觀賞海棠自由授粉子代花色特征及選優1)

張全全 張龍 李麗娟 周婷 張往祥

(南方現代林業協同創新中心(南京林業大學)，南京，210037)

雜交育種是觀賞植物進行遺傳改良、種質創新的重要手段。自由授粉雖然精準度不高，但可以確保擁有優質的花粉源，提高樹木可育性和結實率，同時能確保獲取大量種子，擴大子代的變異基數，增加子代的遺傳多樣性[1-2]，對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[3]。大多數觀賞海棠品種通過自由授粉選育，彼此間的親緣關系不詳[4-5]。目前，海棠品種群的花、葉、果等觀賞性狀評價、種質挖掘工作進展順利[6-8]，但在幼苗期選擇觀賞優株的工作仍在摸索。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性[9]，但實際變化往往難以預測。本研究從9個海棠品種自由授粉子代中初選觀花良好的單株，進行花色表型研究，以了解自由授粉對海棠觀花品質的改良，為觀賞海棠新品種的選擇提供參考。

1 試驗地概況

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

2 材料與方法

2.1 試驗材料

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’、‘甜蜜時光’、‘印第安夏天’9個品種，采集種子混播，父本不詳。‘紫王子’、‘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余株實生苗，按照30 cm×30 cm的株行距進行定植。2019年3月中旬至5月初，通過觀察花型、花色，從實生苗中選出200株觀花效果良好的單株，并從其中隨機挑選69株進行觀賞性狀、花色測量。試驗將每個單株均視為1份種質，沒有重復。對照材料為資源圃中包含采種品種在內的97個疑似父本的海棠品種，砧木為湖北海棠，30株重復。

2.2 數據采集

采樣時間為每天上午06：00—08：00，做好標記后，連同花枝放入冰盒中保鮮，帶回實驗室在2 h內測量完畢。花色采用美國X-Rite色差計測量，花期時序按照花朵狀態劃分[6]，分別記錄始花期(S1)、盛花期(S2)、末花期(S3)的色彩參數。選用內置D65標準光源的色差計，窗口直徑8 mm，觀測角度10°。由于花朵存在著色不均的現象，為保證測量精度，統一測量花瓣外表面邊緣、中部、基部3個位點的色彩，重復測量30次，取平均值。

2.3 數據處理

色彩參數(亮度值L*，色相值a*、b*)可由色差儀直接測出；飽和度(C*)、色調角(h*)、色差值(ΔE)皆由公式計算所得[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，計算色彩參數3個維度上各區間單株分布頻率，區間段劃分標準為：ΔL*=5°，ΔC*=5°，Δh*=10°[13]；使用Origin9.0軟件構建花色參數空間三維圖并繪制各參數頻率分布圖；利用R語言、SPPS19.0對觀測子代花色進行聚類分析；采用Duncan法進行組間差異顯著性分析。

3 結果與分析

3.1 觀賞海棠自由授粉子代開花進程中花色在CIELCH色空間中的動態分布格局

根據69株海棠自由授粉子代在不同開花時期的花色參數，繪制CIELCH色空間動態分布格局(圖1)與3個維度方向的頻率分布(圖2)。從圖1、圖2可以看出，在整個開花進程中子代群體均具有規律性的空間分布和位點變化。

圖1 不同開花時期子代群體花色在CIELCH色空間中的動態分布格局

圖2 不同開花時期子代群體花色在CIELCH色空間3個維度方向的頻率分布

由圖1可知，在L*維度方向上，子代花色參數位點呈整體向上移動的趨勢，高亮度值區間(80°

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

在h*維度方向上，子代色調角參數位點呈整體向右移動的趨勢。分布在紅色區域(0°

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

3.2 子代群體春季花色聚類

在觀賞海棠整個花期物候中，盛花期S2的觀賞價值最高。根據盛花期的色彩參數(L*、C*、h*)構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特征差異顯著(見表1)。

表1 聚類分析的子代群色彩參數統計

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個子色系，共12株子代。此類群色調角主要位于黃色區域(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°)，故而花朵呈現潔白明亮的狀態。

A1子類(亮白色系)，又可劃分為A1-1(包含4株子代，單株編號分別為25-10、13-8、21-45、14x-1)和A1-2(包含5株子代，單株編號分別為19-5、13x-1、21x-1、11x-2、11x-1)2個亞子類。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在內共3個單株。A2子類的色調角顯著小于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、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個子色系，共計33個單株。與A類群相比，B類的亮度、色調角明顯低于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個亞子類，共計19個單株。其中B1-1包括6個單株：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個單株。

B2子類(粉白色系)，可劃分為B2-1、B2-22個亞子類，共14個單株。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個單株，B2-2包括1-69、1-9、19x-1、1-1、1-88等5個單株。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個單株。該類群的色調角主要分布于紅色區域(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律與觀賞性

花色穩定性對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，發現3大色系的子代皆呈由深色轉為淺色的淡化趨勢。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計

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值變化幅度較大，說明生長后期色彩淡化嚴重。粉色花在末期均會褪色，相比較之下，B1的色彩更穩定。

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、淺紅的節律變化。其中C1色彩更穩定，觀賞價值更高。

3大色系群體中，白色系子代的選擇，更關注整個花期花朵的潔白度；粉色系、紅色系子代的選擇則更關注色彩鮮艷度、色彩淡化節律。參考張往祥等[14]對種質資源圃的海棠品種花色動態測定，資源圃白色系品種的平均色彩參數為L*=88.0°，C*=5.3°，ΔE2=2.7°；粉色系品種的平均色彩參數為C*=28.0°，ΔE1=18.1°，ΔE2=16.8°；紫紅色系的平均色彩參數為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，結果見表3。白色花以L*>88.0°，C*<5.3°，ΔE2<2.7°為基準，挑選出4個優株，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，穩定性好。粉色花以C*>28.0°，ΔE1<18.1°，ΔE2<16.8°為基準，挑選出6個優株，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定。紫紅花以C*>40.5°，ΔE1<9.2°，ΔE2<13.7°為基準，挑選出5個優株，占比20.8%，其中子代1-126色彩最好，但末花期褪色嚴重(C*=48.08°，ΔE2=13.26°)，子代7x-2色彩更加穩定(C*=47.67°，ΔE2=3.98°)。

表3 不同色系優株色彩參數、色差值統計

4 結論與討論

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)對植物色彩作定性描述，這樣對交叉色系的判斷不精準且易受主觀影響[15-16]。當品種較多時，定性描述難以有效區分品種間的差別，不利于品種群的數據化分析。本研究運用色差計將色彩轉化為不同的參數，通過分析色彩參數的變化規律，掌握色彩的動態變化。各參數間的特征可以直觀反映不同色系品種類群的差異。

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

我國海棠種質資源豐富，加之引進眾多國外品種，雜交育種的空間巨大。觀賞海棠存在花粉敗育、自交不親和的現象[19-20]，可以利用自由授粉擴大花粉來源、花粉質量，以提高授粉的雜合性、結實率。本研究中出現大批粉色花子代，而9個采種母株中皆無粉花品種。子代群體根據色彩參數又劃分為3大色系及6個子色系，不同色系間的色彩差異顯著，甚至有色彩鮮艷度及穩定性超越資源圃平均水平的優株出現，對擴大觀賞種群規模、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，不同種質間的間隔均不相同，導致采種株接受花粉的程度不同。有研究認為適當縮小母本與授粉樹間的株行距可有效促進昆蟲授粉效率，提高結實率[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一步探索。