吳芳芳， 原鑫， 蘇少文， 賀丹， 劉藝平， 孔德政

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，河南 鄭州 450002)

荷花(NelumboSP.)又名芙蕖、蓮花，是蓮科蓮屬多年宿根的挺水花卉。荷花是中國(guó)栽培歷史悠久的名花之一，不僅花姿優(yōu)雅、品種繁多，而且具有很高的文化價(jià)值及觀賞價(jià)值，深受廣大人民的喜愛(ài)[1-2]。目前，荷花成為全世界栽培較廣的觀賞水生植物之一，有2 000余個(gè)品種，其中新品種有300余個(gè)[3-4]。由于長(zhǎng)期廣泛采用栽種和引種 、選擇育種以及輻射育種等不同手段，形成了繁雜的品種和類(lèi)型。但關(guān)于荷花品種分類(lèi)的研究還主要是依據(jù)目測(cè)和描述，在研究眾多的變異品種分類(lèi)時(shí)存在一定的局限性。如清代楊忠寶[5]的《缸荷譜》荷花品種，以花色為分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)分為大紅、水紅、銀紅、爪紅、白、灑錦、錦邊等7類(lèi)；王其超等[6]的《中國(guó)荷花品種圖志》中按花色分為紅、粉、白、灑金、黃等 5 色系，對(duì)于荷花色系劃分較為簡(jiǎn)略，且未對(duì)各品種之間的花色明確界定。在荷花品種保護(hù)和花色分子育種等科學(xué)研究中需要對(duì)荷花表型進(jìn)行科學(xué)定義。因此，有必要在傳統(tǒng)的分類(lèi)基礎(chǔ)上，建立一個(gè)更加科學(xué)的表型數(shù)量分類(lèi)方法。表型是植物形態(tài)特征的組合，是其遺傳變異的表型特征[7]。表型多樣性是由環(huán)境多樣性和遺傳多樣性共同作用形成的結(jié)果，是植物質(zhì)量性狀的重要鑒定依據(jù)，廣泛應(yīng)用于種質(zhì)資源鑒定、分類(lèi)及選擇育種等科學(xué)研究[8-9]?；ㄉ怯^賞植物重要的表型性狀，也是品種分類(lèi)的重要依據(jù)[10-12]。荷花種質(zhì)資源豐富，各品種的觀賞特征各不相同，僅以定性描述對(duì)荷花品種分類(lèi)較為粗略。CIELab標(biāo)準(zhǔn)色空間在植物色彩研究領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用使得花色表型的數(shù)量化表示更為精準(zhǔn)，對(duì)于觀賞類(lèi)植物的品種鑒定具有實(shí)際意義。在小蒼蘭[13]、觀賞海棠[14]、 蝴蝶石斛蘭[15]、菊花[16]等植物中已廣泛運(yùn)用，證實(shí)了其科學(xué)性。本研究選擇了24個(gè)健壯生長(zhǎng)、性狀穩(wěn)定的荷花品種進(jìn)行露地栽培并進(jìn)行表型性狀的觀測(cè)與記錄，同時(shí)使用色差儀對(duì)荷花品種進(jìn)行了花色測(cè)定，最后對(duì)表型和花色聚類(lèi)結(jié)果分析，旨在為荷花品種的分類(lèi)與花色品種的選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

從河南農(nóng)業(yè)大學(xué)荷花種質(zhì)資源圃收集保存的荷花資源中隨機(jī)選取具有代表性的24個(gè)早、中和晚期的荷花品種(花期是由首次開(kāi)花到最后一朵花開(kāi)花的時(shí)間段，參照國(guó)際蓮屬品種登記表的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)定義6月6日采集的荷花品種為早期，6月26日采集的荷花品種為中期，7月16日采集的荷花品種為晚期)(表1)；花色表型的測(cè)定為定性描述。供試材料均經(jīng)多年自交，穩(wěn)定遺傳。于2019年5月開(kāi)始連續(xù)進(jìn)行表型性狀的測(cè)定。

表1 供試荷花品種Table 1 Lotus cultivars tested

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 荷花表型性狀測(cè)定 將24個(gè)荷花品種于2019年4月種植于河南省駐馬店荷花資源圃，管理按照常規(guī)方法統(tǒng)一進(jìn)行。參照國(guó)際蓮屬品種登記表的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在荷花生長(zhǎng)期(5-9月)，選取生長(zhǎng)一致、健壯的植株，測(cè)定并記錄3個(gè)數(shù)量性狀(花冠直徑、花瓣數(shù)、雄蕊數(shù))和2個(gè)質(zhì)量性狀(花型、花蕾色)并進(jìn)行荷花品種表型遺傳多樣性分析。每個(gè)品種選取10株，每株每個(gè)指標(biāo)測(cè)定3次，取平均值。所有描述型性狀均參照《蓮種質(zhì)資源描述和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[17]進(jìn)行觀測(cè)和測(cè)定，即荷花花型變異范圍和級(jí)別分為：1級(jí)代表半重瓣(花瓣數(shù)為20～59)，2級(jí)代表重臺(tái)(花瓣數(shù)為70以上且心皮大多數(shù)瓣化)，3級(jí)代表重瓣(花瓣數(shù)為70以上)；花蕾色變異范圍和級(jí)別分為：1級(jí)代表綠色，2級(jí)代表紅綠色，3級(jí)代表紅色。

1.2.2 花色測(cè)定 在荷花盛花期采集不同品種荷花的花瓣，帶回室內(nèi)進(jìn)行花色指標(biāo)的測(cè)定。使用便攜式分光色差儀(NF555, Nippon Denshoku Industries Co. Ltd., Japan)的集光孔對(duì)準(zhǔn)花瓣中部進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)品種的花色重復(fù)測(cè)定3次，記錄參數(shù)，包括色彩亮度L*值、色相a*值和b*值、彩度C*和色相角值h，最終取平均值代表花瓣顏色。

1.3 數(shù)據(jù)處理

在表型性狀數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中，使用Excel軟件對(duì)記錄的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；不同品種間性狀的差異用變異系數(shù)表示，遺傳多樣性指數(shù)的計(jì)算采用Shannon-Weaver信息指數(shù)

計(jì)算公式：H’=- ∑PilnPi

式中：Pi為某一個(gè)性狀第i個(gè)級(jí)別出現(xiàn)的概率。

運(yùn)用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)量性狀單因素方差分析；采用Euclidean距離、Ward法進(jìn)行聚類(lèi)。在花色數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中，利用SPSS軟件對(duì)CIE表色系統(tǒng)的L*、a*和b*值使用最遠(yuǎn)鄰近法進(jìn)行聚類(lèi)分析；使用Origin Pro 9.0軟件作荷花花色分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 荷花品種表型性狀遺傳多樣性分析

供試的24個(gè)荷花品種的5個(gè)表型性狀多樣性情況見(jiàn)表2，遺傳多樣性指數(shù)(H’)的變化范圍為4.41～4.55，平均值為4.50。其中花型(4.55)的多樣性指數(shù)最高，主要是重臺(tái)(16.67%)和重瓣(79.17%)；雄蕊數(shù)的多樣性指數(shù)最低(4.41%)?？傮w來(lái)說(shuō)，荷花的5個(gè)表型性狀間遺傳多樣性指數(shù)均較高，但是不同性狀之間的差異性不大，表明荷花5個(gè)表型性狀存在著豐富的表型多樣性。荷花品種的數(shù)量性狀變異系數(shù)變化范圍為19.93%～47.94%。其中雄蕊數(shù)的變異系數(shù)最大，為47.94%，

表2 24個(gè)荷花品種花器官表型性狀比較Table 2 Comparison of flower organ phenotypes of 24 lotus cultivars

注：同列中不同的小寫(xiě)字母表示在0.05水平上差異顯著。

Note: Different lowercases in the same column indicate the significance at 0.05 level，respectively.

花瓣數(shù)的變異系數(shù)較大，為35.49%，花型的變異系數(shù)最小，為19.93%。說(shuō)明花冠直徑的變異幅度較小，穩(wěn)定性較高，雄蕊數(shù)相對(duì)變異較大，穩(wěn)定性較差。研究發(fā)現(xiàn)，花冠直徑、花瓣數(shù)和雄蕊數(shù)中花冠直徑在群體間F值最大(79.27)；其次是花瓣數(shù)的群體間F值(52.35)；雄蕊數(shù)的群體間F值最小(40.48)。

2.2 荷花品種表型性狀聚類(lèi)分析

基于荷花花器官表型性狀，對(duì)24個(gè)荷花品種進(jìn)行聚類(lèi)分析。結(jié)果表明，在歐式距離10處，供試品種被分為4大類(lèi)( 圖1) ，每個(gè)類(lèi)群的均值及變異系數(shù)參見(jiàn)表3。第Ⅰ大類(lèi)包含天地紅、火炬、翡翠、瑰麗和紅領(lǐng)巾5個(gè)品種，占供試品種的20.83%。其主要特征是變異系數(shù)均較低，花冠直徑(11.50)，花瓣數(shù)(71.80)、雄蕊數(shù)(47.07) 也均較低；第Ⅱ大類(lèi)包含太空嬌容、紅鶯、粉桃、秋色、粉紅重瓣、晚霞、紫光閣、南陽(yáng)黃和紅繡球9個(gè)品種，其主要特征是花瓣數(shù)在4個(gè)類(lèi)群中較高(117.26)，變異系數(shù)最低(12.76%)，雄蕊數(shù)較高(55.59)，變異系數(shù)最高(30.38%)；第Ⅲ大類(lèi)包含新披針紅、海南、鈹針?lè)?、紅云、新云錦、紅重中型、素雅和新深情8個(gè)品種，其主要特征是花冠直徑最大(16.58)，雄蕊數(shù)最多(99.71)、變異系數(shù)(17.61%)最??；第Ⅳ大類(lèi)包含粉龍蓮和友誼牡丹2個(gè)品種，其主要特征是花瓣數(shù)最多(223.50)，雄蕊數(shù)最少(15.17)。

24個(gè)品種編號(hào) No. of 24 cultivars

表3 24個(gè)荷花品種各類(lèi)群表型性狀的特征Table 3 Characteristics of phenotypic traits in

2.3 荷花品種花色聚類(lèi)分析

依據(jù)所測(cè)得Lab值對(duì)荷花顏色進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)分析，在分類(lèi)距離5處可將24個(gè)荷花品種的花色表型聚為6類(lèi)(圖2)，各類(lèi)情況如下。

Ⅰ類(lèi)：包括紅重中型、新披針紅、晚霞、天地紅和瑰麗5個(gè)品種，占總數(shù)的20.83%，為紅色系(紅色和深紅)；Ⅱ類(lèi)：包括粉紅重瓣、紫光閣、紅繡球、紅領(lǐng)巾、火炬、紅云、新深情和海南8個(gè)品種，占總數(shù)的33.33%，為粉紅色系(深粉、粉紫)；Ⅲ類(lèi)：包括鈹針?lè)?、粉桃、太空嬌容和紅鶯4個(gè)品種，占總數(shù)的16.67%，為粉紫色系(中粉)；Ⅳ類(lèi)：僅包含粉龍蓮1個(gè)品種，占總數(shù)的4.17%，為淺粉色系；Ⅴ類(lèi)：包括新云錦、素雅、秋色、友誼牡丹和南陽(yáng)黃5個(gè)品種，占總數(shù)的20.83%，為白色系(白色、淡綠色)；Ⅵ類(lèi)：只包括翡翠1個(gè)品種，占總數(shù)的4.17%，為黃色系(淡黃色)。

CIELab表色系統(tǒng)的顏色模式測(cè)定結(jié)果表明，荷花花色在CIELab表色系統(tǒng)坐標(biāo)系上分布較為廣泛，其中粉紫色在整個(gè)荷花品種群中分布數(shù)量最多。L*值范圍44.14～87.25，其中白色系的L*值最大，紅色系的L*值最??；a*值范圍為-8.69～44.28，變異較大，雖然粉紫色、粉紅色和紅色系中的a*值重疊，但可通過(guò)L*值進(jìn)行區(qū)分；b*值為-9.77～21.29，白色系的b*值均大于零，且白色系品種的b*值明顯大于其他色系；彩度C*值為9.47～42.80，其中紅色系的彩度C*值最大；色相角h值為109.39～354.42，其中白色系的色相角h值相對(duì)較小，紅色系的色相角h值相差不大(表4)。

24個(gè)品種編號(hào)No. of 24 cultivars

注：Ⅰ. 紅色系；Ⅱ. 粉紅色系；Ⅲ.粉紫色系；Ⅳ.淺粉色系；Ⅴ.白色系；Ⅵ.黃色系。

Note: Ⅰ. Red group; Ⅱ. Pink red group; Ⅲ. Pink purple group; Ⅳ. Light pink group; Ⅴ. White group; Ⅵ. Yellow group.

圖2L*、a*和b*的24個(gè)荷花品種花瓣的花色表型聚類(lèi)分析

Fig.2 Cluster analysis of flower color of 24 lotus petalcultivars based onL*，a*andb*

表4 24個(gè)荷花品種的花色表型聚類(lèi)分析結(jié)果Table 4 Cluster analysis results of flower color of 24 lotus cultivars

2.4 荷花品種花色表型分布特點(diǎn)

在a*和b*二維象限圖上，荷花品種的花色主要集中在Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ象限，第Ⅲ象限處沒(méi)有分布( 圖3-A)。其中，第Ⅱ象限主要分布的是白色和黃色系，第Ⅰ象限分布的是淺粉色系，第Ⅳ象限種質(zhì)資源數(shù)量分布最多，主要是粉紫色、粉紅色和紅色3個(gè)色系。從L*、a*和b*值的三維散點(diǎn)圖中可以看出，各色系呈三維帶狀分布(圖3-B)。

注：1.白色系；2.黃色系；3.淺粉色系；4.粉紫色系；5.粉紅色系；6.紅色系

3 結(jié)論與討論

表型性狀的描述和鑒定是荷花種質(zhì)資源最基本的研究方法和途徑，也是進(jìn)行種質(zhì)資源分類(lèi)的重要依據(jù)之一[18-21]。本研究對(duì)24個(gè)荷花品種花器官5個(gè)表型性狀的多樣性進(jìn)行分析，遺傳多樣性指數(shù)(H’)的變化范圍為4.41～4.55，其中多樣性指數(shù)最高的是花型，花蕾色、花型、花冠直徑、花瓣數(shù)、雄蕊數(shù)的遺傳多樣性指數(shù)均在4.0以上；表型性狀的變異系數(shù)范圍為19.93%～47.94%，平均變異系數(shù)為32.78%。其中花冠直徑的變異系數(shù)最小(CV=26.03%)；雄蕊數(shù)的變異系數(shù)最大(CV=47.94%)。孫銘等[22]研究表明，一般變異系數(shù)大于10% 表示品種間差異較大，本研究中所選取花器官5個(gè)表型性狀的變異系數(shù)均大于10%，說(shuō)明這24個(gè)荷花品種之間遺傳基礎(chǔ)較廣，具有較豐富的遺傳差異，有利于特異種質(zhì)材料的比較和篩選，為荷花種質(zhì)資源遺傳改良和育種奠定了基礎(chǔ)。

通過(guò)對(duì)荷花品種的花器官5個(gè)表型性狀進(jìn)行聚類(lèi)分析，將24個(gè)荷花品種劃分為4大類(lèi)，表型性狀相似的品種聚在一起。由于粉龍蓮和友誼牡丹( 花瓣數(shù)最多，雄蕊數(shù)最少) 相對(duì)于其他品種具有特殊的表型，這2個(gè)品種被單獨(dú)聚在第IV類(lèi)群。這些研究結(jié)果可以為荷花種質(zhì)資源鑒定、新品種的定向選育提供理論依據(jù)。

本研究發(fā)現(xiàn)依據(jù)定向描述對(duì)荷花花色分類(lèi)不能完全表征植物花色的分布特點(diǎn)，如發(fā)現(xiàn)黃色花色的翡翠品種被分散在白色系品種中，淺粉色花色的粉龍蓮分散在粉紫色系品種中。結(jié)合Lab色差儀測(cè)色法進(jìn)行分析，結(jié)果將荷花花色分為6類(lèi)( 白色、黃色、淺粉色、粉紫色、粉紅色和紅色系)。研究發(fā)現(xiàn)，不同荷花品種花色的Lab值存在一定的差異，且各品種花色類(lèi)型都有其相對(duì)應(yīng)的L*、a*和b*值范圍，可以根據(jù)其范圍對(duì)不同色系進(jìn)行客觀區(qū)分，較符合荷花花色表型特點(diǎn)。王玉蛟等[23]使用色差儀對(duì)芍藥品種花色表型值測(cè)定，其明度結(jié)果L*由高到低分別是白色系、黃色系、粉色系、紫色系、紅色系和墨色系；吳靜等[24]對(duì)紫斑牡丹花色 表型研究中，其明度結(jié)果L*值由高到低分別是白色系、黃色系、淺粉色系、粉色系、藍(lán)色系、紅色系、紫色系和黑色系。本研究對(duì)荷花品種花色表型分析時(shí)，得到了與上述相似的結(jié)果，即其結(jié)果明度L*由高到低分別是白色系、黃色系、淺粉色系、粉紫色系、粉紅色系和紅色系。本研究還發(fā)現(xiàn)荷花品種在a*和b*二維象限圖中，主要分布在第Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ象限內(nèi)，在第Ⅲ象限上沒(méi)有分布；韓江南等[25]對(duì)中原牡丹品種的花色研究中同樣發(fā)現(xiàn)94個(gè)中原牡丹a*和b*色相坐標(biāo)第Ⅲ象限上沒(méi)有分布，主要分布在Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ象限；在菊花品種花色分類(lèi)研究中也是相同的結(jié)果[26]。荷花品種分布在藍(lán)綠區(qū)間外的各個(gè)色空間，可能是因?yàn)椴煌贩N中的花色素種類(lèi)和含量不同所致[27-29]。粉蓮型、紅蓮型荷花花色主要由花色苷的矢車(chē)菊素苷決定的，隨著其含量的升高，花色明度降低，因此荷花缺少鮮艷的紅色品種；而黃蓮型、白蓮型荷花花色是由黃酮類(lèi)的色素決定的，因化合物種類(lèi)、含量分布決定黃色或偏白色的花色表現(xiàn)[30-31]。

通過(guò)對(duì)荷花品種形態(tài)性狀聚類(lèi)分析，明確了荷花品種的不同類(lèi)型。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合花色表型數(shù)量進(jìn)行分類(lèi)，可以較好地區(qū)分不同品種間的過(guò)渡花色，為荷花選擇育種提供可靠的理論依據(jù)。同時(shí)篩選出性狀差異較大的不同品種材料，為荷花育種工作提供了豐富的原始材料。