田路明，董星光，曹玉芬，張 瑩，霍宏亮，齊 丹，徐家玉，劉 超

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹(shù)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部園藝作物種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧興城 125100）

一般認(rèn)為梨（Pyrus）起源于第三紀(jì)的中國(guó)西部或西南部山區(qū)，向東向西演化發(fā)展，主要分布于歐洲、北非、小亞西亞、伊朗、中亞、中國(guó)、朝鮮和日本；從地理分界線來(lái)講，天山和興都庫(kù)什山以東分布的梨屬植物為東方梨，以西的為西方梨[1]。Pyrus是林奈（Linnaeus）于1753年命名的，而在當(dāng)時(shí)包含梨、蘋(píng)果和榅桲，后因梨和蘋(píng)果不能相互嫁接繁殖，Miller 于1768年把蘋(píng)果從Pyrus中分出，命名Malus（蘋(píng)果屬）。梨屬分類(lèi)的第一項(xiàng)綜合研究結(jié)果由Decaisne發(fā)表，包含23個(gè)種，分布于6個(gè)地理種群。此后Koehne 根據(jù)果實(shí)萼片的有無(wú)把梨屬分為2個(gè)種群大區(qū)，即PashiaKoehne和AchrasKoehne。Fedorov接受了Koehne的2個(gè)大區(qū)分類(lèi)，并增加了2個(gè)新的大區(qū)即XeropyreniaFed.和ArgyromalonFed.，這2個(gè)新的種群大區(qū)主要包括幾個(gè)來(lái)自高加索的梨種和雜種。Tuz[2]和Browicz等[3]把土耳其的梨種也歸納入高加索種群下面。Challice等[4]結(jié)合生化和形態(tài)學(xué)特征提出了22 個(gè)梨基本種概念。近些年來(lái)，仍有不少關(guān)于新的梨野生種質(zhì)命名的報(bào)道，如在意大利的西西里發(fā)現(xiàn)梨的新種P.sicanorum[5]和P.ciancioi[6]，伊朗的梨新種P.ghahremanii、P.giffanica、P.zangezura、P.×takhtadzhianii、P.×medvedevii、P.cordifolia[7-9]，土耳其的高加索梨新種P.demetriiKuth.[10]等。目前，關(guān)于梨屬植物包含多少種還沒(méi)有確切的數(shù)字，植物名錄網(wǎng)站（http://www.theplantlist.org/）顯示有747個(gè)梨種命名，其中69個(gè)是被認(rèn)可的梨種，58個(gè)同物異名種，其他命名仍未得到解決；該網(wǎng)站顯示公認(rèn)的13 個(gè)中國(guó)原產(chǎn)梨種是被認(rèn)可的，而Pyrus trilocularisD.K.Zang &P.C.Huang（嶗山梨）也是一個(gè)被認(rèn)可的梨種，國(guó)內(nèi)該梨分類(lèi)的相關(guān)研究報(bào)道并不多。另一個(gè)國(guó)際植物名錄網(wǎng)址（https://www.ipni.org/）也有上千個(gè)梨屬植物命名。然而，也許受新版命名法規(guī)“墨爾本法規(guī)”的影響，Christenhusz等[11]最近提出了一項(xiàng)新的對(duì)梨屬植物重新定義的規(guī)則，他提議在梨屬下合并一大批以前被廣泛承認(rèn)的種。本文圍繞梨屬植物分類(lèi)研究的分歧、植物形態(tài)分類(lèi)研究、結(jié)合生化指標(biāo)的分類(lèi)研究和結(jié)合分子技術(shù)的分類(lèi)研究進(jìn)行相關(guān)綜述分析，并結(jié)合“墨爾本法規(guī)”對(duì)梨屬植物分類(lèi)研究提出展望，梨屬植物的分類(lèi)對(duì)梨資源保護(hù)、評(píng)價(jià)和利用具有重要意義。

1 梨屬植物分類(lèi)的分歧

自林奈創(chuàng)立植物分類(lèi)法以來(lái)，植物分類(lèi)工作面臨一些困難，如單系類(lèi)群、并系類(lèi)群和復(fù)系類(lèi)群的問(wèn)題，因此相繼出現(xiàn)三大分類(lèi)學(xué)派，即表征學(xué)派、分支學(xué)派和進(jìn)化學(xué)派，三大分類(lèi)學(xué)派均對(duì)分類(lèi)研究作出了貢獻(xiàn)，“系統(tǒng)發(fā)育命名國(guó)際學(xué)會(huì)”甚至提議以“生物學(xué)命名譜系法規(guī)”替代用了250多年的林奈分類(lèi)法[12]。自梨屬命名以來(lái)，不論從宏觀層面，還是微觀層面，關(guān)于梨屬植物分類(lèi)的分歧一直延續(xù)至今。梨屬植物曾先被歸類(lèi)于梨亞科的梨亞族，又被歸類(lèi)于桃亞科下蘋(píng)果族的蘋(píng)果亞族[1,13]，再又被歸于蘋(píng)果亞科的蘋(píng)果亞族[14]。梨屬植物具有配子體自交不親和系統(tǒng)，依賴(lài)于其他親和的授粉者來(lái)維持自然繁衍[15]。梨屬植物的形態(tài)具有高度可塑性和連續(xù)性，由于漸進(jìn)的形態(tài)特征表現(xiàn)和頻繁的雜交，給梨屬植物的正確分類(lèi)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。由表1可以看出，1890—1985年Koehne、Maleev、Fedorov、Tuz和Terpó等先后把梨屬植物分為不同的大區(qū)和亞區(qū)[16]，在不同大區(qū)下區(qū)分為不同的梨種[9,17]（表2）。

表1 不同年代梨屬植物大區(qū)分類(lèi)的比較[16]

表2 伊朗和阿塞拜疆大區(qū)分類(lèi)下梨種情況[9,17]

Rehder 提出了梨屬15個(gè)基本種，涉及了6個(gè)變種和5個(gè)近緣種，Challice等[4]對(duì)比Rehder 的研究分類(lèi)，并根據(jù)地理分布重新考慮梨屬植物的物種命名，描述了22 個(gè)基本種。Aldasoro 等[18]研究歐洲和北非的梨種，經(jīng)與其他專(zhuān)家研究結(jié)果進(jìn)行比較分析，認(rèn)同了6個(gè)種，即P.bourgaeana、P.communis、P.pyraster、P.cordata、P.spinosa和P.nivali。Challice等[4]列出的Kansu pear（甘肅梨）很有可能是新疆梨。據(jù)不同報(bào)道，梨屬的物種數(shù)量相差很大，從20種到80 種不等，高加索地區(qū)的亞美尼亞約有一半梨屬植物類(lèi)型[16]。我國(guó)是東方梨種的主要起源地，我國(guó)分類(lèi)學(xué)家相信有13個(gè)梨種起源于中國(guó)，國(guó)外專(zhuān)家Rehder 命名的8個(gè)中國(guó)梨種P.bretschneideri（白梨）、P.serotina（砂梨）、P.serrulata（麻梨）、P.phaeocarpa（褐梨）、P.betulaefolia（杜梨）、P.calleryana（豆梨）、P.pashia（川梨）和P.koehnei得到中國(guó)專(zhuān)家的證實(shí)，而其他如P.ovoidea、P.lindleyi和P.kolupana未被發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)實(shí)物存在[19]。中國(guó)專(zhuān)家俞德浚命名5個(gè)中國(guó)梨種P.pseudopashiaYu（滇梨）、P.sikiangensisYu（新疆梨）、P.hopeiensisYu（河北梨）、P.xerophilaY（木梨）、P.armeniacaefoliaYu（杏葉梨）。

2 植物形態(tài)分類(lèi)研究

植物的表型會(huì)隨著地理環(huán)境、光、溫、水、氣的影響，以及時(shí)間的推移而變化，并且個(gè)體之間也會(huì)有所不同。在梨屬分類(lèi)學(xué)研究中，主要依據(jù)葉片、果實(shí)、枝條和花朵的形態(tài)特征，以及枝上有無(wú)刺和茸毛的情況，對(duì)梨屬植物進(jìn)行分類(lèi)[20]。然而，刺的存在不能被解釋為野性的明確標(biāo)志，因?yàn)榇桃泊嬖谟谝褮w化的可食用地方梨品種中[21]。P.magyaricaTerpó被描述為匈牙利喀爾巴阡盆地的特有和殘留野生物種，Barina 等[22]沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與原分類(lèi)描述相對(duì)應(yīng)植物形態(tài)的憑證或活標(biāo)本，認(rèn)為P.magyarica應(yīng)該是P.pyraster，建議停止使用P.magyarica這個(gè)名稱(chēng)。

在野生梨分類(lèi)研究中，一些專(zhuān)家認(rèn)為葉片特征是重要的分類(lèi)依據(jù)；Terpó[23]認(rèn)為葉形是梨系統(tǒng)中的主要和限制性特征，由于果實(shí)變異性較高，其形態(tài)學(xué)特征是次要性狀，而野生梨有無(wú)茸毛不是一個(gè)精確的分類(lèi)依據(jù)。格魯吉亞的野生種P.georgica與土耳其的野生種P.elaeagrifolia形態(tài)相似，僅葉尖和葉緣是區(qū)分二者的關(guān)鍵特征[24]。以果實(shí)為重要分類(lèi)特征的專(zhuān)家認(rèn)為，果實(shí)萼片的有無(wú)、心室數(shù)量、果實(shí)皮孔和果梗等是重要的分類(lèi)依據(jù)。根據(jù)成熟果實(shí)萼片的有無(wú)，將梨屬植物分為2 個(gè)大群，其中西方梨大都是萼片宿存，東方梨既有宿萼的，也有脫萼的，然而歐洲野生種P.boisseriana和P.cordata也表現(xiàn)出脫萼現(xiàn)象，其在高加索和中亞也有分布[16]。日本園藝學(xué)家菊池秋雄根據(jù)果實(shí)心室數(shù)量將梨屬植物分為3個(gè)大種群區(qū)，即真梨區(qū)、豆梨區(qū)和雜種區(qū)[25]。

Voltas等[21]對(duì)野生種P.pyraster和栽培種P.communis的分類(lèi)研究認(rèn)為，憑葉片性狀不能提供充分的分類(lèi)依據(jù)。在歐洲的3個(gè)野生梨種P.pyraster、P.amphigenea和P.nivalis中均發(fā)現(xiàn)有3 種類(lèi)型的果實(shí)形狀，其中72%為蘋(píng)果形，楔形占26%，很少為梨形和櫻桃形（約1%）[26]。Paganová[20]對(duì)斯洛伐克64 個(gè)地點(diǎn)的507 份P.pyraster進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)其葉片和果實(shí)特征，將其歸為2個(gè)亞種P.pyrastersubsp.pyraster和P.pyrastersubsp.achras。

Zywiec等[27]研究了西班牙西部幾個(gè)不同生態(tài)區(qū)的野生種Pyrus bourgaeana花性狀，發(fā)現(xiàn)大部分花朵性狀在地理位置上沒(méi)有差異，然而在不同年份花的性狀存在顯著差異。Aldasoro 等[18]研究認(rèn)為，P.bourgaeana和P.communis的花瓣長(zhǎng)度分別為5.4～12.0 mm（平均8.7 mm）和12.0～15.0 mm（平均13.2 mm），而Zywiec等[27]調(diào)查發(fā)現(xiàn)其中約50%的P.bourgaeana花瓣長(zhǎng)度大于12 mm。Aydin 等[24]對(duì)土耳其的P.pseudosyriaca和P.syriaca的比較分析，前者僅是花梗長(zhǎng)度短于后者，認(rèn)為前者只是P.syriaca的變種P.syriacavar.pseudosyriaca。

3 結(jié)合生化指標(biāo)的分類(lèi)研究

由于梨屬植物形態(tài)有相當(dāng)大的變異，有時(shí)只使用植物形態(tài)學(xué)特征的確很難分離不同種類(lèi)。Challice等[4]使用29 個(gè)化學(xué)物質(zhì)含量如黃酮類(lèi)和酚類(lèi)物質(zhì)，以及22 個(gè)葉、果和枝形態(tài)指標(biāo)，編制計(jì)算機(jī)程序，分析不同梨種之間的分類(lèi)關(guān)系，提出了不同區(qū)域的22 個(gè)梨基本種。其中P.koehneiSchneider 被認(rèn)為是中國(guó)西南山區(qū)和臺(tái)灣的梨種，但并沒(méi)有得到中國(guó)分類(lèi)專(zhuān)家的認(rèn)同，而被認(rèn)為是豆梨的變種之一[28]。Chouliaras 等[29]利用同工酶LAP 和GOT，對(duì)28 個(gè)不同梨種質(zhì)進(jìn)行聚類(lèi)分析，第1個(gè)組群主要是P.gharbiana、P.balansae、P.lyndleyi及西洋梨品種和砂梨品種，第2個(gè)組群主要是P.betulifolia、P.faureii和P.nivalis，第3個(gè)組群僅是P.caleryana。林伯年等[30]對(duì)梨屬的秋子梨、白梨、砂梨、西洋梨、新疆梨、杜梨、木梨、麻梨和褐梨等9 個(gè)種的某些品種的過(guò)氧化物酶同工酶的測(cè)定表明，不同種間譜帶差異較大，種內(nèi)品種間譜帶差異較小，西洋梨譜帶類(lèi)型與東方梨有很大差異，白梨和砂梨品種間譜帶類(lèi)型交錯(cuò)，認(rèn)為白梨和砂梨相似可列為一個(gè)種。曹麗等[31]對(duì)POD同工酶的研究表明，白梨與砂梨系統(tǒng)品種聚類(lèi)在一起，將蘋(píng)果梨歸為白梨系統(tǒng)更為合適。馬兵鋼等[32]利用POD 和EST同工酶的研究表明，蘋(píng)果梨與秋子梨系統(tǒng)的親緣關(guān)系更近，‘庫(kù)爾勒香梨’與白梨系統(tǒng)的親緣關(guān)系更近。利用化學(xué)成分和同工酶進(jìn)行分類(lèi)學(xué)研究已經(jīng)很少了，其對(duì)形態(tài)分類(lèi)起到一定的補(bǔ)充驗(yàn)證作用，但仍然存在很多局限性，并不能解釋形態(tài)差異的根本原因。

4 結(jié)合分子技術(shù)的分類(lèi)研究

伴隨分子研究的快速發(fā)展和分子標(biāo)記技術(shù)的應(yīng)用，各種分子標(biāo)記技術(shù)被應(yīng)用于梨屬植物的親緣關(guān)系和多樣性分析研究。應(yīng)用于核基因組的分子標(biāo)記AFLP[33]、SSR[34]等研究，應(yīng)用于葉綠體基因組的分子標(biāo)記RFLP[35]、SSR[36]等研究，再到梨基因組重測(cè)序的比較研究[37]。梨屬植物分子水平的系統(tǒng)樹(shù)聚類(lèi)分析研究，對(duì)傳統(tǒng)的形態(tài)學(xué)分類(lèi)結(jié)果提供一定的支撐，但是并不能完美解釋和解決所有分類(lèi)難題。

從宏觀水平的大量分子研究結(jié)果來(lái)看，系統(tǒng)樹(shù)聚類(lèi)圖中東方梨和西方梨都是分開(kāi)的，栽培品種和野生種質(zhì)都是分開(kāi)的。分子技術(shù)研究揭示，野生種P.caucasica和P.pyrasterL.Burgsd是歐洲梨栽培品種（P.communisL.）的主要祖先[38]，進(jìn)一步支持了Challice和Westwood 的觀點(diǎn)。Bennici等[39]利用SSR分子標(biāo)記對(duì)基因組DNA和葉綠體DNA進(jìn)行比較分析，表明野生種P.amygdaliformisg更加保守，意大利西西里島當(dāng)?shù)乩嫫贩N與其他歐洲栽培梨品種相比，與野生種P.pyraster表現(xiàn)出較高的遺傳相似性。Zheng 等[40]的研究結(jié)果無(wú)法最終澄清東亞梨種群是屬于單系類(lèi)群，還是屬于歐亞西部種群的并系類(lèi)群，而其他幾種歐亞種（P.elaeagrifoliaPall.、P.nivalisJacq.、P.salicifoliaPall.和P.spinosaForssk.）并非是單系類(lèi)群。Korotkova 等[16]系統(tǒng)發(fā)育重建表明，所采集的高加索梨種群也不是一個(gè)單系類(lèi)群。Wu等[37]對(duì)來(lái)自世界各地的113份梨種質(zhì)的基因組重測(cè)序分析，包括63份亞洲梨（31 份栽培種和32 份野生種）和50 份歐洲梨（25 份栽培種和25 份野生種），認(rèn)為梨起源于我國(guó)西南地區(qū)，經(jīng)過(guò)亞歐大陸進(jìn)行傳播，東方梨與西洋梨分別經(jīng)歷了獨(dú)立馴化的過(guò)程。歐洲唯一栽培梨種（P.communis）來(lái)自野生種P.pyraster，亞洲栽培種P.pyrifolia和P.bretschneideri來(lái)自共同的祖先野生種P.pyrifolia[36-37]，P.sinkiangensis擁有亞洲梨和歐洲梨的遺傳背景，而P.regelii、P.armeniacaefolia、P.xerophila、P.hopeiensis和P.fauriei也有混合遺傳背景[37]。

從微觀水平上的大量分子研究結(jié)果來(lái)看，分子標(biāo)記還不能區(qū)分芽變品種和部分個(gè)體的分類(lèi)問(wèn)題。我國(guó)的‘庫(kù)爾勒香梨’和‘蘋(píng)果梨’的分類(lèi)也存在爭(zhēng)議，形態(tài)特征和分子標(biāo)記各有依據(jù)。俞德浚將新疆梨從別的梨種中分離出來(lái)，并確立了新疆梨的獨(dú)立地位，但根據(jù)植物形態(tài)卻將‘庫(kù)爾勒香梨’歸屬在白梨系統(tǒng)[41]。分子標(biāo)記聚類(lèi)分析表明，既有研究結(jié)果支持將‘庫(kù)爾勒香梨’歸屬為新疆梨[42]，也有研究結(jié)果支持將其歸屬于白梨系統(tǒng)[43]。俞德浚[41]認(rèn)為從植物形態(tài)上‘蘋(píng)果梨’應(yīng)歸為砂梨系統(tǒng)，而分子標(biāo)記結(jié)果更多支持‘蘋(píng)果梨’歸為白梨系統(tǒng)[34]。Sharifani 等[44]對(duì)6 個(gè)種34 份梨種質(zhì)分別進(jìn)行SSR 分子標(biāo)記和形態(tài)標(biāo)記聚類(lèi)分析，結(jié)果2個(gè)系統(tǒng)樹(shù)圖差異較大，種間交錯(cuò)分布明顯，分子標(biāo)記的遺傳距離并不能充分反映形態(tài)數(shù)據(jù)的遺傳距離。目前，分子技術(shù)還沒(méi)能結(jié)合具體植物形態(tài)的局部差異進(jìn)行分類(lèi)學(xué)鑒定，比如葉尖、葉緣、宿萼、脫萼、有刺和茸毛等。另外根據(jù)相關(guān)研究，筆者認(rèn)為如SSR 分子標(biāo)記引物選擇和數(shù)量對(duì)基因遺傳距離的分析也有較大影響。而實(shí)際上人工雜交培育的部分新品種或優(yōu)系種質(zhì)更是面臨分類(lèi)困難的問(wèn)題，筆者認(rèn)為既有物種本身的問(wèn)題，也有所用分類(lèi)方法的問(wèn)題。

5 梨屬植物分類(lèi)的展望

由于單系類(lèi)群、并系類(lèi)群和復(fù)系類(lèi)群的存在，不僅梨屬植物的分類(lèi)存在爭(zhēng)議難題，其他一些植物等也存在分類(lèi)的難題，三大分類(lèi)學(xué)派的學(xué)術(shù)分歧使得林奈分類(lèi)法的應(yīng)用面臨挑戰(zhàn)。歷史上由于時(shí)間和地理跨度的原因，加之梨屬植物種間很容易發(fā)生自然雜交，逐漸產(chǎn)生了大量的中間類(lèi)型，各國(guó)專(zhuān)家不能全面掌握相關(guān)詳細(xì)信息，缺乏全面系統(tǒng)的比較分析，給梨屬植物的正確分類(lèi)帶來(lái)了困難，甚至產(chǎn)生許多同物異名種現(xiàn)象（表3）。另外，生化標(biāo)記和分子標(biāo)記并不能完美對(duì)應(yīng)解釋植物形態(tài)的差異，目前還不足以解決以植物形態(tài)差異進(jìn)行分類(lèi)所面臨的諸多問(wèn)題。

表3 梨屬分類(lèi)中的部分同物異名種及變種

近些年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，人工智能已經(jīng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，圖像識(shí)別技術(shù)將有可能輔助解決植物分類(lèi)的部分難題。《自然》雜志報(bào)道，研究人員利用掃描植物標(biāo)本卡獲得的2.6 萬(wàn)余幅圖像對(duì)類(lèi)似算法進(jìn)行了訓(xùn)練，該計(jì)算機(jī)程序最終能以近80%的準(zhǔn)確度鑒別出植物物種，這可能比分類(lèi)學(xué)家的表現(xiàn)好很多[45]。翟果等[46]利用數(shù)字圖像處理技術(shù)識(shí)別觀賞菊品種的方法，結(jié)果表明20 個(gè)品種的平均正確識(shí)別率可達(dá)到92.17%，驗(yàn)證了利用圖像處理技術(shù)識(shí)別觀賞菊品種的可行性。張雪芹等[47]利用基于深度學(xué)習(xí)的圖像識(shí)別算法，訓(xùn)練所得的植物識(shí)別模型可識(shí)別206種植物，準(zhǔn)確率達(dá)到86.7%，并以此模型為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)了包含多個(gè)應(yīng)用前端的智能植物圖像識(shí)別系統(tǒng)供測(cè)試和使用。

2011年在澳大利亞墨爾本召開(kāi)的第十八屆國(guó)際植物學(xué)大會(huì)表決通過(guò)了“墨爾本法規(guī)”，其中幾個(gè)重要的變化將影響新名稱(chēng)的發(fā)表，提供了有關(guān)電子出版物的命名新規(guī)則的草案文本，并概述了相應(yīng)的最佳做法；今后新名稱(chēng)的作者、編輯和出版商都將確保含新名稱(chēng)的出版物符合“墨爾本法規(guī)”，以便其中的名稱(chēng)是有效發(fā)表[48]。結(jié)合新的相關(guān)命名法規(guī)“墨爾本法規(guī)”，應(yīng)加強(qiáng)國(guó)際間的合作研究，通過(guò)組織召開(kāi)關(guān)于梨屬植物分類(lèi)學(xué)國(guó)際大會(huì)，統(tǒng)一規(guī)范對(duì)梨屬植物的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，建立更加豐富的梨屬植物分類(lèi)信息互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)，借助人工智能圖像識(shí)別技術(shù)和分子技術(shù)，也許能讓計(jì)算機(jī)替代人工有效解決梨屬植物的分類(lèi)問(wèn)題。