張全全 張龍 李麗娟 周婷 張往祥

(南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心(南京林業(yè)大學(xué))，南京，210037)

雜交育種是觀賞植物進(jìn)行遺傳改良、種質(zhì)創(chuàng)新的重要手段。自由授粉雖然精準(zhǔn)度不高，但可以確保擁有優(yōu)質(zhì)的花粉源，提高樹木可育性和結(jié)實(shí)率，同時(shí)能確保獲取大量種子，擴(kuò)大子代的變異基數(shù)，增加子代的遺傳多樣性[1-2]，對(duì)于園藝植物育種具有十分重要的意義。

觀賞海棠(Malusspp.)是薔薇科(Rosaceae)蘋果屬(Malus)中觀賞品種的統(tǒng)稱，包括種、變種及大量栽培品種，為落葉灌木或小喬木，廣泛分布于北溫帶地區(qū)[3]。大多數(shù)觀賞海棠品種通過自由授粉選育，彼此間的親緣關(guān)系不詳[4-5]。目前，海棠品種群的花、葉、果等觀賞性狀評(píng)價(jià)、種質(zhì)挖掘工作進(jìn)展順利[6-8]，但在幼苗期選擇觀賞優(yōu)株的工作仍在摸索。育種過程中，海棠子代花色與葉色、枝條表皮色等有一定的相關(guān)性[9]，但實(shí)際變化往往難以預(yù)測。本研究從9個(gè)海棠品種自由授粉子代中初選觀花良好的單株，進(jìn)行花色表型研究，以了解自由授粉對(duì)海棠觀花品質(zhì)的改良，為觀賞海棠新品種的選擇提供參考。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于江蘇省揚(yáng)州市仙女鎮(zhèn)(199°55′E，32°42′N)，屬北亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，年平均氣溫14.9 ℃，年降水量1 000 mm。試驗(yàn)地土壤質(zhì)地為沙壤土，深厚肥沃，地勢(shì)平坦，排水條件良好。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

2012年10月從國家海棠資源圃中選取‘唐納德’、‘千層金’、‘美果海棠’、‘灰姑娘’、‘紫王子’、‘紅玉’、‘金豐收’、‘甜蜜時(shí)光’、‘印第安夏天’9個(gè)品種，采集種子混播，父本不詳?！贤踝印?、‘印第安夏天’為紅葉紅花品種，其余采種母株為典型的綠葉白花品種。2013年3月獲得1 000余株實(shí)生苗，按照30 cm×30 cm的株行距進(jìn)行定植。2019年3月中旬至5月初，通過觀察花型、花色，從實(shí)生苗中選出200株觀花效果良好的單株，并從其中隨機(jī)挑選69株進(jìn)行觀賞性狀、花色測量。試驗(yàn)將每個(gè)單株均視為1份種質(zhì)，沒有重復(fù)。對(duì)照材料為資源圃中包含采種品種在內(nèi)的97個(gè)疑似父本的海棠品種，砧木為湖北海棠，30株重復(fù)。

2.2 數(shù)據(jù)采集

采樣時(shí)間為每天上午06：00—08：00，做好標(biāo)記后，連同花枝放入冰盒中保鮮，帶回實(shí)驗(yàn)室在2 h內(nèi)測量完畢?；ㄉ捎妹绹鳻-Rite色差計(jì)測量，花期時(shí)序按照花朵狀態(tài)劃分[6]，分別記錄始花期(S1)、盛花期(S2)、末花期(S3)的色彩參數(shù)。選用內(nèi)置D65標(biāo)準(zhǔn)光源的色差計(jì)，窗口直徑8 mm，觀測角度10°。由于花朵存在著色不均的現(xiàn)象，為保證測量精度，統(tǒng)一測量花瓣外表面邊緣、中部、基部3個(gè)位點(diǎn)的色彩，重復(fù)測量30次，取平均值。

2.3 數(shù)據(jù)處理

色彩參數(shù)(亮度值L*，色相值a*、b*)可由色差儀直接測出；飽和度(C*)、色調(diào)角(h*)、色差值(ΔE)皆由公式計(jì)算所得[10-12]，公式如下：

C*=(a*+b*)1/2；

h*=arctan(b*/a*)；

ΔE=(ΔL*2+ΔC*2+Δh*2)1/2。

同時(shí)，計(jì)算色彩參數(shù)3個(gè)維度上各區(qū)間單株分布頻率，區(qū)間段劃分標(biāo)準(zhǔn)為：ΔL*=5°，ΔC*=5°，Δh*=10°[13]；使用Origin9.0軟件構(gòu)建花色參數(shù)空間三維圖并繪制各參數(shù)頻率分布圖；利用R語言、SPPS19.0對(duì)觀測子代花色進(jìn)行聚類分析；采用Duncan法進(jìn)行組間差異顯著性分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 觀賞海棠自由授粉子代開花進(jìn)程中花色在CIELCH色空間中的動(dòng)態(tài)分布格局

根據(jù)69株海棠自由授粉子代在不同開花時(shí)期的花色參數(shù)，繪制CIELCH色空間動(dòng)態(tài)分布格局(圖1)與3個(gè)維度方向的頻率分布(圖2)。從圖1、圖2可以看出，在整個(gè)開花進(jìn)程中子代群體均具有規(guī)律性的空間分布和位點(diǎn)變化。

圖1 不同開花時(shí)期子代群體花色在CIELCH色空間中的動(dòng)態(tài)分布格局

圖2 不同開花時(shí)期子代群體花色在CIELCH色空間3個(gè)維度方向的頻率分布

由圖1可知，在L*維度方向上，子代花色參數(shù)位點(diǎn)呈整體向上移動(dòng)的趨勢(shì)，高亮度值區(qū)間(80°

在C*維度方向上，子代花色參數(shù)位點(diǎn)在S1～S2階段呈整體向右移動(dòng)的趨勢(shì)，在S2～S3階段呈整體向左移動(dòng)的趨勢(shì)，即高飽和度(30°

在h*維度方向上，子代色調(diào)角參數(shù)位點(diǎn)呈整體向右移動(dòng)的趨勢(shì)。分布在紅色區(qū)域(0°

從整體上看，子代在始花期S1的空間位點(diǎn)最為分散，色彩也最為豐富。隨著開花進(jìn)程持續(xù)，亮度值不斷增加；飽和度先增加再降低；色調(diào)角分布于紅色區(qū)域的子代數(shù)量減少，表明花朵色彩逐漸淡化。

3.2 子代群體春季花色聚類

在觀賞海棠整個(gè)花期物候中，盛花期S2的觀賞價(jià)值最高。根據(jù)盛花期的色彩參數(shù)(L*、C*、h*)構(gòu)建子代群體聚類分析(圖3)。在遺傳距離10.0處，可以將69株子代劃分為3大色系及6個(gè)子色系類群，即A類白色系(包括亮白色系、白色系)、B類粉色系(包括粉紅色系、粉白色系)、C類紫紅色系(包括紫紅色系、紅色系)，不同色系及子色系之間的色彩參數(shù)特征差異顯著(見表1)。

表1 聚類分析的子代群色彩參數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖3 子代群體春季花色聚類圖

A類白色系，包括A1(亮白色系)、A2(白色系)2個(gè)子色系，共12株子代。此類群色調(diào)角主要位于黃色區(qū)域(h*值為77.5°±24.21°)，飽和度極低(C*值為3.84°±1.17°)，色彩亮度較高(L*值為88.57°±1.32°)，故而花朵呈現(xiàn)潔白明亮的狀態(tài)。

A1子類(亮白色系)，又可劃分為A1-1(包含4株子代，單株編號(hào)分別為25-10、13-8、21-45、14x-1)和A1-2(包含5株子代，單株編號(hào)分別為19-5、13x-1、21x-1、11x-2、11x-1)2個(gè)亞子類。A1-1的L*、h*均高于A1-2，說明A1-1更加亮白。

A2子類(白色系)，包含21-3、23-50、28-59在內(nèi)共3個(gè)單株。A2子類的色調(diào)角顯著小于A1子類(h*值分別為41.70°±9.92°、89.43°±13.38°)，A2子類花瓣在花脈絡(luò)、花瓣邊緣殘留蕾期的粉色，因而視覺效果不夠明亮。

B類粉色系，包括B1(粉紅色系)、B2(粉白色系)2個(gè)子色系，共計(jì)33個(gè)單株。與A類群相比，B類的亮度、色調(diào)角明顯低于A類(L*值為74.23°±4.86°，h*值為6.42°±4.08°)，色彩鮮艷度高于A類(C*值為21.40°±7.02°)。

B1子類(粉紅色系)，可劃分為B1-1、B1-22個(gè)亞子類，共計(jì)19個(gè)單株。其中B1-1包括6個(gè)單株：I6-6002、1-66、8-5、5-16、4-10、6x-3；B1-2包括13-4、16x-1、14-7、4-87、17x-2、19-9、20-6、30x-2、24-4、5x-3、7x-3、4-2、7-11等13個(gè)單株。

B2子類(粉白色系)，可劃分為B2-1、B2-22個(gè)亞子類，共14個(gè)單株。其中B2-1包括12-3、20-5、18-2、20-13、12-5、20-41、1-61、13-5、1-81等9個(gè)單株，B2-2包括1-69、1-9、19x-1、1-1、1-88等5個(gè)單株。B2類的亮度高于B1類(L*值分別為78.24°±3.16°、71.27°±3.60°)，飽和度低于B1類(C*值分別為14.77°±4.10°、26.28°±4.21°)，因而B2的色彩較淺。

C類紫紅色系，共包含24個(gè)單株。該類群的色調(diào)角主要分布于紅色區(qū)域(h*值為3.17°±2.04°)；飽和度較大(C*值為42.33°±5.25°)；亮度值中等(L*值為52.81°±10.09°)，因而花朵色彩艷麗。C1類的亮度明顯低于C2類(L*值分別為44.11°±5.08°、60.16°±6.94°)，因而C1的顏色更深。

C1類包含1-5、6-6、27-1、20-4、10-12、6-3、5x5、1-126、1-82、5-11、7x-2等11株子代。

C2類包含5-9、13-7、7-3、10-8、1-25、1-41、1-11、5-8、6-7、6-5、6-19、5-10、17-4等13株子代。

3.3 自由授粉子代色彩變化規(guī)律與觀賞性

花色穩(wěn)定性對(duì)海棠觀賞來說十分重要，通過分析比較始花期、盛花期、末花期花朵的色彩變化，發(fā)現(xiàn)3大色系的子代皆呈由深色轉(zhuǎn)為淺色的淡化趨勢(shì)。白色系的始花期至盛花期的色差值(ΔE1)大于盛花期至末花期的色差值(ΔE2)，粉色系、紅色系則相反(表2)。

表2 聚類分析的子代群色差值統(tǒng)計(jì)

A類白色系子代的ΔE1大于ΔE2，這是由于S1階段花朵上殘留蕾期的粉色或紅色在S2時(shí)期快速淡化。其色彩變化越明顯，則色差值越大。A1的ΔE2小于A2的ΔE2，表明A1末花期的花瓣氧化皺縮程度低，花朵持久性更高。

B類粉色系的ΔE1小于ΔE2，兩階段色差值的絕對(duì)值變化幅度較大，說明生長后期色彩淡化嚴(yán)重。粉色花在末期均會(huì)褪色，相比較之下，B1的色彩更穩(wěn)定。

C類紫紅色系ΔE1略小于ΔE2，開花階段的色差變化幅度最小，花朵呈紫紅、深紅至紫紅、紅，再到紅、淺紅的節(jié)律變化。其中C1色彩更穩(wěn)定，觀賞價(jià)值更高。

3大色系群體中，白色系子代的選擇，更關(guān)注整個(gè)花期花朵的潔白度；粉色系、紅色系子代的選擇則更關(guān)注色彩鮮艷度、色彩淡化節(jié)律。參考張往祥等[14]對(duì)種質(zhì)資源圃的海棠品種花色動(dòng)態(tài)測定，資源圃白色系品種的平均色彩參數(shù)為L*=88.0°，C*=5.3°，ΔE2=2.7°；粉色系品種的平均色彩參數(shù)為C*=28.0°，ΔE1=18.1°，ΔE2=16.8°；紫紅色系的平均色彩參數(shù)為C*=40.5°，ΔE1=9.2°，ΔE2=13.7°。通過不同色系子代群體間、子代與資源圃品種的比較，選擇觀賞效果良好或者超資源圃的單株，結(jié)果見表3。白色花以L*>88.0°，C*<5.3°，ΔE2<2.7°為基準(zhǔn)，挑選出4個(gè)優(yōu)株，占白色系類群33.3%，其中子代19-5(L*=90.07°，C*=2.33°，ΔE2=0.80°)、13x-1(L*=89.81°，C*=2.02°，ΔE2=0.33°)的亮度較高，穩(wěn)定性好。粉色花以C*>28.0°，ΔE1<18.1°，ΔE2<16.8°為基準(zhǔn)，挑選出6個(gè)優(yōu)株，占比18.2%，其中子代4-87(C*=34.84°，ΔE1=4.59°，ΔE2=5.32°)的色彩更鮮艷，其開花期間色彩也較穩(wěn)定。紫紅花以C*>40.5°，ΔE1<9.2°，ΔE2<13.7°為基準(zhǔn)，挑選出5個(gè)優(yōu)株，占比20.8%，其中子代1-126色彩最好，但末花期褪色嚴(yán)重(C*=48.08°，ΔE2=13.26°)，子代7x-2色彩更加穩(wěn)定(C*=47.67°，ΔE2=3.98°)。

表3 不同色系優(yōu)株色彩參數(shù)、色差值統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論與討論

觀賞植物的花、葉、果的色彩是重要觀賞性狀，園藝工作者常采用英國皇家園藝比色卡(RHS)對(duì)植物色彩作定性描述，這樣對(duì)交叉色系的判斷不精準(zhǔn)且易受主觀影響[15-16]。當(dāng)品種較多時(shí)，定性描述難以有效區(qū)分品種間的差別，不利于品種群的數(shù)據(jù)化分析。本研究運(yùn)用色差計(jì)將色彩轉(zhuǎn)化為不同的參數(shù)，通過分析色彩參數(shù)的變化規(guī)律，掌握色彩的動(dòng)態(tài)變化。各參數(shù)間的特征可以直觀反映不同色系品種類群的差異。

數(shù)字化在植物品種性狀描述及育種工作中的運(yùn)用已十分廣泛[17-18]，植物色彩也正從籠統(tǒng)性概述向數(shù)字化描述的方式轉(zhuǎn)變。在觀賞種群劃分和特征區(qū)分中，數(shù)字化描述更具有客觀性。在今后的觀賞海棠育種工作中，針對(duì)品種的表型特征建設(shè)全面的種質(zhì)資源信息庫，可以更有效率地進(jìn)行品種對(duì)比及新品種選擇。

我國海棠種質(zhì)資源豐富，加之引進(jìn)眾多國外品種，雜交育種的空間巨大。觀賞海棠存在花粉敗育、自交不親和的現(xiàn)象[19-20]，可以利用自由授粉擴(kuò)大花粉來源、花粉質(zhì)量，以提高授粉的雜合性、結(jié)實(shí)率。本研究中出現(xiàn)大批粉色花子代，而9個(gè)采種母株中皆無粉花品種。子代群體根據(jù)色彩參數(shù)又劃分為3大色系及6個(gè)子色系，不同色系間的色彩差異顯著，甚至有色彩鮮艷度及穩(wěn)定性超越資源圃平均水平的優(yōu)株出現(xiàn)，對(duì)擴(kuò)大觀賞種群規(guī)模、育種基因庫有著重要的意義。

此外，本研究中授粉樹采取簡單的行狀配置，不同種質(zhì)間的間隔均不相同，導(dǎo)致采種株接受花粉的程度不同。有研究認(rèn)為適當(dāng)縮小母本與授粉樹間的株行距可有效促進(jìn)昆蟲授粉效率，提高結(jié)實(shí)率[21]。因此如何通過母株與授粉樹的混合配置，提高海棠雜交育種效率值得進(jìn)一步探索。