菊花新品種DUS 測試指南測試性狀的選擇

徐 旭 蘇江碩 鄧 波 張 飛 陳素梅 房偉民 陳發棣 管志勇

（南京農業大學園藝學院/南京農業大學作物遺傳與種質創新國家重點實驗室/農業農村部景觀設計重點實驗室，江蘇南京210095）

植物新品種特異性（Distinctness）、一致性（Uniformity）和穩定性（Stability）測試（以下簡稱DUS 測試）是新品種保護的技術基礎和授權的科學依據[1]。建立以DUS 測試技術為基礎的植物新品種保護體系對保護育種者權益、促進植物品種創新具有重要意義。我國目前已經制定并完成了50 多種、規劃研制了100 多種植物測試指南[2]。

菊花（Chrysanthemum morifoliumRamat.）有悠久的栽培歷史，具有很高的觀賞、食用、藥用等商業價值[3]。各科研院所及高校在菊花品種選育上保持較高的活躍度，不斷推出新品種，2012 年由云南省農業科學院質量標準與檢測技術研究所主持發布的NY/T 2228—2012《植物新品種特異性、一致性和穩定性測試指南 菊花》（以下簡稱2012 年版測試指南）在菊花品種的測試中發揮了不可或缺的作用。

測試性狀的篩選是DUS 測試指南研制的核心，國際植物新品種保護聯盟（UPOV）相關文件中指明性狀是指可遺傳表達的能準確區別、識別和描述的植物的特性和特征。測試性狀表達類型分為數量性狀、質量性狀與假質量性狀[4]。2012 年版菊花測試指南頒布使用已近10 年，品種申報單位及新品種測試中心均在使用指南過程中對測試性狀的適用性、易用性有了深切的感受，在使用中不斷優化測試性狀可以使得指南更具有科學性，而測試性狀的優化是在對品種資源表型多樣性長期觀察基礎上，對現有測試性狀進行補充與刪減實現的。

一方面將具有遺傳穩定性、特異性明顯且容易測試的性狀納入指南，或者將表達狀態覆蓋完全。如NY/T 2526—2013《植物新品種特異性、一致性和穩定性測試指南 丹參》測試指南中就補充了“株高、分枝數、花序”等重要特征。天麻測試指南研制中，根據實際表現，花莖顏色除了“淺綠、橙紅、深褐”3 種表達狀態，還應補充“淡黃、藍綠”等表達狀態[5]。谷子測試指南中幼苗的苗期葉鞘顏色僅包括“綠色、紫色”2 種表達狀態，提出“黃色葉鞘”（谷子不育系多為此類型）未列入測試指南的缺陷。此外，谷子葉鞘花青甙顯色強度符合測試性狀的要求，卻未列入測試指南，應該補充[6]。在箭筈豌豆新品種DUS 測試指南研制中，研制者提出在UPOV 的指南性狀的基礎上增加8 個具有特異性的性狀[7]。水稻DUS 測試指南研制中對性狀“倒二葉”的界定是：葉片綠色程度的表達狀態為極淺到極深，但研究發現有些水稻品種的倒二葉的顏色為淺紫色或紫色[8]，應該覆蓋完全。

另一方面，測試性狀也并非越多越好，當前已頒布的指南也存在一些穩定性較差且不容易進行測試的性狀。如辣椒測試指南中，關于“花梗姿態”這一性狀，表達狀態為“直立、水平、下彎”，大多數情況下，花梗從植株基部起逐漸向上彎曲，很難判斷出準確的表達狀態[9]。無髯鳶尾的測試性狀篩選中，研制者通過R 型聚類，刪去對品種區分貢獻度較小的“雌蕊長、葉長”2 個性狀[10]；六出花屬測試指南研制中棄用了不同測試方式中變異系數大的“花序梗長度”性狀[11]。

再者，存在性狀劃分不合理或性狀的表達狀態表述不合理的情況。如我國蝴蝶蘭DUS 測試指南將UPOV 指南的“萼片：形狀”1 個性狀細分為“中萼片：形狀”和“側萼片：形狀”2 個性狀[12]。草莓DUS 測試指南修訂中將原指南的“中心小葉”改為“頂生小葉”，“葉平整度”改為“葉泡狀程度”，“葉緣缺刻”改為“鋸齒”，“果實空心”改為“果實空腔”[13]，使得表述上更符合實際情況。

本研究通過連續2 年觀測分析210 個形態多樣的菊花商業品種，探究2012 年版DUS 測試指南在性狀篩選和確定方面是否也存在上述問題，旨在篩選出遺傳穩定、易測、特異性差別明顯的性狀，優化調整相關性狀，以提高測試指南實用性。

1 材料與方法

1.1 材料試驗材料種植于南京農業大學中國菊花種質資源保存中心，于2019 年、2020 年連續2 年觀測品種共210 個，其中，切花大菊70 個品種，切花小菊110 個品種，傳統菊30 個品種。所有試驗材料均定植于溫室大棚中，定植時間為7 月下旬，參照DB11/T 845—2011《切花菊設施生產技術規程》進行管理。

1.2 調查方法采用群體測量（MG）、個體測量（MS）、群體目測（VG）、個體目測（VS）等方法觀測性狀77 個，包含2012 年版測試指南全部性狀68 個，以及在本次觀察群體中發現的多樣性性狀或表達狀態9 個，其中花部性狀或表達狀態4 個：“頭狀花序舌狀小花類型、管狀小花密集程度（僅適用于托桂型品種）、舌狀小花排列規律、管狀小花長度（僅適用于托桂型品種）”；葉部的性狀或表達狀態5 個：“葉片拱曲程度、葉裂片數量、葉片邊緣缺刻形狀、葉柄長度、葉片頂生裂片長度”。選擇具有代表性的表達狀態拍照記錄，并記錄對應的標準品種。

2 結果與分析

2.1 質量性狀與假質量性狀及表達狀態的建議通過對210 個菊花品種2 個全生育期的性狀觀測，發現2012 年版測試指南未涉及頭狀花序舌狀小花常見的表達狀態：貫珠型和龍爪型（圖1），建議增加此性狀的表達狀態，相應的標準品種為泉鄉明星、金龍爪。

圖1 增加頭狀花序舌狀小花表達狀態：貫珠型和龍爪型

2012 年版測試指南未涉及托桂花型品種中常見的“管狀花密集程度”的多樣性性狀，本研究發現210 個品種包含40 個托桂花型品種，其中管狀小花“密集”品種31 個、管狀小花“稀疏”品種8 個、管狀小花“極稀”品種1 個（表1），該性狀有“密集、稀疏、極稀”3 種表達狀態（圖2a），對應的標準品種為南農紫金輪、憩風車、Belicia。

表1 花部性狀的表達狀態占觀察品種總數的頻次

圖2 增加花部質量性狀

對于重瓣性較高品種存在的“舌狀小花排列規律”多樣性性狀，2012 年版測試指南也未提及，此性狀在傳統菊花中顯著表達，在觀測的30 個傳統菊花品種中，舌狀小花“逆時針”排列品種5 個，“無”排列品種20 個，“順時針”排列品種5 個（表1），表達狀態為“逆時針、無、順時針”3 類（圖2b），對應的標準品種為洹水黑旋風、禾城春雷、紫宸殿。

2012 年版測試指南未涉及“葉片拱曲程度”性狀的多樣性，在對210 個品種葉片的觀察中發現表現為“平”的有129 個品種，“拱曲”的有81 個品種（表2），表達狀態為“平、拱曲”2 類（圖3a），對應的標準品種為Pimento、橙松月。

表2 葉部性狀的表達狀態占觀察品種總數的頻次

圖3 增加葉部質量性狀

2012 年版測試指南未提及“葉裂片數量”的多樣性，210 個品種中葉片“5 裂”的有182 個，“7 裂”的有28 個（表2），表達狀態分為“5 裂、7 裂”2 類（圖3b），對應的標準品種為南農金乒乓、Isis 韓。

“葉片邊緣缺刻形狀”性狀在2012 年版測試指南中也未涉及，本研究發現210 個品種在該性狀上的分布是：葉片邊緣缺刻“銳尖”的有57 個品種，“尖”的有116個品種，“圓鈍”的有37個品種（表2），建議增加此性狀，表達狀態分為“銳尖、尖、圓鈍”3類（圖3c），對應的標準品種為燕山秋韻、Tigerrag、南農金乒乓。

2012 年版測試指南“舌狀小花管部截面”性狀給出的表達狀態為“圓形、扁圓、平、三角形”，然而在Quinty 和Isis 韓2 個品種舌狀小花管部的不同位置進行橫截發現了心形與梯形不同的形狀（圖4），由此可見該性狀給出的表達狀態不穩定。并且該性狀要借助體視顯微鏡才能看清確定，不易觀測。因此，建議刪減此性狀。

圖4 舌狀小花管部截面的不同形狀

2.2 增加數量性狀的建議2012 年版測試指南未涉及“管狀小花長度（僅適用于托桂型品種）”性狀，通過本研究發現210 個品種性狀分布情況：管狀小花“短”的有71 個品種，“中”的有64 個品種，“長”的有75 個品種（表3），建議增加此性狀，并將其表達狀態分為“短、中、長”3 類（圖5）。

表3 數量性狀表達狀態品種占觀察品種總數的頻次

圖5 增加花部數量性狀

2012 年版測試指南未涉及葉柄長度，觀察發現210 個品種中葉柄“短”的有67 個品種，“中”的有74 個品種，“長”的有69 個品種（表3），可將其表達狀態分為“短、中、長”3 類（圖6a）。

圖6 增加葉部數量性狀

葉片頂生裂片長度在2012 年版測試指南也未涉及。本研究發現210 個品種中葉片頂生裂片“短”的有65 個品種，“中”的有86 個品種，“長”的有59個品種（表3），可將其表達狀態分為“短、中、長”3類（圖6b）。上述3 個數量性狀穩定、易測，且均具有遺傳穩定性，因此，建議增加。

2.3 測試性狀的適用范圍調整2012 年版測試指南將舌狀小花數量的適用范圍局限于單瓣和半重瓣品種，本研究發現重瓣花品種舌狀小花數量最少有17 瓣，最多可至526 瓣，平均值為181 瓣，變異系數高達77.702%。重瓣類型也可以通過花瓣計數來設定更多的級別，如單瓣、半重瓣、重瓣、極多重瓣，并為每個級別設定大致的花瓣輪數，建議將其調整為適用于所有品種。

此外，應明確“舌狀小花：花冠筒長度”性狀的限制范圍，用以提高觀測的針對性，應將其調整為：“舌狀小花：花冠筒長度（僅適用于平瓣和匙瓣品種）”。因為當舌狀花完全圍合成為管瓣的時候，涉及品種的花冠筒長度就是舌狀花的長度，此時觀測該性狀并不發揮額外的區別作用（圖7）。

圖7 舌狀小花出現的平瓣、匙瓣、管瓣3 種類型

3 結論與討論

隨著菊花育種活躍度的增加和申請品種保護數量的激增，根據測試指南中暴露出的一些問題，對沿用時間過久的測試指南進行修訂正是指南不斷完善的機會。測試性狀的選擇是DUS 測試指南制定的核心，也是提高測試指南實用性的關鍵[14]。2007年版的玉米DUS 測試指南相對之前的版本，剔除了25 個測試性狀，新增6 個測試性狀[15]；闞畫春等[16]建議對2012 年版棉花DUS 測試指南增加3 個性狀、修改3 個性狀術語的表達；張龍等[17]對192 份柱花草種質進行測試，在原指南基礎上補充了6 個性狀、剔除2 個性狀。

用質量性狀區分品種效率高、易觀測。因此，指南的修訂往往關注質量性狀的補充和調整。辣椒測試指南修訂中增加了7 個測試性狀，其中有4 個質量性狀[18]。黃瓜測試指南的修訂中增加19 個測試性狀，其中有11 個是質量性狀[19]。相比UPOV 茄子測試指南，我國的茄子測試指南增加了9 個性狀，其中有6 個質量性狀[20]。非洲鳳仙測試指南的研制在UPOV 指南的基礎上增加了9 個測試性狀，其中有7 個質量性狀[21]。蝴蝶蘭測試指南性狀的選擇比UPOV 指南多了11 個性狀，其中有9 個質量性狀[12]。本研究提出的6 個質量性狀或假質量性狀易辨識且均有遺傳穩定性，增加了區分品種特異性的依據。

有些品種的差別在于數量性狀，少數指南對數量性狀進行了修訂。劉蕊等[22]為椰子測試指南篩選出19 個數量性狀。程蓓蓓等[4]通過對中國現有澳洲金合歡亞屬植物11 個品種進行實地調查，篩選出4 個用于該屬新品種測試的數量性狀。我國研制的工業大麻測試指南31 個測試性狀中數量性狀就占了28 個，比UPOV 指南多4 個[23]。通過試驗觀察建議增加3 個易測記的數量性狀，并且目前就可實現品種區分，分別是“托桂型品種管狀小花長度、葉柄長度、葉片頂生裂片長度”，在區別相似品種時使用頻繁且有效。

測試性狀的取舍主要在于能否區別形態特異性，這點在不同作物上的體現不盡相同。在研制百合DUS 測試指南的時候以中國品種的實際狀況進行抉擇，百合的“葉形、花蕾形狀、花型、斑點顏色、花香”等與觀賞性狀更相關的形態特征被沿用，未采用“葉序、葉末梢彎曲、葉片橫切面”等育種家不太關注的性狀[24]。在UPOV 紫薇測試指南的基礎上，我國的紫薇DUS 測試性狀也增添了14 個合乎于中國紫薇觀賞分類原則的性狀，例如“小枝、花萼、花蕾、瓣爪、雄蕊”等[25]。而菊花測試指南中測試性狀的建議，研究者更多的是發現其能更有效區分品種的性狀。

菊花種質創新工作一直圍繞花部進行，測試性狀的側重點在花部，2012 年版菊花DUS 測試指南在UPOV 指南基礎上增加了3 個性狀，其中花部2個，葉部1 個；刪減了23 個性狀，其中花部18 個，葉部4 個，其他相關性狀1 個；調整8 個性狀，其中花部7 個，葉部1 個。本研究通過連續2 個完整生育期觀測記錄210 個菊花商業品種的形態性狀，又在2012 年版測試指南的基礎之上，增加了9 個遺傳穩定、易測且特異性差別明顯的性狀，其中花部性狀4 個，刪減1 個穩定性差、不易測的選測性狀，并優化2 個花部性狀的描述表達（表4）。隨著我國菊花育種活躍度的不斷提升，菊花品種的形態多樣性會不斷出現，菊花測試指南測試性狀應及時根據新品種的出現做出相應完善，以更好適應區分品種的需要。

表4 菊花DUS 測試指南性狀修訂