段一凡，王贤荣，梁丽丽，向其柏，伊贤贵

(南京林业大学 森林资源与环境学院，江苏 南京 210037)

桂花(Osmanthusfragrans(Thunb.) Lour.)为木犀科(Oleaceae)木犀属(OsmanthusLour.)著名观赏花木，属我国十大传统名花之一，在我国已有2 500余年的栽培历史.湖北省咸宁市是我国著名的五大桂花老产区之一，地处湖北省东南部，地跨东经113°32′～114°58′，北纬29°02′～30°19′，地势东南高，西北低，山地、丘陵、平原兼而有之.咸宁属亚热带大陆性季风气候，气候温和，年平均气温16.8℃；降水充沛，年平均降水量1 577.4 mm；日照充足，四季分明，年平均日照时间为1 754.5 h；无霜期长，年平均无霜期为245～258 d；土壤pH值适中，适宜桂花的生长.

数量分类学是以定量的观点来描述亲缘关系，并在此基础上进行分类[1].因此作为一门边缘学科，近年来随着计算机技术的发展，特别是各种统计软件的不断出现，使得该学科得到了飞快的发展，并逐渐成为研究品种分类的一个重要方法，应用广泛.在对湖北咸宁桂花品种资源调查的基础上[2]，对咸宁市桂花品种进行了数量分类，探讨了咸宁桂花品种之间的亲缘关系，并对桂花品种分类依据进行了讨论.

1 材料

以湖北咸宁所产的26个桂花品种作为分类运算单位(operational taxonomic unit，OTU)，试验材料来源于咸宁市桂花镇、潜山国家森林公园、195医院、咸宁学院等地，详见表1.

表1 26个桂花品种

2 研究方法

2.1 分类性状的选取和编码

通过对桂花品种的观察、分析，选取了26个比较稳定、能够反映品种间特征差异的性状作为数量分类性状.其中7个为二元性状(简称“二”)，8个为多态性状(简称“多”)，11个为连续数值性状(简称“数”)，详见表2.

2.2 数学分类方法

用MVSP3.1软件对选取的26个分类性状进行主成分分析(principal component analysis，PCA)，并对26个OTU进行聚类分析(cluster analysis).聚类分析采用类平均法(UPGMA)和欧氏距离(euclidean distance)进行运算，并用最远距离法(farthest neighbour)、最近距离法(nearest neighbour)和中间距离法(WPGMA)加以比较分析.

表2 桂花品种分类性状及编码

续表2

编号性状编码类型编码值编号性状编码类型编码值9叶基形状多圆形(0)、阔楔形(1)、窄楔形(2)、平截(3)22结实与否二不结实(0)、结实(l)10叶柄长数5～8mm(0)、8～11mm(1)、11～14mm(2)、>14mm(3)23花期二秋季开花(0)、四季开花(1)11侧脉对数数6～8对(0)、8～10对(1)、>10对(2)24秋季首开花时间二8月中下旬开花(0)、9月中下旬开花(1)12每节花芽对数数1～2对(0)、2～3对(1)、>3对(2)25叶柄颜色二黄绿色(0)、紫红色(1)13每花序花朵数数5～7朵(0)、7～9朵(1)、>9朵(2)26花枝长度数5～10cm(0)、10～15cm(1)、15～20cm(2)、>20cm(3)

表3 部分性状主成分的负荷量

表4 因子负荷量

3 结果与分析

原始数据标准化后，通过MVSP3.1软件运算，得到26个性状主成分的负荷量表(选取了分析中有涉及的部分主成分列于表3和表4)和26个OTU的树形聚类图(利用结合线法Joint broken line method对26个桂花品种进行划分，见图1～4.

3.1 主成分分析结果

主成分分析是一种通过降维的方法将多个指标简化为少数几个综合指标，使这几个少数综合指标可以反映原来所有指标的信息的多元统计方法，主成份分析从本质上讲是聚类方法的一种.但除此之外，主成份分析还可以提供有关性状间相关性的信息，以及某一综合性状在分类中的意义及其对分类的影响程度等多种信息，因此我们说主成份分析有着它独特的优越性[3,4].

一般情况下累计贡献率在70%以上，事物的基本面貌能得到反映，且累计贡献率在很大程度上决定主成分个数m.一般当m大于3时，宣告该组数据不适于主成分分析，也就是说没有突出的主要成分可依据[1].由表3可以看出，直到第5个主成分时，累计贡献率才达73.224%，这说明主成分的贡献率比较分散，主成分分析方法在对桂花数量分类的研究上不太可行.但这也从另一个角度说明桂花品种性状变异的多样性，品种间性状差异的复杂性，同时也说明桂花品种正向多方向演化，产生了不同的分支类群，主成分分析方法为桂花演化多向性提供了定量分析依据.

另外，由表3和表4可以看出，第1个主成分的贡献率较高，占32.753%，对其作用最大的性状主要为花序总梗情况(0.272)、花梗长度(0.271) 、花色RHS值(0.265)等，因此这些性状应成为桂花品种分类中优先考虑的性状，这和向其柏、刘玉莲的桂花品种分类系统对桂花品种主要分类性状的选择相一致[5]，也佐证了该分类系统的合理性.

3.2 系统聚类(Q型聚类)结果分析

相同数据用不同聚类方法分析，其结果会有一定的差异，故对数据进行聚类分析时，须进行聚类分析方法筛选[6,7].本文比较了类平均法、最远距离法、最近距离法和中间距离法等聚类方法，聚类结果如图1～4.

聚类图反映了品种间的亲缘关系，亲缘越近，越早聚在一起.从上图中可以看出，不同聚类方法聚类结果差别较大，特别是图3最近距离法聚类结果与其他3图差异最大.如：该图中大叶四季桂与丹桂品种聚在一起，不符合桂花品种分类常识，故该聚类结果不太可行.图1、2、4较为相近，在此3图中四季桂类和秋桂类都分别聚在了一起，说明四季桂类具有独立的分类位置.图2中秋桂类3个品种群区分效果不太明显.图1和图4最为相近，但图4中白洁、秋桂、长梗白、折叶银桂4个银桂品种与金桂类品种较早的聚在了一起，不如图1中聚类结果更为理想.

图1 桂花品种系统聚类图(类平均法) 图2 桂花品种系统聚类图(最远距离法)

综上可以看出，4种聚类方法的聚类效果为：类平均法>中间距离法>最远距离法>最近距离法.从图1可以看出：

1)在λ=8.052处，26个桂花品种分为两大类，即四季桂类和秋桂类，如L1所示.可以看出花期在桂花品种分类性状中的重要地位，这和前人的研究结论相一致[8-10].对于四季桂的分类地位一直存在争论[11，12]，越来越多的分子标记证据也表明四季桂分类地位的独立性[13-17].因此，如何处理四季桂的分类位置，是做为桂花原变种、新变种还是新种等亟待进一步研究.

2)在λ=6.783时，秋桂类被分成3组，如L2所示.其中丹桂类品种-硬叶丹桂和金桂类品种-麸金各成一组，最先分出.由此可以看出花色在桂花品种分类上的重要性，这和前文主成分分析中对花色的讨论相吻合.同时第3组中(包括A、B、C，3个分组，如图1所示)的C分组除球桂外都为银桂，包括11个品种，较早的聚合在了一起，表明这些品种亲缘关系较近，也表明花色这一分类性状的稳定性.

图3 桂花品种系统聚类图(最近距离法) 图4 桂花品种系统聚类图(中心距离法)

3)B分组中有潢川金桂、早籽黄、醉云、紫梗、籽银桂5个品种，其中潢川金桂和早籽黄作为2个结籽的金桂品种最先聚合在一起，然后为金桂醉云和银桂紫梗，最后为籽银桂.这其中除紫梗外都为结籽的品种，这说明结实这一分类性状的重要性和稳定性，同时也表明，金桂品种群和银桂品种群中部分品种间较近的亲缘关系.

4)在A分组中注意到墨叶丹桂没有跟另一丹桂品种-硬叶丹桂聚合在一起，而是跟阔叶早银桂和江南丽人等银桂品种聚在了一起，并且叶形等方面与阔叶早银桂、江南丽人十分相似，由此推测丹桂类虽为单系起源，但其起源途径可能不同；一般认为丹桂系由金桂芽变而来，但综上可以推测一些丹桂品种或许可以直接由银桂品种变异而来.

或者说，品种之间花色等性状的演化应是多途径的，不是简单的单线变化，如一些金桂品种和银桂聚合在一起[8]，一些丹桂品种和金桂品种聚合在一起[16，17]，这正说明了桂花品种性状演化途径的多样性，也和桂花品种性状不太适合做主成分分析的结论相一致.

4 小结

通过对湖北省咸宁市桂花品种的数量分类研究，探讨了桂花品种性状主成分分析的可行性，就花期、花色、结实与否等性状的分类意义进行了讨论，并通过Q型聚类探讨了品种之间的亲缘关系，得到了一些有益的结论.

作为一种以表型性状为主要分类依据的方法，数量分类法在实际应用中有其局限性，特别是在性状的选取、编码等方面有很强的主观性，不同处理所得结果往往不尽相同.但因为该方法能够综合各方面的来源不同的性状指标，能够得出一个总体把握的分类体系，所以仍不失为进行品种分类的一种有益的方法.近年来，以分子标记为主要手段的遗传多样性研究已经在品种分类上得以广泛应用[18-22].因此，在探讨湖北咸宁桂花品种分类时，综合运用分子标记等方法将是今后研究的方向.

致谢：论文写作过程中得到南京森林公安学院侦查系谢春平博士的诸多帮助，在此致以最诚挚的谢意！

参考文献:

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