系统聚类分析图可知，42 种供试芍药品种来源复杂。如图1，从遗传距离为20 处取一结合线，可将供试芍药品种分为五大类群，第Ⅰ类：名人、X227、珊瑚魅力、X135、89、玲珑玉、圣诞紫、胭脂点玉、朱砂判、奇花露霜、紫绣球、礼红、X113、X120、X139、X308、变幻莫测、X225、X207、X187；第Ⅱ类：欧文斯上校、美国小姐；第Ⅲ类：X235、X219、129、X134、高秆紫、86、湖水荡霞、X144；第Ⅳ类：182、X290；第Ⅴ类：萝蕾莱、X174、195、282、柠檬莎、赵园粉、金大红、X273、皮特布朗、神圣之灵。该划分结果为杂交育种亲本选配提供了理论依据。

图1 利用农艺性状分析的品种聚类图

4.讨论

遗传多样性是物种适应环境的体现[19]，一个物种的遗传变异越丰富对环境变化的适应也就越强[20]，而对于遗传多样性的研究有助于明确种群的遗传结构与变异程度[21]。植物的遗传多样性可以在不同层次上进行研究，常用的标记方法有形态标记、细胞标记、生化标记与分子标记[22]。本文在形态学层次上对不同芍药品种的亲缘关系进行分析，其分析结果可作为杂交育种的理论依据。此外，芍药的表型性状与其观赏价值紧密联系，对不同芍药品种进行表型多样性分析可以明确不同性状与其市场价值之间的关系，因此芍药的表观多样性分析具有实用性。对于品种分类而言，芍药属植物的形态学研究与分子标记在分类结果上基本一致，只是在小的分支上存在着较小的差异[23]。综上可知，芍药的表型多样性分析能够提供可靠的分类信息，在相关实验的开展方面也较易实现，能够在较短的时间内得出具有指导意义的结果。形态学层次上的研究可以为芍药品种的分类及育种提供初步的理论支撑，而后续的深入研究则需要引入新的研究手段，继而将不同层次与研究方向上的结果进行联系，综合分析后得出更为细致的研究结果。

芍药遗传多样性的研究方法多样，除本文应用的形态学层面的表型分析之外，细胞学水平上的核型分析、生理生化水平上的同工酶及蛋白质标记和分子水平上的DNA 分子标记均被广泛应用于研究之中。目前分子层面的标记技术是热门的研究手段，应用较多的有RFLP、RAPD、AFLP、ISSR、SSR等标记技术。RFLP 标记结果稳定、重复性好等优点，但其实验操作较为困难且具有一定的危险性[24]。RAPD 标记则克服了RFLP 标记的缺点，在相关实验中展现出了材料不受限且操作简单等优点，张敏[25]对于赤芍遗传多样性的研究中说明了RAPD 是一种高效且标记简单的研究手段。AFLP 标记集合了上述两种标记方法的优点，具有结果稳定、操作快捷且多态性高等特点，该方法自报道后得到了广泛的应用，例如胡文清等[26]曾采用AFLP 标记对芍药野生父系进行遗传多样性的研究，明确了供试芍药的遗传多样性水平。ISSR 标记同样具有稳定性好、操作简单等优点，并且实验成本较低且供试材料的DNA 需求量少，因此该技术成为近年来常用的研究方法。孙晓梅等[27]采用ISSR 标记对供试芍药属材料进行了亲缘关系分析，为其后的育种工作提供了有力依据。SSR 标记具有共显性的特点，基因组中丰度较高，操作快捷且对供试材料的DNA 要求较低，因此被称为第二代群体遗传学研究的标记[28]。何丹等[29]利用SSR 标记对供试芍药进行遗传多样性分析，其研究结果说明了该标记技术可辅助芍药的育种工作。目前，对于芍药的遗传多样性分析通常在多水平上展开，并综合多种研究方法以获取更准确的数据信息，而后将不同研究角度的结果进行联系，以此明晰不同芍药品种的亲缘关系，为芍药种质资源的开发及利用提供理论基础。作为传统研究方法的表观多样性分析虽然较深层次的研究技术而言较为简单，但其研究结果所具有的综合性与实验性使得该方法沿用至今。此外，这一传统的研究方法随着技术手段的成熟得到了发展，例如吴芳芳等[30]运用色彩模型对牡丹和芍药的花色进行定量分析为芍药属植物的育种及分类提供了参考依据，其中对于花色这一性状的细致化处理方式为之后的表型多样性研究提供了新的思路，即通过精准的测定设备可减少客观因素的干扰使研究结果更具有参考性。

芍药具有观赏价值、科研价值与药用价值，就观赏价值而言，纷繁夺目的芍药品种更受市场欢迎。利用不同品种间的杂交，可将每个品种的优势聚集在一起，从而获得优良的新品种。但目前我国的芍药种质资源面临着遗传背景模糊、亲缘关系不明确等问题，阻碍了该资源的开发与利用。本实验以阜阳市颍东区芍药种植基地的42 个芍药品种为供试材料，在形态学水平上对其进行遗传多样性分析，即根据选定的9 个表型性状，对42 个芍药品种进行系统聚类，从而在系统聚类图上呈现出各个品种间亲缘关系的远近，随后通过欧氏距离计算品种间的遗传距离，将供试芍药分为五大类群，该结果明确了供试芍药间的亲缘关系，并可为之后杂交育种的亲本选配提供充实的理论依据。