田路明，董星光，曹玉芬，張 瑩，霍宏亮，齊 丹，徐家玉，劉 超

（中國農業(yè)科學院果樹研究所，農業(yè)農村部園藝作物種質資源利用重點實驗室，遼寧興城 125100）

一般認為梨（Pyrus）起源于第三紀的中國西部或西南部山區(qū)，向東向西演化發(fā)展，主要分布于歐洲、北非、小亞西亞、伊朗、中亞、中國、朝鮮和日本；從地理分界線來講，天山和興都庫什山以東分布的梨屬植物為東方梨，以西的為西方梨[1]。Pyrus是林奈（Linnaeus）于1753年命名的，而在當時包含梨、蘋果和榅桲，后因梨和蘋果不能相互嫁接繁殖，Miller 于1768年把蘋果從Pyrus中分出，命名Malus（蘋果屬）。梨屬分類的第一項綜合研究結果由Decaisne發(fā)表，包含23個種，分布于6個地理種群。此后Koehne 根據果實萼片的有無把梨屬分為2個種群大區(qū)，即PashiaKoehne和AchrasKoehne。Fedorov接受了Koehne的2個大區(qū)分類，并增加了2個新的大區(qū)即XeropyreniaFed.和ArgyromalonFed.，這2個新的種群大區(qū)主要包括幾個來自高加索的梨種和雜種。Tuz[2]和Browicz等[3]把土耳其的梨種也歸納入高加索種群下面。Challice等[4]結合生化和形態(tài)學特征提出了22 個梨基本種概念。近些年來，仍有不少關于新的梨野生種質命名的報道，如在意大利的西西里發(fā)現梨的新種P.sicanorum[5]和P.ciancioi[6]，伊朗的梨新種P.ghahremanii、P.giffanica、P.zangezura、P.×takhtadzhianii、P.×medvedevii、P.cordifolia[7-9]，土耳其的高加索梨新種P.demetriiKuth.[10]等。目前，關于梨屬植物包含多少種還沒有確切的數字，植物名錄網站（http://www.theplantlist.org/）顯示有747個梨種命名，其中69個是被認可的梨種，58個同物異名種，其他命名仍未得到解決；該網站顯示公認的13 個中國原產梨種是被認可的，而Pyrus trilocularisD.K.Zang &P.C.Huang（嶗山梨）也是一個被認可的梨種，國內該梨分類的相關研究報道并不多。另一個國際植物名錄網址（https://www.ipni.org/）也有上千個梨屬植物命名。然而，也許受新版命名法規(guī)“墨爾本法規(guī)”的影響，Christenhusz等[11]最近提出了一項新的對梨屬植物重新定義的規(guī)則，他提議在梨屬下合并一大批以前被廣泛承認的種。本文圍繞梨屬植物分類研究的分歧、植物形態(tài)分類研究、結合生化指標的分類研究和結合分子技術的分類研究進行相關綜述分析，并結合“墨爾本法規(guī)”對梨屬植物分類研究提出展望，梨屬植物的分類對梨資源保護、評價和利用具有重要意義。

1 梨屬植物分類的分歧

自林奈創(chuàng)立植物分類法以來，植物分類工作面臨一些困難，如單系類群、并系類群和復系類群的問題，因此相繼出現三大分類學派，即表征學派、分支學派和進化學派，三大分類學派均對分類研究作出了貢獻，“系統(tǒng)發(fā)育命名國際學會”甚至提議以“生物學命名譜系法規(guī)”替代用了250多年的林奈分類法[12]。自梨屬命名以來，不論從宏觀層面，還是微觀層面，關于梨屬植物分類的分歧一直延續(xù)至今。梨屬植物曾先被歸類于梨亞科的梨亞族，又被歸類于桃亞科下蘋果族的蘋果亞族[1,13]，再又被歸于蘋果亞科的蘋果亞族[14]。梨屬植物具有配子體自交不親和系統(tǒng)，依賴于其他親和的授粉者來維持自然繁衍[15]。梨屬植物的形態(tài)具有高度可塑性和連續(xù)性，由于漸進的形態(tài)特征表現和頻繁的雜交，給梨屬植物的正確分類帶來了巨大的挑戰(zhàn)。由表1可以看出，1890—1985年Koehne、Maleev、Fedorov、Tuz和Terpó等先后把梨屬植物分為不同的大區(qū)和亞區(qū)[16]，在不同大區(qū)下區(qū)分為不同的梨種[9,17]（表2）。

表1 不同年代梨屬植物大區(qū)分類的比較[16]

表2 伊朗和阿塞拜疆大區(qū)分類下梨種情況[9,17]

Rehder 提出了梨屬15個基本種，涉及了6個變種和5個近緣種，Challice等[4]對比Rehder 的研究分類，并根據地理分布重新考慮梨屬植物的物種命名，描述了22 個基本種。Aldasoro 等[18]研究歐洲和北非的梨種，經與其他專家研究結果進行比較分析，認同了6個種，即P.bourgaeana、P.communis、P.pyraster、P.cordata、P.spinosa和P.nivali。Challice等[4]列出的Kansu pear（甘肅梨）很有可能是新疆梨。據不同報道，梨屬的物種數量相差很大，從20種到80 種不等，高加索地區(qū)的亞美尼亞約有一半梨屬植物類型[16]。我國是東方梨種的主要起源地，我國分類學家相信有13個梨種起源于中國，國外專家Rehder 命名的8個中國梨種P.bretschneideri（白梨）、P.serotina（砂梨）、P.serrulata（麻梨）、P.phaeocarpa（褐梨）、P.betulaefolia（杜梨）、P.calleryana（豆梨）、P.pashia（川梨）和P.koehnei得到中國專家的證實，而其他如P.ovoidea、P.lindleyi和P.kolupana未被發(fā)現對應實物存在[19]。中國專家俞德浚命名5個中國梨種P.pseudopashiaYu（滇梨）、P.sikiangensisYu（新疆梨）、P.hopeiensisYu（河北梨）、P.xerophilaY（木梨）、P.armeniacaefoliaYu（杏葉梨）。

2 植物形態(tài)分類研究

植物的表型會隨著地理環(huán)境、光、溫、水、氣的影響，以及時間的推移而變化，并且個體之間也會有所不同。在梨屬分類學研究中，主要依據葉片、果實、枝條和花朵的形態(tài)特征，以及枝上有無刺和茸毛的情況，對梨屬植物進行分類[20]。然而，刺的存在不能被解釋為野性的明確標志，因為刺也存在于已歸化的可食用地方梨品種中[21]。P.magyaricaTerpó被描述為匈牙利喀爾巴阡盆地的特有和殘留野生物種，Barina 等[22]沒有發(fā)現與原分類描述相對應植物形態(tài)的憑證或活標本，認為P.magyarica應該是P.pyraster，建議停止使用P.magyarica這個名稱。

在野生梨分類研究中，一些專家認為葉片特征是重要的分類依據；Terpó[23]認為葉形是梨系統(tǒng)中的主要和限制性特征，由于果實變異性較高，其形態(tài)學特征是次要性狀，而野生梨有無茸毛不是一個精確的分類依據。格魯吉亞的野生種P.georgica與土耳其的野生種P.elaeagrifolia形態(tài)相似，僅葉尖和葉緣是區(qū)分二者的關鍵特征[24]。以果實為重要分類特征的專家認為，果實萼片的有無、心室數量、果實皮孔和果梗等是重要的分類依據。根據成熟果實萼片的有無，將梨屬植物分為2 個大群，其中西方梨大都是萼片宿存，東方梨既有宿萼的，也有脫萼的，然而歐洲野生種P.boisseriana和P.cordata也表現出脫萼現象，其在高加索和中亞也有分布[16]。日本園藝學家菊池秋雄根據果實心室數量將梨屬植物分為3個大種群區(qū)，即真梨區(qū)、豆梨區(qū)和雜種區(qū)[25]。

Voltas等[21]對野生種P.pyraster和栽培種P.communis的分類研究認為，憑葉片性狀不能提供充分的分類依據。在歐洲的3個野生梨種P.pyraster、P.amphigenea和P.nivalis中均發(fā)現有3 種類型的果實形狀，其中72%為蘋果形，楔形占26%，很少為梨形和櫻桃形（約1%）[26]。Paganová[20]對斯洛伐克64 個地點的507 份P.pyraster進行評價，根據其葉片和果實特征，將其歸為2個亞種P.pyrastersubsp.pyraster和P.pyrastersubsp.achras。

Zywiec等[27]研究了西班牙西部幾個不同生態(tài)區(qū)的野生種Pyrus bourgaeana花性狀，發(fā)現大部分花朵性狀在地理位置上沒有差異，然而在不同年份花的性狀存在顯著差異。Aldasoro 等[18]研究認為，P.bourgaeana和P.communis的花瓣長度分別為5.4～12.0 mm（平均8.7 mm）和12.0～15.0 mm（平均13.2 mm），而Zywiec等[27]調查發(fā)現其中約50%的P.bourgaeana花瓣長度大于12 mm。Aydin 等[24]對土耳其的P.pseudosyriaca和P.syriaca的比較分析，前者僅是花梗長度短于后者，認為前者只是P.syriaca的變種P.syriacavar.pseudosyriaca。

3 結合生化指標的分類研究

由于梨屬植物形態(tài)有相當大的變異，有時只使用植物形態(tài)學特征的確很難分離不同種類。Challice等[4]使用29 個化學物質含量如黃酮類和酚類物質，以及22 個葉、果和枝形態(tài)指標，編制計算機程序，分析不同梨種之間的分類關系，提出了不同區(qū)域的22 個梨基本種。其中P.koehneiSchneider 被認為是中國西南山區(qū)和臺灣的梨種，但并沒有得到中國分類專家的認同，而被認為是豆梨的變種之一[28]。Chouliaras 等[29]利用同工酶LAP 和GOT，對28 個不同梨種質進行聚類分析，第1個組群主要是P.gharbiana、P.balansae、P.lyndleyi及西洋梨品種和砂梨品種，第2個組群主要是P.betulifolia、P.faureii和P.nivalis，第3個組群僅是P.caleryana。林伯年等[30]對梨屬的秋子梨、白梨、砂梨、西洋梨、新疆梨、杜梨、木梨、麻梨和褐梨等9 個種的某些品種的過氧化物酶同工酶的測定表明，不同種間譜帶差異較大，種內品種間譜帶差異較小，西洋梨譜帶類型與東方梨有很大差異，白梨和砂梨品種間譜帶類型交錯，認為白梨和砂梨相似可列為一個種。曹麗等[31]對POD同工酶的研究表明，白梨與砂梨系統(tǒng)品種聚類在一起，將蘋果梨歸為白梨系統(tǒng)更為合適。馬兵鋼等[32]利用POD 和EST同工酶的研究表明，蘋果梨與秋子梨系統(tǒng)的親緣關系更近，‘庫爾勒香梨’與白梨系統(tǒng)的親緣關系更近。利用化學成分和同工酶進行分類學研究已經很少了，其對形態(tài)分類起到一定的補充驗證作用，但仍然存在很多局限性，并不能解釋形態(tài)差異的根本原因。

4 結合分子技術的分類研究

伴隨分子研究的快速發(fā)展和分子標記技術的應用，各種分子標記技術被應用于梨屬植物的親緣關系和多樣性分析研究。應用于核基因組的分子標記AFLP[33]、SSR[34]等研究，應用于葉綠體基因組的分子標記RFLP[35]、SSR[36]等研究，再到梨基因組重測序的比較研究[37]。梨屬植物分子水平的系統(tǒng)樹聚類分析研究，對傳統(tǒng)的形態(tài)學分類結果提供一定的支撐，但是并不能完美解釋和解決所有分類難題。

從宏觀水平的大量分子研究結果來看，系統(tǒng)樹聚類圖中東方梨和西方梨都是分開的，栽培品種和野生種質都是分開的。分子技術研究揭示，野生種P.caucasica和P.pyrasterL.Burgsd是歐洲梨栽培品種（P.communisL.）的主要祖先[38]，進一步支持了Challice和Westwood 的觀點。Bennici等[39]利用SSR分子標記對基因組DNA和葉綠體DNA進行比較分析，表明野生種P.amygdaliformisg更加保守，意大利西西里島當地梨品種與其他歐洲栽培梨品種相比，與野生種P.pyraster表現出較高的遺傳相似性。Zheng 等[40]的研究結果無法最終澄清東亞梨種群是屬于單系類群，還是屬于歐亞西部種群的并系類群，而其他幾種歐亞種（P.elaeagrifoliaPall.、P.nivalisJacq.、P.salicifoliaPall.和P.spinosaForssk.）并非是單系類群。Korotkova 等[16]系統(tǒng)發(fā)育重建表明，所采集的高加索梨種群也不是一個單系類群。Wu等[37]對來自世界各地的113份梨種質的基因組重測序分析，包括63份亞洲梨（31 份栽培種和32 份野生種）和50 份歐洲梨（25 份栽培種和25 份野生種），認為梨起源于我國西南地區(qū)，經過亞歐大陸進行傳播，東方梨與西洋梨分別經歷了獨立馴化的過程。歐洲唯一栽培梨種（P.communis）來自野生種P.pyraster，亞洲栽培種P.pyrifolia和P.bretschneideri來自共同的祖先野生種P.pyrifolia[36-37]，P.sinkiangensis擁有亞洲梨和歐洲梨的遺傳背景，而P.regelii、P.armeniacaefolia、P.xerophila、P.hopeiensis和P.fauriei也有混合遺傳背景[37]。

從微觀水平上的大量分子研究結果來看，分子標記還不能區(qū)分芽變品種和部分個體的分類問題。我國的‘庫爾勒香梨’和‘蘋果梨’的分類也存在爭議，形態(tài)特征和分子標記各有依據。俞德浚將新疆梨從別的梨種中分離出來，并確立了新疆梨的獨立地位，但根據植物形態(tài)卻將‘庫爾勒香梨’歸屬在白梨系統(tǒng)[41]。分子標記聚類分析表明，既有研究結果支持將‘庫爾勒香梨’歸屬為新疆梨[42]，也有研究結果支持將其歸屬于白梨系統(tǒng)[43]。俞德浚[41]認為從植物形態(tài)上‘蘋果梨’應歸為砂梨系統(tǒng)，而分子標記結果更多支持‘蘋果梨’歸為白梨系統(tǒng)[34]。Sharifani 等[44]對6 個種34 份梨種質分別進行SSR 分子標記和形態(tài)標記聚類分析，結果2個系統(tǒng)樹圖差異較大，種間交錯分布明顯，分子標記的遺傳距離并不能充分反映形態(tài)數據的遺傳距離。目前，分子技術還沒能結合具體植物形態(tài)的局部差異進行分類學鑒定，比如葉尖、葉緣、宿萼、脫萼、有刺和茸毛等。另外根據相關研究，筆者認為如SSR 分子標記引物選擇和數量對基因遺傳距離的分析也有較大影響。而實際上人工雜交培育的部分新品種或優(yōu)系種質更是面臨分類困難的問題，筆者認為既有物種本身的問題，也有所用分類方法的問題。

5 梨屬植物分類的展望

由于單系類群、并系類群和復系類群的存在，不僅梨屬植物的分類存在爭議難題，其他一些植物等也存在分類的難題，三大分類學派的學術分歧使得林奈分類法的應用面臨挑戰(zhàn)。歷史上由于時間和地理跨度的原因，加之梨屬植物種間很容易發(fā)生自然雜交，逐漸產生了大量的中間類型，各國專家不能全面掌握相關詳細信息，缺乏全面系統(tǒng)的比較分析，給梨屬植物的正確分類帶來了困難，甚至產生許多同物異名種現象（表3）。另外，生化標記和分子標記并不能完美對應解釋植物形態(tài)的差異，目前還不足以解決以植物形態(tài)差異進行分類所面臨的諸多問題。

表3 梨屬分類中的部分同物異名種及變種

近些年來，由于計算機技術的飛速發(fā)展，人工智能已經應用于諸多領域，圖像識別技術將有可能輔助解決植物分類的部分難題?！蹲匀弧冯s志報道，研究人員利用掃描植物標本卡獲得的2.6 萬余幅圖像對類似算法進行了訓練，該計算機程序最終能以近80%的準確度鑒別出植物物種，這可能比分類學家的表現好很多[45]。翟果等[46]利用數字圖像處理技術識別觀賞菊品種的方法，結果表明20 個品種的平均正確識別率可達到92.17%，驗證了利用圖像處理技術識別觀賞菊品種的可行性。張雪芹等[47]利用基于深度學習的圖像識別算法，訓練所得的植物識別模型可識別206種植物，準確率達到86.7%，并以此模型為基礎開發(fā)了包含多個應用前端的智能植物圖像識別系統(tǒng)供測試和使用。

2011年在澳大利亞墨爾本召開的第十八屆國際植物學大會表決通過了“墨爾本法規(guī)”，其中幾個重要的變化將影響新名稱的發(fā)表，提供了有關電子出版物的命名新規(guī)則的草案文本，并概述了相應的最佳做法；今后新名稱的作者、編輯和出版商都將確保含新名稱的出版物符合“墨爾本法規(guī)”，以便其中的名稱是有效發(fā)表[48]。結合新的相關命名法規(guī)“墨爾本法規(guī)”，應加強國際間的合作研究，通過組織召開關于梨屬植物分類學國際大會，統(tǒng)一規(guī)范對梨屬植物的分類標準，建立更加豐富的梨屬植物分類信息互聯(lián)網數據庫，借助人工智能圖像識別技術和分子技術，也許能讓計算機替代人工有效解決梨屬植物的分類問題。