南京农业大学学报  2018, Vol. 41 Issue (2): 275-285   PDF    
http://dx.doi.org/10.7685/jnau.201703036
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文章信息

沈凤, 蒋逍逍, 房伟民, 管志勇, 邓波, 陈发棣
SHEN Feng, JIANG Xiaoxiao, FANG Weimin, GUAN Zhiyong, DENG Bo, CHEN Fadi
切花菊叶片的遗传多样性分析
Genetic diversity analysis of cut chrysanthemum leaves
南京农业大学学报, 2018, 41(2): 275-285
Journal of Nanjing Agricultural University, 2018, 41(2): 275-285.
http://dx.doi.org/10.7685/jnau.201703036

文章历史

收稿日期: 2017-03-25
切花菊叶片的遗传多样性分析
沈凤 , 蒋逍逍 , 房伟民 , 管志勇 , 邓波 , 陈发棣     
南京农业大学园艺学院/农业部景观设计重点实验室, 江苏 南京 210095
摘要[目的]在形态学水平上研究切花菊叶片的遗传多样性。[方法]对189个切花菊品种的12个叶部性状进行观测和统计,包括性状的分布分析、性状在品种内的稳定性和品种间的差异性分析以及主成分分析。[结果]叶长、叶宽、叶长/叶宽、顶生裂片相对于叶的长度、最低位一级裂刻深度和叶上表面绿色程度的数量性状符合正态分布。质量性状在品种群内的分布都不均匀。叶长、叶宽、叶柄相对于叶的长度、叶柄与茎的夹角、叶上表面绿色程度和叶基部形状,这6个性状同时符合品种内稳定性好和品种间差异明显的要求。对叶部形态影响最大的性状主要是顶生裂片相对于叶的长度、最低位一级裂刻深度、叶边缘锯齿数量和叶基部形状。叶部性状综合得分较高的品种有‘南农凯歌’‘南农朱雀’‘南农单金翠’‘南农紫庐’‘南农金焰’‘南农粉葵’‘欧元黄’和‘南农凯悦’等。[结论]切花菊叶片具有丰富的遗传多样性,顶生裂片相对于叶的长度、最低位一级裂刻深度、叶边缘锯齿数量和叶基部形状是引起切花菊叶部形态差异的主要原因。
关键词切花菊   叶片   形态学   遗传多样性   
Genetic diversity analysis of cut chrysanthemum leaves
SHEN Feng, JIANG Xiaoxiao, FANG Weimin, GUAN Zhiyong, DENG Bo, CHEN Fadi    
College of Horticulture/Key Laboratory of Landscaping, Ministry of Agriculture, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China
Abstract: [Objectives] The genetic diversity of cut chrysanthemum leaves was studied on the morphology. [Methods] The 12 leaf traits of 189 cut chrysanthemums were observed and counted, including trait distribution analysis, stability analysis of traits in varieties, difference analysis of traits among varieties, as well as principal component analysis. [Results] The quantitative traits of leaf length, leaf width, leaf length/leaf width, length of apical lobe relative to leaf, depth of the lowest bit crack and green degree of leaf surface(c* value) are in accordance with normal distribution. The distribution of quality traits in varieties is uneven. There are 6 traits satisfying the requirements of having good stability within varieties and clear difference among varieties. They are the length of leaf, the width of leaf, the length of petiole relative to leaf, the angle between petiole and stem, the green degree of leaf surface and the shape of leaf base. The most influential traits on leaf morphology are the length of apical lobe relative to leaf, the depth of the lowest bit crack, the number of leaf serrates at margin and the shape of leaf base. The varieties having high comprehensive score on leaf traits are 'Nannongkaige''Nannongzhuque''Nannongdanjincui''Nannongzilu''Nannongjinyan''Nannongfenkui''Ouyuanhuang''Nannongkaiyue', etc. [Conclusions] The leaves of cut chrysanthemum have rich genetic diversity. The main reasons for the difference of leaf morphology of cut chrysanthemum are the length of apical lobe relative to leaf, the depth of the lowest bit crack, the number of leaf serrates at margin and the shape of leaf base.
Key words: cut chrysanthemum    leaf    morphology    genetic diversity   

菊花(Chrysanthemum morifolium)是我国十大传统名花和世界四大切花之一, 观赏和经济价值极高[1-2]。菊花叶片形态的多样性是影响其生长发育和观赏品质的一个重要因素。通常所说的遗传多样性主要是指种内不同群体之间或同一群体内不同个体间的遗传变异[3-4]。对栽培植物的遗传多样性进行研究, 有利于我们充分发现和利用各种基因和基因型资源, 预期重要经济性状的变异并加以科学地利用[5]。菊花的多种间杂交起源和菊属植物种间广泛的种质渗透决定了菊花丰富的遗传多样性, 经过长期的人工栽培和选育, 又产生了极为丰富的种下变异。目前我国菊花品种超过3 000个[6]

关于菊花遗传多样性方面的研究已有许多报道[7-9], 但大多数研究集中于花部性状的多样性分析。在《中国菊花图谱》中展现了菊花叶片丰富的变异类型[10]。许莹修[11]对18个大菊品种的统计学分析表明, 叶片的长度和宽度在所测品种间存在着明显的变异, 裂片长度、裂刻深度以及托叶的长度和宽度在品种间也存在着较大的差异。目前对于叶部性状只有少部分变异系数的分析[7], 尚未见其形态学主要性状分布、分布规律、科学分级相关性等遗传多样性相关分析的报道。

因此, 本试验在形态学水平上对切花菊叶片进行遗传多样性分析, 筛选出品种内稳定性好、品种间差异明显、对叶型起决定性作用的性状, 以及叶部特性良好的品种, 以期为切花菊品种资源的分类与鉴定、科学利用以及育种工作提供参考资料。

1 材料与方法 1.1 材料

随机从南京农业大学中国菊花种质资源保存中心中选取189个切花菊品种(表 1), 种植于南京湖熟菊花基地, 栽培条件一致。

表 1 本研究使用的切花菊品种 Table 1 The cut chrysanthemum varieties used in the study
编号
Code
品种
Variety
编号
Code
品种
Variety
编号
Code
品种
Variety
1 Albert  Heijin 64 南农岱华 Nannongdaihua 127 南农嵩云 Nannongsongyun
2 Feeling Green Dark 65 南农岱绿 Nannongdailü 128 南农香橙点 Nannongxiangchengdian
3 Feeling Sunny 66 南农岱雪 Nannongdaixue 129 南农小草莓 Nannongxiaocaomei
4 Feeling White 67 南农单金翠 Nannongdanjincui 130 南农小绯玉 Nannongxiaofeiyu
5 Grand  Orange 68 南农点樱 Nannongdianying 131 南农小金星 Nannongxiaojinxing
6 Grand Rose 69 南农豆绿 Nannongdoulü 132 南农小柠檬 Nannongxiaoningmeng
7 Grand Salmon 70 南农峨眉 Nannongemei 133 南农馨雅 Nannongxinya
8 Grand White 71 南农芳点点 Nannongfangdiandian 134 南农星梦 Nannongxingmeng
9 Liona 72 南农绯点点 Nannongfeidiandian 135 南农羞风车 Nannongxiufengche
10 Starling 73 南农绯云 Nannongfeiyun 136 南农旭日 Nannongxuri
11 Tedcha 74 南农粉翠 Nannongfencui 137 南农雪点点 Nannongxuediandian
12 阿花菲 Ahuafei 75 南农粉风车 Nannongfenfengche 138 南农雪松 Nannongxuesong
13 阿美的 Ameidi 76 南农粉蜂窝 Nannongfenfengwo 139 南农寻峰 Nannongxunfeng
14 巴卡红 Bakahong 77 南农粉葵 Nannongfenkui 140 南农胭脂莓 Nannongyanzhimei
15 白安娜 Baianna 78 南农粉庐 Nannongfenlu 141 南农艳紫 Nannongyanzi
16 白皇后 Baihuanghou 79 南农粉蕊 Nannongfenrui 142 南农玉绒 Nannongyurong
17 白捧花 Baipenghua 80 南农粉莺 Nannongfenying 143 南农瑗绿 Nannongyuanlü
18 草莓菊 Caomeiju 81 南农衡春 Nannonghengchun 144 南农绽风车 Nannongzhanfengche
19 橙松月 Chengsongyue 82 南农衡星 Nannonghengxing 145 南农芝士 Nannongzhishi
20 翠心 Cuixin 83 南农衡阳 Nannonghengyang 146 南农朱雀 Nannongzhuque
21 都柏林 Dubolin 84 南农衡韵 Nannonghengyun 147 南农紫峰 Nannongzifeng
22 都市 Dushi 85 南农红袄 Nannonghongao 148 南农紫庐 Nannongzilu
23 杜鹃 Dujuan 86 南农红橙 Nannonghongcheng 149 南农紫眸 Nannongzimou
24 粉安娜 Fenanna 87 南农红点点 Nannonghongdiandian 150 南农紫乒乓 Nannongzipingpang
25 粉丹特 Fendante 88 南农红楼 Nannonghonglou 151 南农紫云英 Nannongziyunying
26 粉杜鹃 Fendujuan 89 南农红绒 Nannonghongrong 152 欧元黄 Ouyuanhuang
27 粉萝莉 Fenluoli 90 南农红衣 Nannonghongyi 153 秦淮茶园 Qinhuaichayuan
28 粉乒乓 Fenpingpang 91 南农黄蜂窝 Nannonghuangfengwo 154 秦淮春雪 Qinhuaichunxue
29 粉沙姆 Fenshamu 92 南农火风车 Nannonghuofengche 155 秦淮粉牡丹 Qinhuaifenmudan
30 佛瑞格 Foruige 93 南农火炬 Nannonghuoju 156 秦淮粉霞 Qinhuaifenxia
31 黑心金黄 Heixinjinhuang 94 南农戟风车 Nannongjifengche 157 秦淮粉靥 Qinhuaifenye
32 红哈雷 Honghalei 95 南农金灿 Nannongjincan 158 秦淮剑云 Qinhuaijianyun
33 红日 Hongri 96 南农金鹂 Nannongjinli 159 秦淮金莲 Qinhuaijinlian
34 黄风车 Huangfengche 97 南农金太阳 Nannongjintaiyang 160 秦淮绿茶 Qinhuailücha
35 黄乒乓 Huangpingpang 98 南农金焰 Nannongjinyan 161 秦淮抹茶 Qinhuaimocha
36 黄色管 Huangseguan 99 南农金珠 Nannongjinzhu 162 秦淮染霞 Qinhuairanxia
37 黄天赞 Huangtianzan 100 南农锦衣 Nannongjinyi 163 秦淮新玉 Qinhuaixinyu
38 金红 Jinhong 101 南农凯歌 Nannongkaige 164 秦淮雪莲 Qinhuaixuelian
39 金松月 Jinsongyue 102 南农凯悦 Nannongkaiyue 165 秦淮玉莲 Qinhuaiyulian
40 昆汀 Kunting 103 南农丽粉 Nannonglifen 166 青出于蓝 Qingchuyulan
41 莲座 Lianzuo 104 南农丽风车 Nannonglifengche 167 清露 Qinglu
42 绿安娜 Lüanna 105 南农丽黄 Nannonglihuang 168 日引-2 Riyin-2
43 绿橄榄 Lüganlan 106 南农丽雪 Nannonglixue 169 瑞多斯特Ruiduosite
44 绿精灵 Lüjingling 107 南农庐火 Nannongluhuo 170 深粉沙姆Shenfenshamu
45 玛丽 Mali 108 南农庐霞 Nannongluxia 171 史泰白Shitaibai
46 蒙娜丽莎白 Mengnalishabai 109 南农庐秀 Nannongluxiu 172 顺发Shunfa
47 蒙娜丽莎淡粉 Mengnalishadanfen 110 南农庐雪 Nannongluxue 173 松月Songyue
48 蒙娜丽莎淡黄 Mengnalishadanhuang 111 南农庐月 Nannongluyue 174 坦率粉Tanshuaifen
49 蒙娜丽莎红 Mengnalishahong 112 南农绿冻 Nannonglüdong 175 威尼斯Weinisi
50 蒙娜丽莎深粉 Mengnalishashenfen 113 南农绿菲 Nannonglüfei 176 乡村音乐 Xiangcunyinyue
51 蒙娜丽莎深黄 Mengnalishashenhuang 114 南农绿峰 Nannonglüfeng 177 香槟红 Xiangbinghong
52 木星 Muxing 115 南农绿玫瑰 Nannonglümeigui 178 香槟黄 Xiangbinghuang
53 南农白乒乓 Nannongbaipingpang 116 南农绿芍药 Nannonglüshaoyao 179 潇洒 Xiaosa
54 南农冰洁 Nannongbingjie 117 南农绿意 Nannonglüyi 180 小丽 Xiaoli
55 南农冰淇淋 Nannongbingqiling 118 南农绿茵 Nannonglüyin 181 旭风车 Xufengche
56 南农冰清 Nannongbingqing 119 南农魅风车 Nannongmeifengche 182 亚马逊 Yamaxun
57 南农冰泉 Nannongbingquan 120 南农茑萝 Nannongniaoluo 183 伊比斯白 Yibisibai
58 南农冰雪 Nannongbingxue 121 南农清泉 Nannongqingquan 184 伊比斯阳光 Yibisiyangguang
59 南农彩点点 Nannongcaidiandian 122 南农秋岳 Nannongqiuyue 185 浙江10  Zhejiang 10
60 南农彩丝带 Nannongcaisidai 123 南农如意 Nannongruyi 186 紫丹特 Zidante
61 南农茶语 Nannongchayu 124 南农似红点 Nannongsihongdian 187 紫萝莉 Ziluoli
62 南农橙莺 Nannongchengying 125 南农思绿 Nannongsilü 188 紫松月 Zisongyue
63 南农大花脸 Nannnongdahualian 126 南农嵩芒 Nannongsongmang 189 棕安娜 Zonganna
1.2 方法 1.2.1 性状选取与数据采集

参照文献[12], 在11月初盛花期选取12个叶部性状进行观测(表 2), 观测部位是植株自上而下第3片成熟叶, 每个品种重复10次。

表 2 本研究选取的性状及观测方法 Table 2 The traits and observation methods selected in the study
编号
Code
性状
Trait
观测方法
Observation method
观测工具
Observation tool
1 叶长 Leaf length 叶的最大长度 The maximum length of leaf 三角尺 Set square
2 叶宽 Leaf width 叶的最大宽度 The maximum width of leaf 三角尺 Set square
3 叶长/叶宽
Leaf length/leaf width
叶的最大长度/最大宽度
The maximum length of leaf/maximum width
计算
Calculation
4 叶柄相对于叶的长度
Length of petiole relative to leaf
叶柄长度/整个叶片长度(包含叶柄)
Petiole length/entire leaf length(including petiole)
三角尺, 计算
Set square, calculation
5 顶生裂片相对于叶的长度
Length of apical lobe relative to leaf
顶生裂片长度/叶片长度(不包含叶柄)
Apical lobe length/leaf length(not including petiole)
三角尺, 计算
Set square, calculation
6 最低位一级裂刻深度
Depth of the lowest bit crack
最低位一级的裂刻长度/最低位一级裂刻延伸至叶主脉的长度
The lowest bit crack length/length of thelowest bit crack extend to the main vein
三角尺, 计算
Set square, calculation
7 叶边缘锯齿数量
Number of leaf serrates at margin
叶边缘所有锯齿数目之和
Sum of all the numbers of leaf serrates at margin
计数 Count
8 叶柄姿态
Petiole attitude
叶柄与茎的夹角 Angle between petiole and stem 量角器 Protractor
9 叶上表面的绿色程度
Green degree of leaf surface
叶表面中部的绿色程度
Green degree of the middle of leaf surface
色彩色差计
Color difference meter
10 叶基部形状 Shape of leaf base 参照文献[12] Reference[12] 目测 Visual inspection
11 叶先端形状 Shape of leaf apex 参照文献[12] Reference[12] 目测 Visual inspection
12 叶边缘锯齿深浅 Depth of leaf serrates at margin 参照文献[12] Reference[12] 目测 Visual inspection
1.2.2 最佳颜色参数的确定

采用日本Minolta公司生产的CR-400型色差仪对切花菊叶片的颜色参数进行测定, 包括L*值、a*值、b*值和ΔE*值。利用测得的颜色参数, 计算叶片的c*值、h*值和cl*值。计算公式如下:

式中:a*为红度值; b*为黄度值; L*为明度值; c*为色度值; h*为色调角; cl*为色光值。

从7种颜色参数中选出最适合描述切花菊叶片的颜色参数, 即既能反映出品种内的一致性和品种间的差异性, 又能同时反映出颜色的红度值(a*)、黄度值(b*)、明度值(L*)的参数。

1.2.3 数量性状的分布分析

利用Microsoft Excel 2015软件计算每个品种10个单株9个数量性状的平均值, 用其来代表各个品种, 再统计每个数量性状的最小值、最大值、极差、标准差和变异系数。利用SPSS 21.0软件绘制次数分布直方图, 并进行K-S正态性检验。

1.2.4 质量性状的分布分析

选择每个品种10个单株中频数最高的状态作为该品种该质量性状的表现形式, 统计3个质量性状在所有品种中的表现状态, 并绘制饼图。

1.2.5 品种内性状的稳定性分析

性状在品种内的稳定性可以用一致性来衡量。质量性状的一致性用众数频数表示, 数量性状的一致性用样本的变异系数来衡量。把质量性状众数频数大于90%和数量性状变异系数小于15%作为检测该性状在品种内稳定的标准, 然后计算对某一性状来说符合一致性要求的品种数占试验品种总数的百分比。如果比例大于95%, 则认为此性状一致性较高。

1.2.6 品种间性状的差异性分析

质量性状在品种间的变异用变异系数来衡量。每个性状取各品种出现频率最高的表现型, 并参照文献[12]赋值, 计算各品种间的变异系数, 如果大于30%, 则认为该性状每品种表现型的频率分布不过于集中, 比较适用于品种分类。数量性状在品种间的变异也用变异系数来衡量。每个性状取各品种样本平均值, 计算各性状平均值的变异系数, 如果大于15%, 则认为此性状在品种间有明显差异。

1.2.7 主成分分析利用

SPSS 21.0软件进行主成分分析, 包含KMO和Bartlett的检验、解释的总方差、旋转成分矩阵、主成分上的因子得分以及综合得分。综合得分的计算公式如下:

式中:a1a2a3a4分别为4个主成分的贡献率, F1F2F3F4分别为各品种在各主成分中的因子得分, a为5个主成分的累计贡献率。

2 结果与分析 2.1 切花菊叶片最佳颜色参数的确定

对切花菊叶片各颜色参数进行统计分析, 除cl*外, 其余参数都符合品种内一致性较高的标准(表 3)。7种颜色参数中, 变异幅度最大的是cl*, 其次是b*c*a*, 其余参数在品种间无显著差异(表 4)。

表 3 切花菊叶片的7种颜色参数在品种内的变异 Table 3 The variation description of 7 color parameters of cut chrysanthemum leaves within varieties
颜色参数
Color parameter
CV范围/%
CV range
|CV| < 15%的品种数
Variety number of |CV| < 15%
符合率/%
Coincidence rate
L* 1.05~7.86 189 100
a* -2.38~-17.81 186 98.41
b* 2.54~16.43 187 98.94
ΔE* 0.38~2.28 189 100
c* 2.42~15.72 188 99.47
h* -0.39~-9.62 189 100
cl* -4.08~-29.18 158 84.34
注: L*:明度值 Lightness value; a*:红度值 Redness value; b*:黄度值 Yellowness value; ΔE*:色差值 Chromatism value; c*:色度值 Chromatic value; h*:色调角 Hue angle; cl*色光值 Color value.下同。The same as follows.
表 4 切花菊叶片的7种颜色参数在品种间的变异 Table 4 The variation description of 7 color parameters of cut chrysanthemum leaves among varieties
颜色参数
Color parameter
最小值
Minimum
最大值
Maximum
极差
Range
平均值
Average
标准差
Standard deviation
变异系数/%
CV
L* 25.43 38.77 13.34 32.02 2.66 8.29
a* -13.89 -3.69 10.20 -9.48 1.81 -19.12
b* 4.34 18.72 14.38 11.31 2.78 24.56
ΔE* 58.44 69.02 10.58 63.96 1.98 3.09
c* 5.70 23.21 17.51 14.77 3.26 22.05
h* -50.05 -33.48 16.58 -40.32 2.43 -6.02
cl* -17 954.46 -1 653.21 16 301.24 -8 899.33 2 950.91 -33.16

由于c*在品种内一致性高, 且在品种间差异明显, 因此, 确定c*为描述切花菊叶色的最佳颜色参数。考虑到计算色度值c*时并未用到参数L*, 而L*值是衡量色彩明暗程度的重要指标, 因此对二者进行相关性分析。结果表明, 不同切花菊品种间L*值与c*值呈极显著的正相关关系(y=1.098x-20.391, R2=0.801 9)。因此, c*值一定程度上也可以用于衡量叶色的明暗程度, 将其作为衡量叶色的参数是合理的。

2.2 切花菊叶片数量性状的分布

表 5可见:除了叶长/叶宽, 其余数量性状的变异系数均大于15%, 表明这8个数量性状在切花菊品种间有明显变异。其中叶边缘锯齿数量变异程度最大, 达31.56%;叶柄与茎的夹角变异程度最小, 为15.14%。

表 5 切花菊叶片数量性状的变异 Table 5 The variation description of quantitative traits of cut chrysanthemum′s leaves
性状
Trait
最小值
Minimum
最大值
Maximum
极差
Range
平均值
Average
标准差
Standard deviation
变异系数/%
CV
叶长 Leaf length 3.98 10.62 6.64 7.29 1.26 17.32
叶宽 Leaf width 2.70 7.85 5.15 5.65 0.91 16.10
叶长/叶宽
Leaf length/leaf width
0.89 1.82 0.93 1.30 0.18 13.61
叶柄相对于叶的长度
Length of petiole relative to leaf
0.11 0.34 0.23 0.23 0.05 19.84
顶生裂片相对于叶的长度
Length of apical lobe relative to leaf
0.20 0.52 0.32 0.35 0.06 17.36
最低位一级裂刻深度
Depth of the lowest bit crack
0.16 0.80 0.64 0.48 0.14 29.13
叶边缘锯齿数量
Number of leaf serrates at margin
16 80 64 36 11.26 31.56
叶柄与茎的夹角(度)
Angle between petiole and stem(degree)
33 90 57 60 9.13 15.14
叶上表面绿色程度(c*值)
Green degree of leaf surface(c*value)
5.70 23.21 17.51 14.77 3.26 22.05

根据K-S正态性检验显著值大于0.05的标准判断:叶长、叶宽、叶长/叶宽、顶生裂片相对于叶的长度、最低位一级裂刻深度、叶上表面绿色程度(c*)这6个数量性状符合正态分布, 而叶柄相对于叶的长度、叶边缘锯齿数量、叶柄与茎的夹角这3个数量性状不符合正态分布(表 6), 其中叶边缘锯齿数量呈现左偏态分布(图 1)。

表 6 切花菊叶片数量性状的K-S正态性检验 Table 6 K-S normality test of the quantitative traits of cut chrysanthemum leaves
性状 Trait 自由度 Degree of freedom 显著性 Significance
叶长 Leaf length 189 0.075*
叶宽 Leaf width 189 0.200*
叶长/叶宽 Leaf length/leaf width 189 0.200*
叶柄相对于叶的长度 Length of petiole relative to leaf 189 0.017
顶生裂片相对于叶的长度 Length of apical lobe relative to leaf 189 0.200*
最低位一级裂刻深度 Depth of the lowest bit crack 189 0.200*
叶边缘锯齿数量 Number of leaf serrates at margin 189 0.000
叶柄与茎的夹角 Angle between petiole and stem 189 0.021
叶上表面绿色程度 Green degree of leaf surface 189 0.200*
注:*表示真实显著水平的下限。
Note:* indicates the lower limit of true significant level.
图 1 切花菊叶片数量性状的次数分布直方图 Figure 1 Frequency distribution histogram of the quantitative traits of cut chrysanthemum leaves
2.3 切花菊叶片质量性状的分布

在切花菊叶片的基部形状中, 心形、钝角占的比例大, 其次为圆、平截, 而锐角、不对称所占的比例非常小。切花菊叶先端形状以尖为主, 达57%;圆钝次之, 为36%;锐尖最少, 低于10%。有76%的切花菊叶片边缘锯齿深浅表现为中, 仅有1%表现为深, 其余为浅(图 2)。

图 2 切花菊叶片质量性状的分布 Figure 2 The distribution of the quality traits of cut chrysanthemum leaves
2.4 切花菊品种内性状的稳定性和品种间性状的差异性分析

表 7可见:在9个数量性状中, 符合一致性要求的品种比例低于95%的有3个, 分别为顶生裂片相对于叶的长度、最低位一级裂刻深度、叶边缘锯齿数量。其中最低位一级裂刻深度在品种内的一致性最低, 仅有56.61%, 表明切花菊叶片的数量性状在品种内的稳定性较差, 易受环境和栽培条件的影响。3个质量性状符合一致性要求的品种比例均高达100%, 分别为叶基部形状、叶先端形状、边缘锯齿深浅, 这表明切花菊叶片的质量性状在品种内的稳定性良好, 受环境和栽培条件的影响小。

表 7 性状的品种内一致性和品种间差异性 Table 7 The consistency of traits within varieties and the differences of traits among varieties
性状
Trait
符合一致性要求的品种比例/%
Percentage of varieties that meetthe consistency requirement
品种间变异系数/%
CV among varieties
叶长 Leaf length 100 17.32
叶宽 Leaf width 100 16.10
叶长/叶宽 Leaf length/leaf width 100 13.61
叶柄相对于叶的长度 Length of petiole relative to leaf 95.77 19.84
顶生裂片相对于叶的长度 Length of apical lobe relative to leaf 84.13 17.36
最低位一级裂刻深度 Depth of the lowest bit crack 56.61 29.13
叶边缘锯齿数量 Number of leaf serrates at margin 85.71 31.56
叶柄与茎的夹角 Angle between petiole and stem 100 15.14
叶上表面绿色程度 Green degree of leaf surface 99.47 22.05
叶基部形状 Shape of leaf base 100 38.54
叶先端形状 Shape of leaf apex 100 26.03
叶边缘锯齿深浅 Depth of leaf serrates at margin 100 19.05

数量性状中除了叶长/叶宽, 其余性状在品种间的变异系数均大于15%, 表明切花菊叶片的绝大多数数量性状在品种间有明显差异, 具有较高的多样性。质量性状中, 只有叶基部形状在品种间变异系数超过30%, 在品种间表现出明显变异, 另外2个数量性状在品种间的差异不明显, 表明切花菊叶片的大部分质量性状的表现状态在品种间的分布较为集中, 不利于品种区分。

在品种内具有稳定性, 同时品种间差异明显的性状共有6个, 占所测性状的50%, 分别是叶长、叶宽、叶柄相对于叶的长度、叶柄与茎的夹角、叶上表面绿色程度和叶基部形状, 它们比较适合用于品种的鉴定和分类。

2.5 主成分分析

经过KMO和Bartlett的检验, KMO值为0.562>0.5, 偏相关性较弱; Bertlett的球形度检验, P值< 0.001, 适于做主成分分析。

按照特征值大于1的要求, 成分1、2、3、4被选取作为主成分, 特征值分别为3.527、1.845、1.579、1.161, 其累计贡献率达到67.602%, 能够解释约2/3的性状变异。

各性状在旋转成分矩阵中的结果在哪个主成分中的绝对值最大, 就归于该成分中。因此, 第1主成分包含4个指标:顶生裂片相对于叶的长度、最低位一级裂刻深度、叶边缘锯齿数量、叶基部形状; 第2主成分包含3个指标:叶长/叶宽、叶先端形状、叶边缘锯齿深浅; 第3主成分包含2个指标:叶长、叶宽; 第4主成分包含3个指标:叶柄相对于叶的长度、叶柄与茎的夹角、叶上表面绿色程度(表 8)。

表 8 旋转成分矩阵 Table 8 Rotated component matrix
性状
Trait
主成分 Main component
1 2 3 4
叶长 Leaf length 0.167 0.417 0.834 0.084
叶宽 Leaf width 0.036 -0.267 0.910 -0.123
叶长/叶宽 Leaf length/leaf width 0.152 0.822 -0.043 0.263
叶柄相对于叶的长度 Length of petiole relative to leaf -0.285 -0.258 -0.329 -0.572
顶生裂片相对于叶的长度 Length of apical lobe relative to leaf 0.733 0.243 -0.022 -0.028
最低位一级裂刻深度 Depth of the lowest bit crack 0.826 0.321 0.016 0.230
叶边缘锯齿数量 Number of leaf serrates at margin 0.807 0.247 0.127 0.057
叶柄与茎的夹角 Angle between petiole and stem 0.030 -0.024 -0.179 0.822
叶上表面绿色程度 Green degree of leaf surface -0.096 -0.081 0.333 0.342
叶基部形状 Shape of leaf base 0.684 -0.573 0.057 -0.127
叶先端形状 Shape of leaf apex -0.214 -0.734 0.007 0.143
叶边缘锯齿深浅 Depth of leaf serrates at margin 0.246 0.577 0.036 -0.026

第1主成分的贡献率最高, 对叶部形状起着决定性的影响, 因此, 第1主成分包含的4个指标是叶部形态的最重要的影响因子。

根据不同切花菊品种在各主成分上的因子得分, 按照贡献率计算得综合得分, ‘南农凯歌’叶部性状的综合得分最高, ‘浙江10’叶部性状的综合得分最低(图 3)。‘南农凯歌’‘南农朱雀’‘南农单金翠’‘南农紫庐’‘南农金焰’‘南农粉葵’‘欧元黄’和‘南农凯悦’在叶部性状的综合得分大于1, 表明这8个品种的叶部特性良好。而‘绿安娜’‘南农红楼’‘橙松月’和‘浙江10’在叶部性状的综合得分小于-1, 表明这4个品种的叶部特性较差。其余切花菊品种的综合得分介于-1与1之间, 叶部特性表现一般(图 3)。

图 3 切花菊各品种叶片性状的综合得分 Figure 3 Integrated score about leaf traits of each cut chrysanthemum variety 图中编号同表 1。下同。 The codes are as indicated in Table 1. The same as below.

根据形态学观察和观测值分析, 叶部性状综合得分高的切花菊品种具有以下特点:顶生裂片相对于叶的长度长; 最低位一级裂刻深度深; 叶边缘锯齿数量多; 叶基部形状多数为心形; 叶先端尖(图 4)。而叶部性状综合得分低的切花菊品种具有以下特点:顶生裂片相对于叶的长度短; 最低位一级裂刻深度浅; 叶边缘锯齿数量少; 叶先端圆钝(图 5)。

图 4 叶片性状得分高的切花菊品种 Figure 4 Cut chrysanthemum varieties with high scores on leaf traits
图 5 叶片性状得分低的切花菊品种 Figure 5 Cut chrysanthemum varieties with low scores on leaf traits

因此, 叶部性状综合得分高和低的切花菊品种的差别集中表现在第一主成分上。

3 讨论

通常认为, 在没有人为干预下, 自然界中大多数数量性状的分布遵从正态分布。切花菊是典型的栽培植物, 在品种性状上有较大的人工选择压力[7]。本试验分析了189个切花菊品种的9个数量性状, 符合正态分布的有6个, 分别是叶长、叶宽、叶长/叶宽、顶生裂片相对于叶的长度、最低位一级裂刻深度和叶上表面绿色程度。此外, 还有3个数量性状经K-S检验是不符合正态分布的。其中叶边缘锯齿数量的次数分布直方图呈现左偏态分布, 向更多的叶边缘锯齿数量方向拖尾[13]。由于叶边缘锯齿数量是第一主成分中的性状, 对叶部形态影响大, 并且在综合得分高的切花菊品种中都表现出叶边缘锯齿数量多的状态, 因此, 这种偏态分布形式可能是长期人工选择所致, 在选择压力下, 使群体向特定方向进化, 从而使性状分布发生偏移[14]

本试验中, 从次数分布看, 切花菊叶先端形状集中表现为尖, 叶边缘锯齿深浅的表现分布比例悬殊较大, 以中为代表形态, 表明切花菊品种在这2个性状上表现较为单一, 多样性较低[15], 而切花菊叶基部形状的多样性较为丰富, 心形、钝角和圆等的表现分布较为均匀。

在9个数量性状中, 有5个性状在品种内一致性高且品种间差异明显, 分别是叶长、叶宽、叶柄相对于叶的长度、叶柄与茎的夹角和叶上表面绿色程度。其中, 叶长、叶宽在第3主成分中的因子载荷量位于第1和第2, 叶柄与茎的夹角在第4主成分中因子载荷量最大, 说明这3个性状对叶部形态的影响较大, 较适用于切花菊品种的分类。考虑到切花菊的主要观赏对象是花部, 因此, 切花菊的叶部性状不常作为形态分类的主要标准, 但是可以作为一般标准来辅助进行品种分类[16]

在3个质量性状中, 只有叶基部形状通过了品种内稳定性和品种间差异性测试。同时, 在主成分分析中, 该性状是第1主成分中的主要因子。因此, 叶基部形状也适合作为切花菊品种分类时叶部特性的重要性状。

在第1主成分中, 除了叶基部形状, 还包含顶生裂片相对于叶的长度、最低位一级裂刻深度和叶边缘锯齿数量。但是这3个性状均不符合稳定性的要求, 尤其是最低位一级裂刻深度, 符合一致性要求的品种比例只有56.61%。因此, 虽然这3个性状在第1主成分中的因子载荷量高, 对叶部形状起着决定性的影响, 但是不能作为切花菊品种分类的标准。影响切花菊叶片遗传多样性的因素较多, 通过对多变量的主成分分析, 能够更加清楚地显示各因素在叶部形态多样性构成中的作用[17-18]。主成分分析中, 前4个主成分的累计贡献率达到67.602%, 表明前4个主成分中因子载荷量较大的性状代表着切花菊叶部的大部分性状变异, 这是引起切花菊叶部形态差异的主要原因。但是仍有约1/3的变异源于其他性状, 这反映出切花菊叶部性状分化的多向性以及具有丰富的遗传多样性[6]。通常认为, 综合得分越高, 表型综合性状越好, 观赏价值越高[11, 19]。因此, 叶部性状综合得分高的切花菊品种具有的共同特点可以为切花菊的栽培调控和新品种选育提供参考依据。

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