周仙莉，張紅巖，劉玉皎，2，滕長(zhǎng)才，2

(1.青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院，青海 西寧 810016；2.青海大學(xué)省部共建三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810016)

蠶豆(ViciafabaL.)，屬豆科巢菜屬，廣泛分布于云南、四川、浙江、江蘇、甘肅、青海等地區(qū)。由于環(huán)境友好型的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展需求，蠶豆在改善土壤營(yíng)養(yǎng)與結(jié)構(gòu)、構(gòu)建輪作體系、促進(jìn)人體健康等方面的功能受到廣泛重視[1-2]。目前，蠶豆具有糧、蔬、飼、肥等多種用途。為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)蠶豆附加功能，實(shí)現(xiàn)蠶豆產(chǎn)業(yè)“多元化”，發(fā)展“蠶豆+”模式，應(yīng)選育具有特異花色的優(yōu)良品種，開(kāi)展蠶豆花色相關(guān)研究。

蠶豆花色豐富，具有普通白花、純白花、粉花、褐花、紫黑色花、紫花等多種花色資源，其中，普通白花資源與紫花資源較多。蠶豆花色研究相關(guān)報(bào)道較少，僅有不同花色遺傳與不同花色對(duì)于產(chǎn)量與左旋多巴含量影響相關(guān)報(bào)道[3-4]?；ㄉ窃u(píng)價(jià)植物觀賞性與價(jià)值的重要指標(biāo)，也是品種與種質(zhì)分類的指標(biāo)之一[5-6]。目前，描述蠶豆花色通常利用目測(cè)或比色卡比對(duì)，這些方法受環(huán)境、光照、觀測(cè)時(shí)間的影響較大，難以達(dá)到對(duì)花色的準(zhǔn)確鑒定[7]。而利用色差儀的CIELab顏色系統(tǒng)對(duì)花色表型值進(jìn)行測(cè)量，使其數(shù)量化，再進(jìn)行分類是目前最為常用的花色分類方法，受環(huán)境影響小，可獲得更為精確和科學(xué)的結(jié)果[5,8]。這種方法在紅掌花[9]、小蒼蘭[10]、牡丹[8,11]、芍藥[6]、菊花[5]等植物的花色分類中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院于2008年對(duì)來(lái)源于國(guó)際干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究中心(ICARDA)的國(guó)際資源圃進(jìn)行了種質(zhì)資源鑒定，發(fā)現(xiàn)了一類旗瓣紅色、翼瓣深紅色的種質(zhì)，經(jīng)自然變異和系統(tǒng)選育，選育了旗瓣紅色翼瓣深紅色、旗瓣灰黑色基部稍帶紫色翼瓣黑色、旗瓣灰色翼瓣黑褐色、旗瓣紫色翼瓣紫黑色、旗瓣粉色翼瓣粉色等一系列具有彩色花的資源(2008F系列)，有利于發(fā)展蠶豆的觀賞功能。

蠶豆花的旗瓣遠(yuǎn)大于翼瓣，而翼瓣多帶有較大的深色斑點(diǎn)，通過(guò)翼瓣進(jìn)行花色鑒定描述不全面，因此本試驗(yàn)利用旗瓣進(jìn)行花色分類研究。本研究選取69份蠶豆種質(zhì)資源，利用CIELab色差儀測(cè)量蠶豆旗瓣花色的表型值，通過(guò)聚類分析對(duì)花色進(jìn)行數(shù)量分類研究，以期為蠶豆特異花色相關(guān)育種工作提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以69份蠶豆種質(zhì)資源為供試材料，2019年種植于青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院試驗(yàn)地，于4-6月盛花期取樣進(jìn)行測(cè)定，材料均由青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院提供。

1.2 試驗(yàn)方法

利用色差儀在C/2°光源條件下測(cè)量蠶豆旗瓣顏色。每份材料選取3個(gè)單株相同位置處于相同發(fā)育時(shí)期的3朵花為樣本。將旗瓣正面朝上，平鋪在A4紙上，將集光口對(duì)準(zhǔn)其中部位置進(jìn)行測(cè)量，獲得CIEL*、a*和b*值，取其平均值代表單株的花色。彩度C*和色相角h根據(jù)公式計(jì)算：

C*= (a*2+b*2)1/2，h= tan-1(b*/a*)

C*值為到L*軸的垂直距離，距離越大，C*越大[12]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)并計(jì)算彩度C*和色相角h；利用IBM SPSS Statistics 26軟件進(jìn)行聚類分析與相關(guān)性分析，聚類分析采用最遠(yuǎn)鄰近法；利用Origin 8.5軟件分析各色系表型值的分布及相關(guān)性并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 蠶豆資源旗瓣花色表型聚類分析

如表1所示，旗瓣花色參數(shù)值L*值分布范圍為29.44-71.75，a*值分布范圍為1.20-23.38，b*值分布范圍為-11.92-20.35，C*值分布范圍為5.48-28.78，h值分布為-35.02-82.79，5個(gè)參數(shù)值分布較廣泛。

表1 基于聚類分析的蠶豆資源各色系花色表型L*、a*、b*值分布范圍Table.1 Distribution range of flower color L*，a*，b* parameters of each color group of faba bean by the cluster analysis

根據(jù)69份蠶豆種質(zhì)資源旗瓣花色的L*、a*、b*值進(jìn)行聚類分析，在分類距離為6處繪制跳變線(見(jiàn)圖1)，將蠶豆旗瓣花色分成6類，分別為粉紫色系(Ⅰ，旗瓣淺粉紫色或者淺紫色)、紅-淺紫色系(Ⅱ，旗瓣淺紫色偏紅)、灰色系(Ⅲ，旗瓣灰色或灰黑色，基部稍帶紫色)、粉色系(Ⅴ，旗瓣粉色)、紅-暗紫色系(Ⅴ，旗瓣暗紫紅色或者深紫色)、普通花色系(Ⅵ，旗瓣白色且有條紋或旗瓣全白)。其中，第Ⅱ類與第Ⅴ類比較相似，可歸為紅-紫色系。

圖1 基于L*、a*、b*值的蠶豆69份資源花色的聚類分析Fig.1 The cluster analysis of flower color of 69 faba bean samples based on the L*，a*，b*

2.2 蠶豆旗瓣花色表型參數(shù)分布特點(diǎn)

根據(jù)各色系的L*、a*、b*值繪制箱線圖，分析其分布范圍(見(jiàn)圖2)，發(fā)現(xiàn)各色系的分布特征較為明顯，可以較好的通過(guò)L*、a*、b*參數(shù)值進(jìn)行區(qū)分。其分布特點(diǎn)具體表現(xiàn)為：(1)紅-暗紫色系、普通花色系的L*值較大，灰色系L*值分布在較低的位置，紅-淺紫色系、粉色系則趨中；(2)各色系的a*值均為正值，灰色系與普通花色系的a*值分布在較低的位置，粉紫色系與粉色系的a*值則較大；(3)粉色系的b*值在負(fù)值范圍內(nèi)，紅-暗紫色系的b*值多在正值范圍內(nèi)，其余色系b*均為正值；(4)灰色系的L*、a*值分布在較低的位置，但其b*值的分布范圍較高；(5)紅-淺紫色系的L*、a*值分布范圍與粉色系較為接近，但可以根據(jù)b*值進(jìn)行區(qū)分。

圖2 蠶豆資源各色系L*、a*、b*值箱線圖Fig.2 The box plot of each color group of faba bean germplasm according to L*，a*，b*

如圖3所示，通過(guò)L*、a*、b*參數(shù)值的二維、三維分布圖可以看出，在a*、b*色相坐標(biāo)上，各色系主要集中在第Ⅰ、Ⅳ象限，粉色系集中分布在第Ⅳ象限，紅-暗紫色系分布在第Ⅰ、Ⅳ象限，其他色系則集中分布在第Ⅰ象限。L*、a*、b*的三維坐標(biāo)分布呈帶狀分布，粉紫色系的三維分布稍離散。

圖3 蠶豆資源花色L*、a*、b*表型參數(shù)分布圖Fig.3 Flower color distribution of faba bean germplasm according to L*，a*，b*

2.3 蠶豆資源各色系花色表型參數(shù)之間的相關(guān)性

蠶豆花色表型參數(shù)相關(guān)性分析表明(見(jiàn)表2)，明度L*與彩度C*呈極顯著負(fù)相關(guān)，與紅度a*呈顯著負(fù)相關(guān)，即明度隨著彩度、紅度值的增加而降低；C*與a*呈極顯著正相關(guān)，b*與a*之間極顯著負(fù)相關(guān)，b*與L*、C*之間則不相關(guān)。

表2 蠶豆花色表型參數(shù)相關(guān)性Table.2 Correlation analysis between phenotypic parameters of flower color of faba bean

根據(jù)69份種質(zhì)測(cè)定的L*值與C*值的二維分布圖(圖4，a)，發(fā)現(xiàn)L*與C*均呈顯著負(fù)相關(guān)，但其斜率不同，即蠶豆資源不同色系的明度值與彩度值之間的關(guān)系存在差異，可將其分為2個(gè)類群：第一類群(圖4，b)包括粉紫色系與粉色系2個(gè)色系，對(duì)此類群的L*與C*進(jìn)行線性回歸擬合顯著性檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其線性回歸擬合水平呈極顯著(R2=0.7630)，擬合回歸直線斜率較小，L*值隨C*值的增大而減?。坏诙惾?圖4，c)包括紅-淺紫色系、灰色系、紅-暗紫色系、普通花色系4個(gè)色系，對(duì)此類群的L*與C*進(jìn)行線性回歸擬合顯著性檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其線性回歸擬合水平不顯著(R2=0.1802)。

圖4 蠶豆資源花色L*值與C*值相關(guān)性分析Fig.4 Correlation analysis between L* and C* of faba bean flower color

3 討論與結(jié)論

與牡丹、菊花、紅掌等觀賞植物相比[5,8,9]，蠶豆花色主要以紅、紫、白、灰為主，花色多為過(guò)渡色，僅通過(guò)目測(cè)進(jìn)行描述結(jié)果不準(zhǔn)確，需要更加科學(xué)的分類方法。本研究通過(guò)分析，將69份蠶豆資源花色分為粉紫色系、紅-淺紫色系、灰色系、粉色系、紅-暗紫色系與普通花色系6類。在牡丹、菊花等植物的花色數(shù)量分類中，聚類分析通常將白色系與彩度偏低的淺色系混為一類，一些黃色、灰色、淺粉色品種被混入了白色系中[13。但在本研究中，聚類分析將旗瓣分為純白色或白色帶條紋的資源單獨(dú)聚成了一類，并未與其它花色的材料混為一類，因此結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確。

紅-暗紫色系、普通花色系的L*值較大，灰色系L*值分布在較低的位置，紅-淺紫色系、粉色系則趨中。紅-淺紫色系的L*、a*值分布范圍與粉色系較為接近，但可以根據(jù)b*值進(jìn)行區(qū)分。因此，各色系花色表型值的分布特征明顯，可以較好根據(jù)L*、a*、b*參數(shù)值進(jìn)行區(qū)分。有研究表明，L*值的差異可能與不同色系的花色苷含量不同有關(guān)[15-16]。在進(jìn)行蠶豆花色分類時(shí)，可以以L*值作為判定該材料所屬色系的主要指標(biāo)。

蠶豆旗瓣的L*與a*、C*之間的相關(guān)性均達(dá)到顯著水平，L*隨a*、C*值的增大而減小。通過(guò)不同色系的L*、C*的二維分布圖，可明顯將各色系劃分為2個(gè)類群，第一類群包括粉紫色系與粉色系兩個(gè)色系，其擬合回歸直線斜率較小，線性關(guān)系明顯強(qiáng)于第二類群，與小蒼蘭、菊花花色分類分析結(jié)果相似[510]。研究表明，L*與C*之間變化規(guī)律差異可能是由于花色素苷總量或不同色系所含的色素種類不同導(dǎo)致的[17]。吳靜等[8]發(fā)現(xiàn)紫斑牡丹的淺粉色系、粉色系及藍(lán)色系的L*與C*呈顯著負(fù)相關(guān)，并推測(cè)這可能與其色素型體Pn、Pg 或 Pn、Pg > Cy有關(guān)[18-19]。蠶豆不同色系的花色參數(shù)值可能也與其花色素苷含量、色素種類有關(guān)，需進(jìn)行進(jìn)一步研究。