Genetic Diversity Analysis of Important Ornamental Characters in Germplasm Resources of <i>Anthurium andreanum</i>

LIAN Zihao; HUANG Shaohua; CHEN Yanyan; NIU Junhai; YIN Junmei

doi:10.3969/j.issn.1000-2561.2020.12.007

Chinese Journal of Tropical Crops >

2020 , Vol. 41 >Issue 12: 2413 - 2419

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-2561.2020.12.007

Germplasm Resources, Genetics & Breeding

Genetic Diversity Analysis of Important Ornamental Characters in Germplasm Resources of Anthurium andreanum

LIAN Zihao ¹^,² ,
HUANG Shaohua ² ,
CHEN Yanyan ¹^,² ,
NIU Junhai ² ,
YIN Junmei ^,²^,³^,^*

Expand

1. Hainan University, Haikou, Hainan 570228, China
2. Tropical Crops Genetic Resources Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou, Hainan 571101, China
3. Haikou Experimental Station, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou, Hainan 571101, China

*YIN Junmei,E-mail： yinjunmei2004@163.com

Received date: 2020-01-06

Request revised date: 2020-02-18

Online published: 2020-12-25

Copyright

Fold

Abstract

In order to understand the genetic diversity of important ornamental traits in the germplasm resources of Anthurium andreanum, 91 germplasm samples were used as the test materials to identify 17 important ornamental traits. The results showed that the variation coefficient of each character of the tested resources ranged from 16.27% to 66.20%, and the genetic diversity index ranged from 1.8856 to 2.0886, indicating that it had higher morphological diversity, among which the right auricular distance variation was the largest and the coarse variation at the top of the inflorescence was the smallest. The correlation analysis showed that there was a close positive correlation among the ornamental traits, and most of the traits showed significant or extremely significant positive correlation. Through principal component analysis, the cumulative contribution rate of the three main components was 82.991%, which was composed of indicators determining plant size, bud size and inflorescence thickness, among which the first two characteristics had a great influence on the diversity of germplasm. According to the size of plants, the size of floriferous bracts and the thickness of inflorescence, the 91 germplasm could be divided into 6 groups, among them, the characteristics of group VI were unique and deserve special attention. This study woul lay a theoretical basis for genetic improvement, germplasm innovation and application of A. andreanum.

Key words： Anthurium andraeanum; ornamental character; germplasm resources; genetic diversity

Cite this article

LIAN Zihao , HUANG Shaohua , CHEN Yanyan , NIU Junhai , YIN Junmei . Genetic Diversity Analysis of Important Ornamental Characters in Germplasm Resources of Anthurium andreanum[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2020 , 41(12) : 2413 -2419 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.12.007

红掌（Anthurium andraeanum Linden）,又名花烛、安祖花等,是天南星科（Araceae）花烛属（Anthurium Schott）多年生常绿花卉。其具有花期长、花型独特、花色丰富等特点,可作为盆栽观赏植物或切花植物。

近些年来,红掌育种技术得到了长足发展和广泛应用,出现了红掌倍性育种^[1,2,3]和分子育种^[4,5,6,7]等研究的报道,但目前红掌主要的种质改良和品种选育方式仍以传统杂交育种为主^[8]。因此,分析红掌的种质资源遗传多样性,对于筛选红掌优良种质、提高育种效率有着重要意义。国内目前对于红掌遗传多样性的研究已有报道,徐世松等^[9]对32个红掌品种进行了遗传多样性分析和聚类分析,聚类将其划分为5大类。易双双等^[10]对64个红掌品种进行了遗传多样性分析,发现红掌不同表型性状之间存在一定的关系, 绝大部分性状彼此之间呈极显著相关,聚类将其分为6大组群,并发现红掌大小、形态、颜色和来源是分类的主要依据。尚伟等^[11]对50个红掌品种进行了11个主要农艺性状多样性研究,发现叶柄长、佛焰苞长、佛焰苞宽和花朵数的变异系数较大,聚类将其划分为4类,并筛选出2个表现较好的类群。植株大小和株型是红掌的重要观赏特征,不仅是人们选择不同红掌时的重要标准,还是红掌育种中的重要目标特征,然而,有关该方面尚未见专门报道。本研究以91份红掌种质作为试验材料,主要针对17个与植株大小、株型和佛焰苞形态相关的重要观赏性状进行分析,旨在挖掘红掌种质资源遗传多样性,对于红掌株型的遗传改良及其新种质的开发具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料

利用位于海南省儋州市中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所热带花卉资源圃的91份红掌种质作为研究材料（表1）,其苗龄为3~5年,在同一个具有完备设施的遮荫大棚内,将供试红掌盆花以25~35 cm的间距整齐摆放在床架上,保证盆土干湿相间的原则,每5 d浇1次水,每14 d施1次复合液肥。棚内温度24~32 ℃,相对湿度60%~80%,光照强度8 000~12 000 lx。

表1 91份红掌种质品种名及编号

Tab. 1 List of 91 Anthurium germplasm resources and the serial number

编号No.	品种名Variety name	编号No.	品种名Variety name	编号No.	品种名Variety name	编号No.	品种名Variety name
1	马蒂兹	24	紫公主	47	情迷	70	米多蕊
2	红斑比诺	25	Bana 5	48	Aa01	71	阿特蒙
3	维多	26	Bana 2	49	Aa04	72	热情
4	粉冠军M	27	Bana 4	50	粉公主	73	Bana 3
5	Aa24	28	Bana 8	51	Aa05	74	红胜利
6	阿拉巴马粉	29	干杯	52	羽箭	75	妃子笑
7	小娇	30	Bana 6	53	骄阳	76	北京成功
8	香妃	31	甜梦	54	White Prince	77	红成功
9	彩霞	32	旭日	55	Red Lantern W29/5	78	83148
10	Y21113	33	樱桃红	56	Sweet Cherry W29/5	79	卡瓦利
11	紫罗兰	34	大哥大	57	特伦萨	80	星火
12	彩虹	35	阿里亚纳红	58	Bana 1	81	GH Red
13	梦幻	36	红布加迪	59	Bana 3	82	曙光
14	红塔	37	白塞拉	60	粉皇冠	83	盈秀
15	维他	38	白骄阳	61	太阳	84	旌旗
16	粉冠军	39	爱丽多	62	桃色茱莉	85	美幻
17	31109	40	绿安蒂	63	茱莉	86	绿光
18	Aa03	41	婉尼拉	64	胜利	87	皇橙
19	印度紫	42	满天星	65	潘多拉	88	Aa07
20	爱美	43	阿拉巴马	66	开心果	89	爱威特粉
21	红唇	44	卫城	67	H2224	90	芭比
22	白冠军	45	阿瑞博	68	巧克力	91	Aa09
23	红冠军	46	贵妃	69	红阿莱西亚

1.2 方法

每个种质选择5株同一时间栽植、株型一致、生长健壮的植株。在红掌佛焰苞的最佳观赏期,即肉穗花序成熟2/3时^[12],以中华人民共和国国家标准《植物新品种特异性、一致性和稳定性测试指南-花烛属》和尹俊梅^[13]制定的热带花卉资源描述规范为参照标准,调查了株高、花梗长、叶柄长、佛焰苞长、佛焰苞宽、佛焰苞左脸宽、佛焰苞右脸宽、左耳心距、右耳心距、肉穗花序长、叶长、叶宽、肉穗花序顶端粗、肉穗花序中部粗、肉穗花序下部粗、花梗粗、叶柄粗共17个观赏性状,其中长度用直尺和卷尺测量,粗度用游标卡尺测量。数据测量记录时间为2019年6月至2019年8月。

1.3 数据处理

对调查的观赏性状数据计算最小值、最大值、平均值、标准差、变异系数和多样性指数。采用Excel 2019软件进行遗传多样性分析,取调查数据的平均值分析。为了更直观地反映数量关系,便于分析,对调查的观赏性状进行了分级^[14],分级方法为：先计算试验材料的总体平均数（$\bar{x}$）和标准差（SD）,然后整体划分为10个等级,从第1级[$\bar{x}$_i <($\bar{x}$-2 d)]到第10级[$\bar{x}$_i >($\bar{x}$+2 d)],每0.5 d划分为1级,通过每一级的相对频率计算出多样性指数。遗传多样性指数的计算公式为：H′ = -∑ P_i lnP_i式中,ln为自然对数,P_i为某性状第i个等级的出现频率^[15]。运用SPSS 23.0^[16]软件对17个性状进行相关性分析、主成分分析及聚类分析,其中聚类方法为Ward法,以欧式距离作为品种间距离。

2 结果与分析

2.1 重要观赏性状的遗传多样性分析

通过对91份红掌种质17个观赏性状的调查,结果表明（表2）：供试红掌的17个性状变异系数范围为16.27%~66.20%,其中,右耳心距与左耳心距的变异系数大于60%,叶柄长、花梗长、佛焰苞右脸宽、佛焰苞左脸宽、佛焰苞宽、株高与佛焰苞长的变异系数大于30%,肉穗花序下部粗、肉穗花序中部粗和肉穗花序顶部粗的变异系数小于20%,右耳心距的变异系数最大,肉穗花序顶端粗的变异系数最小。

表2 91份红掌种质17个重要观赏性状的表型差异

Tab. 2 Phenotypic differences of 17 main ornamental characters in 91 germplasms

性状Traits	最小值Min	最大值Max	平均值$\bar{x}$	标准差SD	变异系数CV/%	多样性指数 Genetic diversity index (H')
佛焰苞长/cm	3.90	21.90	9.97	3.02	30.29	2.0610
佛焰苞左脸宽/cm	1.30	8.80	4.03	1.29	32.01	2.0548
佛焰苞右脸宽/cm	1.20	8.00	3.97	1.29	32.49	2.0477
佛焰苞宽/cm	2.50	16.40	8.00	2.55	31.88	2.0615
左耳心距/cm	0.00	6.70	2.16	1.38	63.89	1.8856
右耳心距/cm	0.00	7.10	2.16	1.43	66.20	2.0143
花梗长/cm	8.10	69.50	32.30	10.71	33.16	2.0242
花梗粗/mm	1.61	7.64	4.49	1.11	24.72	2.0762
叶长/cm	10.00	39.10	20.78	5.53	26.61	1.8860
叶宽/cm	4.80	21.30	11.75	3.36	28.60	2.0731
叶柄长/cm	3.90	55.90	22.86	9.04	39.55	1.9627
叶柄粗/mm	2.23	7.15	4.46	1.15	25.78	2.0342
肉穗花序长/cm	2.30	10.00	4.95	1.35	27.27	2.0461
肉穗花序顶端粗/mm	2.53	7.64	5.10	0.83	16.27	2.0619
肉穗花序中部粗/mm	3.47	10.54	6.43	1.22	18.97	2.0740
肉穗花序下部粗/mm	3.60	11.79	6.80	1.33	19.56	2.0050
株高/cm	17.80	97.50	54.57	16.84	30.86	2.0886

从表2可见,17个观赏性状的多样性指数范围为1.8856~2.0886,其中株高的多样性指数最大为2.0886,左耳心距的多样性指数数最小为1.8856。

2.2 重要观赏性状间相关性分析

相关性分析结果显示（表3）,供试红掌资源的重要观赏性状间存在着较为紧密的关系,且绝大多数为正相关。其中株高与花梗长、叶柄长、叶长、叶宽呈极显著正相关;佛焰苞长与佛焰苞左脸宽、佛焰苞右脸宽、佛焰苞宽、左耳心距、右耳心距、花梗粗呈极显著正相关;肉穗花序顶部粗与肉穗花序中部粗、肉穗花序下部粗、花梗粗呈极显著正相关;花梗粗与叶柄粗呈极显著正相关;花梗长与花梗粗呈极显著正相关;叶柄长与叶柄粗呈极显著正相关。

表3 91份红掌种质重要观赏性状相关关系

Tab. 3 Correlation of main ornamental characters in 91 germplasms

性状 Traits	株高 Height of plant	花梗长 Length of pedicel	叶柄长 Length of petiole	佛焰苞长Length of spathe	佛焰苞左脸宽 Width of left spathe face	佛焰苞右脸宽Width of right spathe face	佛焰苞宽Width of spathe	左耳心距 Distance of left ear	右耳心距 Distance of right ear	肉穗花序长 Length of spadix	叶长 Length of leaf	叶宽 Width of leaf	肉穗花序顶部粗 Diameter of spadix top	肉穗花序中部粗Diameter of spadix middle	肉穗花序下部粗 Diameter of spadix base	花梗粗 Diameter of pedicel
花梗长	0.792^**
叶柄长	0.730^**	0.795^**
佛焰苞长	0.647^*	0.646^**	0.549^*
佛焰苞左脸宽	0.580^*	0.602^*	0.499^*	0.884^**
佛焰苞右脸宽	0.590^*	0.606^*	0.495^*	0.887^**	0.956^**
佛焰苞宽	0.592^*	0.611^*	0.503^*	0.895^**	0.989^**	0.989^**
左耳心距	0.528^*	0.600^*	0.532^*	0.792^**	0.778^**	0.762^**	0.778^**
右耳心距	0.552^*	0.629^*	0.563^*	0.787^**	0.754^**	0.757^**	0.764^**	0.928^**
肉穗花序长	0.594^*	0.451^*	0.460^*	0.602^*	0.540^*	0.545^*	0.549^*	0.407	0.385
叶长	0.658^**	0.655^**	0.705^**	0.728^**	0.589^*	0.584^*	0.593^*	0.628^*	0.628^*	0.696^**
叶宽	0.750^**	0.727^**	0.773^**	0.673^**	0.605^*	0.600^*	0.609^*	0.556^*	0.570^*	0.696^**	0.876^**
肉穗花序顶端粗	0.553^*	0.553^*	0.534^*	0.555^*	0.542^*	0.538^*	0.546^*	0.527^*	0.538^*	0.407	0.514^*	0.597^*
肉穗花序中部粗	0.640^**	0.619^*	0.566^*	0.649^**	0.631^*	0.621^*	0.633^*	0.606^*	0.602^*	0.560^*	0.611^*	0.691^**	0.885^**
肉穗花序下部粗	0.662^**	0.631^*	0.570^*	0.659^**	0.627^*	0.618^*	0.629^*	0.586^*	0.578^*	0.601^*	0.634^*	0.713^**	0.849^**	0.959^**
花梗粗	0.702^**	0.674^**	0.598^*	0.757^**	0.731^**	0.734^**	0.740^**	0.598^*	0.608^*	0.663^**	0.728^**	0.770^**	0.664^**	0.761^**	0.780^**
叶柄粗	0.668^**	0.617^*	0.740^**	0.581^*	0.514^*	0.518^*	0.522^*	0.524^*	0.538^*	0.609^*	0.801^**	0.857^**	0.616^*	0.668^**	0.686^**	0.804^**

	注：^表示相关性达显著水平（P<0.05）,^*表示相关性达极显著水平（P<0.01）。
	Note: ^* indicates significant correlation (P<0.05), ^** indicates extremely significant correlation (P<0.01).

2.3 红掌观赏性状主成分分析

主成分分析结果显示（表4）,17个测量指标中共筛选出了3个主成分,其累计贡献率为82.991%。第1主成分的特征值为5.470,贡献率为32.179%,主要由株高、花梗长、叶柄长、叶长、叶宽、叶柄粗决定,说明第1主成分是由决定植株大小的指标组成。第2主成分的特征值为5.468,贡献率为32.167%,主要由佛焰苞长、佛焰苞左脸宽、佛焰苞右脸宽、佛焰苞宽、左耳心距和右耳心距决定,说明第2主成分是由决定佛焰苞大小的指标所组成。第3主成分的特征值为3.170,贡献率为18.645%,主要由肉穗花序顶部粗、肉穗花序中部粗、肉穗花序下部粗决定,说明第3主成分是由红掌肉穗花序粗度决定的。

表4 91份红掌种质观赏性状多样性主成分分析

Tab. 4 Principal component analysis of diversity of ornamental characters in 91 germplasms

性状 Traits	第1主成分 First principal component	第2主成分 Second principal component	第3主成分 Third principal component
株高	0.737	0.321	0.288
花梗长	0.694	0.408	0.240
叶柄长	0.823	0.256	0.180
佛焰苞长	0.420	0.806	0.244
佛焰苞左脸宽	0.285	0.883	0.258
佛焰苞右脸宽	0.290	0.881	0.248
佛焰苞宽	0.291	0.892	0.256
左耳心距	0.304	0.802	0.226
右耳心距	0.327	0.783	0.223
肉穗花序长	0.632	0.291	0.246
叶长	0.801	0.372	0.198
叶宽	0.837	0.301	0.319
肉穗花序顶端粗	0.288	0.271	0.858
肉穗花序中部粗	0.384	0.348	0.829
肉穗花序下部粗	0.432	0.332	0.801
花梗粗	0.593	0.464	0.477
叶柄粗	0.795	0.205	0.386
特征值	5.470	5.468	3.170
贡献率/%	32.179	32.167	18.645
累计贡献率/%	32.179	64.346	82.991

2.4 红掌观赏性状聚类分析

聚类分析的结果表明（图1）,当欧氏距离为12.5时,可将91份红掌种质分为6大类群。第Ⅰ类群包含42个品种,其特点是：植株整体较小,株型紧凑,适合做盆花;第Ⅱ类群包含11个品种,但与第Ⅰ类群存在较明显区别,其主要特点是：植株较小,但有更具特色的佛焰苞或肉穗花序,在小株型的条件下具有更大的佛焰苞,更粗的肉穗花序或更大的佛焰苞长宽比;第Ⅲ类群包含7个品种,主要特点是：株高较高,花梗、叶柄较长,具有较大的佛焰苞;第Ⅳ类群包含‘甜梦’和‘樱桃红’2个品种,该类群主要特点是：株高较高,但花梗和叶柄相对较短,佛焰苞与叶片较小;第Ⅴ类群包含28个品种,植株大小介于大型切花和小型盆花红掌之间,其主要特点是：植株大小中等,佛焰苞大小中等,大部分可作为盆花栽培观赏,部分品种可作为切花红掌;第Ⅵ类群中只有1个品种‘Bana 1’,该品种花梗短于叶柄,佛焰苞生长常矮于叶片,佛焰苞较大,花梗、叶柄粗壮。

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图1 91份红掌种质聚类图

Fig. 1 Clustering of 91 germplasms

3 讨论

种质资源遗传多样性的研究是育种工作的基础^[17]。本研究调查了91份具有代表性的不同优良观赏性状的红掌种质,有针对性地对影响红掌植株大小和株型的17个重要的观赏性状进行遗传多样性分析,结果发现,17个性状的变异系数范围为16.27~66.60,其中右耳心距变异最大;遗传多样性指数范围为1.8856~2.0886。一般情况下变异系数大于10%表示样本间差异大^[10],本研究中所有性状的变异系数均大于10%,表明供试红掌资源的重要观赏性状多样性水平较高,具有较强的改良潜力,有利于后续红掌育种中特异种质材料的筛选工作。

相关性分析结果表明,供试红掌资源17个性状之间绝大部分呈显著或极显著正相关。结合主成分分析结果,筛选出了3个主成分,累计贡献率为82.991%,其反映了17个性状的特征,分别为植株大小、佛焰苞大小和肉穗花序粗度,正是这3个特征的影响造成了红掌种质的多样性,其中第1主成分与第2主成分特征值分别为5.470和5.468,说明株高、花梗长、叶柄长、叶长、叶宽、叶柄粗、佛焰苞长、佛焰苞左脸宽、佛焰苞右脸宽、佛焰苞宽、左耳心距和右耳心距等是新品种选育过程中需要重点考虑的性状,这可以帮助育种者减少选择亲本时考虑的性状数量,简化育种工作。

聚类以植株大小、佛焰苞大小和肉穗花序粗度等为主要依据,将91份红掌种质分为6大类群,供试红掌种质遗传分化明显。第Ⅰ类群：佛焰苞较小的小株型盆花,性状表现较好;第Ⅱ类群：佛焰苞大小中等的小株型盆花,性状表现一般;第Ⅲ类群：佛焰苞较大的大型切花红掌,性状表现较好;第Ⅳ类群性状表现较差;第Ⅴ类群：植株和佛焰苞大小中等可用作盆花或切花,性状表现较好;第Ⅵ类群：为单独聚为一类的‘Bana 1’,虽然其肉穗花序矮于叶片,但具有诸多其他红掌品种不具备的特点,如粗壮笔直的花梗,宽大的叶片等,值得特别注意。聚类结果为今后红掌植株大小,株型和佛焰苞及叶片的相对位置等的遗传改良和优良品种的筛选培育提供依据。在育种过程中,可根据育种目标,选择不同的类群作为亲本。聚类结果与前人研究存在差异,徐世松等^[9]对32个红掌品种进行聚类后将其分为5大类;尚伟等^[11]通过对50个红掌品种进行聚类后将其分为4大类。分析可能造成差异的原因：（1）选择的种质、数量和苗龄不同;（2）试验环境条件不同,上述两方面因素都会导致聚类结果的不同。

随着科研技术的不断发展,近年来出现了许多将调查性状所得数据与分子标记手段结合的研究,在花卉领域也得到了发展,如玫瑰、牡丹、睡莲、蝴蝶兰等已见有相关研究。下一步将结合分子标记技术,在分子水平分析红掌种质资源遗传多样性,希望能够更加准确地了解材料,深入发掘红掌种质遗传的调控因子和内在机制,更好地提高育种效率。

References

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