观赏海棠自由授粉子代花色特征及选优1)

张全全 张龙 李丽娟 周婷 张往祥

(南方现代林业协同创新中心(南京林业大学)，南京，210037)

杂交育种是观赏植物进行遗传改良、种质创新的重要手段。自由授粉虽然精准度不高，但可以确保拥有优质的花粉源，提高树木可育性和结实率，同时能确保获取大量种子，扩大子代的变异基数，增加子代的遗传多样性[1-2]，对于园艺植物育种具有十分重要的意义。

观赏海棠(Malusspp.)是蔷薇科(Rosaceae)苹果属(Malus)中观赏品种的统称，包括种、变种及大量栽培品种，为落叶灌木或小乔木，广泛分布于北温带地区[3]。大多数观赏海棠品种通过自由授粉选育，彼此间的亲缘关系不详[4-5]。目前，海棠品种群的花、叶、果等观赏性状评价、种质挖掘工作进展顺利[6-8]，但在幼苗期选择观赏优株的工作仍在摸索。育种过程中，海棠子代花色与叶色、枝条表皮色等有一定的相关性[9]，但实际变化往往难以预测。本研究从9个海棠品种自由授粉子代中初选观花良好的单株，进行花色表型研究，以了解自由授粉对海棠观花品质的改良，为观赏海棠新品种的选择提供参考。

1 试验地概况

试验地位于江苏省扬州市仙女镇(199°55′E，32°42′N)，属北亚热带季风气候，四季分明，年平均气温14.9 ℃，年降水量1 000 mm。试验地土壤质地为沙壤土，深厚肥沃，地势平坦，排水条件良好。

2 材料与方法

2.1 试验材料

2012年10月从国家海棠资源圃中选取‘唐纳德’、‘千层金’、‘美果海棠’、‘灰姑娘’、‘紫王子’、‘红玉’、‘金丰收’、‘甜蜜时光’、‘印第安夏天’9个品种，采集种子混播，父本不详。‘紫王子’、‘印第安夏天’为红叶红花品种，其余采种母株为典型的绿叶白花品种。2013年3月获得1 000余株实生苗，按照30 cm×30 cm的株行距进行定植。2019年3月中旬至5月初，通过观察花型、花色，从实生苗中选出200株观花效果良好的单株，并从其中随机挑选69株进行观赏性状、花色测量。试验将每个单株均视为1份种质，没有重复。对照材料为资源圃中包含采种品种在内的97个疑似父本的海棠品种，砧木为湖北海棠，30株重复。

2.2 数据采集

采样时间为每天上午06：00—08：00，做好标记后，连同花枝放入冰盒中保鲜，带回实验室在2 h内测量完毕。花色采用美国X-Rite色差计测量，花期时序按照花朵状态划分[6]，分别记录始花期(S1)、盛花期(S2)、末花期(S3)的色彩参数。选用内置D65标准光源的色差计，窗口直径8 mm，观测角度10°。由于花朵存在着色不均的现象，为保证测量精度，统一测量花瓣外表面边缘、中部、基部3个位点的色彩，重复测量30次，取平均值。

2.3 数据处理

色彩参数(亮度值L*，色相值a*、b*)可由色差仪直接测出；饱和度(C*)、色调角(h*)、色差值(ΔE)皆由公式计算所得[10-12]，公式如下：

C*=(a*+b*)1/2；

h*=arctan(b*/a*)；

ΔE=(ΔL*2+ΔC*2+Δh*2)1/2。

同时，计算色彩参数3个维度上各区间单株分布频率，区间段划分标准为：ΔL*=5°，ΔC*=5°，Δh*=10°[13]；使用Origin9.0软件构建花色参数空间三维图并绘制各参数频率分布图；利用R语言、SPPS19.0对观测子代花色进行聚类分析；采用Duncan法进行组间差异显著性分析。

3 结果与分析

3.1 观赏海棠自由授粉子代开花进程中花色在CIELCH色空间中的动态分布格局

根据69株海棠自由授粉子代在不同开花时期的花色参数，绘制CIELCH色空间动态分布格局(图1)与3个维度方向的频率分布(图2)。从图1、图2可以看出，在整个开花进程中子代群体均具有规律性的空间分布和位点变化。

图1 不同开花时期子代群体花色在CIELCH色空间中的动态分布格局

图2 不同开花时期子代群体花色在CIELCH色空间3个维度方向的频率分布

由图1可知，在L*维度方向上，子代花色参数位点呈整体向上移动的趋势，高亮度值区间(80°

在C*维度方向上，子代花色参数位点在S1～S2阶段呈整体向右移动的趋势，在S2～S3阶段呈整体向左移动的趋势，即高饱和度(30°

在h*维度方向上，子代色调角参数位点呈整体向右移动的趋势。分布在红色区域(0°

从整体上看，子代在始花期S1的空间位点最为分散，色彩也最为丰富。随着开花进程持续，亮度值不断增加；饱和度先增加再降低；色调角分布于红色区域的子代数量减少，表明花朵色彩逐渐淡化。

3.2 子代群体春季花色聚类

在观赏海棠整个花期物候中，盛花期S2的观赏价值最高。根据盛花期的色彩参数(L*、C*、h*)构建子代群体聚类分析(图3)。在遗传距离10.0处，可以将69株子代划分为3大色系及6个子色系类群，即A类白色系(包括亮白色系、白色系)、B类粉色系(包括粉红色系、粉白色系)、C类紫红色系(包括紫红色系、红色系)，不同色系及子色系之间的色彩参数特征差异显著(见表1)。

表1 聚类分析的子代群色彩参数统计

图3 子代群体春季花色聚类图

A类白色系，包括A1(亮白色系)、A2(白色系)2个子色系，共12株子代。此类群色调角主要位于黄色区域(h*值为77.5°±24.21°)，饱和度极低(C*值为3.84°±1.17°)，色彩亮度较高(L*值为88.57°±1.32°)，故而花朵呈现洁白明亮的状态。

A1子类(亮白色系)，又可划分为A1-1(包含4株子代，单株编号分别为25-10、13-8、21-45、14x-1)和A1-2(包含5株子代，单株编号分别为19-5、13x-1、21x-1、11x-2、11x-1)2个亚子类。A1-1的L*、h*均高于A1-2，说明A1-1更加亮白。

A2子类(白色系)，包含21-3、23-50、28-59在内共3个单株。A2子类的色调角显著小于A1子类(h*值分别为41.70°±9.92°、89.43°±13.38°)，A2子类花瓣在花脉络、花瓣边缘残留蕾期的粉色，因而视觉效果不够明亮。

B类粉色系，包括B1(粉红色系)、B2(粉白色系)2个子色系，共计33个单株。与A类群相比，B类的亮度、色调角明显低于A类(L*值为74.23°±4.86°，h*值为6.42°±4.08°)，色彩鲜艳度高于A类(C*值为21.40°±7.02°)。

B1子类(粉红色系)，可划分为B1-1、B1-22个亚子类，共计19个单株。其中B1-1包括6个单株：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个单株。

B2子类(粉白色系)，可划分为B2-1、B2-22个亚子类，共14个单株。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个单株，B2-2包括1-69、1-9、19x-1、1-1、1-88等5个单株。B2类的亮度高于B1类(L*值分别为78.24°±3.16°、71.27°±3.60°)，饱和度低于B1类(C*值分别为14.77°±4.10°、26.28°±4.21°)，因而B2的色彩较浅。

C类紫红色系，共包含24个单株。该类群的色调角主要分布于红色区域(h*值为3.17°±2.04°)；饱和度较大(C*值为42.33°±5.25°)；亮度值中等(L*值为52.81°±10.09°)，因而花朵色彩艳丽。C1类的亮度明显低于C2类(L*值分别为44.11°±5.08°、60.16°±6.94°)，因而C1的颜色更深。

C1类包含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类包含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 自由授粉子代色彩变化规律与观赏性

花色稳定性对海棠观赏来说十分重要，通过分析比较始花期、盛花期、末花期花朵的色彩变化，发现3大色系的子代皆呈由深色转为浅色的淡化趋势。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、红色系则相反(表2)。

表2 聚类分析的子代群色差值统计

A类白色系子代的ΔE1大于ΔE2，这是由于S1阶段花朵上残留蕾期的粉色或红色在S2时期快速淡化。其色彩变化越明显，则色差值越大。A1的ΔE2小于A2的ΔE2，表明A1末花期的花瓣氧化皱缩程度低，花朵持久性更高。

B类粉色系的ΔE1小于ΔE2，两阶段色差值的绝对值变化幅度较大，说明生长后期色彩淡化严重。粉色花在末期均会褪色，相比较之下，B1的色彩更稳定。

C类紫红色系ΔE1略小于ΔE2，开花阶段的色差变化幅度最小，花朵呈紫红、深红至紫红、红，再到红、浅红的节律变化。其中C1色彩更稳定，观赏价值更高。

3大色系群体中，白色系子代的选择，更关注整个花期花朵的洁白度；粉色系、红色系子代的选择则更关注色彩鲜艳度、色彩淡化节律。参考张往祥等[14]对种质资源圃的海棠品种花色动态测定，资源圃白色系品种的平均色彩参数为L*=88.0°，C*=5.3°，ΔE2=2.7°；粉色系品种的平均色彩参数为C*=28.0°，ΔE1=18.1°，ΔE2=16.8°；紫红色系的平均色彩参数为C*=40.5°，ΔE1=9.2°，ΔE2=13.7°。通过不同色系子代群体间、子代与资源圃品种的比较，选择观赏效果良好或者超资源圃的单株，结果见表3。白色花以L*>88.0°，C*<5.3°，ΔE2<2.7°为基准，挑选出4个优株，占白色系类群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°)的亮度较高，稳定性好。粉色花以C*>28.0°，ΔE1<18.1°，ΔE2<16.8°为基准，挑选出6个优株，占比18.2%，其中子代4-87(C*=34.84°，ΔE1=4.59°，ΔE2=5.32°)的色彩更鲜艳，其开花期间色彩也较稳定。紫红花以C*>40.5°，ΔE1<9.2°，ΔE2<13.7°为基准，挑选出5个优株，占比20.8%，其中子代1-126色彩最好，但末花期褪色严重(C*=48.08°，ΔE2=13.26°)，子代7x-2色彩更加稳定(C*=47.67°，ΔE2=3.98°)。

表3 不同色系优株色彩参数、色差值统计

4 结论与讨论

观赏植物的花、叶、果的色彩是重要观赏性状，园艺工作者常采用英国皇家园艺比色卡(RHS)对植物色彩作定性描述，这样对交叉色系的判断不精准且易受主观影响[15-16]。当品种较多时，定性描述难以有效区分品种间的差别，不利于品种群的数据化分析。本研究运用色差计将色彩转化为不同的参数，通过分析色彩参数的变化规律，掌握色彩的动态变化。各参数间的特征可以直观反映不同色系品种类群的差异。

数字化在植物品种性状描述及育种工作中的运用已十分广泛[17-18]，植物色彩也正从笼统性概述向数字化描述的方式转变。在观赏种群划分和特征区分中，数字化描述更具有客观性。在今后的观赏海棠育种工作中，针对品种的表型特征建设全面的种质资源信息库，可以更有效率地进行品种对比及新品种选择。

我国海棠种质资源丰富，加之引进众多国外品种，杂交育种的空间巨大。观赏海棠存在花粉败育、自交不亲和的现象[19-20]，可以利用自由授粉扩大花粉来源、花粉质量，以提高授粉的杂合性、结实率。本研究中出现大批粉色花子代，而9个采种母株中皆无粉花品种。子代群体根据色彩参数又划分为3大色系及6个子色系，不同色系间的色彩差异显著，甚至有色彩鲜艳度及稳定性超越资源圃平均水平的优株出现，对扩大观赏种群规模、育种基因库有着重要的意义。

此外，本研究中授粉树采取简单的行状配置，不同种质间的间隔均不相同，导致采种株接受花粉的程度不同。有研究认为适当缩小母本与授粉树间的株行距可有效促进昆虫授粉效率，提高结实率[21]。因此如何通过母株与授粉树的混合配置，提高海棠杂交育种效率值得进一步探索。