基于主成分分析评价郁金香留床栽培的观赏价值

赵杨静，唐 楠，吕春娜，唐道城

（青海大学高原花卉研究中心/青海省园林植物与观赏园艺重点实验室，青海 西宁 810016）

0 引言

【研究意义】郁金香为百合科郁金香属（Tulipa L.）多年生鳞茎类草本花卉，因其品种繁多、花色丰富、花型多样，深受世界各国人民喜爱，广泛应用于切花、盆栽和庭院种植。近年来，随着国内郁金香花展、花海的兴起，我国对郁金香的需求量呈现稳步增长的态势，但由于郁金香种球国产化生产发展缓慢，使得所需的栽培种源严重依赖国外进口[1−5]。为保证园林应用良好的观赏效果，高价引进的种球只利用1 次，每年种植新球，费工费时，成本极高，目前大部分地区均采用这种消耗性栽培[4]。以留床的方式栽培，评价其观赏性状的变化，筛选减幅指标较少的品种作为适合留床栽培的品种，为缓解郁金香种球的消耗性栽培奠定理论基础，具有重要的应用价值。【前人研究进展】留床栽培是在同一块地中不采挖的连续栽培，是解决郁金香种球消耗性栽培的重要途径之一，与连续栽培、宿根栽培、连作栽培有一定的相似之处[6]。目前有关郁金香栽培品种在留床栽培方式下植株性状变化研究很少。屈连伟等[7]提出了一种郁金香杂交后代多年留地的栽培方法，评价了不同栽培方式对郁金香种球直径、球高及质量的影响，结果表明杂交后代经过3年留地栽培，第三年种球可达到开花标准，这种留地栽培的方式有利于郁金香种球的生长，缩短了种球繁育周期，降低了生产成本。张艳秋等[8]在辽宁地区开展了郁金香多年留地栽培，从15 个郁金香品种中筛选出未出现退化的品种牛津精灵，退化程度较轻的品种白梦、塞克、逃离、国王的礼物和比赛，这些品种可以在辽宁地区进行多年留地栽培。常用于评价花卉观赏价值的方法主要有层次分析法[9]、灰色关联分析法[10]和主成分分析法[11]，其中主成分分析法受人为主观因素影响较小，利用降维思想把多指标转化为少数几个综合指标，可以简化性状变量，有利于提取影响性状的关键因子，是评价植物种质资源观赏价值的重要方法。近年来该方法被频繁用于观赏植物性状的评价，如郁金香[12]、山茶[13]、墨兰[14]、蝴蝶兰[15]、芍药[16]、矮牵牛[17]等。【本研究切入点】郁金香广泛应用于花坛、花境等园林景观布置，为保证景观效果，需每年购买新球进行栽植，景观布置成本极高，然而郁金香品种繁多，筛选在留床栽培中观赏价值没有明显下降的品种用于园林绿化，供多年观赏，能够有效降低成本、缓解郁金香种球的消耗性栽培，但目前有关不同郁金香品种在留床栽培后植株性状表现的研究鲜有报道。【拟解决的关键问题】本研究以36 个荷兰郁金香品种为研究对象，对12 个地上部表型性状进行主成分分析，评价各品种在留床栽培后观赏价值的变化，从中筛选适宜露地留床栽培的郁金香品种，为提高郁金香种球的利用效率，降低郁金香园林应用的栽培成本奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料及种植环境

36 个郁金香品种（表1）于2018 年引自荷兰。无病虫害、无机械损伤的种球（周径≥12 cm）于2018年10 月栽植于青海大学高原花卉研究中心郁金香资源圃，海拔2261 m、东经101°45′20″、北纬36°44′3″、年平均气温5.7 ℃、年平均降水量373 mm、年平均日照1939.7 h。土壤为淡钙栗土，土壤容重1.06，总孔隙度58.85%，N、P、K 含量分别为54.83、82.33 和201.59 mg·kg−1。土壤pH 值7.94，EC 值（可溶性盐的 浓度）1.53 ms·cm−1。

表 1 郁金香品种信息Table 1 Information on 36 tulip cultivars

1.2 试验设计

种植深度12 cm，株行距15 cm× 12 cm，各品种的种植数量不少于300 颗。2018 年10 月种植后露地越冬，2019 年4～5 月盛花期进行地上部表型性状测定，种球当年不采挖（即留床）露地越冬，2020 年4～5 月盛花期对留床一代种球的地上部表型性状进行测定。以2019 年测定数据作为对照，比较分析各品 种留床一代地上部表型性状的变化。

1.3 测定内容及方法

各品种随机选取30 株，测定株高（地表至花冠顶部）、基生叶数、最长叶叶长、最短叶叶长、最长叶叶宽、最短叶叶宽、花径、花瓣长、花葶长（地表至花朵基部）、冠幅（基生叶开张宽度），用鲜重法测量叶面积[18]、用萃取法（丙酮与乙醇的体 积比为2:1）测定叶片叶绿素含量[19]。

1.4 数据统计分析

主成分分析：采用每个主成分所对应的贡献率占所提取主成分累计贡献率的比例作为权重，来建立主成分综合评价模型[20]，通过综合评价模型得出综合评价分值，根据其分值大小评价不同品种当年的观赏价值。首先，用SPSS 17.0 对原始数据进行标准化处理，标准化后的数据进行主成分分析。综合评价模型：F=（X1%×F1+X2%×F2+X3%×F3+···+Xn%×Fn）/（X1%+X2%+X3%+···+Xn%）。

综合排名对比：将各品种当年的综合排名与留床一代的综合排名进行对比，排名增减=留床一代综合排名（2020 年）−种植当年综合排名（2019 年）。

地上部表型性状指标的增减幅：增减幅=（留床一代指标值−当年指标值）/当年指标值，得数为正则记 为+，得数为负则记为−。

2 结果与分析

2.1 出苗情况

2019 年，36 个品种的出苗率达到72.10%～100.00%，出苗率≥90%的品种有25 个，出苗率最低的品种是Muscadet（表2）。2020 年，36 个品种的出苗率为16.51%～86.67%，出苗率最低的品种是Apricot Emperor。留床栽培1 年后各品种的出苗率都有不同程度的降低，其中Abba 降幅最小（7.14%），Apricot Emperor 降幅最高（82.10%）。17 个品种的出苗率下降幅度小于40%，可以作为留床栽培的备选品种；9 个品种的出苗率下降幅度≥60%，完全不适合作留床 栽培。

表 2 36 个品种的出苗情况Table 2 Sprouting rate of 36 tulip cultivars (单位：%)

2.2 36 个郁金香品种地上部表型性状的主成分分析

基于2019 年测得的数据进行12 个地上部表型性状指标的主成分分析。由表3 可知，前4 个主成分的累计贡献率达到75.878%，因此选前4 个主成分可表示12 个性状所包含的大部分信息。其中，主成分一的方差贡献率33.894%，特征值为4.067，主要受叶长、叶宽、花瓣长、花葶高度、株高的影响。第二主成分的方差贡献率为16.736%，特征值为2.008，主要反映叶数、花径和冠幅的信息。第三主成分的方差贡献率为14.095%，特征值为1.691，主要反映叶片叶绿素含量。第四主成分的方差贡献率为11.154%，特征值为1.338，主要反映最短叶叶长信息。

表3 12 个地上部表型性状主成分分析Table 3 Principal component analysis on 12 aboveground phenotypes

将出苗的郁金香品种按表3 进行权重赋值，可知2019 年36 个品种地上部表型性状的综合评价排名（表4），排名第一的为Pink Impression，排名最后的为Angelique，这个综合评价排名顺序将作为对照 ，与留床一代的综合评价排名顺序进行对比。

表4 36 个郁金香品种的表型性状综合评价Table 4 Comprehensive evaluation of 36 tulip cultivars based on phenotypes

2.3 留床一代郁金香地上部表型性状的主成分分析

2020 年测定留床一代各品种的12 个地上部表型性状，并进行主成分分析（表5）。提取出的4 个主成分的方差贡献率分别为36.114%、19.870%、12.056%、9.673%，累计贡献率达到77.712%，包含了测量的12 个指标的信息。第一主成分特征值是4.334，主要反映植株叶片的表型信息。第二主成分特征值为2.384，主要反映植株的花葶高度、株高信息。第三主成分特征值为1.447，主要反映植株的叶数信息。第四主成分特征值为1.307，主要反映植株的花径、花瓣长、冠幅和叶子的叶绿素含量的信息。将出苗的郁金香品种按表5 进行权重赋值（表6），结果表明2020 年郁金香性状综合评价排名第一的为Blushing L ady，排名最后的为Pallada。

表5 留床一代郁金香的表型性状指标的主成分分析Table 5 Principal component analysis on phenotypic traits of tulips with bulbs remained in ground for 2ndyear sprouting and growth

表6 36 个郁金香品种在2020 年的表型性状综合评价Table 6 Evaluation on phenotypes of 36 tulip cultivars in 2020

2.4 36 个郁金香品种留床一年后地上部表型性状退化情况

通过性状综合评价，将各品种当年的综合排名与留床一代的综合排名进行对比。由表7 可知，排名增幅度最大的品种为Christmas Marvel；减幅最大的品种为Red Power、Sweet Rosy、Aladdin；排名增减幅度在五名范围以内的品种为Carola、FlamingParrot、 Blushing Lady、 Verandi、 Holland Beauty、Oxford's Elite、Pallada、Pallada、Avenue、Barcelona、Abba、Strong Gold，这些品种在留床1 年后，从表型性状综合评价来看退化较缓慢。根据2 年的综合评价，在2020 年排名增加的品种占总数的55.5%，排名 减小的品种占总数的19.4%。

表7 各品种郁金香观赏价值综合评价排名Table 7 Comprehensive evaluation ranks on ornamental values of 36 tulip cultivars

2.5 留床1 年对地上部表型性状的影响

计算各品种地上部表型性状指标的增减幅个数。由表8 可知，留床1 代后各品种地上部表型性状都有不同幅度的增减变化。如果只关注增减幅指标的数目，其中增幅指标较多的有8 个品种，分别是Blushing Lady、 Leen Van Der Mark、 Christmas Marvel、Negrita、Yellow Pomponette、Pink Pomponette、Parade 和Lalibela，说明这些品种在留床1 年后生长良好，而减幅指标较多的品种Barcelona、Holland Beauty、 World's Favourite、 Pallada、 Sweet Rosy、Aladdin 则出现了较明显的退化。

根据当年和留床1 年的地上部表型性状主成分分析来看，特征值占比较大的性状有株高、基生叶数、最长叶叶长、最短叶叶长、最长叶叶宽、最短叶叶宽、花径、花葶长、叶面积等9 个性状。优先考虑有关这些性状的增幅数量，再结合留床一年品种 的 退 化 情 况 可 筛 选 出Blushing Lady、 Yellow Pomponette、Negrita、Leen Van Der Mark、Christmas Marvel、 Pink Pomponette、 Parade、 Miranda、Lalibela、Apricot Emperor 等10 个品种。如果关注所有地上部表型性状指标中增幅指标数量且留床1 年后退化情况较缓，可以优先选择Blushing Lady、Leen Van Der Mark、 Christmas Marvel、 Negrita、 Yellow Pomponette、 Pink Pomponette、 Parade、 Lalibela 等8 个品种。在考虑回收种球的前提下，可以优先考虑植株叶数、最长叶叶长、最短叶叶长、最长叶叶宽、最短叶叶宽、叶面积、叶绿素等7 个跟营养生长有关指标的增减幅情况，再结合退化情况可以筛选出Leen Van Der Mark、Christmas Marvel、Parade、Yellow Pomponette、 Lalibela、 Blushing Lady、Negrita、 Pink Pomponette、 Miranda、 Apricot Emperor、Strong Gold、Banja Luka 等12 个郁金香栽培品种。

综上留床1 年后各品种的出苗率，挑选出苗减少率＜40%的品种，最后筛选出在西宁地区可留床栽培并且观赏价值较稳定、退化较缓6 个郁金香品种，分 别 是Yellow Pomponette、Negrita、Leen Van Der Mark、 Christmas Marvel、 Pink Pomponette 和P arade。

3 讨论与结论

近年来，随着城市园林绿化水平的不断提高，不少城市以郁金香花展、郁金香文化节等形式带动当地旅游业，使得我国对郁金香种球的需求量逐年增长。但是，目前郁金香种球的生产尚未实现国产化，大量种球每年从荷兰进口，不仅价格昂贵，同时还存在部分品种不能适应中国的气候而出现不同程度的退化现象。为保证景观效果，大多选择每年购买新球进行种植，景观布置成本极高。为了能够实现种球的重复利用，前人在郁金香种球的复壮技术方面开展了不少研究，夏宜平等[21]认为高山冷凉气候条件适合郁金香鳞茎的生长，郁金香退化球及子球在高山种植后能够得到有效复壮。王生旭等[22]提出采用保护地栽培提前郁金香的发芽和开花时间，延长花后种球的生长时间，从而提高成球率的复壮方法。由于种球的复壮对环境条件及栽培技术的要求较高，并且也需要一定的时间，所以园林应用中很少对种球复壮后再利用。因此，在诸多郁金香品种中筛选出退化缓慢、可以露地留床栽培的品种用于部分园林景观布置，能够提高种球利用率、降低栽培成本。目前，有关不同郁金香品种在留床栽培后植株性状表现的研究鲜有报道。本研究通过对留床栽培的郁金香进行连续2 年的地上部表型性状观测及主成分分析，结合出苗率及12 个表型性状的变化情况，筛选出了6 个适宜在西宁地区露地留床栽培且观赏价值较稳定的郁金香品种，分别是Yellow Pomponette、 Negrita、 Leen Van Der Mark、Christmas Marvel、Pink Pomponette、Parade。张艳秋等[8]在辽宁地区对15 个郁金香品种进行了留地栽培，其中Oxford’s Elite 未出现退化现象，而Negrita 种球全部消失。品种Oxford’s Elite 在西宁地区留床栽培后虽然表型性状有所退化，但综合评价来看退化较缓慢，说明该品种的适应性较强，而Negrita 在两地的表现差异显著，这可能与品种特性与气候条件差异有关。

选择适宜当地栽培的品种首先要通过试验进行观赏价值的评价。前人在郁金香观赏价值评价方法方面开展了相关研究，熊亚运等[23]以北京地区郁金香花展常用品种为对象，通过层次分析法筛选出17 个具有较高观赏价值且种球更新能力好的理想品种，认为采用科学的方法进行品种评价筛选出优良品种，再结合栽培措施可以获得具有再利用价值的有效种球。在观赏价值的多种评价方法中，主成分分析法对信息进行浓缩的同时避免各信息的重叠，综合因子的权重根据其贡献率的大小确定，因此结果客观合理、受主观因素影响较小[20]，在花卉观赏价值评价中应用广泛[24−25]。马秀花等[12]对郁金香的20 个表型性状进行了主成分分析，认为郁金香的观赏价值受株高、花径、叶数、花须边程度、花色、冠幅、叶片边缘波状程度等性状影响，其中受株高和花径的影响较大，并基于主成分分析对57 个郁金香栽培品种进行了观赏价值综合评价。本研究对36 个郁金香品种种植当代和留床一代的12 个地上部表型性状分别进行了主成分分析，发现叶片的各项指标在因素提取中都分布于特征值占比较高的因素里，对之后的观赏价值综合评价得分影响较大。郁金香生长过程中所需养分主要源于种球自身的营养贮备，地上部良好的营养生长决定地下鳞茎的发育及养分积累，对鳞茎的再利用至关重要[26−27]。

本文通过对郁金香留床栽培后观赏价值变化的研究，筛选出适宜留床栽培的品种，这些品种可用于部分园林景观布置，对于减轻郁金香在园林应用中的消耗性栽培、提高种球利用率、降低栽培成本具有重要意义。