全 文 ：福建省农科院学报 7 ( 2) :8 0一 8 4, 19 9 2
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“ 尹 n a
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f 而夕必 , Aca d e l砚 y o f A g , 乞。 l tu , a l cs 哪 e e s
福建珍珠菜属数量分类研究
陈蓓菲`
(
` 福建农学院 , 福州 3 5 0 0 0 2 ; ’
林国宇 2
福建师范大学 , 福州 3 5 0 0 0 7 )
摘 要 : 本文以产于福建的 2 种过路黄为基本分类单位 , 根据数量分类的基本原理 , 选取 56 项形
态性状进行聚类分析 , 探讨它们种间亲缘关系 。 结果表明 , 利用计算机进行聚类分析在植物分类研
究中是一种较理想的手段 , 与经典分类结果基本一致 , 为植物分类提供一定科学依据和可行方法 。
关键词 : 珍珠菜属 ; 福建省 ; 数量分类
A S t u d y O n Q
u a n t it a t iv e C la 乌s if ie a t io n f o r 勿 s i m a e h i a G r o w in g in F u jia n P r o v in e e
C h e n eP i f
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l a n d L i n g G u o y u Z
(
’ 脚户 ; 月尹。枷、 I oC 之距 夕` , 脚刁勿肚 3 5 0 D0 2 ; 2 而 ]二 n 7’ae ` ` , , s IJ : i附故勿 , 不、 之加左 3 5 0 0 0 7 )
A b s t r a Ct : T h i s aP p
e r r e P o r et d t h e r e s u l t o f e la s i f y in g 2 2 b r e e d s o f 甸邵彻ch 如 g r o w in g i n F u j i a n P r o V i n c e w i t h
th e s y s t e m a t i e e l u s t e r i n g m e th do w h i
e h 15 in a e e o r d a n e e t o th e 恤 s i e p r i n e i P l e o f q u a n t i at t i v e e la s i f ica t i o n . 5 6
s e l e e et d m o r P h o l o g ica l f e a t u r e s o f 2 2 b r e de
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i n t e r s pe e i f i e a f f i n i t y
.
T h e r e s u l t i n d i e a et d th a t t h e u se
o f e o m P u t e r i n e lu s t e r i n g a n a ly s i s 15 e o m P a r a t i v e l y a n
id e a l m e a n s f o r Pla n t e l a s i f i e a t i o n
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a r e h o n P l a n t e l a s i f i e a t i o n
.
K ey W
o r d s : 乙岁流刀议双 流涟 ; F u jj a n P r o v l n e e ; q u a n t j t a t i v e e l a jS lj ca t i o n
植物分类是植物学中重要的研究领域 , 植物作为一 自然客体 , 具有非均一性 , 个体差异
复杂 , 各个分类学派的分类原则和分类依据不尽相同 , 数量分类始于 50 年代 , 但仅在近 10 余
年 , 由于计算机普遍应用 , 才得以迅速发展 。 本文以福建产的 2 种过路黄为基本分类单位 ,
采用数量分类法进行聚类分析 , 取得较为合理的结果 。
1 材料和 方法
1
.
1 研究材料 按陈封怀等 「` 〕的观点 , 将产于福建省的 2 种过路黄为数量分类单位 o( T U )
(表 1 ) 。 并从中选取相对稳定 , 种间差异明显并在经典分类中引用的形态学特征 , 共 56 项作
收稿 日期 : 19 9 2一 04一 1 7
第 2期 陈蓓菲等 :福建珍珠菜属数量分类研究
为数量分类的依据 , 其中二元性状 2 4 个 , 多态性状 28 个 , 数量性状 4 个 。 本研究所依据的
标本藏于中国科学院华南植物研究所 、 福建师范大学生物系 , 厦 门大学生物系 , 福建亚热带
植物研究所 , 福建药品检验所 , 福建 医药研究所 。
1
·
2 研究方法田
1
.
.2 1 数据转换 由于研究材料具有不同量分的特性 , 有的特性数值大 , 有的特性数值小 ,
这样在计豹`两种间相似系数时 , 往往突出大数值特性的作用 , 而压低小数值特性作用 , 因此 ,
必须将数据标准化 。 采用正规化方法标准化数据 , 若 Y ;j表示原始数据矩阵中第 i 个分类单位
i( 二 l , 2 , 3 , … … 2 ) 、 第 J 个特性 (j 一 1 , 2 , … , 5 6) 的数值 , 亨。 和 jS 分别表示第 j 个特性
的平均值和标准差 , 则 : X IJ二 Y 。一 jY
凡表示 戮经标准化转换后相应数值 。
1
.
2
.
2 建立相 关矩阵 从 已标准化的数
据再 计算分类单位之间相似性系数 。 相似
系数采用相关系数公式 , 如下 :
习 ( X `一又 ; ) ( X 」,一 又 J )
r ` J -— —[习 ( X , k一又 ) 2 · 习 ( X J k一又J ) 2」` / 2· · · · · · · . · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · … … ( 2 )( i , j一 1 , 2 , … , 2 2 )式中 : 。表示分类单位 j 与 i 之间的相关系数 ; 又 一 (习X IK ) / n 。卜 2 . 3 聚类运算 聚类运算采取聚合逐类配对法 , 即每次循环只形成一个结合新
类 群 , 结合的类群仅 由 2 个类群合并而
成 , 类 群 结合后 相似 性 系数 计算采 用
s p e a r m a n 方法 , 表达式如下 :
2
, … , 2 2 ; j一 1 , 2 , … , 5 6 ) · · · · · · … … ( l )
表 ] 产于福建的 2 2种过路黄
T a b l e 1 2 2 b r e e d s o f I’y 、乞m a e h : a g r o w j n g i n F u j i a 门
o工U
U I U
代号
C .洲」e
O T U
0 1 U
代号 学 名
C ( ) (l e N a ln C
细梗香草
L
.
C a 刃2112那召
假排草
L
. 苏i肋 k飞a , “`
福建过路黄
L
.
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u无艺e 刀尸 n占艺占
长梗排草
乙 . 彻双 g 之那名
轮叶排草
L
.
k l(J 乙t Zu儿 u
r , p十 r 、q
丫2 + Z r p q ( 3 )
显苞过路黄
L
. , 社b z夕艺刀。吕 a
广西过路黄
石 . a?lf e滋形
五岭过路黄
儿 户脱拙勿 su . 即川 沙川矶 g尸扮战占
南平过路黄
1
. 升 I忑泥那左夕c矛己战 `
疏头过路黄
L
. 矛se u面一 le 盯妙
过路黄
L
.
Ch r昭红泥口 e
点线过路黄
乙 . h臼刀习勿夕a胡 ,
小茄
1
. 少a 尹。了蔽乳(湘
巴 东过路黄
乙 . 几诬老材刀g 户 n占乙占
临时救
乙 . o( 仰 e滋 z fl or a
疏 节过路 黄
乙 . 了甲 l7t o 勿
滨海珍珠菜
乙 . 阴 u 叮” lt a 从 J
黑浅珍珠菜
乙 . h尸扮甲。夕r “ 八了
珍珠 菜
乙, c 少之人矛。之介 `
早宿 菜
2
.
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7 之祝九尸z
延叶珍珠菜
L
,
d e( )I 护矛护n s
泽珍珠菜
L
. C口月d记 a
下角标是分类单位编号 , p 、 q 是被结合的二类群 , k 是结合后新类群 , i 是任一类群 。
2 结果和讨论
全部数据运算以 B A SI C 语言编写程序 , 在 BI M 一 P C 计算机上进行运算 。 按公式 ( 2 ) , 求得
相似系数矩阵 (表 2 ) , 由聚类运算求得分类结果 ( 附图 ) 。 珍珠菜属 .(I ys im ac 从。 ) 共 飞8 0 余种 ,
我国已知的有 1 2 0 多种〔 `〕 , 福建有 2 种川 。 由于所选择数据均根据腊叶标本形态特征 , 因而
聚类图中所表示的各种间相似程度可与经典分类结果比较 。 由附图可见 , 2 种过路黄中第 一
级联合中出现了八个对子 。
8 2福建省农科院学报 第 7卷
第一对过路黄与点线过路黄的关联系数为 0 .3 5, 反映它们是在花结构 , 植株性状 , 叶形
态 , 种子表面纹布等方面十分相似的两种 , 这符合经典分类观点 , 它们同属于黄连花亚属的
过路黄组中过路黄系 , 前者仅在叶 , 花冠具黑色浅点与浅条 , 花梗稍长于叶片而后者在花冠 ,
叶片上仅有黑线点 , 花梗短于叶片而不同 。
表 2 相似系数矩阵
T a b l e 2 C o r r e la t i o n C oe f f l e l e n st m a t r iX
2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 13 1 4 15 1 6 1 7 18 1 9 2 0 2 1 2 2
1
0 0
2
3
4
5
6
7
8
9
2 3 一 1 9 一 1 5 一 0 8 一 0 3 一 18 一 1 2 一 1 4 一 0 6 一 17 一
2 1 一 0 8 一 1 5 一 12 0 . 0 7 一 13 0 . 0 1 一 0 2 一 0 6 一 18 一
2 1 0
.
0 5 一 0 4 0 . 0 6 一 1 2 一 14 0 . 0 9 一 D3 一 2 0 一 2 4 一
15 一 17 一 0 5 一 07 一 2 7 一 28 一 1 6 一 17 一 1 8 一 2 4 一
0 0 0
.
1 8 0
.
15 0
.
0 4 0
.
03 一 03 0 . 12 一 0 2 0 . 0 2 0 . 0 0 0 .
1
.
0 0 0
.
18 一 0 7 0 . 16 0 . 2 0 0 . 0 5 一 0 8 0 . 0 2 0 . 0 0 一
1
.
0 0 0
.
1 8 0
.
12 一 10 一 0 3 一 3 0 D. 0 1 0 . 1 0 一
1
.
0 0 0
.
0 4 0
.
3 0 一 2 0 一 1 6 一 0 1 0 . 0 2 一
1
.
00 0
.
2 5 一 0 5 一 0 1 一 0 3 0 . 3 9 0 .
1
.
0 0 一 1 7 一 1 5 一 0 5 0 . 3 9 0 -
1 0 0 0 5 3 0
.
03 一 06 0 .
1 0 0 0 3 4 0 0 2 0
-
1
.
00 0
.
10 0
.
1
.
0 0 0
.
1
.
一 2 0 一
一 0 7 .0一. 00 0 . 1 9 0 .1 . 0 0 0 .
l
.
1 0 一 2 0 一 0 8 一 09 一 0 6 0 . 0 3
15 一 29 一 1 8 一 0 1 一 17 一 2 4
07 0
,
1 0 一 2 2 一 13 0 . 04 一 2 3
0 6 0
.
1 4 一 0 2 . 0 8 0 0 9 0 . 1 3
1 5 0 0 0 一 1 2 一 3 4 一 ] 7 一 14
2 1 一
。
2 1 一 0 3 一 0 7 6 . 2 1 一 2 8
0 1 一 2 0 一 0 7 一 2 2 一 1 4 一 1 1
1 0 一 10 一 , 2 2 一 2 2 0 . 0 2 0 . 1 4
2 6 一 17 一 1 6 一 2 6 一 4 4 一 3 5
1 1 一 2 7 一 2 2 一 1 6 0 . 0 6 一 15
2 1 一 0 8 一 2 2 一 06 一 2 1 一 2 3
3 0 0
.
0 3 一 2 3 一 03 一 18 一 15
2 5 一 2 4 一 14 一 2 6 一 2 7 0 . 00
1 8 一 20 一 1 7 一 2 6 一 1 5 一 2 9
0 4 一 18 一 0 5 一 0 9 一 2 2 一 12
0 1 一 2 0 一 1 2 0 0 7 一 3 0 一 2 3
0 0 0
.
1 2 0
.
0 6 0
.
0 8 0
.
19 0
.
05
1
.
0 0 0
.
2 4 0
.
1 7 0
.
17 0
.
2 1
1
.
0 0 0
.
5 4 0
.
19 0
.
2 3
1 0 0 0
.
2 7 0
.
16
1 00 0
.
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-
2 1 一 3 1 一
0 4 一 3 3 一
1 1 0
.
0 2 一
0 7 D
、
06 一
2 5 一
,
1 6 一
。
0 1 0
.
1 3 一
0 0 0
.
1 3 一
1 0 0
.
0 8 一
2 7 0
.
2 3 一
4 1 0
.
2 9 一
1 0 0
.
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0 0 0 4 4 0
.
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第二对是临时救和疏节过路黄 , 其关联系数为 0 . 4 3 , 关系较亲近 , 有不少共同点 , 分属
于过路黄组中的聚花系与疏节系 , 只是它们聚类结合后的下一级结合者是也属于疏节系的小
茄 , 这与传统观点有差异 , 论植株形态 , 花结构 , 疏节过路黄与小茄 比与临时救更亲近 , 传
统分类中 , 它们不仅同组 , 且同系 , 聚类中出现这种情况 , 是作者在选取分类特征时侧重于
花单生与否等性状特征而引起的 。
第三对是南平过路黄与巴东过路黄 , 它们的关联系数为 0 . 39 , 关系也较亲近 , 它们也是
同组不同系的两个种 , 巴东过路黄属过路黄系 , 它具植株甸甸 , 被多细胞铁锈色长柔毛等特
征而明显不同于属厚叶系的南平过路黄 。
第四对是福建过路黄与轮叶排草 , 关联系数明显较小 , 仅 0 . 2 1 , 它们两种也是同组而不
同系的两个种 , 在本分类中 , 它们结合后与下一循环结合是长梗过路黄 , 关联系数为 0 . 1 5 , 经
第 2期 陈蓓菲等 :福建珍珠莱属数量分类研 究
一 0 .5
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1 1 12 15 16 13 1 94 10 8 35 4 67 12 1吕 2 12 2 12 90 7 1
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福建珍珠菜属系统聚类图
s u te r i ng g fir ue oL f夕邵 ,加 hc 她 g r o w i n g i n F u ji a n
典学家认为福建过路黄与长梗过路黄不仅同组而且同属侧枝系 , 是关系十分亲近的两个种 ,这
种与经典分类不同的结合方式 , 是 由于作者在选取性状时 , 过于侧重叶的着生方式 , 花组成
花序或单生等特征的缘故 , 还是由于其它因素 , 有待进一步探讨 。
第五对是显苞过路黄与广西过路黄 , 它们关联系数是八对 中最小的 , 只有 0 . 1 8 , 显然 , 它
们关系较为疏远 , 这符合分类学家观点 , 是同组不同系的 , 前者花常 3 至数朵集生成聚伞状 ,
苞片倒卵形至卵圆形 , 并与花警等长 , 属聚花组成员 , 它不同于属过路黄系的广西过路黄 , 在
于广西过路黄花常多朵集生成头状 , 苞片椭圆形至阔倒 卵形 , 且较花冠为短 。
第六对是细梗香草与假排草 , 关联系数为 0 . 3 9 5 , 两种间关系密切 , 自成一体 , 它们在花
单生 , 花丝基部合成筒 , 花丝极短 , 种子表面网状 , 叶互生等方面十分相似 , 传统分类学都
将它们归与上述五对不同的另一亚属 , 即香草亚属 。
第七对是延叶珍珠菜与泽珍珠菜 , 它们关联系数为 0 . 3 8 , 符合传统分类法 , 将它们归同
亚属 , 不同组中 , 前者叶卵形至椭圆形 , 两面有黑色浅点 , 边缘较密 , 花冠长约 4m m , 全裂
达全长的三分之二 . 雄蕊伸长花冠处 , 属于长蕊组 , 后者叶匙形至倒披针形 , 两者均布黑浅
点 , 花冠长 6 至 sm m , 全裂达全长二分之一 , 雄蕊内藏 , 归于湿生组 。
最后 一对是珍珠菜和星宿菜 , 根据聚类结果 , 关联系数为 0 . 5 4 2 , · 是所有对中最密切的 ,
福建省农科院学报 第 7 卷
与经典分类观点相符 , 它们不仅形态相似 , 系统地位也十分亲近 , 同属于珍珠菜亚属中的穗
花组 。
如果在聚类图中 , 以阂值 。 一 。 作一水平线 , 可将福建的 2 个种分 为 4 大组 , 即 A , B , c
和 D 乡巨:
八 组 一 {O T I下1 { , O T U 12 , O T U 15 , O T U 16 . O T U 1 3 }
I , 乡且一 {O T U g , O T U 1 4 , O T U 10 , O T U S , O T U 3 , O T U S , O T U 4 , O T U 6 , O T U 7 }
C 组一 { O T U i , O T U Z }
D 组 = { O T U I S , O T U 2 1 , o T U 2 2 , O T U 1 9 , O T U 2 0 , O T U 17 }
D 组 6 个种都有共同特征 , 它们花组成花序 , 花丝基部不合生成筒状 , 共属于珍珠亚属 ,
是 响 然类群 ; c 组只有 2 个种 , 是上文已叙述的第六对 , 也是一自然类群 , 归于另 一亚属—香 草亚属 ; A 组与 B 组从聚类图看 , 好象是 2大类 , 但详细分析它们共有性状 , 可以发现它们
2 组不能完全区分开 , 就连最显著特征 : A 组植株甸旬 , B 组植株直立也有交叉 , 如属于 B 组
的巴东过路 黄 , 它们植株就是甸甸 , 而非直立 , 所以应将 A 、 B Z组合并 , 它们共同特征 : 花
单十于叶腋或数朵集生于茎端 , 花黄色 , 花药 r 字形成或中部着生 , 花丝明显长于花药 , 花
丝基部合生成筒 。 这是一 自然类群 , 也正是与香草亚属 , 珍珠菜亚属并列的另一亚属一一黄
连花亚属 。 这样可以将 2 种过路黄归属于 3 大亚属 , 符合经典分类观点 。
综上所述 , 依本文所选 56 项形态特征 , 采用系统聚类分析对产于福建的 2 种过路黄进
行聚类 、 结果与经典分类结果基本一致 , 说明新选用的 56 项形态特征正确 , 合理 . 数学方法
选择适当 (作者利用计算机运算时 、 还发现若不进行数据转换这一步骤 , 而直接进行相关运
算等运算 , 其聚类结果与经典分类结合相差甚远 。 ) 。 系统聚类法不仅可用于过路黄属的分类 ,
而且可作为探索过路黄属系统演化的重要手段 。
参 考 文 献
L川 陈封怀 ,
阳」方月二泰 .
仁3口林国宇 .
胡 启明 . 1 9 7 9 . 中国珍珠菜属植物的分类 与分布 . 植物分头学报 , 17 (4 ) : 21 一 s j
聚类分析 (I ) . 数学实践与认 识 , l : 6 6一 70
报胡花科 . 福建植物 志 , 4 : 2 83 一 3 04