劉藝平，吳芳芳，賀丹，莊苑，孔德政

（河南農(nóng)業(yè)大學林學院，鄭州450002）

荷花（Nelumbosp.），又名蓮（Nelumbo nucifera）、“六月花神”，為睡蓮科（Nymphaeaceae）睡蓮屬（NymphaeaL.）植物，是我國的十大名花之一[1-2]。荷花原產(chǎn)于我國，種質(zhì)資源豐富且栽培歷史悠久；目前，荷花有1 300余個品種，其花色分為白色、黃色、粉色、復(fù)色和灑錦色等5類。在以往的研究中，人們主要依據(jù)起源和形態(tài)特征對荷花品種進行分類[3-4]。

花色是觀賞植物重要的表型性狀，也是進行植物品種分類的重要依據(jù)?？椎抡萚5]對89個荷花品種的26 個生物學性狀進行主成分分析和聚類分析發(fā)現(xiàn)，花色的貢獻率達到55.18%。李欣等[6]采用層次分析法對43個荷花品種的15個評價指標進行綜合評價發(fā)現(xiàn)，花色權(quán)重占38.1%?？梢姡_定義植物品種的花色對品種鑒定與分類等相關(guān)研究至關(guān)重要。而對觀賞植物色彩的評價一直主要依靠目視測色法（園藝比色法），具有較大的主觀性，因而無法對植物色彩進行科學鑒定和精準分類。如清代楊忠寶的《缸荷譜》中，將荷花品種按花色分為大紅、水紅、銀紅、爪紅、白、灑金、錦邊等7 類[7]。管志濤等[8]將河南省88 個荷花品種的花色按Wanscher花色譜法分為紅蓮、粉蓮、白蓮、黃蓮、復(fù)色5類。但這些方法對色系的劃法都較為粗略，不能全面地反映荷花的花色特征，并且在荷花品種保護和花色分子育種等科學研究中需要對花色進行精準定義。因此，很有必要在傳統(tǒng)的分類方法基礎(chǔ)上，建立一個更加科學的花色表型數(shù)量分類方法。與傳統(tǒng)目視測色法相比，儀器測色具有精確度高、操作方便、外界因子影響小等優(yōu)勢，已在菊花[9]、觀賞海棠[10]、觀賞向日葵[11]、芍藥[12]等觀賞類植物中被廣泛運用。在儀器測色過程中一個重要的環(huán)節(jié)就是測色儀器使用的顏色空間。目前，在花色測量中，最具有代表性的是CIELab顏色空間[13]，其三維色空間坐標由明度（lightness,L*）、紅度（redness,a*）和黃度（yellowness,b*）構(gòu)成，其中：L*表示由黑到亮的明度變化；a*表示由綠到紅的顏色變化；b*表示由藍到黃的顏色變化[14]。而孟塞爾顏色體系是世界上所公認的標準色系之一，由色相（hue,H）、明度（value,V）和彩度（chroma,C）3 種屬性來共同表達[15-16]。用色差儀測得的L*、a*、b*值可以轉(zhuǎn)換成孟塞爾顏色體系的H、V、C值。由美國國內(nèi)色彩研究學會（Inter Society Color Council,ISCC）制作成，并由美國國家標準局（National Bureau of Standard, NBS）整理而成的ISCC-NBS 色名表示法，是根據(jù)孟塞爾顏色坐標值對顏色進行名稱命名的方法，該方法可以從6 個水平對顏色進行準確的分類和定義。將儀器測色法與ISCC-NBS 色名表示法相結(jié)合，可以更準確地定義分類植物的花色，如吳靜等[17]對466 個紫斑牡丹品種進行花色分類發(fā)現(xiàn)，使用該研究方法可以精準地定義紫斑牡丹花色，并將其分為8 類色系。本研究使用色差儀對66個早期荷花品種進行花色測定，并利用聚類分析法和ISCC-NBS 色名表示法對其進行分類命名，同時對分類結(jié)果進行分析，旨在更精準地定義荷花品種花色，為觀賞植物品種鑒定、分類及選擇育種等工作奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

于2019 年6 月的晴天上午6：00—10：00，選擇花期相同且性狀穩(wěn)定的健康植株，共66個早花品種（表1），對每個荷花品種的相同位置花瓣進行采摘。供試的荷花品種露天種植于河南省駐馬店市汝南縣荷花基地，生長環(huán)境一致，且養(yǎng)護管理嚴格，生長狀況良好，花色表型穩(wěn)定。

1.2 試驗方法

將采得的花瓣帶回實驗室，使用日本NF555型便攜式分光色差儀[內(nèi)置彩色發(fā)光二極管（LED）光源]，以測色光斑直徑4 mm、觀測角度2°為條件測定荷花花瓣顏色。將花瓣正面平鋪于A4 紙上，并將集光口對準花瓣的中部進行測定，每個品種選擇3株且每株測定3個重復(fù)，最終取平均值代表花瓣顏色。利用Color Mate 軟件輔助色差儀，并將測定的CIELab值轉(zhuǎn)換為孟塞爾顏色系統(tǒng)的參數(shù)值，參照吳靜等[17]對紫斑牡丹花色表型數(shù)量分類的方法，對荷花花色進行歸類與命名。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 22.0軟件的Euclidean距離對CIELab表色系統(tǒng)的L*、a*和b*值進行聚類分析，并分析不同色系的L*、a*、b*和彩度（chroma,C*）及色相角（hue angle,h）之間的關(guān)系；利用Origin Pro 8.0 軟件作荷花花色分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 基于聚類分析的荷花花色分類

依據(jù)荷花花色的L*、a*和b*值進行系統(tǒng)聚類分析，以分類距離值10 為跳變線，可將花色表型分為5類（圖1），即黃色系（淺黃色和淺黃綠色，7個）、白色系（白色、淡粉色和淡黃色，15 個）、淺粉色系（8個）、粉紫色系（粉紫色和深粉色，29 個）和紅色系（7 個）。CIELab 表色系統(tǒng)測定結(jié)果表明，荷花花色較為豐富，其中白色和粉紫色系分布數(shù)量最多。供試品種的L*值范圍為36.63～87.56，紅色、粉紫色、淺粉色、白色和黃色系的L*值依次上升；且當a*值范圍為-11.75～50.23，變化差異較大，a*值大于15之后，花色偏紅，說明其在紅度屬性上有著豐富的變異；b*值范圍為-8.17～40.32，分布較為集中，并且隨著b*值增大，黃度上升；彩度C*值為7.90～50.42，其中粉紫色系的C*值范圍最廣；色相角h值為89.48～359.55，表明其色相范圍較廣（表2）。

2.2 基于ISCC-NBS色名表示法的荷花花色分類

2.2.1 花色分類

使用ISCC-NBS 色名表示法對所測得的66 個荷花品種的花色表型值進行命名和系統(tǒng)歸類，共獲得20個顏色名稱（表3）。結(jié)合簡化飽和度和明度的描述，將荷花花色區(qū)分為黃色、白色、淺粉色、中粉色、粉紫色和紅色6個色系。從表4可以發(fā)現(xiàn)：白色系的明度和黃色系的相當，但其彩度稍低于黃色系，這可能是由于荷花沒有純正的黃色品種，多數(shù)黃色品種顏色較淡，介于白色向黃色過渡；粉色系的明度高于紅色系，但彩度卻低于紅色系，同時，粉色系因不同的明度、彩度可劃分為淺粉色、中粉色、粉紫色。

圖1 基于L＊、a＊和b＊值的66個荷花花瓣樣本的花色表型聚類分析Fig.1 Cluster analysis of flower color of 66 lotus petal samples based on L*,a*and b*values

表2 66個荷花品種的花色表型聚類分析結(jié)果Table 2 Cluster analysis results of flower color of 66 lotus cultivars

2.2.2 荷花品種花色表型分布特點

對所測得的7個色系的L*、a*和b*參數(shù)進行分析發(fā)現(xiàn)，各色系都有其相對應(yīng)的L*、a*和b*值范圍（圖2）。L*值從左到右分別是黃色、白色、淺粉色、中粉色、粉紫色和紅色系，其中白色系的L*值最大，紅色系的L*值最小。雖然淺粉色和中粉色系的L*值重疊，但可通過a*值和b*值對二者進行區(qū)分。由黃色到紅色系，L*值逐漸減小，a*值逐漸增大，且黃色系和白色系a*值都分布在負值范圍內(nèi)，粉紅色系a*值均分布在正值范圍內(nèi)。黃色、白色和淺粉色系的b*值均大于0，尤其是黃色系品種的b*值明顯大于其他色系，中粉色系的b*值最小。另外，中粉色系的L*、a*、b*值分布比較集中，最為穩(wěn)定。

依據(jù)CIELab色彩體系測定的結(jié)果而知，荷花品種花色豐富。在a*和b*的二維坐標上，荷花花色主要分布在Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ象限上，在第Ⅲ象限上沒有分布（圖3A）。黃色、白色系品種主要分布在第Ⅰ象限上；淺粉色系品種主要分布在第Ⅱ象限上；中粉色、粉紫色和紅色系品種主要分布在第Ⅳ象限上。從L*、a*和b*值的三維散點圖中可以看出，各色系呈三維帶狀分布（圖3B）。

表3 依據(jù)ISCC-NBS色名表示法對66個荷花品種的花色命名結(jié)果Table 3 Color naming result of 66 lotus cultivars based on ISCC-NBS method of designating colors

表4 依據(jù)ISCC-NBS系統(tǒng)的荷花品種花色分類Table 4 Classification of lotus flower color based on ISCC-NBS system

圖2 荷花各色系L＊、a＊和b＊分布的箱線圖Fig.2 Box plots of different color groups of lotus according to L*,a*and b*

2.2.3 花色L*與C*值之間的關(guān)系

L*是衡量花色明暗程度的指標，彩度C*的變化對明度L*會產(chǎn)生影響。根據(jù)荷花品種各色系明度L*與彩度C*之間的變化規(guī)律差異，可將被測的66個荷花品種在L*值和C*值的二維坐標上分為2 個類群（圖4）。第1類群包含黃色系和白色系2個色系（圖5A）；第2 類群包含淺粉色系、中粉色系、粉紫色系和紅色系（圖5B）。其中：第1類群的L*值與C*值之間無顯著的相關(guān)性（r2=0.20），第2 類群的L*值與C*值之間呈顯著的負相關(guān)（r2=0.78）。

3 討論

圖3 荷花各色系a＊和b＊的二維分布圖（A）和L＊、a＊和b＊的三維分布圖（B）Fig.3 Two-dimensional distribution diagram of a*and b*(A)and three-dimensional distribution diagram of L*, a*and b*(B)

圖4 荷花品種L＊與C＊值的二維散點圖Fig.4 Two-dimensional scatterplot according to L* and C*among lotus cultivars

圖5 荷花品種L＊與C＊值的關(guān)系Fig.5 Relationships between L*and C*among lotus cultivars

隨著各種測色儀在被子植物表型性狀測量中的廣泛應(yīng)用，使得花瓣色彩的數(shù)量化得以實現(xiàn)[18-19]。CIELab顏色系統(tǒng)體系在植物色彩研究領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用使其表型的數(shù)量化表示更為精準，為植物的新品種培育和花色分子育種等工作提供了科學參考[20-21]。近年來，多數(shù)研究者以花色表型的各項參數(shù)值為基礎(chǔ)，對植物色彩形成機制進行了相關(guān)的探討[22-24]，而以花色表型數(shù)量化值進行分類的研究相對較少。

本研究使用聚類分析的方法將荷花分為5 類（白色、黃色、淺粉色、粉紫色和紅色系）。其中，淺粉色、中粉色和粉紫色分別聚為一類，表明可以將荷花品種中有明度差異的粉色區(qū)分為2個色系。同時，發(fā)現(xiàn)聚類分析不能將白色和淡黃粉色等淺色系進行區(qū)分。洪艷等[25]對菊花品種花色進行聚類分析和判別分析時發(fā)現(xiàn)也存在相似的情況：淺粉色品種被分散到白色系中，綠色品種被分散到黃色系中。王玉蛟等[26]利用聚類分析對芍藥品種進行花色分類發(fā)現(xiàn)，黃綠色品種也被分散在黃色和白色系中。而聚類分析結(jié)合ISCC-NBS 色名表示法可以明顯區(qū)分相近色系，進而避免了聚類分析方法產(chǎn)生的弊端。如李盈俠等[27]使用聚類分析結(jié)合ISCC-NBS色名表示法對牡丹花色表型進行分析，結(jié)果分為8 大色系（白色、粉色、紅色、綠色、灰色、藍色、紫色和墨色系），并且粉色系等其他淺色系和白色系能被較好地區(qū)分。說明使用ISCC-NBS 色名表示法對觀賞植物的花色分類更具有準確性和科學性。

本研究發(fā)現(xiàn)，每種花色類型都有其相對應(yīng)的L*、a*和b*值范圍，且可以根據(jù)其范圍對不同色系進行客觀區(qū)分，較符合荷花花色表型特點。荷花品種的明度L*由高到低分別是白色系、黃色系、淺粉色系、中粉色系、粉紫色系、紅色系，與李盈俠等[27]、韓江南等[28]的研究結(jié)果相似。雖然荷花花色表型的明度和彩度呈負相關(guān)關(guān)系，但是在明度和彩度二維坐標上明顯可以分為2個類群：黃白色類群和粉紅色類群。這可能主要與色素種類和含量的差異有關(guān)。黃酮、黃酮醇和二氫黃酮醇類等化合物的種類和含量決定了荷花中黃白色系的花色表現(xiàn)；而紅粉色系的花色主要是由花色苷和黃酮類等化合物共同決定的。因此，在荷花新品種選育中，可以利用荷花品種色素含量的不同去開發(fā)更多花色的觀賞品種[29-30]。

4 結(jié)論

通過研究發(fā)現(xiàn)，荷花品種豐富，但純色系較少，多為過渡色。運用CIELab 色彩模型和ISCC-NBS色名表示法對荷花品種的花色進行定量分析發(fā)現(xiàn)：對花色表型L*、a*、b*值進行聚類分析得到的結(jié)果不能完全表征荷花花色的分布特點；而ISCC-NBS 色名表示法對于荷花花色表型分類更為準確。本研究使用ISCC-NBS 色名表示法將荷花品種依花色表型L*、a*、b*值分為6類色系，并整理出了不同色系花色參數(shù)分布范圍；在此基礎(chǔ)上，對荷花品種花色表型的分布特點進行了分析。本研究結(jié)果為荷花新品種和花色選育提供了理論基礎(chǔ)，也為其他觀賞植物的色彩研究提供了技術(shù)性參考。