基于田間性狀和花部性狀的茶用菊品系高產(chǎn)及適應性評價

李嘉偉,李曉宇,史亞東,陳素梅,房偉民,張飛,趙爽,陳發(fā)棣,管志勇*

(1.南京農(nóng)業(yè)大學作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新國家重點實驗室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部景觀設計重點實驗室/園藝學院,江蘇 南京 210095;2.安徽菊泰滁菊草本科技有限公司,安徽 滁州 239000)

菊花(Chrysanthemummorifolium)是中國的傳統(tǒng)名花,其在中國已有大約三千年的栽培歷史,在人工栽培之前其食用、藥用價值已經(jīng)就被明確提到[1]。目前茶用和藥用兼用的功能性菊花產(chǎn)業(yè)規(guī)模不低于觀賞菊,僅江蘇射陽、湖北麻城、安徽黃山周邊地區(qū)、浙江桐鄉(xiāng)等地就接近20萬hm2。菊花茶的色味、香味和形態(tài)俱佳,具有清心解暑、除煩明目、潤喉生津的功能[2],長期飲用可以增加人體鈣質(zhì)、調(diào)節(jié)心肌功能、降低膽固醇[3]。當前我國茶用菊品種主要是‘杭白菊’‘滁菊’‘貢菊’‘福白菊’等各地方品種及‘金絲黃菊’等。與切花菊的設施生產(chǎn)方式不同,茶用菊的生產(chǎn)為露天栽培,植株在定植后的整個生育期都處于露天環(huán)境,期間不利的環(huán)境因素如高溫、寒冷、干旱、雨澇以及多種病蟲害的逆境侵襲無法避免,這些因素都會導致茶用菊生長發(fā)育異常,甚至減產(chǎn)。目前的主栽品種均不同程度存在對田間多種環(huán)境脅迫適應性差的缺點,各產(chǎn)區(qū)的減產(chǎn)、絕收現(xiàn)象時有發(fā)生,這限制了菊農(nóng)的生產(chǎn)積極性,導致產(chǎn)業(yè)萎縮。選擇對田間自然環(huán)境適應性強的品種進行生產(chǎn)是茶用菊穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的基礎。因此迫切需要對現(xiàn)有品種開展生長特性以及田間適應性等方面進行評價,篩選綜合性狀優(yōu)良的茶用菊品種,推動品種創(chuàng)新。因此,構(gòu)建科學、系統(tǒng)的茶用菊綜合評價體系,開展茶用菊品種評價及篩選,可為茶用菊生產(chǎn)、品種選育提供實踐支撐。

近年來,對觀賞植物品種評價逐步由定性、單一指標向定量、多指標的綜合評價過渡[4]。目前常用于栽培植物品種評價的方法有百分制記分法[5]、層次分析法[6]、灰色關聯(lián)法[7]、模糊數(shù)學法[8]和主成分分析法[9]。其中,層次分析法可以滿足植物品種綜合評價的需要,其突出特點是將定性與定量結(jié)合起來,將主觀判斷和定性分析用數(shù)量分析表述、轉(zhuǎn)換和處理[10],在栽培植物品種評價方面應用較多。目前已在園林小菊[11]、多頭切花菊[12]、單頭切花菊[13]、切花小菊[14]、盆栽多頭小菊[15]以及中國傳統(tǒng)菊[16]品種資源評價上使用,篩選出一系列優(yōu)良品種,而茶用菊品種評價方面的工作則側(cè)重于干花加工后的外觀品質(zhì)、茶湯品質(zhì)和功能性成分的評價[17],但茶用菊的豐產(chǎn)性及適應性則是產(chǎn)業(yè)鏈種植環(huán)節(jié)考慮的首要因素。近年來,低產(chǎn)的品種、適栽性差的品種通常被產(chǎn)區(qū)主動淘汰,啟示茶用菊育種者需給予茶用菊的豐產(chǎn)性及適應性足夠重視。因此本研究基于40個茶用菊品系的田間和花部性狀,采用專家咨詢法、層次分析法以及K-means 聚類分析法構(gòu)建茶用菊的綜合評價體系。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和試驗地點

供試材料為40個茶用菊品系,包括‘滁菊’‘杭白菊’‘異種大白花’3個品種,其余37個株系為近年來從茶用菊品種開放授粉的有性后代篩選出的優(yōu)良品系。37個品系的開放授粉育種親本為‘滁菊’‘貢菊’‘杭白菊’。

試驗在安徽菊泰滁菊草本科技有限公司的生產(chǎn)區(qū)進行。于2018年4月下旬至5月中旬挑選生長強健的單株,取長6～8 cm、長勢整齊、充實健康的穗條,先用多菌靈消毒,再將穗條在生根粉水溶液中蘸取30 s左右后扦插到穴盤中?；|(zhì)采用草炭和石灰?guī)r(體積比3∶1)混合配制。扦插12 d生根完畢后以種植間距為50 cm定植于露地,每個品種或株系定植150株。定植過后20 d進行第1次摘心,再過15 d第2次摘心,以促進側(cè)枝的生長。40個茶用菊品種(系)分2個時間批次即4月20號和5月1號扦插、定植,以獲得2個試驗重復。在各品種進入盛花期時對其性狀觀察測定。

安徽滁州地區(qū)為北亞熱帶濕潤季風氣候,年平均氣溫15.4 ℃,年平均降水量1 035.5 mm,年日照總時數(shù)2 073.4 h,年無霜期210 d。

1.2 性狀測定與方法

1.2.1 性狀篩選基于菊花栽培鑒定試驗或室內(nèi)分析測試(DUS測試)指南[18]完成了對40個茶用菊品系24個性狀的調(diào)查。最終參考茶用菊產(chǎn)業(yè)專家、生產(chǎn)企業(yè)和銷售商的意見,篩選出10個影響茶用菊產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的關鍵指標,分別為花朵在枝條上的分布(flower distribution,FD)、植株緊湊性(plant compactedness,PC)、株高(plant height,PH)、花序高(inflorescence height,IH)、花徑(inflorescence diameter,ID)、舌狀花數(shù)(number of ligulate flowers,NLF)、花朵重瓣性(polyphyll of flower,PF)、田間適應性(field adaptability,FA)、收獲期的直立性(upright of harvest time,UH)、單株花數(shù)(flower number,FN)。

1.2.2 性狀測定方法花朵在枝條上的分布:目測確定各品種的花朵在枝條上的位置,花朵集中分布在上部為1級,多數(shù)分布在上部為2級,在枝條的上下都有分布為3級?；ǘ湓谥l上的分布級別見圖1。

圖1 花朵在枝條上的分布級別圖Fig.1 The grade diagram of the distribution of flowers on the branches A、B和C分別表示在枝頭集中分布、多數(shù)分布于上部以及在枝條上下都有分布,依次賦值3、2和1。A,B and C represent concentrated distribution in the branches,mostly in the upper part,above and below the branches,with a score of 3,2 and 1,respectively.

植株緊湊性:目測確定各品種的植株緊湊程度,以花枝間緊湊程度確定標準。植株緊湊性級別見圖2。

圖2 植株緊湊性級別圖Fig.2 The grade diagram of plant compactednessA、B和C分別表示緊湊、中等和松散,依次賦值3、2和1。A,B and C represent compact,medium and loose,with a score of 3,2 and 1,respectively.

田間適應性:盛花期目測各品種群體缺株數(shù)占總定植數(shù)的比例,以及群體長勢。田間適應性級別見圖3。

圖3 田間適應性級別圖Fig.3 The grade diagram of field adaptabilityA、B和C分別表示強、中等和弱適應性,依次賦值3、2和1。A,B and C represent strong,medium and weak adaptability,with a score of 3,2 and 1,respectively.

收獲期花枝的直立性:目測各品種群體發(fā)生花枝倒伏的單株數(shù)量占總定植數(shù)的比例。

株高、花序高、花徑、舌狀花數(shù)、花重瓣性、單株花數(shù)的測試方法見菊花DUS測試指南[18]?；ㄖ匕晷约墑e見圖4。

圖4 花重瓣性級別圖Fig.4 The grade diagram of polyphyll of the flower A、B和C分別表示緊湊、中等和松散且重瓣性好、中等和差,依次賦值3、2和1。A,B and C represent compact,medium and loose,and polyphyll of the flower is good,medium and poor,with a score of 3,2 and 1,respectively.

株高:菊花植株頂部到基部間的距離。

花序(菊花俗稱的一朵花實質(zhì)上是一個頭狀花序)高:花序頂部到基部間的距離。

單株花數(shù):破壞性計數(shù),即從植株上摘取花朵并計數(shù)。

舌狀花數(shù):破壞性計數(shù),即從花序上拔取舌狀花,并計數(shù)。

數(shù)量性狀通過從株系群體中選取表型性狀較為平均的單株和花朵樣本進行測定,測量10個樣本后取平均值。

1.3 統(tǒng)計與評價

用Excel 2019對各性狀的實測數(shù)據(jù)進行整理和統(tǒng)計;用yaahp軟件進行層次分析;用SPSS 20軟件進行K-means 聚類分析[19]。

1.3.1 評價體系構(gòu)建參考前人的研究方法[11,20],基于茶用菊品種特點,根據(jù)評價指標的建立原則[21]以及體系的框架模型,結(jié)合專家意見征詢確定評價指標以及指標間的隸屬關系,采用1～9標度法(表1)比較指標間的相對重要性,量化各項指標并構(gòu)造判斷矩陣,構(gòu)建出茶用菊層次結(jié)構(gòu)模型(表2),包含目標層(A)、準則層(B)和方案層(C)。

表1 1～9比率尺度值含義Table 1 The meanings of ratios of 1-9

表2 各評價體系的層次結(jié)構(gòu)模型Table 2 The hierarchy model of evaluation system

1.3.2 判斷矩陣及一致性檢驗在層次分析法(analytic hierarchy process,AHP)綜合評價體系中,各評價指標的重要性是相對的,對各個評價指標進行兩兩比較可以衡量指標的重要程度。根據(jù)上面的1～9標度法以及得到的分層結(jié)構(gòu)模型,結(jié)合茶用菊的栽培和生產(chǎn)特性以及相關專家的意見,構(gòu)建出A-B、B-C共 4個判斷矩陣,并進行一致性檢驗(表3)。

表3 各判斷矩陣及其一致性檢驗Table 3 The results of matrix and its consistency test

運用yaahp 軟件計算判斷矩陣的最大特征根、相應的特征向量以及權(quán)重值,判斷矩陣計算方法采用“冪法”。一致性指標(consistency index,CI)為度量判斷矩陣偏離一致性的指標,隨機一致性指標(random index,RI)為判斷矩陣的平均隨機一致性指標。以判斷矩陣的隨機一致性比率(consistency ratio,CR)為標準,即判斷矩陣的一般CI與RI的比值。CR<0.10,則說明判斷矩陣一致性滿意,各指標的權(quán)重賦值均符合要求。

2 結(jié)果與分析

2.1 茶用菊評分標準的制定

以挑選可作產(chǎn)業(yè)規(guī)?；a(chǎn)的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)茶用菊為基準,根據(jù)40個茶用菊品種在花期的實測數(shù)據(jù)結(jié)合生產(chǎn)特點、專家意見以及市場需求,將影響茶用菊產(chǎn)量和品質(zhì)的10個指標劃分為3個級別,賦值3、2、1,擬定了茶用菊品種評選的3分制評分標準(表4)。

表4 各因子評分標準Table 4 Scoring standard of each factor

2.2 各評價因子的權(quán)重值

根據(jù)表3的判斷矩陣及一致性檢驗,計算得出方案層C對準則層B以及準則層B對總目標層A的權(quán)重值,再進行加權(quán)綜合,可以得出方案層C對總目標層A的權(quán)重值。由表5可見:單株花數(shù)對茶用菊的影響最大,其權(quán)重值為0.301,其次是田間適應性和舌狀花數(shù),其權(quán)重值分別為0.172和0.119;而花重瓣性(0.113)、花朵在枝條上的分布(0.088)、收獲期花枝的直立性(0.066)、植株緊湊性(0.048)的權(quán)重值對茶用菊的影響位于中等水平;花徑(0.042)、株高(0.027)、花序高(0.024)的權(quán)重值對茶用菊的影響相對較小,即通過計算方案層的權(quán)重值可以得出各個評價指標的相對重要性,從而能夠比較準確、量化并且全面地對茶用菊進行綜合評價。

表5 各評價因子的權(quán)重值Table 5 The weight value of each factor

2.3 茶用菊品系的得分及等級

將茶用菊各指標的評分標準所得的分值與各影響因子C相對于A層的權(quán)重值相乘,計算出每一品種的綜合得分。應用K-means聚類分析法將40個茶用菊品系分成優(yōu)、良、中、差4個級別,依次用數(shù)字1、2、3、4來表示,其聚類中心分別為2.72、2.33、2.01、1.72。40個茶用菊品種的綜合得分以及等級劃分如表6所示。

表6 茶用菊品系綜合得分及等級Table 6 The score and grade of chrysanthemum for tea

2.4 評價結(jié)果分析

茶用菊各性狀的權(quán)重值顯示(表5),適應性的權(quán)重值最高,以單株花數(shù)最為重要,其次是田間適應性和收獲期花枝的直立性;生長特性指標中花朵在枝條上的分布最為重要,其次是植株緊湊性和株高;花部特征指標中舌狀花數(shù)最為重要,其次是花重瓣性和花徑,而花序高重要性程度最低。

從方案層C對總目標層A的權(quán)重值結(jié)果來看,10個評價指標的權(quán)重值中單株花數(shù)和田間適應性的權(quán)重最高,這2個指標直接反映茶用菊的產(chǎn)量潛力和田間穩(wěn)產(chǎn)性能,故所占權(quán)重值高?；ㄐ蚴遣栌镁丈a(chǎn)的收獲產(chǎn)品,舌狀花數(shù)和花重瓣性與茶用菊的產(chǎn)量及外觀品質(zhì)直接相關,也在品種評價中具有重要位置。花朵在枝條上的分布、收獲期花枝的直立性以及植株緊湊性主要是影響茶用菊的易采收性和花朵的清潔。株高、花徑和花序高3個性狀指標則與產(chǎn)量及品質(zhì)的直接關聯(lián)較小,所占權(quán)重較小。由此可見,對茶用菊產(chǎn)量和品質(zhì)有較大影響的指標權(quán)重值大,體現(xiàn)了這一評價體系的合理性,符合本次評價的目的。

由綜合評價結(jié)果(表6)可知,40個茶用菊品系按優(yōu)、良、中、差4個等級劃分的比例為12.5%、35.0%、32.5%、20.0%。其中,X1-56、X1-33、X1-25、X1-51和X1-29共5個株系處于1級優(yōu)秀;X1-19、X1-05、‘滁菊’、X1-48等14個品種(系)處于2級良好;X1-01、X1-30、X1-40、X1-57等13個株系處于3級一般;X1-32、X1-03、X1-36、X1-06等8個株系的綜合品質(zhì)較差,處于4級差等株系。其中1級和2級品系在單株花數(shù)、田間適應性和舌狀花數(shù)等權(quán)重較大的指標上表現(xiàn)突出,綜合評價表現(xiàn)優(yōu)良,符合篩選需求,占全部品系的47.5%,對這些品種可以加大推廣和種植力度;3級品系可利用1、2等級的優(yōu)良品種進行品系優(yōu)化;而4級品系綜合評價表現(xiàn)較差,不適合在生產(chǎn)中推廣。

3 討論與結(jié)論

層次分析法利用構(gòu)造兩兩對比矩陣的方式來確定各評價指標對綜合性狀的權(quán)重,將主觀判斷的定性問題定量化,使決策過程有很強的客觀性以及科學性,將定性標度與定量標度相結(jié)合有利于客觀全面的評價,而定性信息標度的可信度決定了判斷矩陣質(zhì)量[22]。目前已有不少研究運用層次分析法對不同類型的菊花品種資源進行了評價,篩選出一系列綜合性狀優(yōu)良的品種。朱德寧等[11]運用聚類分析結(jié)合層次分析的方法對多花型園林小菊建立了評價體系,篩選出‘鐘山金陽’等12個優(yōu)等多花型園林小菊品種。張亞瓊等[16]通過測定株高、莖粗、花莖等相關性狀,從觀賞性狀、抗逆性、栽培流程 3 個方面確定了 19 個評價因子的權(quán)重值,使用層次分析法篩選出適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的中國傳統(tǒng)盆栽菊,構(gòu)建了傳統(tǒng)菊花品種的綜合評價體系。對于茶用菊品種而言,單株花數(shù)、田間適應性等與產(chǎn)量相關的指標及舌狀花數(shù)、花重瓣性等與外觀品質(zhì)相關指標,還有涉及生產(chǎn)采收環(huán)節(jié)的花朵在枝條上的分布等指標都是相關的評價指標。因此,在茶用菊品種的綜合評價中,綜合各個指標的信息并科學地確定各個指標的權(quán)重是茶用菊綜合評價的重要內(nèi)容。本研究中,田間適應性、花朵在枝條上的分布、植株緊湊性、收獲期花枝的直立性這4個定性指標與茶用菊品質(zhì)優(yōu)劣判斷的關系明確,定性標度質(zhì)量高;6個定量指標與茶用菊優(yōu)劣關系更加明確,采用層次分析法評價優(yōu)勢明顯。孫明等[23]研究 17 個地被菊品系的株形、開花、適應性等14個性狀,通過性狀分級賦值,利用層次分析法篩選出 5 個觀賞價值較高的地被菊優(yōu)良品系。馬婉茹等[20]采用層次分析法對300個多頭切花菊品種的莖、枝特性建立評價體系,篩選出176個優(yōu)良品種并在生產(chǎn)上推廣應用。與注重個體外觀品質(zhì)的地被菊和切花菊不同的是,茶用菊在主產(chǎn)區(qū)是規(guī)模化露天生產(chǎn),各種非生物逆境及病害、蟲害等生物脅迫,都會影響茶用菊的正常生長,田間甚至發(fā)生菊花對干旱、濕澇、病害綜合因素的不適應而發(fā)生的大范圍缺株、全田絕收的情形,嚴重影響產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此,使用對田間自然環(huán)境適應性強的品種進行生產(chǎn)是茶用菊穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的基礎,通過品種改良從根本上來解決適應性差的問題。群體的田間適應性與長勢、單株花數(shù)是產(chǎn)量的決定性因素,此外,花朵在枝條上的位置、植株緊湊性、收獲期直立性影響了采收的效率和花朵的損耗多少,將這些指標進行量化可以直觀地反映茶用菊品種的田間生產(chǎn)狀況。

翟麗麗等[24]分別采用盆栽淹水法、自然干旱處理比較國慶小菊的耐澇、旱性;張常青等[25]采用自然失水脅迫和PEG脅迫處理方法,研究地被菊花幼苗的耐寒性;尹冬梅等[26]采用土培模擬澇害的方法比較菊花及其近緣種屬植物耐澇性;孔令接等[27]在苗期和花期進行高溫脅迫處理,比較不同夏菊品種的耐熱性;徐婷婷等[28]利用低溫半致死溫度評價切花菊的耐寒性;李媛媛等[29]利用苗期人工接種法評價了茶用菊的抗病性。上述研究均只對單個生態(tài)因子進行評價,無法獲得涵蓋多種生態(tài)因子在內(nèi)的田間適應性的結(jié)論。在茶用菊的田間生長期間,上述逆境因子都不同程度存在,在這些逆境因子的綜合影響下,茶用菊不同品系的田間成活狀況、田間長勢均會有所差異。充分比較不同品系在大田條件下生長差異就能獲得其對各種生態(tài)因子的適應性差異的結(jié)論,這種方法在花卉[30-31]等園藝作物的種質(zhì)資源篩選上普遍采用。本研究的田間篩選地點位于華東地區(qū)滁州市的茶用菊傳統(tǒng)產(chǎn)區(qū),在露天栽培條件下,篩選群體能充分接受梅雨、濕熱、高溫、干旱、連作病原等因子的影響,具有大田篩選的理想自然條件。以該條件下生長的茶用菊各品系群體最終的成活株數(shù)、生長勢作為生態(tài)適應性共同指標,更具有實踐指導意義。

史峰霖[32]運用專家咨詢法、層次分析法和K-means聚類分析法構(gòu)建切花菊F1代性狀綜合評價體系,結(jié)果發(fā)現(xiàn)花序直徑、花色和花型3個評價因子對切花菊觀賞性的影響最大,為培育彩色標準型切花菊提供了材料。韓勇等[12]基于AHP對多頭切花菊的品質(zhì)性狀進行了綜合評價,發(fā)現(xiàn)對多頭切花菊品質(zhì)影響最大的性狀是株型,其次是花色和分枝長度,權(quán)重值分別為0.228、0.150、0.132。本研究對茶用菊的10個品質(zhì)性狀指標量化分析的結(jié)果表明,單株花數(shù)、田間適應性、舌狀花數(shù)、花重瓣性、花朵在枝條上的分布和收獲期的直立性等5個指標對于茶用菊綜合水平影響較大,其綜合權(quán)重值依次為0.301、0.172、0.119、0.113、0.088、0.066。這些指標在今后的茶用菊選種過程中應重點關注,單株花數(shù)和田間適應性與茶用菊的產(chǎn)量直接相關,而舌狀花數(shù)和花重瓣性與茶用菊的外觀品質(zhì)直接相關,體現(xiàn)了這一評價體系注重茶用菊產(chǎn)量和品質(zhì)的合理性,符合預期結(jié)果。本研究篩選出的品種與田間目測長勢結(jié)果相一致,該評價體系可以為茶用菊品種生產(chǎn)和選種提供指導。

本研究從生長特性、花部特征和適應性3個方面出發(fā),結(jié)合田間試驗所得到的各個指標,利用層次分析法構(gòu)建出茶用菊綜合評價體系。應用層次分析法計算得到茶用菊10個評價指標的權(quán)重值,其中單株花數(shù)、田間適應性、舌狀花數(shù)的權(quán)重值最大,其次是花重瓣性、花朵在枝條上的分布和收獲期的直立性,這些指標的權(quán)重值遠遠大于其他指標的權(quán)重值。確定各品種的綜合評分后通過K-means聚類分析法將40個品種劃分為4個等級,其中,1級優(yōu)秀的株系共有5個(12.5%);2級良好的品系共有14個(35.0%);3級一般的株系共有13個(32.5%);4級差等株系共有8個(20.0%)。篩選出的優(yōu)良茶用菊品種田間適應性強,幾乎無病害發(fā)生,花朵繁密,產(chǎn)量高,在枝頭分布集中、易采收,株形直立緊湊、不易倒伏,具有產(chǎn)業(yè)化推廣的潛力。