金银花是一种常用中药材，具有清热解毒、凉散风热的功效，金银花在我国有着悠久的种植历史，河南、山东等地都是金银花的主要种植区，在金银花的栽培过程中，把握金银花的性状特征进行分类种植取得良好效果。
《土壤与作物》(季刊)创刊于2012年3月，黑龙江省科学院主管，中国科学院东北地理与农业生态研究所主办，是我国又一个有关土壤学、农业生态学及其相关基础学科的综合性学术期刊。将认真贯彻“双百”方针，面向国际科技前沿和国家需求，旨在介绍土壤与作物系统研究的最新成果，促进土壤管理的优化和农田生产力的持续提升，为相关学科的人才培养和国内外学术交流提供交流平台，推动区域农业可持续性发展，在科学性、规范性、严谨性和实用性上体现出刊物的特色。
通过资源调查与收集，观察和测量了金银花栽培种质41个分类群共743份植物样本的株高、叶长、叶宽、花药长、单枝花蕾数、花蕾颜色等63个性状，采用主成分分析法，从63个编码性状中筛选出6个主成分因子共16个关键性状，作为新的变量，采用Ward联接法和平方Euclidean距离对41个OTUs进行聚类分析。结果显示，以遗传距离11.84为阈值，41个种质被分为5组。因子分析的结果表明，叶形和株型、花蕾性状、被毛及新枝颜色等性状对金银花栽培种质内的分类鉴别有重要的意义。该研究为进行金银花核心种质的筛选和良种选育奠定基础。
经过长期的自然选择与人工选择，使其种质发生明显的变异和分化，形成了很多农家品种或品系，种质资源十分丰富[2]。近年来，随着金银花价格的不断走高，其栽培面积不断的扩大，但各地间引种混乱，造成不同地区出现同质异名或异质同名的情况，导致生产中缺乏统一的优良品种，限制了生产发展和种植效益的提高。尽管研究已表明农家品种或品系在植株形态、药材质量和产量均呈现出明显差异，且引种后其植株形态、药材质量和产量也会发生变化[3]，但至今尚未发现有关多个产地金银花种质农艺性状数据进行系统分析。
本研究通过收集金银花主要产区山东、河南、河北、江苏的743份种质材料，对其农艺性状特征进行描述，并基于表型数据进行数量分类，探讨不同地区农家品种或品系的性状差异，筛选用于不同类型材料鉴别的主要性状，为金银花种质资源的整理以及核心种质资源的构建提供依据。
1材料与方法
1.1植物样品于5月下旬分别前往山东、河南、江苏和河北等金银花主产区进行实地调查，并收集金银花种质资源，共计743份种质材料，涉及41个农家种或品系，其中包括变种红金银花种质55份作为外类群，被用于数量分类研究，见表1。采集样品包括二白期花蕾、帯叶新枝、带花新枝等，单株取样，样品用硅胶保存。
1.2农艺性状调查通过参阅文献[4-6]，确定了金银花主要农艺性状35个作为调查的性状指标，并明确了相应的调查方法。调查的性状指标包括株型、分枝多少、缠绕情况、叶形、叶面颜色及被毛、叶背颜色及被毛、叶脉及叶柄颜色、花型、花蕾颜色及被毛、花丝颜色、花萼形状、花期、花顶膨大与否、新枝及茎干颜色、株高、叶长与叶宽、叶柄长、花长、花梗长、新枝节间长、单枝花蕾数等。
在采样的地点首先记录样本的采集地信息，包括采集地名称、阴坡阳坡生长、生长年限等，然后观测单株的株型、缠绕情况、分枝多少、临花对生情况、枝间结花性状并记录，记录单枝花蕾数及花期，用卷尺测量株高并记录，用数显游标卡尺测量新枝茎干直径并记录。然后采集样本封袋标号，用硅胶保存。观察并记录所有样本性状特征，包括叶面颜色、叶背颜色、叶柄颜色、叶脉颜色、花形、花蕾颜色、花丝颜色、花萼形状、新枝及茎干颜色等，用数显游标卡尺测量其数量性状并记录，包括叶长、叶宽、叶柄长、花长、花药长、花药宽、花梗长等，用体式显微镜观察样本的叶被毛及花蕾被毛长短情况并记录。其中花性状全部测量二白期的花蕾，叶片厚度的测量不考虑次级叶脉的影响。
1.3性状及编码性状的编码方法取决于性状的类型。对所获得的数据进行整理，区分出二元性状、有序多态性状及数值性状并进行分解，分解的性状及编码见表2。数值性状无需编码，直接取其度量值[7];对于二元性状，肯定的状态赋值为1，否定的状态赋值为0;无序的多态性状如花蕾颜色等，则将其分解为多个新的二元性状，按二元性状编码方式处理[8];有序多态性状按状态的等级依次编码为1，2，3……。最后实际上获得了63个性状。
1.4分析方法数量分类通常是通过数学方法将所有的分类性状加以等权处理，再以性状间的相似性来进行归类。借助计算机技术能够对大量、多元的数据进行综合分析，分类效率和分类的客观性都比传统的分类方法大为提高[9]。本研究采用因子分析的方法对63个编码后的性状进行处理，筛选出对于区分不同栽培种质材料有较大权重的因子。为了避免对分类产生无意义的加权，对于无序多态性状最多筛选出一个编码性状。
采用SPSS19.0软件进行数据分析。为确保筛选出的因子是具有代表性的性状，能够作为金银花栽培种质分类的依据，本研究首先利用主成分分析法(principlecomponentanalysis)对金银花743份材料的63个性状变量进行因子分析，然后用正交转轴法中的最大变异数法(varimaxmethod)萃取因子，保留因子特征值(eigenvalue)大于1的成分[10]，并选用因子负荷量表(factorloading)中绝对值大于0.50的变量，最终筛选获得16个主要分类性状。利用16个主要性状数据对41份金银花栽培种质进行系统聚类分析，度量区间采用平方Euclidean距离，并通过对组间联接、组内联接、最近邻元素、最远邻元素、质心聚类法、中位数聚类法、Ward法等7种聚类方法[11]进行分析比较，选择合适的方法构建聚类分析树状图。
2结果与分析
2.1数量性状统计分析将测定的金银花各个农家种或品系的数量性状经统计分析后见表3，包括最大值、最小值、平均值、标准差及变异系数。结果表明，株高和花梗长度的变异系数较大，分别为0.353，0.462，表明各农家种或品系在株高和花梗长度上存在较大差异。从表3还可以看出，在所收集的材料中，江苏大毛花和河南大毛花单枝花蕾数最多，河南野生2最少，山东野生3次之;河南野生1植株最高，山东亚特立本最矮;河北四季花叶长和叶宽值均为最大，山东大毛花和河南野生2均最小;江苏四季花花蕾最长，山东野生3最短;河北九丰一号花直径、花药长和花药宽均最大，河南野生1、河南线花和河南野生大毛花均最小;山东野生3花梗长度最大，河北大毛花最小;山东亚特青蕾新枝茎干直径最大，河北红银花最小。
2.2质量性状统计分析经观察所收集各农家种及品系的质量性状，发现株型与栽培所在地有密切关系，如采自河北巨鹿的栽培种质均为树形，采自江苏连云港的栽培种质大多为匍匐形，株型和株高的变化会受到修剪方式的影响。就缠绕情况来看，绝大部分种质为上部缠绕，极少种质为不缠绕和全缠绕，这可能与栽培修剪方式有关。叶片形状的变化不大，多为椭圆形至披针形，少为圆形叶。叶脉、叶柄、花蕾、茎干及新枝颜色的类型多样，变化较明显，且各性状之间具有较高的一致性，如河北红银花、江苏红、山东红金、山东亚特红蕾的叶脉、叶柄、花蕾及新枝颜色均为淡红或红紫;而采自河北巨鹿种质的叶脉、叶柄和花蕾颜色多为黄绿或绿色，花丝颜色多为黄绿或黄白。花形直条和内钩的比例相当，且与栽培地域不具相关性。绝大多数种质花蕾顶部膨大，少数种质不膨大。花萼形状多为卵状三角形和披针形，极少种质为三角形。仅毛花系、河北大线花和山东野生3具叶面被毛，其他种质均无毛。仅红花系、河北大麻花和山东2个国外引种种质叶背无毛，其他种质均有毛。各种质间花蕾被毛的长短及疏密差异不明显。
2.3因子分析通过初步因子分析，对本研究中初步选取的35个性状进行严格的筛选，剔除种质间差异不显著的性状和带有明显重复的性状[12]，最终筛选获得16个影响金银花种质分类的关键性状，见表4。为确认16个关键性状具有较高的相关性，对其编码后数值进行KMO和Bartlett球形度检验[13]，其KMO检验值为0.567，Bartlett球形度检验给出的相伴概率为0.00，表明变量间具有极显著相关性。
通过二次因子分析计算16个关键性状的因子载荷值，并将其归为5类，见表4。第1类因子为叶形和株型，包括叶长、叶柄长、叶宽和株型;第2类因子为花蕾性状，包括单枝花蕾数、花萼形状和花蕾颜色;第3类因子为被毛及新枝颜色，包括叶背被毛、花蕾被毛和新枝颜色;第4类因子为花梗长度和新枝节间长度;第5类因子为花期;第6类因子为花型和花丝颜色。
用主成分分析法对16个关键性状进行分析，得到其因子特征值及贡献率，见表5。对16个性状的6大类因子进行旋转平方和载入后，萃取出因子特征值大于1的因子。结果表明，第1个主因子的方差贡献率达到了25.327%，前3个主因子的累积方差贡献率占总贡献率的53.32%(>50.0%)，前6个主因子的累积方差贡献率达到了78.295%，说明依据筛选获得的16个关键性状作为变量对金银花栽培种质进行数量分类是可靠的[14]。且结合6大因子类型及其载荷值可以看出，叶形和株型、花蕾性状、被毛及新枝颜色等性状对金银花栽培种质内的分类鉴别有重要的作用。
2.4聚类分析以41个金银花材料作为变量，分别将其16个关键性状的数值经编码处理后输入SPSS19.0软件中建立数据库，并采用相似性矩阵对数据进行统计处理，聚类方法采用Ward联接法，度量区间采用平方Euclidean距离进行Q型聚类分析，得到Q聚类树状图，见图1。根据各分类单位的性状特征，通过等级结合线L1，将41个金银花材料划分为两大类群，即河北红银花、江苏红、山东亚特红蕾、山东红金、山东-美国引种和山东-意大利引种聚为一类，其余聚为第2类。通过等级结合线L2，又将第2类中的35个金银花材料划分为两大类，其中采自河北巨鹿的种质(2～15号)聚为一类，其余采自河南新密、山东临沂和江苏连云港的种质聚为另一类。等级结合线L3进一步将41个金银花材料划分为5个类群，其中变种红金银花单为一类，包括河北红银花、江苏红、山东亚特红蕾和山东红金，命名为A组;山东-美国引种和山东-意大利引种聚为一类，命名为B组;采自河北巨鹿的种质(2～15号)聚为一类，命名为C组;河南大毛花、河南小毛花、河南野生1、江苏大毛花、江苏亚特、山东大毛花、山东鸡爪花和山东中花一号聚为一类，命名为D组;其余聚为一类，命名为E组。
3讨论
3.1聚类分析结果的讨论结合因子分析和主成分分析的结果，可以看出，A组主要依第二类因子中的花蕾颜色聚为一类，均为红色。B组为2个栽培引种，分别引种自美国和意大利，与本土栽培种质有明显的表型特征的差异，在等级结合线L2处与A组红花系聚在一起，表明其与A组的亲缘关系较近一些，B组的花蕾颜色在花蕾底部偏红，新枝颜色叶为红紫色，叶背淡紫红色，叶形也与A组相似。C组均采自河北省巨鹿县，主要依第一类因子中的叶长、叶宽、叶柄长和株型聚为一类，这14个种质的修剪方式和生长环境一致，巨鹿地区是平原地区，与山东临沂、河南新密山地林下栽培有较大的不同，这可能是造成其形状特征趋同，且与其他栽培种质区分开的原因。D组和E组为采自河南新密、山东临沂和江苏连云港的种质，在等级结合线L3处分成2组，大致可分为毛花组(D组)和鸡爪花组(E组)，其花萼形状多为披针形，与其他3组有明显的区别，主要依第3类因子中的叶背被毛、花蕾被毛和第4类因子中的花梗长度、新枝节间长划分。结合性状数据可以看出，毛花组的花蕾被毛短而密，鸡爪花组的花蕾被毛短而疏，鸡爪花组的平均花梗长度显著大于毛花组，表明花蕾被毛和花梗长度可以作为区分毛花系和鸡爪花系的性状指标。这2组在等级结合线L2处与C组分开，这3个地点均在北纬34度附近，低于C组河北巨鹿的北纬37.22度，因此可能是受日照等气候因素的影响，导致D组和E组栽培种质的性状特征与C组产生了差异，有待后面从化学成分等方面做进一步的研究工作。
3.2依据农艺性状特征进行数量分类，对金银花种质资源的保护与引种栽培具有重要的意义本次采样过程中发现，不同地区相互引种导致同一栽培种在不同地区不同名，或者不同栽培种在不同地区同名的现象，并存在引进的种质重新引回原产地的现象(如河北巨鹿的巨花一号引种至山东，称为四季花，后又引入河北巨鹿)，造成一定程度的引种混乱，给其种质资源的保护和种质的鉴定研究带来困难。因此，本次研究将每个栽培种质看做是孤立的样本，不考虑其在不同地区间的引种关系，给其名称前加上采集地的标签，从表观特征性状做数值化处理来描述和探讨不同栽培品种间的差异和亲缘关系远近，从而避免了重复引种带来的影响。种质资源越丰富，研究越深入，在中药材品种改良、新品种培育越有针对性和预见性，因此，所掌握的种质资源数量和对其性状表现是十分重要的。本研究用主成分分析、因子分析和聚类分析的数学方法对金银花栽培品种依农艺性状进行了定量分析，为金银花栽培品种的分类、种质资源保护和引种栽培提供了可靠的依据。
3.3关键性状及核心种质的筛选对开展金银花良种选育具有重要的价值由于自然选择、人工引种栽培和长期的生态适应，金银花形成了一些地方品种、农家品种，是极其宝贵的自然财富。本研究大量选取栽培金银花的性状特征并筛选出对金银花种质分类具有重要意义的关键性状，以期找出与金银花有效成分含量相关的表征性状，从而筛选出能够代表绝大多数金银花栽培种质核心种质，并对金银花良种选育进行评价。因此，采用数量分类学筛选获得的金银花种质关键性状和核心种质的研究对新品种的选育、特异种质材料的利用以及种质创新具有重要意义。
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