建蘭品種資源數(shù)量性狀與分組性狀的DUS判定

鐘聲遠(yuǎn)，鐘海豐，陳宇華，陳劍鋒，張 薈，鐘淮欽，林 兵，劉中華，邱思鑫，黃敏玲

(1福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 作物研究所，福建 福州 350013；2農(nóng)業(yè)農(nóng)村部 植物新品種測試福州分中心，福建 福州350013)

建蘭(Cymbidiumensifolium)是蘭科(Orchidaceae)蘭屬(Cymbidium)多年生草本植物，花香淡雅，姿態(tài)優(yōu)美，因其花期較長且可多次開花，又名四季蘭。建蘭主要分布在中國福建、四川、廣西、廣東、臺灣等地，福建是建蘭的主要產(chǎn)區(qū)，有著悠久的栽培歷史。建蘭性喜陰，忌強光直射，耐寒性較差，喜溫暖濕潤和半陰環(huán)境，忌干燥，適宜采用富含腐殖質(zhì)的疏松肥沃土壤。建蘭除了觀賞外，還可入藥，有極高的園藝和藥用價值[1-3]。

植物品種特異性(Distinctness)、一致性(Uniformity)和穩(wěn)定性(Stability)測試(簡稱DUS測試)是定義植物品質(zhì)的科學(xué)方法，也是目前我國作物品種管理、新品種保護(hù)、育種評價的重要技術(shù)支撐[4-5]。DUS測試指南是新品種審查測試的技術(shù)基礎(chǔ)和授權(quán)的科學(xué)依據(jù)[6]，在目前的DUS測試中，除了部分作物品種利用分子標(biāo)記等方法進(jìn)行品種鑒定外，大部分作物的DUS測試還是以傳統(tǒng)的表型性狀觀察和形態(tài)學(xué)測量為主[7]。其中數(shù)量性狀是植物形態(tài)描述的主要指標(biāo)體系，數(shù)量性狀的評價標(biāo)準(zhǔn)是開展種質(zhì)評價和DUS測試的重要內(nèi)容[8-9]。數(shù)量特征通常是基因型組合的結(jié)果，因此在不同環(huán)境中表達(dá)的變化程度有所不同[10-11]，容易受到年度、區(qū)域、環(huán)境等因素的影響[12]。為了建立科學(xué)的評價與分級體系，有必要對數(shù)量性狀的變異情況及分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究分析[13]。通常在進(jìn)行DUS測試時，為了修正環(huán)境條件對不同表達(dá)狀態(tài)的影響，同時種植標(biāo)準(zhǔn)品種，參照標(biāo)準(zhǔn)品種的表現(xiàn)來給測試品種分級，但在實際測試過程中，由于標(biāo)準(zhǔn)品種過于陳舊等原因而很難收齊，因此數(shù)量性狀分級更多地是根據(jù)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分[14]。

對建蘭性狀的研究中，艾葉等[15]基于27個建蘭數(shù)量性狀，從226個建蘭品種中篩選了包含60個品種的核心種質(zhì)；艾葉等[16]還利用建蘭植株、花部和葉部形態(tài)3個方面共21個評價因子，基于層次分析法構(gòu)建了建蘭品種觀賞價值評價模型，結(jié)果表明花部形態(tài)是評價建蘭觀賞價值的核心要素；王宏利等[17]觀測了30份建蘭種質(zhì)資源的25個表型性狀，通過變異系數(shù)分析、主成分分析和聚類分析，對供試材料進(jìn)行了聚類和花部性狀的綜合評分。

針對建蘭數(shù)量性狀進(jìn)行分級時，具體分級過程中采用級差大于2倍LSD0.05(最小顯著差數(shù))，可以有效避免由于群體內(nèi)部變異造成最終分級結(jié)果的偏差[18]，然后再通過主成分分析對分組性狀進(jìn)行判定。李季鴻[19]采用極差法對142個蘭屬品種的10個數(shù)量性狀進(jìn)行了分級，并基于植物新品種DUS測試照片的要求，對蘭屬品種提供了規(guī)范的拍攝指導(dǎo)。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]。張鵬等[21]通過觀測15個數(shù)量性狀，對48個蝴蝶蘭品種的數(shù)量性狀和分組性狀進(jìn)行了DUS判定；徐珍等[22]對45個金針菇品種的21個性狀進(jìn)行分析，對12個數(shù)量性狀進(jìn)行分級并通過形態(tài)性狀的聚類篩選出分組性狀。 但總體來看，目前關(guān)于建蘭DUS測試及數(shù)量性狀分級的研究報道尚比較少。

DUS測試指南不僅是DUS測試機構(gòu)進(jìn)行測試的技術(shù)手冊，而且是主管機構(gòu)進(jìn)行檢查的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，研制測試指南對促進(jìn)中國植物新品種保護(hù)的發(fā)展和提高在國際植物新品種保護(hù)領(lǐng)域的地位均有重要意義[23]。 目前暫無建蘭的DUS測試指南，統(tǒng)一使用的是《植物新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測試指南：蘭屬》(NY/T 2441-2013)[24](以下統(tǒng)稱《蘭屬植物DUS測試指南》)，《蘭屬植物DUS測試指南》中包含建蘭、蕙蘭、墨蘭等，在性狀表達(dá)上有部分差異，因此應(yīng)根據(jù)建蘭具體的性狀表達(dá)，加快推進(jìn)建蘭測試指南的研制。本試驗旨在通過對收集的32份建蘭種質(zhì)資源數(shù)量性狀的分析，確定數(shù)量性狀的分級和分組性狀，以期為建蘭種質(zhì)資源的開發(fā)利用提供參考，并為建蘭測試指南的研制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗材料為收集保存于農(nóng)業(yè)農(nóng)村部植物新品種測試福州分中心的32份建蘭種質(zhì)資源。

1.2 主要數(shù)量性狀的觀測

主要對《蘭屬植物DUS測試指南》中列出的18個數(shù)量性狀進(jìn)行測試，為了更好地進(jìn)行分級，對該指南中的群體目測性狀,即植株大小和假鱗莖大小也進(jìn)行了測量。本試驗所有性狀的測量均以單株為單位進(jìn)行，每個品種測量10株，每株取樣數(shù)量為1個，測試的時間、部位、方法和要求嚴(yán)格按照《蘭屬植物DUS測試指南》執(zhí)行，詳見表1。

表1 建蘭品種資源數(shù)量性狀及測量方法Table 1 Quantitative characteristics and measurement methods of Cymbidium ensifolium cultivars

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

1.3.1 數(shù)量性狀表達(dá)狀態(tài)的劃分和相關(guān)性分析 通過Excel計算出18個數(shù)量性狀的平均值，根據(jù)《蘭屬植物DUS測試指南》中的分級數(shù)，將此平均值設(shè)定為中間級數(shù)的中位數(shù)，依照級差大于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(jìn)行劃分，每個分級包含的區(qū)間均不小于2倍LSD0.05，之后根據(jù)該指南得到各數(shù)量性狀的分級區(qū)間，并用數(shù)字表示。劃分區(qū)間后，根據(jù)分級范圍對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行計數(shù)，并計算其在各區(qū)間的分布頻率。

相關(guān)性分析是對2個或多個具備相關(guān)性的變量元素進(jìn)行分析，從而衡量兩個變量因素相關(guān)關(guān)系的密切程度，本研究運用SPSS軟件進(jìn)行各數(shù)量性狀間的相關(guān)性分析。

1.3.2 數(shù)量性狀穩(wěn)定性和變異情況分析 用Excel計算18個數(shù)量性狀的最大值、最小值、平均值、變異幅度、品種內(nèi)變異系數(shù)和品種間變異系數(shù)，其中變異系數(shù)(CV)的計算公式為CV=(標(biāo)準(zhǔn)差/平均值)×100%。

計算單個品種每個性狀觀測數(shù)據(jù)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差以及變異系數(shù)，再求該性狀在所有建蘭種質(zhì)資源中變異系數(shù)的平均值，即為該性狀的品種內(nèi)變異系數(shù)。根據(jù)單個品種每個性狀觀測數(shù)據(jù)的平均值，計算出該性狀在所有品種中的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差以及變異系數(shù)，該變異系數(shù)即為品種間變異系數(shù)。

1.3.3 數(shù)量性狀主成分分析和分組性狀的判定 主成分分析法是通過降維，將多個變量簡化為較少的幾個綜合性指標(biāo)，以減少數(shù)據(jù)過多或重疊帶來的不便，但仍可再現(xiàn)原有變量和綜合指標(biāo)的關(guān)系。因此，本研究利用主成分分析法作為確定分組性狀的科學(xué)方法[25]，通過對18個數(shù)量性狀進(jìn)行主成分分析，以輔助DUS測試的分組性狀的判定。

2 結(jié)果與分析

2.1 建蘭品種資源數(shù)量性狀的等級劃分和相關(guān)性

2.1.1 等級劃分 根據(jù)《蘭屬植物DUS測試指南》中的分級數(shù)，將18個數(shù)量性狀劃分為3,5,9級表達(dá)狀態(tài)，計算出各數(shù)量性狀的平均值和LSD0.05，據(jù)此對各數(shù)量性狀的分級區(qū)間進(jìn)行劃分，結(jié)果見表2。

表2 建蘭品種資源數(shù)量性狀的等級劃分Table 2 Classification of quantitative characteristics of Cymbidium ensifolium cultivars

參考《蘭屬植物DUS測試指南》并結(jié)合建蘭實際測試情況，18個數(shù)量性狀中葉片數(shù)(C2)由5級改為3級，花序花數(shù)量(C6)由9級改為5級，具體分級范圍及各級分布頻率見表3，其中植株大小(C1)、葉長度(C3)、假鱗莖大小(C5)、花序花數(shù)量(C6)和花序梗長度(C7)共5個數(shù)量性狀劃分為5級，其余13個數(shù)量性狀均劃分為3級。

根據(jù)建蘭品種資源數(shù)量性狀的分布頻率(表3),可以發(fā)現(xiàn)，18個數(shù)量性狀除了植株大小(C1)分布頻率最高的為代碼4的區(qū)間，其余數(shù)量性狀分布頻率最高的均為代碼5區(qū)間，分布頻率呈中間向兩側(cè)減少的趨勢。說明植株大小(C1)的分布頻率是稍微向左的偏態(tài)分布，其余17個數(shù)量性狀的頻率分布較為符合中間多兩頭少的正態(tài)分布，但不同性狀的峰度高低不同。

表3 建蘭品種資源數(shù)量性狀分級范圍與分布頻率Table 3 Classification range and distribution frequency of quantitative characteristics of Cymbidium ensifolium cultivars

2.1.2 相關(guān)性分析 由表4可知，植株大小(C1)與葉片數(shù)(C2)和花序梗粗(C8)呈顯著正相關(guān)，與葉長度(C3)和花序花數(shù)量(C6)呈極顯著正相關(guān)；葉長度(C3)與中萼片長度(C11)呈顯著正相關(guān)，與葉片數(shù)(C2)、花序梗粗度(C8)、花長度(C9)、花寬度(C10)、側(cè)萼片長度(C13)、花瓣長度(C15)、唇瓣長度(C17)呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.453～0.518。在花器官數(shù)量性狀中，花長度(C9)、花寬度(C10)、中萼片長度(C11)、側(cè)萼片長度(C13)、花瓣長度(C15)、唇瓣長度(C17)間兩兩呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.752～0.946，其中花瓣長度(C15)與唇瓣長度(C17)間的相關(guān)系數(shù)最高，為0.946；中萼片寬度(C12)、側(cè)萼片寬度(C14)和花瓣寬度(C16)間兩兩呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.761～0.843；側(cè)萼片長度與側(cè)萼片寬度呈顯著正相關(guān)(0.376)，唇瓣長度與唇瓣寬度呈極顯著正相關(guān)(0.505)，而中萼片和花瓣的長度與寬度之間相關(guān)性不顯著。

表4 建蘭品種資源各數(shù)量性狀間的相關(guān)性Table 4 Correlation among quantitative characteristics of Cymbidium ensifolium cultivars

表4(續(xù)) Continued table 4

2.2 建蘭品種資源數(shù)量性狀的穩(wěn)定性和變異情況分析

32個建蘭品種的18個數(shù)量性狀的最大值、最小值、平均值、變異幅度、品種內(nèi)和品種間變異系數(shù)見表5。表5結(jié)果顯示，建蘭各數(shù)量性狀在品種內(nèi)的變異系數(shù)為3.36%～12.10%，均小于15%，說明各性狀在品種內(nèi)的穩(wěn)定性較高。品種內(nèi)變異系數(shù)最大的是葉片數(shù)(C2)，最小的是花瓣長度(C15)，葉片數(shù)(C2)、葉長度(C3)、花序花數(shù)量(C6)在品種內(nèi)的變異系數(shù)均大于10%。

表5 建蘭品種資源數(shù)量性狀的變異情況Table 5 Variations of quantitative characteristics among Cymbidium ensifolium cultivars

各數(shù)量性狀在品種間的變異系數(shù)為14.37%～35.89%，較品種內(nèi)變異系數(shù)更大，說明建蘭各性狀在品種間變異豐富。品種間變異系數(shù)最大的是花序梗長度(C7)，最小的是葉片數(shù)(C2)。品種間變異系數(shù)在15%以下的性狀有3個，分別是葉片數(shù)(C2)、假鱗莖大小(C5)、中萼片長度(C11)。

2.3 建蘭品種資源數(shù)量性狀的主成分分析和分組性狀的判定

由表6可知，根據(jù)特征根大于1的原則選取前5個特征根大于1的成分，5個成分的累積貢獻(xiàn)率超過80%，各主成分貢獻(xiàn)率分別為36.173%，17.188%，12.695%，7.522%和6.881%，累積貢獻(xiàn)率為80.460%。

表6 建蘭品種資源DUS測試數(shù)據(jù)的總方差解釋表Table 6 Total variances explained of Cymbidium ensifolium cultivars DUS testing data

表7結(jié)果顯示，主成分1中包含側(cè)萼片長度、唇瓣長度、花瓣長度、花長度、中萼片長度和花寬度6個性狀，且6個性狀間均呈極顯著正相關(guān)，該成分與花朵的長度相關(guān)，因此可稱為花長因子。主成分2中包含植株大小、花序梗粗度、植株葉片數(shù)、葉長度、花序花數(shù)量和葉寬度6個性狀，其中植株大小與葉長度、花序花數(shù)量、葉片數(shù)和花序梗粗度呈極顯著或顯著正相關(guān)，且葉長度與葉片數(shù)、花序梗粗度與葉片數(shù)、葉長度和葉寬度均呈極顯著正相關(guān)，因此可稱為植株因子。主成分3中包含中萼片寬度、側(cè)萼片寬度和花瓣寬度3個性狀，3個性狀間均呈極顯著正相關(guān)，該成分與萼片、花瓣的寬度相關(guān)，因此可稱為萼片寬度因子。主成分4中只有花序梗長度，花序梗長度與花序梗粗度呈顯著相關(guān)，與唇瓣寬度呈極顯著負(fù)相關(guān)，該性狀較為獨立，可稱為花序梗因子。主成分5中包含假鱗莖大小和唇瓣寬度，唇瓣寬度與花瓣長度、唇瓣長度呈極顯著正相關(guān)，與花序梗長度呈極顯著負(fù)相關(guān)，而假鱗莖大小與其他性狀均無顯著相關(guān)性，說明該性狀較為獨立，因此可稱為假鱗莖因子。

表7 建蘭品種資源數(shù)量性狀的成分矩陣Table 7 Quantitative characteristics component matrix of Cymbidium ensifolium cultivars

最終根據(jù)主成分內(nèi)各因子對主成分的影響程度歸納出分組性狀，分別為花長度、植株大小、萼片寬度、花序梗長度和假鱗莖大小。

3 討 論

3.1 建蘭品種資源數(shù)量性狀的分級

對數(shù)量性狀進(jìn)行合理分級是DUS測試中最為重要的一個環(huán)節(jié)。數(shù)量性狀存在較大的不確定性，容易因氣候環(huán)境、栽培條件、年份、品種等因素產(chǎn)生變化，因此，《蘭屬植物DUS測試指南》中并未給出具體的分級數(shù)值，而是列出與各性狀表達(dá)狀態(tài)相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)品種來矯正環(huán)境因素對測試數(shù)據(jù)產(chǎn)生的影響。在實際測試過程中，數(shù)量性狀分級更多地是根據(jù)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分。對于已經(jīng)發(fā)布的《蘭屬植物DUS測試指南》，測試員在應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)錯誤應(yīng)及時反饋到總中心，由總中心公布勘誤表，以提高測試指南的科學(xué)性，也提高測試報告的可信度[26]。

關(guān)于建蘭品種數(shù)量性狀的分級，本研究根據(jù)《蘭屬植物DUS測試指南》中的分級數(shù)進(jìn)行劃分，其中花序花數(shù)量分為9級，分級數(shù)較多，建蘭的花序花數(shù)量一般在10朵以內(nèi)，而大花蕙蘭的花序花數(shù)量可達(dá)到40朵以上[27]，故對建蘭的測試應(yīng)根據(jù)實際情況，可以考慮將花序花數(shù)量的分級數(shù)減少至3級或5級，因此統(tǒng)一的測試指南不一定適合所有的蘭屬品種，研制蘭屬內(nèi)各類品種的測試指南勢在必行。

3.2 建蘭品種資源數(shù)量性狀的變異情況及相關(guān)性分析

性狀變異是物種進(jìn)化及新品種、新物種形成的前提，歷來被植物分類和育種學(xué)家所重視，變異系數(shù)的差異反映了性狀在進(jìn)化過程中遺傳可塑性和保守性方面的不同[28]。

在種間變異方面，32份建蘭種質(zhì)資源各數(shù)量性狀的變異系數(shù)為14.37%～35.89%，表明建蘭種質(zhì)資源在植株、葉片、花朵等相關(guān)數(shù)量性狀上均存在豐富的遺傳多樣性，豐富的遺傳多樣性可為種質(zhì)資源創(chuàng)新利用提供更大的選擇潛力。在種內(nèi)性狀穩(wěn)定性方面，各數(shù)量性狀的變異系數(shù)為3.36%～12.10%，葉片數(shù)、花序花數(shù)量、葉長度3個數(shù)量性狀種內(nèi)變異系數(shù)較大，表明3個性狀的種內(nèi)穩(wěn)定性較差，容易受環(huán)境影響，在開展性狀數(shù)據(jù)采集時需確保植株長勢、花芽分化條件以及栽培管理條件盡可能一致。

性狀間相關(guān)性顯著且相關(guān)系數(shù)較大時，會出現(xiàn)趨于相同的變化趨勢，因此這樣的性狀在品種鑒別中的作用十分有限。在DUS測試中，測試性狀的增加會顯著增加測試工作量和成本，降低測試效率[29]。本研究中，花朵、中萼片、側(cè)萼片、花瓣和唇瓣的長度間及萼片與花瓣的寬度間均存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，因此可以考慮減少幾個相關(guān)性較高的性狀，以減少測試工作量，提升工作效率。

3.3 建蘭品種資源分組性狀的判定

在DUS測試中，分組性狀是一類重要性狀。分組性狀的表達(dá)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(dá)狀態(tài)結(jié)合使用，分組性狀應(yīng)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[30-31]。建蘭DUS測試性狀較多，確定既科學(xué)又實用的分組性狀對品種的劃分有重要意義，目前尚無分組性狀判定的統(tǒng)一方法，應(yīng)在后續(xù)對測試指南內(nèi)容的完善中進(jìn)行深入探討。

本研究參考了《蘭屬植物DUS測試指南》中的分組性狀，該分組性狀中的數(shù)量性狀主要是植株大小、花序花數(shù)量、花長度和花寬度4個方面。通過主成分分析發(fā)現(xiàn)，建蘭品種資源數(shù)量性狀的5個主成分可以歸納為花長度、植株大小、萼片寬度、花序梗長度和假鱗莖大小，其中花長度、萼片寬度和植株大小與《蘭屬植物DUS測試指南》分組性狀中的數(shù)量性狀比較吻合，花寬度可以替換為萼片寬度?！短m屬植物DUS測試指南》中將花序花數(shù)量作為分組性狀，而花序梗長度和假鱗莖大小不屬于該測試指南中的分組性狀。建蘭的花序花數(shù)量一般穩(wěn)定在3～9朵，將花序花數(shù)量作為分組性狀較難對建蘭進(jìn)行品種間的區(qū)分，可能其更適合花序花數(shù)量變化較大的其他蘭屬品種。假鱗莖大小在《蘭屬植物DUS測試指南》中作為目測性狀，且變異幅度較小，而花序梗長度在建蘭品種間的變異幅度更大，因此考慮將其作為建蘭的分組性狀可能比較合適。

本研究尚存在一定的不足，如觀測的品種數(shù)量較少，觀測的數(shù)據(jù)缺乏年度間的校對，對觀測數(shù)據(jù)的分析未進(jìn)行更深入的挖掘等，可能會因此產(chǎn)生一定的誤差。但可以肯定的是，隨著測試指南的完善、測試技術(shù)的進(jìn)步、新的測試方法和工具的開發(fā)，對建蘭品種DUS測試的研究工作將會更加深入。

4 結(jié) 論

數(shù)量性狀是DUS測試指南中重要的性狀，本研究通過最小顯著差法對32份建蘭種質(zhì)資源的18個數(shù)量性狀進(jìn)行分級研究，分級結(jié)果可作為今后建蘭DUS測試數(shù)量性狀描述分級的依據(jù)；同時還進(jìn)行了分組性狀的判定，所確定的分組性狀可以作為建蘭品種區(qū)分的有效依據(jù)。