全 文 ：蝴蝶兰核心种质构建初探
李 佐， 肖文芳， 尤 毅， 陈和明， 吕复兵
(广东省农业科学院花卉研究所/广东省园林花卉种质创新综合利用重点实验室， 广东 广州 510640）
摘 要：蝴蝶兰在全世界范围得到广泛流行和应用，其大量的种质资源给品种鉴定及利用和生产管理带来了极大的操作困难
和能源损耗。 研究证明，核心种质的构建可以直接解决庞大数量的种质收集和有效利用之间的矛盾。 对基于表型性状数据和 SSR
分子标记数据构建蝴蝶兰核心种质的步骤、方法及检测评价指标等进行了全面阐述，提出了蝴蝶兰核心种质建立的思路。
关键词：蝴蝶兰； 种质资源； 核心种质
中图分类号：S682.31 文献标识码：A 文章编号：1004-874X（2013）01-0046-04
Preliminary establishment of core collection for Phalaenopsis
LI Zuo, XIAO Wen-fang, YOU Yi, CHEN He-ming, LV Fu-bing
(Floricultural Research Institute, Guangdong Academy of Agricultural Sciences/
Guangdong Key Lab. of Ornamental Plant Germplasm Innovation and Utilization, Guangzhou 510640, China)
Abstract: Phalaenopsis is popular as its global cultivation and universal application, but plenty of Phalaenopsis germplasm resources
bring tremendous difficulties and energy loss to the variety identification and utilization and the production management. Previous studies
have shown that core collection could directly resolve the contradiction between the germplasm collection and effective utilization. In this
paper, the steps, methods and the evaluation index of Phalaenopsis core collection construction were introduced by using morphological
traits and SSR molecular markers, and then the conception of constructing Phalaenopsis core collection was proposed.
Key words: Phalaenopsis; germplasm resources; core collection
如何平衡植物种质资源的收集与有效利用之间的矛
盾是 21 世纪的焦点问题之一， 受到世界性的广泛重视。
蝴蝶兰作为世界各地普及栽培的洋兰品种， 是一种具有
极高经济价值的观赏花卉。 然而由于其在世界各地广泛
流行，杂交新品种层出不穷，加上地区间品种交换频繁，
使其资源收集的数量越来越庞大， 同物异名和同名异物
的情况也越发严重， 这给蝴蝶兰种质资源的有效利用造
成了障碍。 我国蝴蝶兰栽培种质以田间活体保存为主，重
复材料的甄别费时耗力， 种质评价鉴定工作也因工作量
大而难以开展， 为了解决蝴蝶兰种质收集与利用之间的
矛盾， 用尽可能少的种质份数保存尽可能多的遗传多样
性，是构建核心种质的关键。 广东省农科院花卉研究所兰
花研究中心目前保存有 400 余份蝴蝶兰种质资源， 随着
资源收集工作的持续发展，其数量还在逐步上升。 这些丰
富的蝴蝶兰资源为育种工作提供了良好的基础， 然而大
量的蝴蝶兰种质特征尚待进一步的研究利用。 因此，为了
解决如何利用有限的土地、人力、物力去有效地、节能地
保存这些品种资源并提高其利用效率的难题， 我们探讨
了初步构建蝴蝶兰核心种质的方法， 希望为以后蝴蝶兰
种质的保存及资源创新利用提供参考。
1 核心种质的概念
核心种质的概念首先是由澳大利亚学者 Frankel[1]提
出，再由 Brown[2]作了进一步的发展，具体是指从整个种质
资源中，用一定的方法选择一部分样本，以最少的资源数
量和遗传重复性， 最大程度地代表该物种的遗传多样性，
从而便于种质资源的保存、评价、研究和利用，同时核心种
质不仅应该包含最大限度的遗传多样性，还需包含生产实
践中所需要的优异农艺性状或基因[1-3]。 IBPGR[4]（国际植物
遗传资源委员会）认为，核心种质具有异质性、多样性、代
表性、实用性及动态性等显著特点，因此可以代表当前资
源多样性的主要和大部分类型， 并可作为有利基因发掘、
新技术应用和资源深入研究的优先样品集，大大提高了种
质资源的利用效率[5]。目前，全世界很多重要作物都已建立
或正在建立核心种质资源库，如水稻 [6]、花生 [7-8]、芝麻 [9]和
咖啡[10]等。 观赏花卉如梅花[11]、牡丹[12]、蜡梅[13]及郁金香[14]等
也开展了核心种质构建的研究。
核心种质构建的流程通常分为以下几步：基础数据的
收集—取样策略的选择—核心样本的检测评价—核心种
质的构建。
2 蝴蝶兰核心种质构建的主要方法
2.1 总体技术路线
以蝴蝶兰种质为试材进行核心种质的构建，其总体技
术路线如图 1所示。
收稿日期：2012-12-05
基金项目：国家自然科学基金（31201650）；广东省农业科学院
院长基金（201118）；广东省教育部产学研结合项目（2011B0904002
39）
作者简介：李佐（1983-），女，博士，助理研究员，E-mail: lizuo83
75@yahoo.com
通讯作者：吕复兵（1971-），男，博士，研究员，E-mail: lvfub@yah
oo.com.cn
广东农业科学 2013 年第 1 期46
DOI:10.16768/j.issn.1004-874x.2013.01.058
图 1 蝴蝶兰核心种质构建流程
2.2 基于表型性状构建蝴蝶兰核心种质
2.2.1 基础数据的收集整理 构建核心种质的前提是具
备一定规模的能够代表原始群体遗传多样性的数据[15]。目
前多采用两类数据进行观赏植物核心种质的构建， 即农
艺及观赏形态性状的表型数据和分子标记信息的数据。
从表型性状调查统计的全面性和系统性来看， 虽然是调
查的性状越多越好，获取的数据越准确越好，但是没有任
何一项研究能穷尽一种植物的所有性状 [16]，大多是综合利
用部分数量性状和质量性状的数据， 其中对质量性状多
采用数量化处理。
在重要作物的研究上，Balakrishnan 等 [17]采用 27 个质
量性状和 10 个数量性状来构建甘蔗的核心种质；Rodino
等 [18]采用 13 个质量性状和 34 个数量性状来构建大豆的
核心种质；刘三才等[19]采用 8个质量性状和 6个数量性状
（包含穗部、病害、农艺和品质 4 类性状）来构建小麦的核
心种质；董玉琛等[20]分别对中国普通小麦种质资源的地方
品种和选育品种构建了初选核心种质， 按栽培区进行了
分组，并在形态性状聚类的基础上，根据遗传多样性指数
与遗传丰富度进行了调整。 在观赏花卉的研究上， 李保
印 [12]采用 31个表型性状构建了 120份中原牡丹的初级核
心种质；赵冰[13]采用 4个质量性状和 5个数量性状对中国
蜡梅的 13个种群资源构建了核心种质。
本研究根据蝴蝶兰种质在农艺及观赏形态上表现出
的各种差异， 从而去除亲缘关系相近的样品并抽取核心
样品。 其中农艺及观赏形态性状的选取需稳定且具有代
表性，如调查统计相同株龄植株的花梗长度、花梗粗度、
花瓣或萼片大小、唇瓣大小等数量性状；以及成龄叶形、
叶片表面纹理、花色、花香、花瓣是否具蜡质等质量性状。
之后对调查的数量性状进行统计分析， 对质量性状进行
相应的描述及赋值 （数据采集时， 应严格按照 “蝴蝶兰
DUS测试指南”中的描述规范和数据标准来进行）。
2.2.2 取样策略的选择 （1）取样比例。 核心种质需要多
大的样本量才能使最小的样本数目保留最大的遗传信
息，不同研究者虽持有不同看法 [1-2,21]，但都遵循着一定的
原则，即应视研究植物的遗传结构及遗传多样性而定，还
应根据总资源的群体大小来适度调整取样比例。 若总资
源群体大，其核心种质的取样比例可相对小些；反之取样
比例则相对大些。 目前，在植物核心种质的构建中，取样
比例为 5%~30%，大多为 10%左右 [5]。 对于本研究中保存
的 400余份蝴蝶兰种质，适宜选择 5%、10%或 15%的比例
进行取样对比。 同时， 对于具有优异性状的特殊种质，如
具香味或迷你型种质，应优先入选核心种质库。
（2）取样方法。 核心种质采用哪种取样方法能更有效
地选取种质资源中的部分样品进入核心种质库， 是核心
种质构建过程的关键步骤。 主要取样方法有随机取样、优
先取样、变异度取样法等[22]。实践认为，采用优先取样法和
变异度取样法获得的核心种质的代表性比随机取样法
好 [23-24]。 Diwan等[23]通过比较 11种方法构建 1年生苜蓿核
心种质时发现， 聚类分组法构建的核心种质比随机取样
法更能代表整个种质资源的多样性。胡晋等[25]的研究中也
提出多次聚类随机取样和优先取样的策略更好。 然而由
于不同植物种质资源的遗传组成与结构的差别， 不同研
究者在核心种质构建的具体操作中所采用的取样策略也
会不同 [26-28]。 在本研究的蝴蝶兰核心种质构建中，首先根
据种质的相似特点（如种质的地理来源、农艺及观赏性状、
抗性等）进行逐步分组；分组后对比采用简单比例法、遗传
多样性法、对数法及平方根法来确定组内的取样份数；之
后采用优先取样法进行组内抽样。 要注意的是，对遗传变
47
异较大的种质，应适当增加样本入选量；对重复性较大的
种质，应适当减少样本入选量。 最后，通过采用多样性指
数、表型频率方差、等位基因频率、变异系数及表型保留
比例等参数进行排秩求和， 按照排秩求和的高低来确定
最优取样方法。
2.2.3 核心样本的检测及评价 核心种质构建后，需对其
有效性和遗传多样性进行分析、检测和评价，判断其是否
能够很好地代表原有种质的生态和遗传多样性。 检验指
标通常包括表现型方差、多样性指数、表型频率方差、表
型保留比例、平均数离差等 [24]。 胡晋等 [25]指出，用方差、极
差、均值和变异系数等参数进行评价时，核心种质各性状
的方差和变异系数应不小于原群体的方差和变异系数，
而极差与均值则应基本保持不变。 值得强调的是，核心种
质只是整个遗传资源的一部分， 只是尽可能地代表整个
遗传资源的遗传多样性，其数量远小于原始种质群体，并
不能替代原始种质群体， 当下没有入选的种质可作为保
留种质，随着今后研究的深入开展及新技术、新需求的出
现， 核心种质的结构和样本数目则需要进一步的更新调
整[29]。同时，核心种质建成后，需要建立完善的管理体制以
保证其高效的利用率。
2.3 基于 SSR分子标记构建蝴蝶兰核心种质
分子标记作为核心种质构建的另一类数据来源，不
仅能够在短时间内获得大量的遗传信息， 还能很好地反
映资源群体与个体间的遗传关系 [15]。 在作物的研究上，
Santos 等 [30] 利用 RAPD 标记构建了大豆的核心种质 ；
Chavarriaga-Aquirre 等 [31]利用 AFLP 和 SSR 分子标记构建
了木薯的核心种质；Fukunaga 等 [32]利用 SSR 标记构建了
墨西哥类蜀黍群体的核心种质；王丽侠等[33]在由农艺性状
构建的长江春大豆初选核心种质的基础上， 利用 SSR 标
记再次抽取核心种质， 并比较了两类数据构建核心种质
的差异。 在观赏花卉的研究上，明军等 [11]利用 AFLP 标记
对 178份梅花品种进行了核心种质的构建；李保印[12]在由
表型性状构建的 120份中原牡丹初级核心种质的基础上，
采用 ISSR和 AFLP分子标记进行核心种质的压缩；赵冰[13]
采用 AFLP 和 ISSR 分子标记对 86 份蜡梅品种资源进行
了核心种质的构建。
目前国内外已广泛的开展了蝴蝶兰分子遗传学方面
的研究，以 RAPD标记使用最多。如庄书婷[34]的研究表明，
从形态上来看，台湾蝴蝶兰（Phalaenopsis amabilis）与原产
菲律宾的蝴蝶兰（P.aphrodhe）非常相似，但使用 RAPD 和
ISSR分子标记技术进行鉴定，可发现二者有明显的区别；
Goh 等 [35]利用 RAPD 标记对蝴蝶兰属（Phalaenopsis）46 个
品种的样品进行了遗传距离和遗传关系的鉴定， 得到的
分子聚类结果与前人的形态学聚类结果基本一致。 蝴蝶
兰的 SSR 分子遗传学研究及其引物开发也在陆续展开，
如 Rodrigues 等[36]用 30对 SSR标记对 19个野生的马来西
亚濒危蝴蝶兰（P. gigantea）进行了遗传距离评估，并以此
作为保护策略的依据；张君毅等[37]对蝴蝶兰属的 EST 序列
进行了 SSR分析，随机挑选 40条含有 SSR的 EST 进行引
物设计，获得 5 对较好的引物，并对包括蝴蝶兰在内的 8
种兰科不同属的植物进行了检测， 表明蝴蝶兰 EST-SSR
标记在兰科植物中具有一定的通用性； 张水明等 [38]对
NCBI 数据库已收录的 8 188 条蝴蝶兰 EST 序列进行分
析，开发了大量的蝴蝶兰 EST-SSR 标记；本研究所的李冬
梅等 [39]也开展了蝴蝶兰 EST-SSR 引物的相关开发工作，
为本研究奠定了良好的前期基础。
2.3.1 数据的获得与分析 采摘蝴蝶兰嫩根，提取基因组
DNA， 利用筛选的 Genomic-SSR引物和 EST-SSR 引物进
行 PCR扩增，根据两类 SSR引物的扩增结果，进行数据分
析。
2.3.2 取样策略 基于分子标记多样性的取样方法主要
有遗传多样性取样法、 基因多样性取样法和最大化取样
法[40]。 Chandra等[41]认为，根据遗传多样性来确定各个分组
的取样比例是最为可靠的方法之一。 具体操作步骤是：先
计算出蝴蝶兰种质的相似系数或遗传距离， 之后参照 Hu
等[42]提出的逐步聚类法进行聚类分析，对于在聚类分析中
处于最低分类水平的两份种质， 采用位点优先取样法来
选择其一，同时采用随机取样法作为对照。
2.3.3 核心种质的检测及评价 对构建蝴蝶兰核心种质
使用的分子标记数据，采用等位基因数（A）、Nei’s 基因多
样性指数（H）、Shannon’s 信息指数（I）来评价核心种质与
原种质的遗传多样性，并通过 t检验来评价核心种质的代
表性。 值得注意的是，在分子标记聚类图中被单独聚成一
类的核心样本可考虑优先入选核心种质库， 同时对具有
特殊表型或抗性的种质可进行人工选择性补充。
3 结语
随着蝴蝶兰产业化的蓬勃发展，大量栽培新品种不断
涌现， 然而现代农业产业化的推广会造成植物遗传资源
的流失， 新品种的产生和推广会使传统农家品种大量消
失， 人工育种对目标性状选择的局限性会减少某些优良
遗传性状的储备，导致遗传多样性的损失[43]。因此，蝴蝶兰
核心种质的建立不仅可以更好地对其种质资源进行有效
管理和可持续利用， 还可以大大提高效率进行蝴蝶兰优
异种质和新基因的发掘和利用。 虽然对于成千上万个蝴
蝶兰品种来说，构建 400多个品种的核心种质的意义是有
限的， 但本研究旨在解决的关键问题是确立蝴蝶核心种
质构建的基本方法，同时建成开放式的、不断更新的核心
种质库。
参考文献：
[1] Arber W, Illemensee K, Peacock W J, et al. Genentic
manipulation : Impact on man and society [M ] . Cambridge :
Cambridge University Press, 1984:161-170.
[2] Brown A H D. Core collection: a practical approach to genetic
resources management[J].Genome, 1989,31:818-824.
[3] 李自超,张洪亮,孙传清,等.植物遗传资源核心种质研究现状与
展望[J].中国农业大学学报,1999,4(5):51-62.
[4] IBPGR. Annual report[R].Italty: IBPGR,1990.
[5] 白瑞霞. 枣种质资源遗传多样性的分子评价及其核心种质的构
建[D].保定:河北农业大学,2008.
48
[6] 李自超,张洪亮,曹永生,等.中国地方稻种资源初级核心种质取
样策略研究[J].作物学报,2003,29(5):20-24.
[7] Corley H C, William F A. Evaluation of a core collection to
identify resistance to late leaf spot in peanut[J]. Crop Science,
1995,35(6):1700-1702.
[8] Upadhyaya H D, Bramel P J, Ortiz R, et al. Developing a
mini core of peanut for utilization of genetic resources [J].Crop
Science, 2002,42(6):2150-2156.
[9] Zhang X R, Zhao Y Z, Cheng Y, et al. Establishment of
sesame germplasm core collection in China[J].Genetic Resources
and Crop Evolution, 2000,47:273-279.
[10] Dussert S, Chabrillange N, Anthony F, et al. Variability in
storage response within a coffee (Coffea spp.) core collection
under slow growth conditions [J].Plant Cell Reports, 1997,16(5):
344-348.
[11] 明军,张启翔,兰彦平.梅花品种资源核心种质构建[J].北京林业
大学学报,2005,27(2):65-69.
[12] 李保印.中原牡丹品种遗传多样性与核心种质构建研究[D].北京:
北京林业大学,2007.
[13] 赵冰.蜡梅种质资源遗传多样性与核心种质构建的研究[D].北京:
北京林业大学,2008.
[14] Raamsdonk L W D van, Wijnker J. The development of a new
approach for establishing a core collection using multivariate
analyses with tulip as case [J] . Genetic Resources and Crop
Evolution, 2000,47:403-416.
[15] 王建成,胡晋,黄歆贤,等.植物核心种质构建数据和代表性评价
参数的研究进展[J].种子,2008,27(8):52-55.
[16] 李国强.大白菜核心种质的构建与评价 [D].北京:中国农业科学
院,2008.
[17] Balakrishnan R, Nair N V, Sereenivasan T V. A method for
establishing a core collection of Saccharum ocinarum L.
germplasm based on quantitative-morphological data [J]. Genetic
Resourcesand Crop Evolution, 2000,47:1-9.
[18] Rodino A P, Santalla M, Ron A M D, et al. A core collection
of common bean from the Iberian peninsula [J].Euphytica,
2003,131:165-175.
[19] 刘三才,曹永生.普通小麦核心种质抽样方法的比较[J].麦类作物
学报,2001,21(2):42-45.
[20] 董玉琛 ,曹永生 ,张学勇 ,等 .中国普通小麦初选核心种质的产
生[J].植物遗传资源学报,2003,4(1):1-8.
[21] Yonezawa K, Morishma H. Sampling strategies for use in
stratified germplasm collections [A]. Hodgkin T, Brown A H D,
van Hintum T J L, et al. Core Collection of Plant Genetic
Resources [C]. Chichester: John Wiley and Sons, 1995:95-108.
[22] 徐海明,邱英雄,胡晋,等.不同遗传距离聚类和抽样方法构建作
物核心种质的比较[J].作物学报,2004,30(9):732-735.
[23] Diwan N, McIntosh M S, Bauchan G R. Methods of developing
a core collection of annual Medicago species [J].Theor. Appl.
Genet, 1995,90:755-761.
[24] 李长涛,宋丽丽,孔伟丽,等.植物遗传资源核心种质的构建及应
用[J].植物学通报,2005,22(S):139-145.
[25] 胡晋,徐海明,朱军.基因型值多次聚类法构建作物种质资源核心
库[J].生物数学学报,2000,15(1):103-109.
[26] Tohme J, Jones P, Beebe S, et a1. The combined use of
agroecological and characterisation data to stablish the CIAT
phaseolus vulgads core collection [A].Core collection of plant
genetic resources. International Plant Genetic Resources Institute
(IPGRI) [C]. A Wiley-Sayce Publication,1995:95-107.
[27] Hari D U, Paula J B, Sube S. Development of a chickpea core
subset using geographic distribution and quantitative traits [J].
Crop Science, 2001,41(1):206-210.
[28] 张广平,李锡香,向长萍,等.黄瓜种质核心样本构建方法初探[J].
园艺学报,2006,33(2):260-265.
[29] 崔艳华,邱丽娟,常汝镇,等.植物核心种质研究进展[J].植物遗传
资源学报,2003,4(3):76.
[30] Santos V S E D, Gimmes M A, Valls J F M, et al. Genetic
variation within and among species of five sections of the genus
Arachis L. (Leguminosae) using RAPDs [J]. Genetic Resources
and Crop Evolution, 2003,50:841-848.
[31] Chavarriaga -Aquirre P, Maya M M, Tohme J, et al. Using
microsatellites, isozymes and AFLPs to evaluate genetic diversity
and redundancy in the cassava core collection and to assess
the usefulness of DNA-based markers to maintain germplasm
collections [J]. Molecular Breeding, 1999,5:263-273.
[32] Fukunaga K, Hill J, Vigouroux Y, et al. Genetic diversity and
population structure of teosinte [J]. Genetics, 2005,169(4):2241-
2254.
[33] 王丽侠,李英慧,李伟,等.长江春大豆核心种质构建及分析[J].生
物多样性,2004,12(6):578-585.
[34] 庄书婷.利用 RAPD 与 ISSR 分子标记技术鉴定台湾蝴蝶兰及菲
律宾蝴蝶兰物种[A].2004 年彰化花卉博览会花卉新科技海报展
专刊[C].2004:163-166.
[35] Goh M W K, Kumar P P, Lim S H, et al. Random amplified
polymorphic DNA analysis of the moth orchids, Phalaenopsis
(Epidendroideae: Orchidaceae) [J]. Euphytica, 2005,141:11-22.
[36] Rodrigues K F, Kumar S V. Isolation and characterization of
microsatellite loci in Phalaenopsis gigantea [J].Conservation
Genetics, 2009,10:559-562.
[37] 张君毅 ,陈瑞凤 .蝴蝶兰 EST-SSR 分析 [J].植物生理学通讯 ,
2010,46(6):559-563.
[38] 张水明 ,陈程 ,龚凌燕 ,等 .蝴蝶兰 EST 资源 SSR 标记分析与开
发[J].园艺学报,2012,39(6):1191-1198.
[39] 李冬梅,吕复兵,朱根发,等.蝴蝶兰 EST 资源的 SSR 信息分析[J].
广东农业科学,2011,38(3):117-120.
[40] 张艳芳.利用形态学和 SSR 标记建立柿核心种质[D].武汉:华中
农业大学,2010.
[41] Chandra S, Huaman Z, Krislma Haft S, et al. Optimal sampling
strategy and core collection size of Andean tetraploid potato
based on isozyme data——A simulation study[J].Theoretical and
Applied Genetics, 2002,104:1325-1334.
[42] Hu J, Zhu J, Xu H M. Methods of constructing core collections
by stepwise clustering with three sampling strategies based on
the genotypic values crops[J].Theoretical and Applied Genetics,
2000,101:264-268.
[43] 黄宏文.保育遗传学与植物遗传资源的策略[J].武汉植物学研究,
1998,16(4):346-358.
49