段九菊， 梁 崢， 賈民隆， 宋卓琴， 張 超， 曹冬梅

(山西農業(yè)大學園藝學院， 山西 太原 030031)

萱草屬(HemerocallisLinn.)為百合科(Liliaceae)多年生宿根草本植物，兼具食用、藥用和觀賞價值，該種繁殖容易、管理簡單、抗逆性強，為一種重要的園林綠化植物。萱草屬種質資源豐富，全世界約14種，中國原產11種[1]，是世界萱草屬植物的原產中心及分布中心。全球已登錄的現(xiàn)代萱草品種達8萬多個，絕大多數(shù)品種由歐美國家培育[2]，其中很多優(yōu)良品種是由原產中國的原始種為親本雜交培育而成[3]。長期以來國內的萱草資源整理與評價利用工作相對落后，存在分類混亂、缺少優(yōu)良育種親本、遺傳基礎狹窄等問題，制約了中國萱草育種工作的開展。目前，國內具有自主知識產權的優(yōu)異萱草品種極度缺乏[4]，因此，進行萱草資源評價及其遺傳多樣性分析對優(yōu)異資源合理利用及品種改良具有重要意義[5]。

野生萱草是觀賞萱草的近緣祖先，具有一般觀賞品種不具備的優(yōu)良基因，是萱草育種的優(yōu)良親本。觀賞萱草的許多品種是在野生萱草的基礎上精心選育得到的栽培品種。研究者對野生萱草資源已經開展了一些研究工作，例如：朱云華[6]利用ISSR-PCR分子標記技術進行萱草屬種間和品種間遺傳多態(tài)性分析，發(fā)現(xiàn)野生種間的遺傳多態(tài)性高于品種間；黎海利等[7]采用AFLP標記對萱草部分野生種和栽培品種進行了親緣關系研究，將供試35份材料分為早花、中花和晚花3類；任毅等[8]認為，萱草屬的遺傳變異與地理位置、環(huán)境及居群間的遺傳變化有關。因此，開展萱草屬野生資源的收集、評價和鑒定是挖掘和利用優(yōu)異萱草資源的前提。山西省南北狹長、地形地貌多樣，野生植物資源豐富。據報道，山西省分布有5種萱草屬植物，分別為黃花菜(H.citrinaBaroni)、北黃花菜(H.lilioasphodelusLinn.)、北萱草(H.esculentaKoidz.)、萱草〔H.fulva(Linn.) Linn.〕和小黃花菜(H.minorMill.)[9]。本項目組對山西省進行了多年的萱草屬野生資源調查工作，前期已對收集的野生資源進行了染色體核型分析[10]及ISSR分子標記[11]研究。為進一步掌握和利用山西省萱草屬野生資源，了解山西省萱草屬野生資源的類型分布及表型多樣性狀況，本文對收集的萱草屬野生資源進行了表型性狀鑒定與評價，并進行相關性分析、主成分分析和聚類分析，以期為萱草野生屬資源的收集保存、親本選擇、開發(fā)利用和新品種選育等提供理論與實踐依據。

1 材料和方法

1.1 材料

供試黃花菜、北黃花菜、北萱草和萱草的28份材料為本項目組近十年來野外采集的山西省萱草屬野生資源，采集信息見表1。采集的野生資源主要分布在山坡、林緣、石縫、灌叢、草叢和溝谷等生境中，每份材料采集5～10株，整叢移植至山西農業(yè)大學園藝研究所萱草種質資源圃(東經112°36′、北緯37°48′)后進行分株擴繁。該圃年平均氣溫9 ℃，無霜期200 d左右，年均降水量450 mm左右。

于2019年至2020年(每年4月至10月)進行2年試驗調查，試驗采用隨機區(qū)組設計。每份材料均為隨機排列，每小區(qū)種植20株株齡5 a的材料，行距60 cm、株距50 cm。每份材料種植3個小區(qū)，視為3次重復。全生育期按常規(guī)方法進行水肥管理和病蟲害防治。

1.2 方法

參照李森等[12]和金立敏等[13]的方法對表型性狀(18個數(shù)量性狀和6個質量性狀)進行調查和測定。使用卷尺(精度0.1 cm)測量數(shù)量性狀。每份材料隨機選取生長健康、開花正常的10個樣株，測量株高(地面到植株最高點的距離，不含花序)和冠幅(植株最寬處的寬度)。于花期在每個樣株上隨機選取完整且健康的成熟葉片、花朵、花葶、花序和花蕾各5個，測量葉長(植株中部成熟葉片基部到葉尖的距離)、葉寬(植株中部成熟葉片展平后中部的寬度)、花徑(顯色花朵的最大直徑)、花被管長(花被管基部到花被開裂處的距離)、花梗長(單朵花分枝基部到最外層苞片基部的距離)、內花被片長(開放花朵最外側內花被片的長度)、內花被片寬(開放花朵最外側內花被片的最大寬度)、外花被片長(開放花朵外花被片的長度)、外花被片寬(開放花朵外花被片的最大寬度)、花葶長(最上面葉片基部到花序頂端的距離)、花葶直徑(花葶上花序下方1 cm處的直徑)、花序長(花朵全部凋謝后花序底端第1朵花著生處至最頂端花朵著生處的距離)、花序直徑(花序第1朵花顯色時整個花序的最大直徑)、花蕾長(即將開放花蕾長度)和花蕾直徑(即將開放花蕾的最大直徑)，并統(tǒng)計單花序著花量(花朵全部凋謝后花序上的花托數(shù)量)。

表1 山西省萱草屬野生資源的采集信息

對株型、花型、瓣型、花色、花期和二次開花6個質量性狀分別進行分級：1)株型分為小型植株(株高小于40 cm)、中型植株(株高介于40～60 cm之間)和大型植株(株高大于60 cm)，分別對應1、2和3級；2)花型分為微型花(花徑小于7 cm)、小型花(花徑介于7～11 cm之間)和大型花(花徑大于11 cm)，分別對應1、2和3級；3)花色分為黃色系、紅色系和橙色系，分別對應1、2和3級；4)瓣型分為單瓣和重瓣，分別對應1和2級；5)花期分為早期(初花期為5月初至5月底)、中期(初花期為6月初至7月底)和晚期(初花期為8月初及以后)，分別對應1、2和3級；6)二次開花分為無和有，分別對應1和2級。質量性狀的分布頻率以某一級別性狀出現(xiàn)的樣株數(shù)與總樣株數(shù)的百分比表示。使用Nikon E995相機(日本Nikon公司)對開花期植株、花序和花等進行拍照。

1.3 數(shù)據處理

使用EXCEL 2010軟件計算數(shù)量性狀的最小值、最大值、極差和均值。使用SPSS 16.0軟件計算標準差和變異系數(shù)，進行相關性分析、主成分分析和聚類分析；并根據每份材料在主成分上的取值，繪制三維主成分散點圖。

2 結果和分析

2.1 山西省萱草屬野生資源表型性狀的差異比較

2.1.1 數(shù)量性狀的差異比較 供試山西省萱草屬野生資源數(shù)量性狀的比較和變異分析見表2。結果顯示：山西省萱草屬28份材料的株高和冠幅的變幅分別為21.6～90.0和45.0～110.0 cm，均值分別為48.7和70.0 cm。從葉片性狀來看，葉長和葉寬的變幅為38.2～105.0和1.0～3.7 cm，均值分別為71.5和2.3 cm。從單花性狀來看，花徑、花被管長、花梗長、內花被片長、內花被片寬、外花被片長和外花被片寬的變幅分別為7.9～15.0、1.9～5.0、0.1～1.5、6.0～11.2、1.8～3.5、5.9～11.1和1.1～2.1 cm，均值分別為10.7、3.1、0.5、8.6、2.5、8.1和1.5 cm。從花葶及花序性狀來看，花葶長、花葶直徑、花序長、花序直徑和單花序著花量的變幅分別為54.9～145.0 cm、0.3～1.0 cm、10.5～48.0 cm、4.0～39.0 cm和10～44個，均值分別為98.4 cm、0.7 cm、27.0 cm、17.0 cm和25個。從花蕾性狀來看，花蕾長和花蕾直徑的變幅分別為6.1～13.4和0.8～1.8 cm，均值分別為9.0和1.2 cm。

表2 山西省萱草屬野生資源數(shù)量性狀的比較和變異分析

各性狀在不同材料間表現(xiàn)出不同程度的表型多樣性，28份材料18個數(shù)量性狀變異系數(shù)的變幅為15.89%～80.00%，其中，花梗長的變異系數(shù)最大，單花序著花量和花序長的變異系數(shù)也較大，分別為40.00%和39.26%?；◤降淖儺愊禂?shù)最小，內花被片長和外花被片長的變異系數(shù)較小，分別為16.28%和17.28%，說明山西省萱草屬野生資源花徑、花被片長的穩(wěn)定性相較于其他表型性狀好?？傮w來看，18個數(shù)量性狀均具有較高的表型多樣性。

2.1.2 質量性狀的差異比較 基于供試山西省萱草屬野生資源6個質量性狀的分級結果，對其質量性狀進行變異分析，結果(表3)顯示：山西省萱草屬28份材料的株型、花型、花色、瓣型、花期和二次開花的均值分別為2.0、2.3、1.8、1.3、1.9和1.0。6個質量性狀變異系數(shù)的變幅為18.27%～38.55%，從大到小依次為花色、株型、瓣型、花期、花型、二次開花。株型以中型植株數(shù)量最多，占46.4%；花型以小型花植株數(shù)量最多，占67.9%，在1級微型花上沒有分布；花色以紅色系植株數(shù)量最多，占50.0%；瓣型以單瓣植株數(shù)量最多，占75.0%；花期以中期開花植株數(shù)量最多，占78.6%；二次開花植株數(shù)量僅占3.6%，一次開花植株占有絕對優(yōu)勢，占96.4%。

表3 山西省萱草屬野生資源質量性狀的變異分析1)

選取每個種中性狀差異明顯的材料進行拍照，結果(圖1)顯示：編號S3、S5和S9的黃花菜在花徑、花被管長和花被片長方面具有明顯差異；S10屬于北黃花菜；編號S11和S14的北萱草在花徑、花被片長和花色方面略有差異；編號S16、S17、S21、S26和S27的萱草在花徑、花被片長、花色和瓣型方面具有明顯差異。

A，B，C： 分別為采自太原市、交城縣和大同市云州區(qū)的黃花菜Hemerocallis citrina Baroni collected from Taiyuan City， Jiaocheng County and Yunzhou District of Datong City， respectively； D： 采自五臺山風景區(qū)的北黃花菜H. lilioasphodelus Linn. collected from Wutai Mountain Scenic Area； E，F(xiàn)： 分別為采自平定縣和沁水縣的北萱草H. esculenta Koidz. collected from Pingding County and Qinshui County， respectively； G，H，I，J，K： 分別為采自太原市、太谷縣、交城縣、陽城縣和蟒河國家級自然保護區(qū)的萱草H. fulva (Linn.) Linn. collected from Taiyuan City， Taigu County， Jiaocheng County， Yangcheng County and Manghe National Nature Reserve， respectively.

2.2 山西省萱草屬野生資源表型性狀的相關性分析

山西省萱草屬野生資源表型性狀間的相關系數(shù)見表4。結果顯示：山西省萱草屬28份材料大部分表型性狀間均存在極顯著(P<0.01)或顯著(P<0.05)的正相關或負相關，說明野生資源大部分表型性狀間相互影響。如花徑與冠幅、葉長、葉寬、花葶長、花葶直徑、內花被片長、內花被片寬、外花被片長、外花被片寬、花蕾直徑、花序直徑、株型、花型、花期呈極顯著正相關，相關系數(shù)分別為0.630、0.646、0.614、0.517、0.523、0.566、0.475、0.546、0.480、0.649、0.545、0.481、0.816和0.448；與花梗長和花序長呈顯著正相關，相關系數(shù)分別為0.380和0.400。

表4 山西省萱草屬野生資源表型性狀間的相關系數(shù)1)

2.3 山西省萱草屬野生資源表型性狀的主成分分析

主成分分析結果(表5)顯示： 山西省萱草屬28份材料24個表型性狀前5個主成分的特征值總和為19.960，累計貢獻率達83.169%，說明前5個主成分可以反映萱草屬28份材料表型性狀的基本特征。第1主成分的貢獻率為40.396%，其中，花葶長(0.869)、葉長(0.863)、株型(0.818)和花序長(0.809)的特征向量絕對值較大。第2主成分的貢獻率為23.151%，其中，內花被片寬(0.796)、花被管長(-0.776)、瓣型(0.764)和花蕾長(-0.762)的特征向量絕對值較大。第3主成分的貢獻率為9.280%，其中，花期(-0.731)、花梗長(-0.602)、瓣型(-0.477)和花色(0.457)的特征向量絕對值較大。第4主成分的貢獻率為5.849%，其中，花徑(-0.462)、花序長(0.447)、花型(-0.429)和單花序著花量(0.421)的特征向量絕對值較大。第5主成分的貢獻率為4.493%，其中，二次開花(0.598)、外花被片寬(-0.407)和花梗長(0.401)的特征向量絕對值較大。

表5 山西省萱草屬野生資源表型性狀的主成分分析結果1)

依據主成分分析結果，繪制了三維主成分散點圖，結果(圖2)顯示：山西省萱草屬28份材料分成3個富集區(qū)，第1類由萱草的14份材料富集而成，第2類由黃花菜的9份材料富集而成，第3類由北萱草和北黃花菜的5份材料富集而成。同種的材料基本集中在一起，其中黃花菜和萱草的材料較多，相對較為分散。

： 北黃花菜Hemerocallis lilioasphodelus Linn.； ： 北萱草H. esculenta Koidz.； ： 黃花菜H. citrina Baroni ； ： 萱草H. fulva (Linn.) Linn.

2.4 山西省萱草屬野生資源表型性狀的聚類分析

基于18個數(shù)量性狀和6個質量性狀數(shù)據，對山西省萱草屬28份材料表型性狀進行聚類分析，結果(圖3)顯示：在歐氏距離17處，28份材料可分為3組，其中，組Ⅰ包含7份材料，為4份北萱草、2份黃花菜和1份北黃花菜；組Ⅱ包含4份材料，均為黃花菜；組Ⅲ包含17份材料，為14份萱草和3份黃花菜。在歐氏距離13處，組Ⅲ可以進一步分成Ⅲ1和Ⅲ22個亞組，其中，亞組Ⅲ1包含14份材料，均為萱草；亞組Ⅲ2包含3份材料，均為黃花菜。總體上看，黃花菜散布在3個組中，組Ⅰ的黃花菜材料植株低矮、冠幅小、花葶細短；組Ⅱ的黃花菜材料植株高大、冠幅大、花葶中等、花序長、花蕾大、花徑大；組Ⅲ的黃花菜材料植株中等、冠幅中等、花葶長。

S1-S9： 分別為采自廣靈縣、左權縣、太原市、交城縣、交城縣、黎城縣、黎城縣、澤州縣和大同市云州區(qū)的黃花菜Hemerocallis citrina Baroni collected from Guangling County， Zuoquan County， Taiyuan City， Jiaocheng County， Jiaocheng County， Licheng County， Licheng County， Zezhou County and Yunzhou District of Datong City， respectively； S10： 采自五臺山風景區(qū)的北黃花菜H. lilioasphodelus Linn. collected from Wutai Mountain Scenic Area； S11-S14： 分別為采自平定縣、黎城縣、黎城縣和沁水縣的北萱草H. esculenta Koidz. collected from Pingding County， Licheng County， Licheng County and Qinshui County， respectively； S15-S28： 分別為采自五臺縣、太原市、太谷縣、交城縣、交城縣、龐泉溝國家級自然保護區(qū)、交城縣、黎城縣、黎城縣、黎城縣、澤州縣、陽城縣、蟒河國家級自然保護區(qū)和歷山國家級自然保護區(qū)的萱草H. fulva (Linn.) Linn. collected from Wutai County， Taiyuan City， Taigu County， Jiaocheng County， Jiaocheng County， Pangquangou National Nature Reserve， Jiaocheng County， Licheng County， Licheng County， Licheng County， Zezhou County， Yangcheng County， Manghe National Nature Reserve and Lishan National Nature Reserve， respectively.

3 討 論

3.1 山西省萱草屬野生資源表型性狀的差異分析

表型性狀是植物一切外部性狀的綜合，是植物適應環(huán)境變異最直接的表現(xiàn)[14]。表型性狀的鑒定和描述是種質資源研究最基本的方法和途徑[15]。研究表明，變異系數(shù)可反映群體包含目標性狀優(yōu)良個體的幾率[16-18]。當變異系數(shù)大于10%時，說明樣本間差異較大[19]。本研究中，18個數(shù)量性狀變異系數(shù)的變幅為15.89%～80.00%，6個質量性狀變異系數(shù)的變幅為18.27%～38.55%，均大于10%，說明供試萱草屬野生資源的形態(tài)變異較為豐富，具有豐富的表型多樣性，可以為萱草屬新品種選育提供豐富的親本材料。數(shù)量性狀中，花梗長的變異系數(shù)最大(高達80.00%)，變幅為0.1～1.5 cm，其次為單花序著花量和花序長，變異系數(shù)分別為40.00%和39.26%，說明這3個表型性狀具有較高的多樣性；而花徑、內花被片長和外花被片長的變異系數(shù)相對較小，說明花徑和花被片長的遺傳穩(wěn)定性相對較好，且花徑的變異系數(shù)與內外花被片長接近，這與李森等[12]對萱草觀賞性狀變異的研究結果一致。質量性狀的差異主要在于花色和株型，變異系數(shù)分別為38.55%和37.76%，二次開花相對穩(wěn)定，變異系數(shù)僅18.27%，28份材料中僅有1份材料二次開花。此外，調查中未發(fā)現(xiàn)微型花資源及小黃花菜的資源，有待進一步收集保存。

3.2 山西省萱草屬野生資源表型性狀的主成分分析和聚類分析

主成分分析結果顯示：萱草屬野生資源24個表型性狀前5個主成分的累計貢獻率達到83.169%，可以反映供試萱草屬材料的基本特征。第1主成分主要反映植株整體形態(tài)特征，第2和第4主成分主要反映單朵花及花序形態(tài)特征，第3和第5主成分主要反映花期、花梗長和花色特征?？傮w上看，與植株整體形態(tài)特征相關的表型性狀(包括花葶長、葉長、株型和花序長)是造成萱草屬野生資源表型差異的主要因子；其次為單朵花、花序形態(tài)特征、花期和花色特征，這些表型性狀也是影響萱草屬野生資源表型多樣性的關鍵性狀。本結果與黎海利[20]對7份萱草屬部分野生種及83份栽培品種進行形態(tài)性狀的主成分分析結果基本一致。

聚類分析結果顯示：供試山西省萱草屬28份材料分為3組，組Ⅰ主要為北萱草，這些材料的共同特征是單瓣，花色為黃色或橙色，花期早，部分材料具有二次開花特性，可作為選育早花或多次開花萱草新品種的優(yōu)良資源；組Ⅱ均為黃花菜，這些材料的共同特征是單瓣，花色為黃色，以食用為主，可作為選育優(yōu)質高產黃花菜新品種的優(yōu)良資源；組Ⅲ主要為萱草，這些材料的共同特征是單瓣或重瓣，花色為紅色或橙色，觀賞價值高，主要用于園林綠化。聚類分析結果表明同種的材料基本聚為一類，與三維主成分散點圖的結果基本吻合，較好地反映了種間的遺傳差異。說明運用表型性狀可以有效鑒別山西省萱草屬野生資源。

利用表型性狀的相關性可以提高選擇效率，加快育種的進程[21]。本文中，萱草屬28份材料大部分表型性狀間既相互促進又相互制約?？筛鶕@林用途、觀賞目標和食用價值對萱草資源進行定向篩選，針對萱草雜交育種有目的地進行種質資源的優(yōu)化組合，最終培育出適合不同利用價值的萱草新品種。

3.3 萱草屬野生資源的開發(fā)利用和展望

豐富的種質資源可為植物新品種選育提供良好的遺傳基礎[22]。由于長期進行品種間雜交和秋水仙素加倍，萱草已長期沒有新的基因融入，品種間的遺傳差異已經越來越小[23]。本項目組通過對山西省萱草屬野生資源調查發(fā)現(xiàn)，萱草屬野生資源的表型性狀具有豐富的多樣性，植株間變異較大。萱草屬野生資源具有優(yōu)異的抗寒抗旱[24]、早花或晚花、多次開花等特性，具有很大的利用價值，本文報道的山西省北萱草資源在萱草育種中很少被利用[6]，可以根據園林用途的不同對萱草屬資源進行定向篩選，充分利用這些資源培育出更多具有自主知識產權的萱草新品種。