种质资源群体多样性是长期进化的产物，群体多样性越高，表明对环境变化的适应能力越强^[1]。植物通过叶片将光能转换成化学能，因此叶片是植物物质积累的重要场所，是决定植物生物量大小的重要器官之一。不同植物的叶片在叶形、颜色、质地、叶缘等存在明显的差异，而同种植物不同种质资源的叶片表型性状也存在较大的差异^[2–4]。通过对植物叶片性状变异规律进行研究，可为优质种质筛选提供依据。

棱果花(Barthea barthei)为野牡丹科(Melastomataceae)棱果花属灌木，单属单种，聚伞状花序, 花瓣长圆状、椭圆形或近倒卵形，花白色至粉红色或紫红色，分布于我国广东、湖南、广西、福建、台湾等地。棱果花花期为10月到翌年4月，比野牡丹科其他多数植物花期(多为6—9月)较晚，花期长、抗逆性强，适生范围广。目前已对广东、海南、福建和湖南等地区野牡丹科观赏植物进行了资源调查^[5–9]，并对其观赏性及园林应用价值进行了评价分析^[10–12]，但对棱果花种质资源的表型性状多样性研究未见报道。本研究利用139株棱果花对种质资源进行叶片表型性状分析，结合相关分析、主成分分析和聚类分析研究棱果花种质资源的多样性，为棱果花种质资源的改良利用、新种质的创制及杂交亲本选择提供依据。

根据现存棱果花天然资源分布，在分布相对集中的6个天然种群，选取间距在30 m以上的植株，于2021年春季采集树冠外侧东、南、西、北4个方位的成熟叶片，各种群的来源和编号见表 1。

表 1(Table 1)

表 1 棱果花资源 Table 1 Barthea barthei resources 编号No. 数量Number 来源Source 经度Longitude (N) 纬度Latitude (E) GY1~GY36 36 广东阳春Yangchun, Guangdong 111°26′17″ 21°53′20″ SW1~SW3, SW5~SW23, SW25~SW34 32 广东深圳Shenzhen, Guangdong 114°13′45″ 22°34′41″ GR1~GR18 18 广东韶关Shaoguan, Guangdong 112°56′27″ 21°41′42″ GH1~GH6, GH8~GH11, GH13~GH16 14 广东汕尾Shanwei, Guangdong 115°13′58″ 23°3′43″ GF1~GF24 24 广西防城港Fangchenggang, Guangxi 107°32′1″ 21°50′24″ HC1~HC14, HC16 15 湖南郴州Chenzhou, Hunan 112°55′43″ 24°58′48″

表 1 棱果花资源 Table 1 Barthea barthei resources

从东、南、西、北4个方位选取植株中部外侧成熟叶片各2片，将叶子平展后用扫描仪扫描，采用万深LA-S植物图像分析仪(TMA1600)检测叶面积(mm²)、叶柄面积(mm²)、叶周长(mm)、叶片长(mm)、叶柄长(mm)、叶片宽(mm)、叶柄宽(mm)、叶柄长/宽、叶长/宽、叶绿素和叶形数据。用游标卡尺测量叶片厚度；用电子天平先称取叶片鲜质量, 然后将叶片置于烘箱中烘干，再用电子天平称取叶片干质量，数据取平均值。

利用Excel对原始数据进行整理，数据的基本统计分析则采用R软件^[13]。用“psych”和“cluster”包分别进行主成分分析和聚类分析，其中聚类分析基于系统聚类中离差平方和进行聚类；用ASReml软件分析棱果花叶片形状的性状变异^[14]，混合线性模型为 $Y_{i j k}=u+P_i+I_j+e_{i j k}$，其中Y_ijk是第i种群第j单株的观测值，u为总叶片平均值，P_i为第i个种群的随机效应值，I_j为第i个种群内第j个单株的随机效应值，e_ijk为随机误差。

对139株棱果花叶片表型性状的变异分析表明, 叶面积、叶柄面积分别为2 000.00和19.00 mm²; 叶周长、叶长、叶柄长、叶宽、叶柄宽分别为220.00、82.00、11.00、39.00和2.50 mm；叶柄长/宽、叶长/宽、叶绿素、叶形分别为4.90、2.20、4.50、2.00; 叶厚、叶鲜质量和叶干质量分别为0.31 mm、9.10 g和6.46 g。叶片表型性状的变异系数为14%~84%, 说明棱果花种质资源的叶片表型性状差异较大, 性状表现不稳定。其中变异系数较大的是叶柄面积和叶干质量，变异系数分别为61%和84%。除叶形的峰度系数为5.80外，其余性状的偏度系数和峰度系数均约为1，说明这些叶形性状符合近似正态分布，可用于相关性、主成分分析和聚类分析(表 2)。

表 2(Table 2)

表 2 棱果花叶片表型性状的变异 Table 2 Variation coefficient of phenotypic traits of Barthea barthei leaves 性状 Trait 最小值Min. 最大值 Max. 平均 Mean 标准差Standard error 方差 Variation 变异系数/% Coefficient variation (CV) 偏度Skewness 峰度 Kurtosis 叶面积Leaf area (mm2) 480.00 12 890.00 1 990.00 21.00 570 000.00 38 0.28 0.31 叶柄面积Petiole area (mm2) 2.20 210.00 19.00 0.36 140.00 61 0.47 0.61 叶周长Leaf perimeter (mm) 120.00 580.00 220.00 1.20 1 800.00 20 0.85 1.20 叶片长Leaf length (mm) 42.00 220.00 82.00 0.45 270.00 20 0.74 0.30 叶柄长Petiole length (mm) 3.10 33.00 11.00 0.10 11.00 29 0.84 1.80 叶片宽Leaf width (mm) 18.00 96.00 39.00 0.20 57.00 20 0.59 2.30 叶柄宽Petiole width (mm) 0.68 12.00 2.50 0.03 1.00 41 1.30 0.69 叶柄长/宽Petiole length/width 1.70 14.00 4.90 0.05 2.50 32 0.72 0.83 叶片长/宽Leaf length/width 1.20 3.20 2.20 0.01 0.12 16 0.05 0.42 叶绿素Chlorophyll 0.10 5.70 4.50 0.02 0.39 14 0.32 0.20 叶形Leaf shape 1.30 4.30 2.00 0.01 0.10 16 1.40 5.80 叶厚Leaf thickness (mm) 0.15 0.58 0.31 0.00 0.01 29 1.00 0.91 叶鲜质量Leaf fresh weight (g) 5.80 13.00 9.10 0.04 1.90 15 0.33 0.13 叶干质量Leaf dry weight (g) 5.20 9.50 6.46 0.16 34.00 84 1.10 1.30

表 2 棱果花叶片表型性状的变异 Table 2 Variation coefficient of phenotypic traits of Barthea barthei leaves

对139株棱果花叶片表型性状进行方差分析表明，不同种群棱果花的叶面积、叶柄面积、叶周长、叶长、叶柄长、叶宽、叶柄宽、叶柄长/宽、叶长/宽、叶绿素、叶形、叶厚度、叶鲜质量和叶干质量的差异达极显著水平(表 3，P < 0.05)。其中，叶绿素在种群间的F值最大，为131.53，叶宽在种群内的F值最大，为9.18，说明139株棱果花的叶片性状在种群间和个体间存在丰富的表型变异，为棱果花进一步评价研究提供材料。

表 3(Table 3)

表 3 棱果花叶片表型性状的方差分析 Table 3 Variance analysis of leaf traits of Barthea barthei 性状 Trait 方差来源 Variance source 自由度Degree of freedom (df) 平方和Sum of squares (SS) 均方和Mean sum of squares (MS) F 叶片面积 Leaf area 种群间Among populations 5 52 900 000.00 10 571 360.00 32.46*** 单株间Among individuals 137 325 000 000.00 2 371 218.00 7.28*** 叶柄面积 Petiole area 种群间Among populations 5 18 899.00 3 780.00 39.21*** 单株间Among individuals 137 38 140.00 278.00 2.89*** 叶周长 Leaf perimeter 种群间Among populations 5 151 264.00 30 253.00 29.77*** 单株间Among individuals 137 1 097 988.00 8 015.00 7.89*** 叶长 Leaf length 种群间Among populations 5 24263.00 4 853.00 33.29*** 单株间Among individuals 137 171 137.00 1 249.00 8.57*** 叶柄长 Petiole length 种群间Among populations 5 1 741.00 348.00 53.77*** 单株间Among individuals 137 4 064.00 30.00 4.58*** 叶宽 Leaf width 种群间Among populations 5 14 532.00 2 906.00 114.60*** 单株间Among individuals 137 31 905.00 233.00 9.18*** 叶柄宽 Petiole width 种群间Among populations 5 172.00 34.40 44.96*** 单株间Among individuals 137 232.00 1.70 2.21*** 叶柄长/宽 Petiole length/width 种群间Among populations 5 410.00 82.00 45.09*** 单株间Among individuals 137 618.00 4.50 2.48*** 叶长/宽 Leaf length/width 种群间Among populations 5 47.40 9.49 187.08*** 单株间Among individuals 137 48.30 0.35 6.95*** 叶绿素 Chlorophyll 种群间Among populations 5 143.00 28.56 131.53*** 单株间Among individuals 137 117.00 0.85 3.94*** 叶形 Leaf shape 种群间Among populations 5 6.50 1.30 16.72*** 单株间Among individuals 137 38.90 0.28 3.66*** 叶厚 Leaf thickness 种群间Among populations 5 5.22 1.04 1.28*** 单株间Among individuals 137 5.84 0.04 5.23*** 叶鲜质量 Leaf fresh weight 种群间Among populations 5 1 016.00 203.30 1.19*** 单株间Among individuals 137 1 624.00 11.90 6.96*** 叶干质量 Leaf dry weight 种群间Among populations 5 2 141.00 428.00 2.40*** 单株间Among individuals 137 43 707.00 319.00 1.79*** ***: P < 0.001

表 3 棱果花叶片表型性状的方差分析 Table 3 Variance analysis of leaf traits of Barthea barthei

棱果花叶片表型性状的相关分析结果表明(表 4)，除叶绿素和叶厚度外，其他叶片表型性状间的相关系数较高，其中叶面积、叶周长、叶长和叶宽间存在极显著正相关，相关系数为0.660~0.997。叶鲜质量与叶面积、叶周长、叶长和叶宽存在极显著正相关，相关系数为0.360~0.600。叶形与叶长/宽呈极显著正相关，相关系数为0.682。叶厚度与叶长/宽呈极显著负相关，相关系数为0.369。

表 4(Table 4)

表 4 棱果花叶片表型性状相关系数(右上)和显著性检验(左下) Table 4 Correlation coefficient (upper right) and significance test (lower left) of leaf traits of Barthea barthei 性状 Trait 面积 Area 周长 Perimeter 长 Length 宽 Width 长/宽 Length/width 叶绿素 Chlorophyll 叶形 Shape 厚度 Thickness 鲜质量 Fresh weight 干质量 Dry weight 面积Area 0.893 0.859 0.900 –0.024 0.106 –0.010 0.180 0.480 0.069 周长Perimeter < 0.001 0.961 0.760 0.259 0.084 0.397 0.110 0.410 0.075 长Length < 0.001 < 0.001 0.660 0.428 0.094 0.373 0.022 0.360 0.055 宽Width < 0.001 < 0.001 < 0.001 –0.381 0.142 –0.181 0.338 0.600 0.100 长/宽Length/width 0.377 < 0.001 < 0.001 < 0.001 –0.040 0.682 –0.369 –0.270 –0.055 叶绿素Chlorophyll < 0.001 0.002 < 0.002 < 0.001 0.144 –0.087 –0.011 0.310 0.137 叶形Shape 0.704 < 0.001 < 0.001 < 0.001 < 0.001 0.001 –0.128 –0.160 0.006 厚度Thickness < 0.001 < 0.001 0.411 < 0.001 < 0.001 0.685 < 0.001 0.420 0.112 鲜质量Fresh weight < 0.001 < 0.001 < 0.001 < 0.001 < 0.001 < 0.001 < 0.001 < 0.001 0.129 干质量Dry weight 0.011 0.006 0.044 0.000 0.044 < 0.001 0.832 < 0.001 < 0.001

表 4 棱果花叶片表型性状相关系数(右上)和显著性检验(左下) Table 4 Correlation coefficient (upper right) and significance test (lower left) of leaf traits of Barthea barthei

植物不同性状间存在一定的关联，而单个性状的作用较难分析，通过主成分分析对多个性状原有信息进行抽提和合并，进而简化成数量较少的独立性状。通过对棱果花14个叶片表型性状进行主成分分析，结果见表 5。以特征值为1进行抽提，共获得5个主成分，累计贡献率为88%，说明139株样品的14个叶片性状的大部分信息可以用这5个主成分提取。

表 5(Table 5)

表 5 棱果花叶片表型性状的主成分分析 Table 5 Principal component analysis of leaf phenotypic traits in Barthea barthei 性状 Trait 主成分Principal component PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 叶面积Leaf area 0.96 0.08 0.12 –0.11 0.03 叶柄面积Petiole area 0.73 –0.15 –0.54 0.12 –0.15 叶周长Leaf perimeter 0.90 0.38 0.13 –0.08 0.11 叶长Leaf length 0.82 0.52 0.13 –0.11 0.08 叶柄长Petiole length 0.66 0.22 –0.56 0.30 –0.24 叶宽Leaf width 0.91 –0.26 0.14 –0.04 0.00 叶柄宽Petiole width 0.69 –0.45 –0.43 0.00 0.00 叶柄长/宽Petiole length/width –0.13 0.73 –0.11 0.30 –0.27 叶长/宽Leaf length/width –0.17 0.89 0.02 –0.09 0.09 叶绿素Chlorophyll 0.25 –0.09 0.75 0.07 –0.35 叶形Leaf shape –0.06 0.83 –0.05 0.03 0.32 叶厚Leaf thickness 0.35 –0.47 –0.01 0.09 0.63 叶鲜质量Leaf fresh weight 0.75 –0.33 0.27 0.04 –0.19 叶干质量Leaf dry weight 0.13 –0.04 0.31 0.86 0.19 特征值Eigenvalue 7.30 3.23 1.62 1.01 0.87 贡献率Contribution rate /% 46.00 20.00 10.00 6.00 5.00 累积贡献率Accumulative contribution rate /% 46.00 66.00 76.00 82.00 88.00

表 5 棱果花叶片表型性状的主成分分析 Table 5 Principal component analysis of leaf phenotypic traits in Barthea barthei

第1主成分对叶片表型变异的贡献率最大，为46%，包含叶面积、叶宽、叶周长、叶长、叶鲜质量、叶柄面积、叶柄宽、叶柄长、叶厚、叶绿素、叶干质量、叶长/宽、叶柄长/宽和叶形，说明第1主成分是表示叶面积的综合因子。第2主成分的贡献率为20%，主要为叶长/宽、叶柄长/宽和叶形, 说明第2主成分是表示叶形的综合因子。第3主成分的贡献率为10%，贡献较大的性状为叶绿素、叶柄面积和叶柄长，说明第3主成分是表示叶绿素值和叶柄性状的综合因子。第4个主成分的贡献率为6%, 贡献较大的性状为叶干质量，说明第4主成分是表示叶干质量的综合因子。第5个主成分的贡献率为5%，贡献较大的性状为叶厚度，说明第5主成分是表示叶厚度的综合因子。因此，棱果花叶片表型的差异主要表现在叶面积、叶周长和叶宽上。

利用R软件中的“psych”包对139株棱果花的14个叶表型性状进行聚类分析，并构建相关聚类图(图 1)。由图 1和表 6可见，当距离=1时，139株棱果花可划分为6组，第Ⅰ组包含34株，占样本总数的24.46%，叶柄长和叶柄宽最大，分别为12.12、2.65 mm；第Ⅱ组包含7株，约占样本总数的5.04%，叶面积、叶柄面积、叶周长、叶长、叶柄长较大, 分别为3274.8、3254.65 mm²和305.2、279.89、106.44、14.19 mm；第Ⅲ组包含1株，约占0.72%，叶面积、叶柄面积、叶周长和叶宽最小，分别为681.38、678.70 mm²和133.04、20.82 mm；第Ⅳ组含15株，约占10.79%，叶柄长和宽较大，分别为12.94、2.98 mm；第Ⅴ组包含37株，约占26.62%;第Ⅵ组包含45株，约占32.37%，叶绿素较小，为4.28。这表明来自不同种群的样品分散在不同的组中，说明叶片表型聚类与样品来源无显著关系，进一步说明了棱果花种群内部具有丰富的多样性，为开展棱果花种内杂交育种的亲本选择奠定基础。

图 1(Fig. 1)

图 1 139株棱果花叶片表型性状聚类图。GY1~GY36、SW1~SW3、SW5~SW23、SW25~SW34、GR1~GR18、GH1~GH6、GH8~GH11、GH13~GH16、GF1~GF24、HC1~HC14和HC16见表 1。 Fig. 1 Cluster dendrogram of leaf phenotypic traits of Barthea barthei. GY1-GY36, SW1-SW3, SW5-SW23, SW25-SW34, GR1-GR18, GH1-GH6, GH8-GH11, GH13-GH16, GF1-GF24, HC1-HC14 and HC16 see Table 1.

表 6(Table 6)

表 6 棱果花种质资源各类群叶片性状特征 Table 6 Leaf traits of different groups in Barthea barthei 性状 Trait 类群Group 1 2 3 4 5 6 数量Number 34 7 1 15 37 45 叶面积Leaf area (mm2) 2 252.99c 3 254.65a 678.70g 2 724.72b 1 882.35d 1 415.87f 叶柄面积Petiole area (mm2) 2 252.99c 3 254.65a 678.7g 2 724.72b 1 882.35d 1 415.07f 叶周长Leaf perimeter (mm) 233.99c 279.89a 133.04g 258.70b 213.32d 186.82e 叶长Leaf length (mm) 87.27c 106.44a 51.77f 96.89b 79.63d 70.59e 叶柄长Petiole length (mm) 12.12ab 14.19a 5.06c 12.94ab 11.44bc 9.77c 叶宽Leaf width (mm) 41.58bc 49.29a 20.82e 44.95ab 38.05cd 32.03e 叶柄宽Petiole width (mm) 2.65a 2.99a 1.09c 2.98a 2.54ab 2.05a 叶柄长/宽Petiole length/width 4.94a 5.03a 4.68a 4.85a 4.88a 5.14a 叶长/宽Leaf length/width 2.12a 2.20a 2.49a 2.18a 2.11a 2.22a 叶绿素Chlorophyll 4.46ab 4.47ab 4.17b 4.67a 4.48 ab 4.28b 叶形Leaf shape 1.98a 1.94a 2.08a 2.01a 1.96a 2.01a 叶厚Leaf thickness (mm) 0.33a 0.37a 0.15a 0.34a 0.31a 0.29a 叶鲜质量Leaf fresh weight (g) 9.23b 10.73a 6.30c 10.71a 9.15b 7.85c 叶干质量Leaf dry weight (g) 8.47a 7.03a 5.30a 6.93a 6.40a 5.95a 同行数据后不同字母表示差异显著(P < 0.05)。 Data followed different letters at the same line indicate significant difference at 0.05 level.

表 6 棱果花种质资源各类群叶片性状特征 Table 6 Leaf traits of different groups in Barthea barthei

群体变异系数在一定程度上反映出群体性状的差异性及多样性，变异系数值越大，说明群体离散程度越大，相应的性状越不稳定；变异系数值越小，说明群体相对稳定，一致性较好^[15–17]。目前, 已有较多利用叶片表型性状对种质资源进行遗传多样性分析的报道^{[2–4, 18–19]}。文珊娜等^[19]对12个灰木莲(Manglietia conifera)群体的叶片性状进行了表型多样性分析；唐庆兰等^[18]对10个群体斑皮柠檬桉(Corymbia citriodora subsp. variegate)叶片性状进行变异分析；徐斌等^[2]对37个杜鹃红山茶(Camellia azalea)无性系的叶片主要性状进行了遗传多样性分析。本研究表明139个棱果花种质资源的叶片表型性状变异系数为14%~84%，平均为32%，说明这些叶片性状在棱果花种质资源中变异较大，表型多样性水平丰富，可以选出叶片观赏性状较高的优良品种。下一步将对资源的鉴定和创新进行研究, 利用高通量和分子生物学手段评价各个资源的遗传背景及其特性，通过常规杂交或现代生物技术手段对高观赏性状进行改良利用研究，研发具有自主知识产权的新品种，对华南地区花卉产业健康发展具有重要的意义。

叶片性状相关性和主成分分析是植物表型多样性分析的重要方法，在植物表型多样性及其进化研究方面发挥了重要作用。相关性分析可了解不同性状间相互作用关系，如果2个性状间为显著的正相关关系，说明一个性状的改良将有助于另一个性状的应用，表现为协同效应，反之则表现为拮抗作用^[20]。本研究分析的棱果花不同叶片表型性状间的相关值较高，如叶面积、叶周长与叶长间的相关系数为0.75~0.99。主成分分析通过降维处理将多个变量转成为少量能代表大部分变量信息的方法。通过对叶片表型性状进行主成分分析，共提取了5个主成分，累计贡献率达到88%，表明各性状的累计贡献率增长比较迅速，说明在棱果花的性状变异具有多样性。综上所述，根据叶片各主成分贡献率选出了影响较大的性状指标，叶片面积、叶片周长、叶片宽、叶片长/宽和叶形参数是棱果花分类最主要的标准和依据。

聚类分析能够将性状相近的种质资源聚为一类，每一类都有各自的表型特征^[21–22]。育种学家可根据不同的选育目标选择亲缘关系较远的亲本配置杂交组合，进而筛选出具有杂种优势的新品种。离差平方和法能够将139个单株完全区分开，并在阈值为1时将棱果花种质资源划分为6类，每个类型内棱果花种质资源表型性状类似，而不同类型中存在明显的差异。通过对棱果花各类群的分析发现，部分来自同一个种群的材料分布在不同的类群，该结果表明聚类与地理来源无明显的关联。因此，在后续育种材料选择上不仅考虑种群，还要注重材料的遗传多样性分析，才能更有利于棱果花种质资源收集和利用。