肖 芬，王曉紅，王玉勤，劉春林，謝祿山，任雪羽

（1.中南林業(yè)科技大學(xué) 風(fēng)景園林學(xué)院，湖南 長沙 410004；2.上海植物園，上海 200030）

木槿Hibiscus syriacusLinn.，錦葵科Malvaceae木槿屬Hibiscus落葉灌木。木槿原產(chǎn)于我國，是被人們認(rèn)識最早的傳統(tǒng)花木之一[1]。木槿整株植物連續(xù)花期可達(dá)三個月之久[2]，且花色多，用途廣，抗性強(qiáng)，在園林綠化中廣為應(yīng)用[3]。我國木槿原生資源分布廣，但應(yīng)用品種單一，園林應(yīng)用不多，且有日漸退化的趨勢[4]，因此，木槿品種分類工作的重要性尤為突出。

目前，國內(nèi)關(guān)于數(shù)量分類在木槿品種資源中的應(yīng)用雖未見報道，但數(shù)量分類已成功地應(yīng)用于許多其它植物的種質(zhì)資源上，如大麗花[5]、臘梅[6]、菊花[7]、大花君子蘭[8]等，充分肯定了數(shù)量分類對于觀賞植物品種分類鑒定的可行性。國外對木槿品種的數(shù)量分類多出現(xiàn)在韓國，主要有對木槿栽培品種進(jìn)行花粉學(xué)分析[9]、AFLP分子標(biāo)記技術(shù)和形態(tài)學(xué)分類[10]以及對花的形態(tài)特征進(jìn)行數(shù)量分類[11]。在觀賞植物分類的分析方法上，對分類單位間關(guān)系的研究均采用的是Q型聚類，對所選取的性狀的研究多采用的是R型聚類[12]，如大花君子蘭[8]、郁金香[13]等；也有進(jìn)行主成分分析的，如大麗花[5]、大花君子蘭[8]等，統(tǒng)計了主成分的累計貢獻(xiàn)率，為未來觀賞植物研究性狀的重要性提供了依據(jù)[12]。本試驗結(jié)合數(shù)學(xué)分類的方法，對收集的27個木槿品種的17個性狀進(jìn)行統(tǒng)計分析與系統(tǒng)分類。利用本試驗探究木槿品種分類的等級和標(biāo)準(zhǔn)，為木槿的資源利用、新品種選育等提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試材選自中南林業(yè)科技大學(xué)苗圃內(nèi)收集的27個木槿品種（表1），材料收集來源于上海、湖南、河南、浙江、韓國和美國。

表1 供試木槿品種Table 1 Serial number, variety name and source of H.syriacus cultivars

1.2 木槿形態(tài)性狀的觀測方法

試驗對27個品種進(jìn)行觀測、拍照并記錄。數(shù)量指標(biāo)大多用游標(biāo)卡尺測量，包括葉柄長、花柄長、花徑、花瓣長、花瓣寬、花瓣指數(shù)（花瓣寬/長×100）、瓣爪寬、丹心長度、丹心線長度、丹心線長度/丹心長度。質(zhì)量性狀采用目測，包括有無丹心、丹心基部形狀、有無內(nèi)花瓣、葉形類型、花型、花萼與苞片的關(guān)系、丹心線與丹心的關(guān)系。本試驗對木槿葉形類型總結(jié)為6種（圖1）。

圖1 木槿葉形類型Fig.1 Leaf shape and type of H.syriacus

1.3 數(shù)據(jù)編碼方法

對各品種進(jìn)行了全面、細(xì)致地觀測記錄，總共選取了 17 個性狀（表2），其中二元性狀（Binary character，簡稱為“B”）2個，按0或1進(jìn)行編碼，肯定狀態(tài)為1，否定狀態(tài)為0；有序多態(tài)性狀（Ordered multistate character ，簡稱為“O”）5 個，取連續(xù)排列的正整數(shù)1，2，3…進(jìn)行編碼；數(shù)值性狀（Numerical character，簡稱為“N”）10 個，數(shù)值性狀不編碼，直接以原始數(shù)據(jù)形式進(jìn)行運算。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

首先對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化（STD）處理以消除不同量綱，數(shù)據(jù)處理采用SPSS19.0對17個性狀進(jìn)行R型聚類分析，聚類方法選用組間聯(lián)接，以Pearson相關(guān)性為度量標(biāo)準(zhǔn)，做出性狀指標(biāo)聚類的樹狀圖；采用主成分分析，將多項指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾項綜合指標(biāo)[14]；根據(jù)R型聚類和主成分分析結(jié)果，再對木槿品種進(jìn)行Q型聚類分析，聚類方法選用Ward聚類方法，以平方Euclidean距離為度量標(biāo)準(zhǔn)，做出分類結(jié)果樹狀圖。

表2 性狀及編碼?Table 2 Characters and codes of 17 H.syriacus cultivars

2 結(jié)果與分析

2.1 27個木槿品種17個性狀指標(biāo)R型聚類

R型聚類分析結(jié)果由樹狀圖（圖2）可知，有無內(nèi)花瓣與花型、花瓣長與花瓣寬、丹心長度與丹心線長度的相關(guān)性較大。本試驗推測花型、花瓣指數(shù)（花瓣寬/花瓣長×100）、丹心線長度/丹心長度是區(qū)分木槿品種的重要指標(biāo)，因此都予以保留。圖中的其他各性狀指標(biāo)較分散，由此說明各性狀選取是合理的，都可用于下一步的Q型聚類分析。

2.2 27個木槿品種17個性狀指標(biāo)的主成分分析

由主成分分析結(jié)果（表3）可知，前6個主要成分的總貢獻(xiàn)率為88.096%。第1主成分的貢獻(xiàn)率最大為28.644%，其中影響較大（特征向量絕對值較大）的性狀為丹心線長度、丹心線長度/丹心長度、丹心長度、有無丹心；第2主成分的貢獻(xiàn)率為22.175%，其中影響較大的性狀為花型、有無內(nèi)花瓣、花徑、花萼與苞片的關(guān)系、花瓣指數(shù)（花瓣寬/長×100）；第3主成分的貢獻(xiàn)率為14.142%，其中影響較大的性狀為花徑、瓣爪寬、花瓣寬、花瓣長、花瓣指數(shù)（花瓣寬/長×100）；第4主成分的貢獻(xiàn)率為9.041%，其中影響較大的性狀為有無丹心、丹心線與丹心的關(guān)系、丹心基部形狀；第5主成分的貢獻(xiàn)率為7.618%，其中影響較大的性狀為葉形、葉柄長；第6主成分的貢獻(xiàn)率為6.475%，其中影響較大的性狀為花柄長。

從第1、4主成分所包含的性狀分析，主要反映丹心的情況；第2、3和6主成分所包含的性狀分析，主要反映花瓣的情況；從第5主成分所包含的性狀分析，主要反映葉的情況。

2.3 27個木槿品種Q型聚類

Q型聚類分析結(jié)果由樹狀圖（圖3）可知，在等級結(jié)合線L1（D=20.0）處，27個品種被分為2大類：第1大類為無丹心的品種，包括“白綢”、“大白花”、“白花重瓣”3個品種；第2大類為有丹心的品種，包括“木喬”、“薰衣草”、“紫柱”、“花斑”、“千層紅”、“藍(lán)鳥”、“哈馬博”、“瑪麗娜”等24個品種。

圖2 R-型聚類分析圖Fig.2 Dendrogram of R-type clustering analysis

表3 主成分的特征值、貢獻(xiàn)率和累計貢獻(xiàn)率Table 3 Eigenvalues, contributor ratio and accumulative contributor ratio of the principal components

在等級結(jié)合線L2（D=10.0）處，27個品種被分為3大類：第1大類仍然為無丹心的3個品種；第2大類為單瓣且丹心基部形狀為楔形的品種，包括“哈馬博”、“藍(lán)鳥”、“瑪麗娜”、“忠武”、“漢?！?、“紅心”、“玫瑰紅”、“紫柱”、“木喬”9個品種；第3大類為半重瓣或重瓣的品種以及1個單瓣且丹心基部形狀為截形的品種，包括“茹碧”、“牡丹木槿”、“花斑”、“薰衣草”、“雅致木槿”、“千層紅”、“中國薄綢”、“紫玉”、“阿娘”等15個品種。

在等級結(jié)合線L3（D=5.0）處，27個品種被分為8類。

無丹心的品種分為2大類，其中第1類為無丹心，花徑較大（＞80）且花瓣指數(shù)（≥80）較大的品種，包括“白綢”、“大白花”2個品種；第2類為無丹心，花徑（≤50）和花瓣指數(shù)較小（＜60）的“白色重瓣”1個品種。

單瓣且丹心基部形狀為楔形的品種分為2大類，其中第1類為花瓣指數(shù)較?。ǎ?0）的品種，包括“哈馬博”、“藍(lán)鳥”2個品種；第2類為單瓣，花瓣指數(shù)較大（均＞70），丹心線長度超出丹心明顯的品種，包括“瑪麗娜”、“忠武”、“漢?！?、“紅心”、“玫瑰紅”、“紫柱”、“木喬”7個品種。

圖3 Q型聚類分析圖Fig.3 Dendrogram of Q cluster analysis

半重瓣或重瓣的品種分為4大類：第1類為“牡丹木槿”、“雅致木槿”、“阿娘”3個品種，本試驗發(fā)現(xiàn)這3個品種具有很多相似性狀，花徑大小相似、丹心基部形狀均為楔形、丹心線長均與丹心近等長，花瓣指數(shù)都較大，且較早的聚類在一起，由此說明這三個品種的親緣關(guān)系近；第2類為花瓣指數(shù)較大（均＞75），且丹心線長超出丹心明顯的品種，包括“平和”、“花斑”、“薰衣草”、“萊薩”4個品種；第3類為葉形分裂較大（葉形為E、F）的品種，包括“紫玉”、“角倉花笠”、“中國薄綢”3個品種；第4類為花徑較小（＜70）或花瓣指數(shù)較低（＜60）的品種，包括“薰衣草薄綢”、“赤氏圓守”、“千層紅”、“紅暈”、“茹碧”5個品種，其中“茹碧”品種為單瓣，花瓣指數(shù)較低，花徑較大，“千層紅”品種花瓣指數(shù)較高，花徑較小，因此該兩個品種聚為一類的分類依據(jù)不夠明顯。

3 結(jié)論和討論

本試驗通過主成分分析和Q型聚類分析得出：有無丹心、丹心線長度、花型、花徑、花瓣指數(shù)（花瓣寬/長×100）、丹心線與丹心的關(guān)系、丹心基部形狀、葉形等性狀可作為木槿品種形態(tài)學(xué)分類的性狀指標(biāo)。綜合而言，有無丹心、花型、花瓣指數(shù)、丹心線與丹心的關(guān)系是木槿品種分類最主要的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)。

關(guān)于木槿品種形態(tài)學(xué)分類性狀的選取問題，本試驗認(rèn)為木槿的花是判斷品種最主要的依據(jù)，這和韓國國立山林科學(xué)院對木槿品種分類判斷的方法比較一致，其認(rèn)為花瓣性狀、丹心性狀可能為主要參考因素[15]。另外，同一木槿植株上也存在葉形多樣現(xiàn)象。本試驗采用葉形類型作為性狀指標(biāo)之一，選取植株中占比例最多的一種葉形進(jìn)行記錄。并在試驗結(jié)果中能將葉形分裂程度不同的品種區(qū)分出來，初步判斷此種方法是可行的。

20世紀(jì)50年代數(shù)量分類學(xué)的誕生把數(shù)學(xué)方法和計算機(jī)技術(shù)引入到植物分類研究中，從而使其從定性的描述水平走向了精確定量的分析水平[16]。數(shù)量分類方法能有效地評價有機(jī)體的相似性并進(jìn)行歸類處理，可分析品種間的親緣關(guān)系。我們應(yīng)該意識到數(shù)量分類是進(jìn)行品種分類的一種有益輔助方法。但與此同時，在數(shù)量分類過程中，許多步驟如性狀的選取、編碼、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化以及采用何種聚類方法等，都是主觀確定的，不同方法往往產(chǎn)生不完全相同的結(jié)果，因此單純用數(shù)量分類進(jìn)行觀賞植物品種的分類研究是不妥當(dāng)?shù)腫12]。

主成分分析是將多個性狀指標(biāo)化為少數(shù)指標(biāo)的一種統(tǒng)計方法，能從眾多性狀因素中找出主要的綜合性狀因素，盡可能多的反映原始數(shù)據(jù)資料信息，簡化數(shù)據(jù)，揭示變量之間的關(guān)系[17]。本試驗由主成分分析結(jié)果表示，在今后木槿品種分類和植物學(xué)特征描述中，重點應(yīng)在有無丹心、花型、花瓣指數(shù)以及丹心線與丹心的關(guān)系這幾個性狀上，由此為研究木槿性狀的重要性提供了依據(jù)。

R型聚類是對研究對象的性狀指標(biāo)進(jìn)行分類[18]。R型聚類分析可以反映出各性狀之間的關(guān)系及性狀選取的合理性[19]。R型聚類分析中，各性狀選取較為合理，但本研究未采用木槿花期、花色及葉色等其他指標(biāo)，故無法更好地研究出各性狀間的關(guān)系。因此，可進(jìn)一步補(bǔ)充其他必要性狀以完善木槿研究工作。

Q型聚類用來揭示植物個體之間的遺傳關(guān)系[8]。在Q型聚類分析結(jié)果中，有單瓣品種與復(fù)瓣品種聚類在一起，這說明單依據(jù)花型作為分類標(biāo)準(zhǔn)是不合適的，木槿品種的分類需要綜合性狀考慮。以上只是從形態(tài)學(xué)這一方面對木槿品種進(jìn)行分類，以后的研究還可通過孢粉學(xué)分析以及ISSR、RAPD和AFLP等分子技術(shù)對木槿品種進(jìn)行系統(tǒng)分類和親緣關(guān)系鑒定。