麻城山茶種質(zhì)資源表型遺傳多樣性研究

尹曉蛟，萬志能，袁 偉，楊 旭，周登辟*

(1.湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學院，湖北 武漢430200；2.湖北省麻城職業(yè)技術(shù)教育集團，湖北 麻城438300；3.湖北五腦山國家森林公園，湖北 麻城 438300)

麻城山茶種質(zhì)資源表型遺傳多樣性研究

尹曉蛟1，萬志能2，袁 偉3，楊 旭1，周登辟3*

(1.湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學院，湖北 武漢430200；2.湖北省麻城職業(yè)技術(shù)教育集團，湖北 麻城438300；3.湖北五腦山國家森林公園，湖北 麻城 438300)

對麻城五腦山山茶花苗圃的35份山茶花種質(zhì)材料的11個表型性狀進行遺傳多樣性分析。結(jié)果表明，研究所選擇的關(guān)于花和葉的11個性狀均有不同程度的變異，花瓣數(shù)變異系數(shù)最大，其次為子房高，葉片長變異系數(shù)最小。F測驗結(jié)果顯示：11個表型性狀的差異均達到了極顯著水平。由性狀相關(guān)性分析可知，測試的11個表型性狀間存在極顯著的正或負相關(guān)關(guān)系。主成分分析結(jié)果表明，前3個主成分累計貢獻率為71.185%，其中反映花型的特征向量最大，花型對山茶品種分類有較大的影響?；谄贩N間各性狀的遺傳差異，將35份供試材料劃分為3類，第一類群主要特征是花型大，第二類群特點是葉型大，第三類群資源特征表現(xiàn)為花瓣多?；◤酱笮『突ǜ呤巧讲杵贩N分類的重要標準。

山茶；種質(zhì)資源；表型性狀；遺傳多樣性

山茶屬山茶科山茶屬觀花植物，是中國十大名花之一，起源于中國，歷經(jīng)千百年的自然選擇和人工培育，演化成了今天形形色色的栽培品種。據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)存500余個山茶品種[1]，而自14世紀各國從中國引入原始品種后，世界范圍內(nèi)目前已有超過15000個山茶品種[1-2]。

湖北省麻城地區(qū)自上世紀80年代培育茶花以來，共收集、引進茶花品種400余個。長期的引種栽培推進了山茶的遺傳變異進程，同時豐富了麻城地區(qū)山茶種質(zhì)資源庫。人們往往通過評價物種的遺傳多樣性來預測該物種的生存活力和進化潛能。在植物品種的遺傳多樣性研究中，常通過對花部和葉部的遺傳學上較為穩(wěn)定的性狀進行描述或測量，利用統(tǒng)計學方法進行相關(guān)性分析、主成分分析以及聚類分析，科學地反映生物遺傳變異的程度和規(guī)律。目前在作物和果樹種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀遺傳多樣性方面的研究已較成熟[3-8]，然而關(guān)于觀賞植物種質(zhì)資源性狀遺傳多樣性的報道頗為有限。本研究結(jié)合主成分分析和聚類分析兩種方法，綜合分析山茶花種質(zhì)資源主要觀賞性狀的遺傳多樣性，為麻城地區(qū)山茶花種質(zhì)資源的收集保存與評價利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本研究從麻城市五腦山林場山茶花種質(zhì)資源圃選擇有代表性的山茶種質(zhì)資源材料35份。各材料的名稱及編號列于表1。

表1 供試茶花品種的編號、名稱及來源

1.2 研究方法

本研究綜合參照中國茶花品種分類、測試指南及已知品種數(shù)據(jù)庫構(gòu)建[9]，茶樹種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準[10]，確定對供試山茶材料的11個數(shù)量性狀進行測試和描述，包括：花瓣數(shù)、花瓣長、花瓣寬、花瓣厚、花徑、花高、子房高、葉片長、葉片寬、葉柄長、葉片厚。每一品種每一性狀的測試均進行3次重復。

利用Excel 2003軟件統(tǒng)計數(shù)量性狀的平均值、最大值、最小值、標準差、變異系數(shù)。用SPSS 22.0軟件對表型性狀做相關(guān)性分析及主成分分析[11]。

供試山茶品種表型性狀遺傳多樣性的聚類分析借助NTsys-pc 2.1軟件完成，在對35份材料的11個表型性狀原始數(shù)據(jù)進行標準化處理后，通過軟件計算各材料間的卡方距離(Chi-squared distance, CHISQ)，并根據(jù)11 個表型性狀標準化數(shù)據(jù)按非加權(quán)配對算數(shù)平均法(Unweighted pair group method using arithmetic average, UPGMA)對不同山茶種質(zhì)資源材料進行聚類[12-13]，生成樹狀聚類譜系圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 麻城市山茶種質(zhì)資源材料表型性狀遺傳變異性分析

參試的35個山茶花種質(zhì)資源材料11個表型性狀的遺傳變異分析見表2，其中變異幅度反映了某一性狀變量在供試的不同山茶種質(zhì)資源中的極端變異程度。標準差反映性狀變量與平均值間的離散程度。變異系數(shù)是標準差與平均值的比值，反映各種質(zhì)資源材料之間的變異程度，變異系數(shù)越大，表明品種間遺傳差異越大。由表2可知，涉及花和葉的11個性狀均有不同程度的變異，以花瓣數(shù)變異幅度最大，標準差最高，表明該性狀離散程度較大。葉片厚度和花瓣厚度的變異幅度和標準差較小，離散程度較小。研究的11個性狀變異系數(shù)高低依次為花瓣數(shù)>子房高>花瓣厚>花瓣寬>花高>葉片寬>葉柄長>葉片厚>花徑>花瓣長>葉片長。變異系數(shù)最大的為花瓣數(shù)(CV=61.33%)，最小的為葉片長(CV=18.38%)，說明各性狀中葉片長度相對穩(wěn)定，而花瓣數(shù)變異程度最大。對品種間差異采用F檢驗，結(jié)果見表1～表2，可知11個表型性狀在35個山茶花品種間都存在極顯著差異。

表2 供試山茶品種材料表型性狀遺傳變異分析

注：“**”表示在0.01水平上有顯著差異。下同。

2.2 麻城市山茶種質(zhì)資源表型性狀相關(guān)性分析

表型性狀相關(guān)性分析結(jié)果(表3)表明，山茶材料的11個表型性狀間存在極顯著相關(guān)關(guān)系，花的7個表型性狀間互相存在極顯著的正或負相關(guān)性，關(guān)于葉的4個表型性狀間也相互存在極顯著的正或負相關(guān)關(guān)系。其中花瓣數(shù)與花瓣寬、花高存在極顯著負相關(guān)；子房高與花瓣厚呈極顯著負相關(guān)性；花瓣長與花瓣寬、花徑、花高呈極顯著正相關(guān)；花瓣厚與花瓣長、花徑存在極顯著正相關(guān)；葉片長與葉片寬、葉柄長、葉片厚呈極顯著正相關(guān)；葉柄長與葉片長、寬存在極顯著正相關(guān)關(guān)系。

表3 山茶11個表型性狀相關(guān)性分析

2.3 麻城山茶種質(zhì)資源表型性狀主成分分析

主成分分析結(jié)果見表4，前3個主成分累積貢獻率達71.185%。第1主成分的貢獻率為38.309%，特征向量絕對值較大的性狀分別是花徑(0.875)，花瓣長(0.870)，花瓣寬(0.860)，花高(0.830)，這些性狀是山茶花型的主要影響因素，說明山茶花型是山茶花品種分類的主要標準之一。第2主成分的貢獻率為22.858%，特征向量絕對值以葉片長最大，達到0.8以上，葉片寬、葉柄長達0.7以上，表明葉的性狀對山茶花品種分類也具有重要影響。第3主成分的貢獻率為10.017%，各性狀中以子房高的特征向量最大(0.607)，反映了子房發(fā)育狀況在一定程度上影響山茶花品種分類。

表4 山茶11個表型性狀主成分分析

注：花瓣數(shù)、花瓣長、花瓣寬的特征根分別為4.214、2.514、1.102；貢獻率分別為38.309%、22.858%、10.017%；累計貢獻率分別為38.309%、61.168%、71.185%。

2.4 麻城市山茶種質(zhì)資源表型性狀聚類分析

供試的35份山茶種質(zhì)資源表型性狀的UPGMA聚類分析結(jié)果見圖1，在卡方距離為1.32處可將不同資源材料劃分為3大類群。

第Ⅰ類群包含牛西奧轉(zhuǎn)馬、黑魔法、毛緣黑瑪瑙、絲紗羅、娃麗娜深、大卡特、女皇二號共7份材料，與類群Ⅱ和Ⅲ相比，該類群個體花徑、花瓣長、花瓣寬、花瓣厚、花高指標的平均值最大，花瓣數(shù)和子房高均值最小，葉片長、寬、厚以及葉柄長處中等水平。此類群花瓣寬、花瓣厚、花徑、葉片寬、葉柄長的變異系數(shù)最大，說明第Ⅰ類群材料花型大、花高挺，且花型多樣性豐富，在觀賞性狀上具有絕對優(yōu)勢。

第Ⅱ類群共10份材料，包含可娜、白寶塔、花芙蓉、閃爍、哈氏微笑、帕克斯先生、愛麗牡丹王、黛安娜皇后、六角大紅、情人節(jié)，該類群材料的葉片長、寬、厚以及葉柄長均值最大，而花瓣數(shù)、花瓣長、花瓣寬、花瓣厚、花徑、花高、子房高均值在3個類群中處于中等水平。比較各類群性狀的變異系數(shù)可知第Ⅱ類群的花高變異系數(shù)最大，說明第Ⅱ類群為葉型較大、花高變化較大的觀賞品種。

第Ⅲ類群包含皮斯先生、依莎安妮、紅十八學士、黃達、琳布蕾、麻姑仙子、道溫的曙光、牛西奧美玉、亂世佳人、抓破臉、難忘、花鶴翎、獅子笑、大和錦、狄斯、撒威達的夢共16份材料，此類群花瓣數(shù)最多，子房高最大，其余花部性狀和葉性狀的均值最低?；ò陻?shù)、花瓣長、子房高、葉片長、葉片厚的變異系數(shù)最大。表明第Ⅲ類群在花徑、花高等傳統(tǒng)觀賞形態(tài)上并無優(yōu)勢，而以花瓣層次和數(shù)目作為主要觀賞性狀。

3 討論與結(jié)論

本研究對麻城市五腦山茶花種質(zhì)資源苗圃的35個現(xiàn)有山茶花品種的11個表型性狀進行遺傳多樣性分析，結(jié)果表明：供試品種間在各表型性狀上都具極顯著水平的遺傳變異。以花瓣數(shù)的變異系數(shù)最大，達61.33%，子房高與花瓣厚的變異系數(shù)分別為37.33%和30.77%，表明麻城市山茶種質(zhì)資源具有豐富的遺傳多樣性。

遺傳相關(guān)性分析結(jié)果表明，各表型性狀之間兩兩存在極顯著的正或負相關(guān)關(guān)系，且主要表現(xiàn)為花部7個性狀之間互為相關(guān)關(guān)系，有關(guān)葉的4個性狀間彼此具相關(guān)性。在結(jié)果中顯示子房高與花瓣厚彼此呈負相關(guān)關(guān)系，目前尚未見類似報道，關(guān)于子房高度和花瓣厚度的內(nèi)部聯(lián)系有待進一步研究。

圖1 供試的35份山茶種質(zhì)資源表型性狀的UPGMA聚類分析結(jié)果

從主成分分析結(jié)果可知，前3個主成分反映了所有供試材料的11個性狀的絕大部分信息，累計貢獻率達71.185%(理論上需80%～85%以上的累計貢獻即可認為具有較強的代表性)。這可能表明各性狀的貢獻率分散，累計貢獻率增長不明顯，說明性狀變異的多向性。第一主成分特征向量較大的性狀主要有花徑、花瓣長、花瓣寬、花高，反映了花型對山茶品種鑒定分類具重要指示作用。這與我國傳統(tǒng)的突出山茶花型的品種分類方式相契合[14-15]，花型最能反映品種演化進程和親緣關(guān)系[16]。第二主成分反映葉型在山茶品種分類中占據(jù)一定地位，然而在有關(guān)山茶花品種的分類方法中，鮮少報道根據(jù)葉表型性狀進行品種分類的案例。王奎玲等通過實驗提出山茶葉表皮、氣孔等葉的解剖學性狀可以作為品種分類的依據(jù)[17]，首次證明了山茶葉的性狀與山茶品種分類之間確有聯(lián)系。第三主成分反映子房發(fā)育狀況影響山茶品種分類。

對35份供試材料進行了系統(tǒng)聚類分析，結(jié)果顯示山茶品種中花徑、花高、花瓣大小以及葉片大小相近的容易聚在一起，而與材料來源無關(guān)，可能與長期的引種與雜交致子代品種間形成巨大形態(tài)學差異有關(guān)。由于數(shù)量性狀或質(zhì)量性狀等反映山茶品種表型的信息易受自然環(huán)境和人為因素的干擾，以致僅憑性狀難以準確把握山茶品種間的進化關(guān)系和親緣關(guān)系，為深入了解山茶種質(zhì)資源的遺傳多樣性，仍需利用SSR、AFLP以及RAPD等分子生物學技術(shù)手段科學地評價山茶種質(zhì)資源的親緣關(guān)系。

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(責任編輯：許晶晶)

Study on Phenotypic Genetic Diversity ofCamelliaGermplasm Resources from Macheng

YIN Xiao-jiao1, WAN Zhi-neng2, YUAN Wei3, YANG Xu1, ZHOU Deng-pi3*

(1. Hubei Ecological Engineering Vocational College, Wuhan 430200, China; 2. Macheng Vocational and Technical Education Group in Hubei Province, Macheng 438300, China; 3. Wunaoshan National Forest Park of Hubei Province, Macheng 438300, China)

In this study, the genetic diversities of 11 phenotypic traits of 35Camelliacultivars in Wunaoshan camellia nursery of Macheng were evaluated. The results showed that there were significant differences in all studied phenotypic traits of flower and leaf among various germplasm resources; among them, number of petal had the highest variation coefficient, which was followed by ovary height, while leaf length had the lowest variation coefficient. The result ofF-test showed that the differences in 11 phenotypic traits all reached a very significant level. Correlation analysis suggested there were very significantly positive or negative correlations among tested 11 phenotypic traits. The principle component analysis indicated that the cumulative contribution rate of top three principle components was 71.185%, and the principle component reflecting flower type had the maximum eigenvector, so flower type had a great influence on the classification of camellia varieties. Based on the clustering analysis of 11 phenotypic traits, 35Camelliacultivars could be divided into 3 categories: the main trait of the first category was large flower; the second category was characterized by large leaf; the third category had more petals. It was concluded that flower diameter and flower height were the main criterions for the classification of camellia varieties.

Camellia; Germplasm resources; Phenotypic trait; Genetic diversity

2016-11-09

中央財政林業(yè)科技推廣示范資金項目(2014HBTG07)。

尹曉蛟(1988─)，女，講師，碩士研究生，研究方向：植物分類學。*通訊作者：周登辟。

S685

A

1001-8581(2017)03-0062-04