王启璋, 王海滨, 田洁,3*

(1.青海大学农林科学院, 青海省蔬菜遗传与生理重点实验室, 西宁 8100162； 2.南京农业大学园艺学院, 南京 210095； 3.青海大学，省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室, 西宁 810016)

菊花(Chrysanthemummorifolium)是菊科菊属宿根观赏性植物，根据其应用方式可分为切花菊、盆栽菊、园林小菊等[1-2]。园林小菊因其株型低矮、花枝繁多、花色鲜艳、冠形丰满，成为城乡绿化和景观造型的新选择，具有极高的经济价值和推广前景[3-4]。由于园林小菊对环境的适应性较强，目前其栽培范围遍及华东、华中、华南和华北地区。研究表明，园林小菊因兼具抗旱、抗寒和耐盐碱等特性，目前已在宁夏[5]、甘肃[6]、新疆[7]等西北地区成功引种。在园林小菊引种驯化过程中，资源特性以及栽培适应性评价是引种工作的重要环节。评价园林小菊品种除要鉴定其观赏价值(观察花朵繁密度、冠丛圆整性、花心颜色、观花期长短、花色持久度、瓣型等质量性状)外，还需进行栽培适应性的评价，包括株高、叶长、叶宽等形态指标及叶片中叶绿素、可溶性糖、蛋白质含量等生理指标[8-10]。目前，评价菊花资源的方法很多，例如朱德宁等[11]通过专家咨询法、层次分析法和聚类分析将菊花资源分为优、良、中、差四个等级；代震等[12]利用多态性和聚类分析将怀菊花划分为大怀菊、小怀菊和野菊花3类；蒋琴杰等[13]利用主成分分析和模糊综合评价法从11份菊花资源中筛选出符合市场需求的菊花品种，开辟了菊花资源筛选新途径；张朋等[14]以杭菊为材料，对外观品质的初步筛选后，综合运用主成分分析、聚类分析和灰色关联等方法对杭白菊种质的耐盐性进行综合评价，筛选适宜逆境生长的菊花资源，为品种引进工作提供了指导。由于高原气候条件特殊，导致菊花品种单一、优良品种较少，园林绿化产业发展迟缓。目前，在青海高原的引种栽培尚未见系统研究。因此，开展园林小菊在西宁地区的适应性评价，筛选出适合在高原气候下推广应用的小菊优良品种，对于高原观赏植物产业发展具有重要意义。本研究引进7份园林小菊，分别测定了其花器官质量性状和植株生长指标，采用相关性分析、主成分分析、聚类分析和综合评价对其进行观赏性及栽培适应性评价，旨在筛选出适宜青海地区栽培的优异园林小菊资源，为下一步高原地区优异菊花资源的引种推广、选育及遗传育种提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以7份金陵系列园林小菊资源(表1)为供试材料，其扦插生根苗由南京农业大学菊花种质资源保存中心提供。

表1 园林小菊资源信息表

1.2 试验方法

试验于2019年6—10月在青海省农林科学院园艺创新基地内进行。2019年6月5日，将7份园林小菊资源的扦插生根苗定植于薄膜温室，株距0.4 m，行距0.4 m。于定植后20 d开始摘心，随后每15 d摘心一次，直至菊花现蕾后停止摘心。待到菊花盛花期(10月15日)依据《植物新品种特异性、一致性和稳定性(DUS)测试指南——菊花》[16]调查不同品种的株高(plant height，PH)、主茎粗(main stem diameter，MSD)、冠幅(crown width，CW)、花朵数量(flower number，FN)、单花重(single flower weight，SFW)、叶长(leaf length，LL)、叶宽(leaf width，LW)、叶片重(leaf weight，LWT)、花层数(flower layers number，FLN)和花径(flower diameter，FD)。参照不同菊花品种的评价指标和评价标准[19]，对不同品种的株型(plant compactedness，PC)、花型(flower morphology，FM)、瓣型(petal morphology，PM)、花色持久度(color persistency，CP)、花朵繁密度(numerous density of flower，NDF)、冠丛圆整性(crown roundness，CR)、花心颜色(color of flower center，CFC)和观花期(flowering duration，FD)进行调查。

叶片可溶性糖(soluble sugar，SS)、可溶性蛋白质(soluble protein，SP)、游离氨基酸(free amino acid，FAA)、叶绿素a(chlorophyll a，Chl a)、叶绿素b(chlorophyll b，Chl b)和类胡萝卜素(carotinoid，Car)含量的测定参考李合生的《植物生理生化实验原理和技术》[17]。

1.3 数据分析

利用Excel 2010统计菊花资源数量性状的平均值、标准差、变异系数及多样性指数[18]。利用DPS 9.0进行数据标准化，采用 SPSS 20.0软件进行相关分析、SIMCA-P软件进行主成分分析、R语言ggtree包进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 不同菊花资源的观赏性评价

对7份园林小菊的的观赏性进行评价分析，结果(表2、图1)表明：8个质量性状的多样性指数为0.41～1.00。株型多样性指数最高(1.00)；其次是花朵繁密度、冠丛圆整性、花心颜色和观花期，多样性指数均达到0.96；而瓣型的多样性指数最低，仅0.41。7份品种的花型以莲座型为主，占71.43%；瓣型以平瓣为主，占85.71%；花色持久度高的品种占71.43%。综上所述，7份菊花品种在花朵繁密度、花色、冠丛圆整性、花心颜色等差异较大、观花期不一致，表明7份园林小菊品种花器官形态多样、变异丰富。

图1 7份园林小菊资源的花器官形态

表2 7份园林小菊品种的观赏性状

2.2 不同品种的表型比较

对7份园林小菊资源的株高、主茎粗、叶长、叶宽、叶重、花朵数、单花重、花层数、花径和冠幅共10个数量性状进行统计分析，结果(表3)表明，各性状变异丰富。其中，‘金陵玫瑰金’的主茎粗、冠幅和小花数均显著高于其他品种；‘金陵赤心’的主茎粗、单花重、叶片重和花径显著高于其他品种；‘金陵红荷’的叶长、叶宽、主茎粗和叶片重显著高于其余品种；‘金陵潋滟’的株高、冠幅和叶长显著高于其他品种。综上表明，‘金陵赤心’‘金陵玫瑰金’和‘金陵红荷’表现出较好的适应性。

2.3 不同品种的生理指标分析

对7份园林小菊资源叶片可溶性糖、可溶性蛋白质和游离氨基酸含量进行分析，结果(图2)表明，叶片可溶性糖含量为0.81%～4.04%；其中，金陵月桂叶片中可溶性糖含量最高，为4.04%，而金陵阳光最低，仅0.81%；‘金陵潋滟’‘金陵赤心’‘金陵红荷’和‘金陵月桂’叶片中可溶性糖含量高于平均值，而‘金陵笑靥’‘金陵玫瑰金’‘金陵阳光’叶片中可溶性糖含量低于平均值。可溶性蛋白含量变化幅度较大；其中，‘金陵笑靥’最高，为26.49 mg·g-1，其次为‘金陵阳光’‘金陵潋滟’‘金陵赤心’‘金陵红荷’和‘金陵月桂’，而‘金陵玫瑰金’叶片中可溶性蛋白含量最低，仅3.93 mg·g-1。氨基酸含量变化幅度较小，除‘金陵赤心’和‘金陵阳光’氨基酸含量在50 mg·g-1以上，其余品种氨基酸含量变化范围为31.55～41.77 mg·g-1。7份菊花资源叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量差异较大。‘金陵笑靥’叶片中叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均最高。

注：不同小写字母表示不同品种间差异在P<0.05水平显著。

2.4 园林小菊性状间的相关性分析

对7份园林小菊品种的形态指标和生理指标进行相关性分析，结果(表4)表明,性状间存在不同程度的相关性。株高与冠幅呈极显著正相关；与单花重、花径呈显著负相关，表明营养生长和生殖生长间存在相对竞争。叶绿素a与叶绿素b含量间呈极显著正相关，叶绿素a和叶绿素b在植物生长过程中都具有吸收光能的作用，二者相互影响从而维持光合作用的正常进行。主茎粗与叶宽、叶片重呈极显著正相关，表明在菊花叶片和茎的生长之间存在营养分配差异，但二者之间又存在相互促进作用，可能是茎的生长加快了营养物质的输送从而促进叶片生长。游离氨基酸与株高呈显著负相关，可能是株高的增加过程中消耗了体内大量营养物质所致；而游离氨基酸含量与单花重、花直径呈极显著正相关，表明花器官生长和游离氨基酸含量密切相关。花层数与叶绿素a、叶绿素b含量呈极显著正相关，可能是叶片中高叶绿素含量加速了碳水化合物的形成，进而促进了花器官的生长。

表4 不同性状间的相关性分析

2.5 主成分分析

对16个生长指标进行主成分分析(表5)，以“特征值>1.5”为标准，提取到3个主成分，贡献率依次为30.94%、23.09%、16.24%，累计贡献率达70.28%，即这3个成分可以代表大部分筛选信息。第一主成分贡献率最高，为30.94%，占比较高的指标分别为叶绿素a含量和类胡萝卜素含量，将其命名为“光合色素因子”。第二主成分的主要影响因子是花层数和花直径，将其命名为“花器官因子”。第三主成分主要受株高、株幅和叶长影响，将其命名为“植株形态因子”。

表5 园林小菊资源性状的主成分分析

2.6 二维排序分析

以第1、2主成分为横、纵坐标进行二维PCA分析(图3)。二维PCA图中品种的横、纵坐标值越大，即“光合色素因子”和“花器官因子”指标越高，排名越靠前。‘金陵玫瑰金’‘金陵阳光’和‘金陵笑靥’均在第一象限，表明这三个品种的叶片光合色素含量和花器官表现显著高于其他品种。‘金陵潋滟’和‘金陵月桂’位于第四象限；‘金陵赤心’和‘金陵红荷’分别位于二和三象限。且各品种的三个重复均聚在一起，表明数据重复性好，无离散值。7份菊花品种能被第1、2主成分明显分区，表明“光合色素因子”和“花器官因子”具有较高代表性。

图3 7份菊花资源第1、第2主成分二维排序

2.7 菊花品种综合评价

基于成分的特征值，可获得3个主成分与被测指标间的线性方程，如式(1)(2)(3)(4)(式中X1至X16依次代表株高、主茎粗、冠幅、花朵数量、单花重、叶长、叶宽、叶片重、花层数、花径、可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量、游离氨基酸含量、叶绿素a含量、叶绿素b含量和类胡萝卜素含量)。以3个主成分各自的贡献率占累积贡献率的比例为权重值，按照式(4)计算各品种的综合分F值，以此来评价不同菊花品种的适应性。

F1=0.28X1+0.26X3+0.12X4+0.18X9+0.1X12+0.34X14+0.19X15+0.34X16-0.37X-30.26X5-0.01X6-0.27X7-0.37X8-0.26X10-0.05X11-0.19X13

(1)

F2=0.05X2+0.001X3+0.32X5+0.07X6+0.39X9+0.38X10+0.30X12+0.34X13+0.31X14+0.33X15-0.17X1-0.07X4-0.20X7-0.05X8-0.34X11-0.06X16

(2)

F3=0.33X1+0.22X2+0.31X3+0.47X6+0.31X7+0.21X8+0.26X9+0.03X10+0.20X11+0.09X14+0.29X15-0.01X4-0.003X5-0.05X12-0.30X13-27X16

(3)

F=0.44F1+0.33F2+0.23F3

(4)

综合评价得分F值越高，综合品质表现越好。7个菊花品种的综合评价结果(表6)表明，‘金陵玫瑰金’综合排名最高；其次为‘金陵红荷’‘金陵笑靥’和‘金陵阳光’；而‘金陵笑靥’‘金陵月桂’和‘金陵赤心’综合得分均小于0。

表6 7份菊花资源综合评价

2.8 聚类分析

对7份园林小菊品种进行聚类分析，结果(图4)表明，7份材料被划分为3类。其中，‘金陵赤心’和‘金陵红荷’被聚为第一类，主要表现为光合色素含量较低、植株矮小、主茎较粗、叶片较重；‘金陵潋滟’和‘金陵月桂’被聚为第二类，主要表现为植株高大、株幅宽大；‘金陵玫瑰金’‘金陵笑靥’和‘金陵阳光’为第三类，表现为花层数多、光合色素含量高，且这2个品种各项指标差异较小。

图4 7份菊花资源品质性状聚类分析

3 讨论

青海高原作为我国重要的生态安全屏障，其城市中“生态园林”的建设范围正在逐年扩大。园林小菊作为重要的城市园林绿化植物，具有花色丰富、开花繁密、观赏价值高、抗逆性强等特点。目前在青海地区对园林小菊的引种繁殖及适应性评价却鲜有系统性研究。因此，本研究从南京农业大学引进了7份园林小菊品种，通过对栽培过程中植株生长及观赏性状的观测、统计与分析，综合评价了园林小菊资源在西宁地区的观赏性和栽培适应性，为高原园林小菊的规模化种植及绿化应用奠定基础。园林小菊的生长发育分为营养生长和生殖生长两个阶段，营养生长的好坏将直接决定生殖发育及其观赏性。因此，园林小菊品种的地区适应性评价不仅包含观赏品质指标，还需对植株营养生长的相关生理指标进行评价。植物生长过程中，可溶性糖、可溶性蛋白、游离氨基酸和叶绿素含量等生理指标对植物维持正常生理活动具有重要意义，同时也是区分植物品种特性的重要指标之一。近年来，相关分析、聚类分析和主成分分析等分析方法被广泛应用于资源评价及环境适应性研究，大大提高了优质资源的筛选和分类的效率[20-22]。金潇潇等[23]对47份观赏菊及3份食用菊资源的营养指标进行测定，通过主成分分析和综合评价筛选出优良的食用菊品种。由此表明，利用植物学性状通过合适的统计分析方法筛选优异菊花资源切实可行。因此，本研究运用主成分分析、相关分析、聚类分析和综合评价等多重分析法，对7份园林小菊品种在农艺指标、生理指标等进行评价，为西宁地区园林小菊引种栽培提供科学依据。

菊花生长过程中各项生理生化指标间均存在不同程度的关系。本研究通过相关分析表明，各形态指标、生理指标间高度相关，且生理指标与形态指标间也关系密切，为菊花资源利用形态与生理指标进行资源评价奠定了基础。但诸多指标加大了资源评价工作的难度和工作量。为减少工作量、降低实验难度，引入主成分分析对复杂因子进行降维，优点是将多个指标转化为少量且互不影响的独立因子，避免多指标评价信息冗余，且能提取关键指标进行分析[24]。本研究中，通过对16个农艺和生理指标作标准化处理，提取到3个主成分，根据特征分别将其命名为“光合色素因子”“花器官因子”和“植株形态因子”。进一步通过第1和2主成分进行二维排序，将7份菊花资源分在不同象限，表明“光合色素因子”和“花器官因子”能够将这7份园林小菊资源进行区分；‘金陵玫瑰金’‘金陵阳光’‘金陵笑靥’被聚在PCA图中第一象限，说明‘金陵玫瑰金’‘金陵阳光’‘金陵笑靥’在“光合色素因子”和“花器官因子”主成分上均具有最高得分。综合评价分析表明，‘金陵玫瑰金’‘金陵阳光’‘金陵笑靥’排名靠前； ‘金陵赤心’‘金陵红荷’居中；‘金陵潋滟’‘金陵月桂’综合排名最低。综上所述，‘金陵玫瑰金’‘金陵阳光’和‘金陵笑靥’光和色素含量较高、花器官发育完善，在西宁地区具有较强的适应性。

对7份菊花资源进行聚类分析，将其划分为三大类：‘金陵赤心’和‘金陵红荷’被聚为第一类，该类品种综合表现为光合色素含量较低、植株矮小、主茎较粗、叶片较重；第二类为‘金陵潋滟’和‘金陵月桂’，该类主要表现为花层数较多植株高大、冠幅宽大、光合色素含量较高；‘金陵玫瑰金’‘金陵笑靥’‘金陵阳光’为第三类，表现为花层数多、光合色素含量较高，稳定性较好。该结果进一步验证和深化了综合评价及PCA分析，同时也为资源评价思路提供了理论支撑。综上所述，“光合色素因子”和“花器官因子”指标在园林小菊资源适应性评价中起重要作用。其中，‘金陵玫瑰金’‘金陵阳光’和‘金陵笑靥’小花数较多、花层数较多、光合色素含量相对较高，综合表现较好，在西宁地区具有较强的适应性，为下一步园林小菊种质资源的引进和遗传育种提供参考。