蝴蝶蘭品種數(shù)量性狀與分組性狀的DUS判定

張 鵬，王江民，管俊嬌，劉艷芳，楊曉洪，馬芙榮，張建華

(云南省農(nóng)業(yè)科學院 質(zhì)量標準與檢測技術(shù)研究所，云南 昆明 650205)

蝴蝶蘭(PhalaenopsisaphroditeRchb. F.)為蘭科(Orchidaceae)蝴蝶蘭屬(Phalaenopsis)植物，有70多個原生種，主要分布于印度洋及南洋島嶼，中國臺灣地區(qū)也有分布[1]。蝴蝶蘭現(xiàn)栽培普遍，是極具經(jīng)濟價值的觀賞花卉品種，在市場上占有重要份額。隨著各地區(qū)間品種的流通，雜交新品種大量上市，蝴蝶蘭資源數(shù)量越來越巨大。近些年來，針對蝴蝶蘭的研究多集中于組培擴繁、生長調(diào)節(jié)劑與花期調(diào)控及觀賞性狀評價等方面[2-3]，而對于SSR標記開發(fā)、花及子房的發(fā)育[4]、花色基因及香味基因的研究尚少有報道[5-6]?；ɑ芷贩N的觀賞性狀是品種特性的重要組成部分，也是衡量品種優(yōu)劣的主要標準，基于蝴蝶蘭表型形態(tài)遺傳多樣性及品質(zhì)性狀研究較少的現(xiàn)狀，系統(tǒng)開展其遺傳多樣性特點的發(fā)掘、利用和評價等研究，將會拓寬優(yōu)良性狀遺傳選育范圍，對新品種育種、資源保護等具有重要意義[7-8]。

DUS為品種特異性(Distinctness)、一致性(Uniformity)和穩(wěn)定性(Stability)的簡稱。任何一個植物新品種要獲得保護的前提是必須能被明確定義[9]，DUS測試已逐步成為定義品種的科學方法，是目前我國作物品種管理、新品種保護、育種評價和優(yōu)良種子評價的重要技術(shù)[10-12]。數(shù)量性狀作為植物形態(tài)描述的主要指標體系，在DUS測試中具有重要位置[13-14]。DUS測試多以形態(tài)學測量為主，但也有部分作物品種利用分子標記等方法進行品種鑒定[15-16]。數(shù)量性狀是DUS測試的一類重要性狀，主要通過直接測量得到，由于數(shù)量性狀易受栽培年份、栽植地點、種植時間、栽培環(huán)境和栽培措施等影響[17]，存在測量指標可重復性和數(shù)據(jù)通用性較差、DUS判定難于把握等技術(shù)問題，常通過種植標準品種作為參照[18]，也可以通過多年測試對分級標準進行校正[19]。分組性狀主要用于品種分組，利用分組性狀可以避免在DUS測試中將性狀差異較大的近似品種與申請品種相鄰種植，對于品種類群劃分和近似品種篩選有重要意義[20]。

蝴蝶蘭DUS測試指南已于2012年發(fā)布[1]，但其中并未明確如何確定數(shù)量性狀分級和分組性狀，只概述了數(shù)量性狀及標準品種等的確定，因此在實際應用中還存在一些不足。本研究通過收集蝴蝶蘭資源，對48個蝴蝶蘭品種的植株大小、葉片長度、葉片寬度、花序長度、花朵數(shù)量、花序梗長度、花序梗粗度、花長度、花寬度、萼片長度、萼片寬度、花瓣長度、花瓣寬度、唇瓣中裂片長度、唇瓣中裂片寬度等15個數(shù)量性狀進行測試，利用SPSS 20.0進行數(shù)理統(tǒng)計與分析，以期為蝴蝶蘭品種數(shù)量性狀表達的DUS判定與分組性狀的選擇提供科學理論依據(jù)，并通過比較對現(xiàn)有DUS測試指南提出修訂建議，以加強蝴蝶蘭品種保護，提高品種育種水平，樹立測試標準的權(quán)威性。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗品種 收集來自全國各地的48個蝴蝶蘭新品種，其中浙江品種33個，福建品種13個，云南品種2個。參試品種及其來源見表1。

1.1.2 試驗設施及條件 陽光板玻璃溫室320 m2，加濕設施9套，空調(diào)9個。利用溫室設施設備，晝溫控制在25～28 ℃，夜溫控制在18～20 ℃，濕度控制在60%～70%，采取遮陰網(wǎng)遮陰，保證蝴蝶蘭正常生長。

1.1.3 基 質(zhì) 由于蝴蝶蘭是肉質(zhì)根，用泥土種植根系易腐爛，需使用具有良好吸水排水性、通氣好、耐腐爛的基質(zhì)。本試驗采用的基質(zhì)由泥炭蘚、水苔、碎樹皮和少量腐葉土混合而成。使用不同高度和口徑的塑料花盆種植，規(guī)格分別為12 cm×10 cm、16 cm×14 cm和20 cm×18 cm。

表1 參試48個蝴蝶蘭品種及其來源Table 1 The origins of 48 Phalaenopsis varieties

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 按照《植物新品種DUS測試指南——蝴蝶蘭》(YN/T 2230-2012)[21]規(guī)定的方法，每個品種分2個重復相鄰種植，每個重復15株，定期觀測病蟲害并及時處理，保證植株的正常生長[1]。

1.2.2 數(shù)據(jù)采集 每個品種30株，無病蟲，于2014年1月至2016年12月在嵩明基地統(tǒng)一栽培管理，株齡達18個月后開始觀測[21]。按照《植物新品種DUS測試指南——蝴蝶蘭》(YN/T 2230-2012)[21]規(guī)定的方法，對48個蝴蝶蘭品種的植株大小、葉片長度、葉片寬度、花序長度、花朵數(shù)量、花序梗長度、花序梗粗度、花長度、花寬度、萼片長度、萼片寬度、花瓣長度、花瓣寬度、唇瓣中裂片長度、唇瓣中裂片寬度等15個數(shù)量性狀進行測量。植株的測量在植株開花時觀測葉片的最大開展度；葉片的觀測在開花植株的最長葉上進行；萼片、花瓣和唇瓣的測量應為相應部位的最大長或?qū)?；花性狀的觀測在花序上有50%的花開放時進行，選擇最近開花的最大花并在其花色未褪去之前進行觀測；花長度和花寬度及花其余各部位測量在花保持自然的狀態(tài)下進行。

1.3 DUS測試數(shù)量性狀的表達狀態(tài)劃分

數(shù)量性狀的表達狀態(tài)通常是根據(jù)采集的數(shù)據(jù)計算出均值，將此平均值設定為代碼5范圍的中位數(shù)，依照極差大于2倍LSD0.05(最小顯著差數(shù))的原則，分別向兩端極值區(qū)間進行劃分，每個分級包含的區(qū)間均不小于2倍LSD0.05，之后得到9個區(qū)間，每個區(qū)間就用代碼1～9表示，而其中代碼1和代碼9不設最小值和最大值[19]。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

對所采集的15個數(shù)量性狀數(shù)據(jù)，用Excel計算變異系數(shù)和多樣性指數(shù)，變異系數(shù)(CV)計算公式為CV=(標準差/平均值)×100%，其中標準差和平均值根據(jù)各性狀采集數(shù)據(jù)計算得到；Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(以下簡稱多樣性指數(shù))的計算公式為H=-∑Pi×lnPi，式中Pi=Ni/N，Pi表示代碼分級在i級的樣本數(shù)據(jù)的相對多度，Ni為代碼分級在i級的數(shù)據(jù)總數(shù)，N為各數(shù)量性狀采集到的數(shù)據(jù)總數(shù)。多樣性指數(shù)數(shù)值大小的意義在于：調(diào)查樣本中，每一個品種的數(shù)據(jù)所在分級越均勻，多樣性指數(shù)值就越大。如果在某一個性狀調(diào)查樣本中，每一個品種的數(shù)據(jù)都處于不同的分級，說明多樣性指數(shù)就最大；而在某一個性狀調(diào)查樣本中，每一個品種的數(shù)據(jù)都在同一分級，則其多樣性指數(shù)就最小。

利用SPSS 20.0進行主成分分析與計算。主成分分析是數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的常用方法之一，其利用成分矩陣做出的二維載荷圖，可以直觀反映原始變量之間的空間關(guān)系。二維載荷圖中，橫、縱坐標表示對應的主成分值，距離橫縱坐標越近的點，表示越能被該坐標表示的主成分解釋，即該主成分的重要程度相對越大，二維載荷圖中多點形成一個集群，該集群可以用標準化后的某一個主成分來表示，以代替原有的多個成分，減少數(shù)據(jù)過多或重疊帶來的不便[22]。因此，在本研究中利用主成分分析方法作為確定分組性狀的科學方法，在15個蝴蝶蘭數(shù)量性狀中篩選出分組性狀。

2 結(jié)果與分析

2.1 蝴蝶蘭品種DUS測試數(shù)量性狀表達狀態(tài)的劃分

根據(jù)數(shù)量性狀表達狀態(tài)的劃分方法，將所測蝴蝶蘭品種的15個數(shù)量性狀均劃分為9級表達狀態(tài)，經(jīng)過統(tǒng)計與分析得到的蝴蝶蘭15個數(shù)量性狀的均值、LSD0.05見表2，然后據(jù)此進行各代碼分級區(qū)間劃分，限于篇幅，劃分的區(qū)間未具體列出。

表2 蝴蝶蘭15個數(shù)量性狀的等級劃分Table 2 Level partition of Phalaenopsis quantitative characters

2.2 蝴蝶蘭15個數(shù)量性狀的穩(wěn)定性分析

從表3可以看出，蝴蝶蘭15個數(shù)量性狀的變異幅度為0.41～46.5 cm(朵)，其中植株大小的變異范圍最大，花序梗粗度的變異范圍最??；15個數(shù)量性狀的變異系數(shù)為14.66%～44.59%，其中唇瓣中裂片長度的變異系數(shù)最小，花朵數(shù)量的變異系數(shù)最大。具體來看，花序長度的變異幅度為41 cm，僅次于植株大小性狀，且其變異系數(shù)也較大，說明蝴蝶蘭品種在該性狀上變化較大；唇瓣中裂片長度變異幅度為2.1 cm，僅次于花序梗粗度，變異系數(shù)在各性狀中最小，說明蝴蝶蘭品種在該性狀上變化很小。變異系數(shù)是衡量觀測值變異程度的一個統(tǒng)計量，其值越大表明變異程度越大，一定程度上可以反映性狀是否穩(wěn)定，從之前數(shù)據(jù)分析來看，15個數(shù)量性狀中唇瓣中裂片長度的變異系數(shù)最小，那么該性狀相對穩(wěn)定，花朵數(shù)量的變異系數(shù)最大，表明該性狀相對變異程度大，性狀穩(wěn)定性低。

表3 蝴蝶蘭數(shù)量性狀的變異程度及多樣性指數(shù)分析Table 3 Analysis of variation degree and diversity indexs of the quantitative characters of Phalaenopsis

從表3的多樣性指數(shù)來看，15個數(shù)量性狀的多樣性指數(shù)為1.882 3～2.099 8，其中以葉片寬度的多樣性指數(shù)值最大，花瓣寬度的多樣性指數(shù)值最小，客觀反映了性狀遺傳的多樣性。另外，葉片長度、葉片寬度、花序長度、花序梗長度、花序梗粗度、花長度等性狀的多樣性指數(shù)值相對較大，說明這些性狀的表達狀態(tài)較為豐富，采集到的樣本數(shù)據(jù)在各級間的分布相對均勻；而花朵數(shù)量、萼片寬度、花瓣寬度、唇瓣中裂片長度等性狀的多樣性指數(shù)值相對較小，說明這些性狀的表達狀態(tài)相對較少。

比較各類數(shù)量性狀變異系數(shù)的平均值，可知蝴蝶蘭葉片、花序、萼片、花瓣和唇瓣幾個部位性狀變異的大小表現(xiàn)為：花序性狀(31.83%)>花瓣性狀(25.72%)>萼片性狀(23.40%)>葉片性狀(20.26%)>唇瓣性狀(18.96%)。可見作為觀賞性較強的花卉品種，蝴蝶蘭花朵的性狀，尤其是花序長度與花朵數(shù)量都有很大的選擇空間?；ǘ湫誀钍腔ɑ茏钪饕挠^賞部位，其數(shù)量性狀的變異幅度越大則對新品種的選育空間有較大程度的提升，因此在選育優(yōu)良蝴蝶蘭單株品種時應優(yōu)先考慮花朵性狀[23-24]。

2.3 蝴蝶蘭DUS測試分組性狀的判定

在DUS測試中，分組性狀是一類重要性狀。分組性狀的表達狀態(tài)，即使來自不同地域，仍可以單獨或與其他該類性狀的表達狀態(tài)結(jié)合使用，分組性狀應是質(zhì)量性狀，或是能夠有效區(qū)分品種的數(shù)量性狀或假質(zhì)量性狀[25-26]。蝴蝶蘭DUS測試性狀較多，如何確定實用性強的分組性狀對于品種劃分意義重大，但目前關(guān)于分組性狀如何確定尚缺乏科學方法，本研究利用主成分分析法確定蝴蝶蘭品種DUS測試數(shù)量性狀的分組性狀。

表4為蝴蝶蘭數(shù)量性狀DUS測試數(shù)據(jù)主成分分析總方差解釋表。由于主成分的貢獻率是以主成分反映原變量方差的多少來衡量，根據(jù)主成分分析法，以特征值累積貢獻率大于80%作為提取主成分的標準。通過分析蝴蝶蘭數(shù)量性狀DUS測試數(shù)據(jù)后，選取前3個成分(累積貢獻率達到83.636%)作為主成分，其中主成分1，2，3的貢獻率分別為61.915%，13.682%和8.039%。

根據(jù)表4結(jié)果，選主成分1，2，3進行降維，然后以這3個因子替代原有的15個數(shù)量性狀因子，則每個主成分就是1個綜合指標。結(jié)合表5各個性狀對主成分1，2，3的分析結(jié)果，可知在這3個主成分因子中，花寬度對主成分1的影響最大，花朵數(shù)量影響最??；葉片長度對主成分2影響最大，唇瓣中裂片長度的影響最??；花朵數(shù)量對主成分3影響最大，植株大小影響最小。

表4 蝴蝶蘭DUS測試數(shù)據(jù)總方差解釋表Table 4 Total variance explained of Phalaenopsis DUS testing data

表5 蝴蝶蘭15個數(shù)量性狀的成分矩陣Table 5 15 Quantitative character component matrix of Phalaenopsis

圖1-a、b、c為蝴蝶蘭15個數(shù)量性狀DUS測試數(shù)據(jù)主成分1與主成分2、主成分1與主成分3和主成分2與主成分3的二維載荷圖。由圖1-a可見，與花朵有關(guān)的性狀相對比較集中，都處于一個集群，且距離橫坐標較近，而葉片長度、寬度性狀與植株大小為另一個集群，花朵數(shù)量又單獨為一個集群。

由圖1-b可見，相對于圖1-a而言，各性狀集群不明顯，相對較為分散，但仍然可以分為3個主要集群，即與花朵性狀因子集群、葉片性狀因子和植株大小集群以及花朵數(shù)量集群。

由圖1-c可以看出，15個數(shù)量性狀同樣可以分為花朵性狀因子集群及葉片性狀和植株大小集群等，但花朵數(shù)量與花序長度卻處于同一個集群；花序梗粗度與之前分析結(jié)果略有不同，而與植株、葉片性狀相對較為集中。

A.植株大??；B.葉片長度；C.葉片寬度；D.花序長度；E.花朵數(shù)量；F.花序梗長度；G.花序梗粗度；H.花長度；I.花寬度；J.萼片長度；K.萼片寬度；L.花瓣長度；M.花瓣寬度；N.唇瓣中裂片長度；O.唇瓣中裂片寬度A.Plant length;B.Leaf length;C.Leaf width;D.Inflorescence length;E.Flower number;F.Peduncle length; G.Peduncle width;H.Flowers length;I.Flowers width;J.Dorsal sepal length;K.Dorsal sepal width;L.Petal length; M.Petal width;N.Apical lobe length;O.Apical lobe width圖1 蝴蝶蘭DUS測試數(shù)據(jù)主成分1、主成分2和主成分3的二維載荷圖Fig.1 Two-dimensional loading graph of principal component 1,principal component 2 and principal component 3 of Phalaenopsis DUS testing data

綜合圖1-a、b、c可以發(fā)現(xiàn)，總體來看，花朵性狀集群、葉片性狀和植株大小集群及花朵數(shù)量集群都可以區(qū)分，但因花序因子情況特殊，除了花朵數(shù)量這一因子能明顯與其他2個集群劃分開而始終為一個集群外，花序長度、花序梗長度和花序梗粗度的分布存在變化，而且與其他因子的相對距離也并不相同。在圖1-a、b、c 3個載荷圖中，根據(jù)各自劃分的3個集群，以及表5中占集群主成分比重最大的性狀分布，最終選擇出3個分組性狀，分別是花寬度、葉片長度和花朵數(shù)量。

3 討 論

關(guān)于蝴蝶蘭品種數(shù)量性狀的代碼分級，本研究均按9級代碼劃分，與已有的《植物新品種DUS測試指南——蝴蝶蘭》(YN/T 2230-2012)中的劃分一致，但未查閱到現(xiàn)有蝴蝶蘭標準具體的等級劃分范圍和級差，無法進行比較。基于多年的測試經(jīng)驗，認為數(shù)量性狀代碼分級因為栽培條件、年份、品種內(nèi)變異、氣候環(huán)境變化等原因存在不確定性，雖然本研究以及現(xiàn)行蝴蝶蘭測試指南確定了蝴蝶蘭15個數(shù)量性狀均按9級代碼劃分，但以某一個固定的數(shù)量分級作為性狀等級的劃分標準并不妥當，尤其對于本研究中變異系數(shù)較大、穩(wěn)定性低的花朵數(shù)量這類性狀，應當將大量的年度間的數(shù)據(jù)進行集中分析，同時選擇穩(wěn)定且具有典型性狀特征的標準品種作為參照[27]，對年度間的數(shù)據(jù)進行校對和修訂，從而確保品種測試的客觀性與合理性。此外，使用某個測試指南對相應種屬進行多年測試后，可以考慮對現(xiàn)行指南進行適當修訂，以增強指南的實用性和科學性。

本研究中，所確定的3個分組性狀，即花寬度、葉片長度、花朵數(shù)量與《植物新品種DUS測試指南——蝴蝶蘭》中的分組性狀(數(shù)量性狀)，即植株大小、花寬度并不完全一致，原因可能是植株大小觀測的是葉片的最大開展度，因此植株大小與葉片長度密切相關(guān)，葉片長度大的植株整體開展度也相對較大，因此二者具有一定的相關(guān)性；花寬度和花朵數(shù)量作為花朵部位的主要性狀，花朵的多少及大小與花應具有密切的相關(guān)關(guān)系，是蝴蝶蘭觀賞價值的綜合反映，但在《植物新品種DUS測試指南——蝴蝶蘭》中并未列出花朵數(shù)量性狀。因此，也可以考慮將其作為一個分組性狀在現(xiàn)行指南修訂中加以補充。

值得注意的是，本研究仍存在一些不足，如品種類型少、缺乏數(shù)據(jù)的年度間校對、未能開展更為深入的數(shù)據(jù)挖掘等，這些不足將隨著今后測試工作的深入開展及新方法、新工具的開發(fā)，逐漸積累并得到完善。