不同花色鳳仙花群體性狀變異分析

章彥君，王藝光，周杰，房振龍，趙宏波

（1.浙江省園林植物種質(zhì)創(chuàng)新與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江農(nóng)林大學(xué)，浙江 杭州 311300；2.浙江農(nóng)林大學(xué) 風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，浙江 杭州 311300；3.國家林業(yè)和草原局 竹子研究開發(fā)中心，浙江 杭州 310012）

鳳仙花Impatiens b alsamina是鳳仙花科Balsaminaceae 鳳仙花屬Impatiens一年生草本植物，分布于熱帶和亞熱帶地區(qū)。民間常用鳳仙花的花瓣及葉的汁液染指甲，而莖和種子有很高的藥用價值[1]。鳳仙花屬植物有很高的園林應(yīng)用價值，因其豐富的花色而經(jīng)常被裝點(diǎn)于鄉(xiāng)間道路兩旁、城市綠化帶、花壇、花鏡等處。我國作為鳳仙花的原產(chǎn)地之一，擁有豐富的鳳仙花屬野生資源[2]，其中浙江產(chǎn)16 種（包括1 變種）[3]。豐富的鳳仙花屬植物資源為園藝品種的選育提供了優(yōu)質(zhì)的種質(zhì)資源[3-5]。

近年來，我國從國外引進(jìn)了鳳仙花屬的蘇丹鳳仙花I.walleriana和新幾內(nèi)亞鳳仙花I.hawkeri等植物大量應(yīng)用于城市綠化[6]。作為本土自繁草花植物的鳳仙花，具有抗逆性強(qiáng)、花色繁多、能夠更好地適應(yīng)我國環(huán)境條件的特點(diǎn)。然而，目前鄉(xiāng)土鳳仙花僅僅是居民自留種子繁殖，在園林應(yīng)用和批量化生產(chǎn)上嚴(yán)重不足，遠(yuǎn)不如進(jìn)口花卉。

鄉(xiāng)土植物或野生植物為園林栽培花卉品種的培育提供了豐富的基因資源。自古以來，人們就會利用野生的一二年生種質(zhì)資源培育人工栽培的新品種[7]。在浙江鄉(xiāng)村景觀中，鄉(xiāng)土植物的應(yīng)用也較為廣泛[8]。這些植物姿態(tài)各異、色彩豐富又具有田園趣味，能豐富和美化綠地景觀。鄉(xiāng)土植物的觀賞價值可依據(jù)其性狀對其進(jìn)行評價，這些性狀包括葉片、花和果實(shí)的顏色、形狀、大小和質(zhì)地，以及整個植株的形態(tài)和大小等[7]。葉色以少見的顏色、紫色和藍(lán)色為佳，葉形奇特、葉面積大的適合做觀葉植物，而葉形小的適合做小型盆栽和地被植物；花的觀賞特性在于大型、花形奇特、顏色鮮艷或稀有等[7]。將以上觀賞性狀進(jìn)行量化，有助于之后的具體應(yīng)用，并能為育種工作提供必要的表型數(shù)據(jù)。

雖然鳳仙花在我國民間的栽培應(yīng)用歷史悠久，但是對鳳仙花的基礎(chǔ)研究和新品種選育等還處于起步階段。目前，鳳仙花來源于開放授粉種子，在園林應(yīng)用中不能規(guī)模化應(yīng)用，同時對其觀賞特性等還不明確。本研究收集了浙江省杭州市臨安區(qū)天目山鎮(zhèn)藻溪村鄉(xiāng)間農(nóng)戶自留同一種源的不同色系鳳仙花種子，測定和評價實(shí)生鳳仙花的花部表型和營養(yǎng)器官表型，將其進(jìn)行分類描述，分析鳳仙花群體性狀的變異特性，旨在開發(fā)我國鄉(xiāng)土花卉鳳仙花的育種潛力，提高觀賞價值，拓展其園林應(yīng)用范圍。

1 材料與方法

1.1 植物材料

2018 年10 月，于杭州市臨安區(qū)天目山鎮(zhèn)藻溪村采集不同色系鳳仙花開放授粉種子。本研究采用的鳳仙花為當(dāng)?shù)剜l(xiāng)土種，散生于農(nóng)家庭院或房前屋后，栽種有一定的歷史，具體時間已無從考證，屬于自然生長狀態(tài)，自播繁殖，管理粗放。2019 年4 月上旬，將收集的鳳仙花播種于浙江農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院種質(zhì)苗圃基地，基質(zhì)均為疏松、排水性良好、微酸性壤土，以相同的栽培措施栽種鳳仙花實(shí)生苗，將開花期的實(shí)生株作為本研究的實(shí)驗(yàn)材料，根據(jù)比色卡比對結(jié)果劃分5 種花色。2019 年9 月，按不同花色收集鳳仙花種子，用于下一年的播種。

1.2 花色表型測定

2020 年4 月，在浙江農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院種質(zhì)苗圃基地按不同花色鳳仙花進(jìn)行繼續(xù)進(jìn)行播種。2020 年9 月中下旬至10 月初，采集不同色系的鳳仙花。在同一光源條件下，測定花瓣的CIE L*a*b*顏色系統(tǒng)數(shù)值：使用CR-10型便攜式色差儀（日本柯尼卡美能達(dá)公司）獲得花瓣明度（L*值）、色相——紅度（a*值）和黃度（b*值），根據(jù)公式C*=（a*2+b*2）1/2 計算彩度（C*值）[9]。每種色系測定50 朵花。利用L*值、a*值、b*值和C*值，以Sigma Plot 軟件繪制色彩三維和二維象限圖。

1.3 花冠和營養(yǎng)器官大小的測量

2020 年9 月中下旬至10 月初，使用游標(biāo)卡尺測量鳳仙花花冠的長、寬和高，以及葉長和葉寬，每個色系隨機(jī)選取10 個植株，每個植株隨機(jī)選取10 朵花和10 張成熟葉片（共100 個生物學(xué)重復(fù)）進(jìn)行測量。測量鳳仙花植株的冠幅和株高，每個色系隨機(jī)選取10 株進(jìn)行測量。

1.4 數(shù)量性狀的遺傳變異

計算各數(shù)量性狀的最小值、最大值、極差、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)，其中，變異系數(shù)（CV）計算公式為：

1.5 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS19.0[10]對鳳仙花的花冠長、花冠寬和花冠高，葉長和葉寬，以及植株的冠幅和株高進(jìn)行差異性分析，方法選用SNK 檢驗(yàn)（Student-Newman-Keuls test），在P<0.05 條件下分析顯著性差異。利用Pearson 相關(guān)系數(shù)分析以上數(shù)量性狀之間的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 鳳仙花花色表型分析

通過顏色觀察和英國皇家園藝學(xué)會（RHSCC）比色卡比對，將本次實(shí)驗(yàn)收集的鳳仙花分為5 個色系，每種色系的花色差異顯著，分別為白色系、粉色系、紅色系、紫色系和紫紅色系。利用色差儀測定不同色系鳳仙花CIE L*a*b*顏色系統(tǒng)數(shù)值，每個色系測定50 朵花，獲得L*值（值越大表明顏色越淺，值越小表明顏色越深）、a*值（值越大表明顏色越偏向紅色，值越小表明顏色越偏向綠色）、b*值（值越大表明顏色越偏向黃色，值越小表明顏色越偏向藍(lán)色）和C*值（值越大表明彩度越高）。在由L*值、a*值和b*值構(gòu)建的三維象限圖中（圖1A），5種色系大部分樣本能較明顯地進(jìn)行區(qū)分，其中僅粉色系部分樣本與紅色系或白色系重疊。如圖1B 所示，在a*值和b*值組成的二維象限中，粉色系、紅色系、紫色系和紫紅色系的樣本均有較高的a*值，白色系的a*值均較低；紫色系的b*值較其它色系低。如圖1C 所示，在L*值和C*值組成的二維象限中，白色系和部分粉色系的樣本有較高的L*值，較低的C*值；紅色系、紫色系和紫紅色系，以及部分粉色系的花色，雖然L*值較低，但C*值較高。

圖1 5 個色系鳳仙花花色CIE L*a*b*分析Figure 1 CIE color space of I.balsamina flower

2.2 不同花色群體的花冠大小比較

為了分析鳳仙花花冠大小的差異，測量不同色系鳳仙花的花冠長、花冠寬和花冠高，結(jié)果如圖3。由圖3可知，從花冠長來看，粉色系植株的花冠長最長（2.2～ 4.3 cm，均值3.55 cm），其次是白色系（1.5～ 3.9 cm，均值2.98 cm）和紫色系（2.2～ 4.0 cm，均值2.95 cm）植株的，而紅色系（1.4～ 4.0 cm，均值2.50 cm）和紫紅色系（1.8～ 3.4 cm，均值2.55 cm）植株的花冠長最短。其中，白色系和粉色系不同植株的花冠長變化幅度最大，紅色系和紫紅色系植株的花冠長較為集中。

從花冠寬來看，白色系植株的花冠寬（1.1～ 2.5 cm，均值1.78 cm）最大，其次分別是粉色系（1.0～ 2.2 cm，均值1.66 cm）、紫色系（1.2～ 2.2 cm，均值1.53 cm）、紫紅色系（1.1～ 2.2 cm，均值1.47 cm）和紅色系（0.9～ 1.8 cm，均值1.44 cm）植株。從花冠高來看，白色系（范圍2.0～ 3.9 cm，均值2.9 cm）、紫色系（2.3～ 3.3 cm，均值2.87 cm）和紫紅色系（范圍2.3～ 3.3 cm，均值2.79 cm）的花冠高顯著高于粉色系（范圍1.9～ 3.5 cm，均值2.7 cm）和紅色系（范圍1.7～ 3.3 cm，均值2.62 cm）的（P<0.05）。

綜上可知，同一色系不同植株的花冠大小有一定的變化，不同色系植株之間也存在顯著差異。

圖2 不同花色系鳳仙花的花冠長、花冠寬和花冠高盒須圖Figure 2 Corollas length,width and height of different flower colored I.balsamina

2.3 不同花色群體的葉片大小比較

比較不同色系鳳仙花葉片的大小差異，包括葉長和葉寬，結(jié)果如圖3。

圖3 不同色系鳳仙花的葉長和葉寬盒須圖Figure 3 Leaf length and width of different flower colored I.balsamina

由圖3 可知，不同色系鳳仙花的葉長差異較小，其中粉色系植株的葉長（9.6～ 17.3 cm，均值13.84 cm）較長，但與紫色系植株的葉長（9.8～ 17.8 cm，均值13.35 cm）沒有顯著性差異；而粉色系和紫色系植株的葉長均與白色系（9.3～ 17.3 cm，均值12.62 cm）、紅色系（9.2～ 20 cm，均值13.03 cm）和紫紅色系（范圍8.9～ 18 cm，均值12.77 cm）三種色系植株的葉長之間差異顯著（P<0.05）。

不同色系鳳仙花的葉寬差異也較小，粉色系（范圍1.1～ 3 cm，均值2.14 cm）和紫色系（范圍1.4～ 3.2 cm，均值2.18 cm）植株的葉片較寬，白色系（范圍1.4～ 3.3 cm，均值2.01 cm）、紅色系（范圍1.2～ 2.9 cm，均值1.96 cm）和紫紅色系（范圍1.1～ 3.1 cm，均值1.96 cm）的葉片相對較窄。

2.4 不同花色群體的冠幅和株高比較

由圖4 可知，在5 種花色系鳳仙花中，白色系植株的冠幅（均值71.3 cm）和紫紅色系植株的冠幅（均值65.7 cm）最大，其次是紅色系（均值58.6 cm）和紫色系（均值52.1 cm）的，粉色系植株的冠幅（均值43.2 cm）最小。不同色系鳳仙花的株高也有相似的差異趨勢，即白色系植株的株高（均值108.2 cm）和紫紅色系植株的株高（均值108.8 cm）最高，其次是紅色系植株的株高（均值91.4 cm），粉色系植株的株高最矮（均值82.65 cm），紫色系植株的株高（均值87.8 cm）介于紅色系和粉色系之間。綜上可知，白色系和紫紅色系植株較高大，其次是紅色系和紫色系，粉色系植株最矮小。

圖4 不同色系鳳仙花的冠幅和株高比較Figure 4 Crown breadth and plant height of different flower colored I.balsamina

2.5 鳳仙花數(shù)量性狀的變異分析

為了分析鳳仙花不同數(shù)量性狀變異的離散程度，計算每一種性狀的變異系數(shù)，變異系數(shù)越大，說明性狀的離散程度越大。由表1 可知，鳳仙花所有數(shù)量性狀的變異系數(shù)均大于20%，表明鳳仙花個體之間的數(shù)量性狀有較大的變異，多樣性較高。數(shù)量性狀的變異系數(shù)由大到小排列為：植株冠幅?葉寬?花冠寬?花冠長?葉長?株高?花冠高。

表1 鳳仙花的不同數(shù)量性狀的變異分析Table 1 Variation analysis on different quantitative characters of I. balsamina

2.6 鳳仙花數(shù)量性狀的相關(guān)性分析

利用Pearson 相關(guān)系數(shù)分析各數(shù)量性狀之間的相關(guān)性，結(jié)果如表2。由表2 可知，葉長與植株冠幅極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01），與株高顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05），且其相關(guān)系數(shù)的絕對值均大于0.9；植株冠幅與株高顯著正相關(guān)（P<0.05），且其相關(guān)系數(shù)也大于0.9。由此可以得出結(jié)論，植株越矮小的個體，葉片越大；植株越高的個體，冠幅越大。

表2 鳳仙花不同數(shù)量性狀之間的Pearson 相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis among different quantitative characters

3 結(jié)論和討論

花色是植物吸引昆蟲傳粉、繁衍后代的重要性狀，同時也是園林花卉主要的觀賞性狀之一。另外，花色也是觀賞植物品種分類的重要依據(jù)，如木犀Osmanthus fragrans根據(jù)花色可分為銀桂品種群（Latifolius group）、金桂品種群（Thunbergii group）和丹桂品種群（Aurantiacus group）[11]；菊花Chrysanthemum×morifolium按花色分為9 類色系，包括棕色系、橙色系、粉色系、紫色系、紅色系、白色系、黃色系、黃綠色系和墨色系[12]；紫斑牡丹Paeonia rockii按花色分為8 個色系，分別為白色系、黃色系、淺粉色系、粉色系、藍(lán)色系、紅色系、紫色系和黑色系[13]。

根據(jù)觀察，本研究所得實(shí)生鳳仙花的花色較為繁多且鮮艷，是適用于園林栽培的優(yōu)良性狀?？蓪ⅧP仙花按花色分為5 種差別顯著的色系，即白色系、粉色系、紅色系、紫色系和紫紅色系，每種色系均能依據(jù)英國皇家園藝學(xué)會（RHSCC）比色卡進(jìn)行區(qū)分。為了更好地描述不同色系鳳仙花花色表型的特征，本文采用CIE L*a*b*顏色系統(tǒng)將每種色系鳳仙花的表型值劃分在三維象限和二維象限的不同區(qū)域：粉色系、紅色系、紫色系和紫紅色系均有較高的a*值，而白色系的a*值較低；紫色系的b*值較其它色系低；白色系和部分粉色系的樣本有較高的L*值，較低的C*值；紅色系、紫色系、紫紅色系以及部分粉色系的花色，有較低的L*值，較高的C*值。目前，CIE L*a*b*顏色系統(tǒng)已被應(yīng)用于多種植物的花色分類或變化[14]，如觀賞向日葵Helianthus annuus[15]、菊花[12]、紫斑牡丹[13]、玫瑰Rosa rugosa[16]等觀賞花卉的花色測定。CIE L*a*b*顏色系統(tǒng)能將花色表型數(shù)量化，比觀察定性描述更加準(zhǔn)確，二者的結(jié)合能更好地應(yīng)用于植物的分類和鑒定。結(jié)合前人報道的結(jié)果，鳳仙花中含有多種花青素苷[17-19]，影響了鳳仙花的花色，而本研究為今后不同顏色鳳仙花的色素組成和代謝差異相關(guān)研究提供了表型基礎(chǔ)。

植物資源的遺傳多樣性是其進(jìn)化和遺傳育種的基礎(chǔ)，鳳仙花個體之間的數(shù)量性狀有較大的變異和較高的多樣性。本研究依據(jù)花色的分組，比較不同分組之間花冠大小發(fā)現(xiàn)，花冠由大到小的順序依次是白色系和粉色系、紫色系、紅色系和紫紅色。比較不同分組的葉長和葉寬發(fā)現(xiàn)，各組葉片大小的差異較小。比較不同分組的株高和植株冠幅發(fā)現(xiàn)，植株由大到小的順序依次是白色系和紫紅色系、紅色系和紫色系、粉色系。然而，這些性狀也存在一定的一致性。雖然鳳仙花花冠大小存在一定的差異，但花型較為一致，均為單瓣型。鳳仙花按照株高可分為4 個類群，即超矮群（20 cm）、矮生群（25～ 35 cm）、中高群（35～ 65 cm）、高大群（70～ 80 cm以上）[20]。由于本研究中所有色系鳳仙花的株高均在70 cm 以上，所以都算作高大類群。所以在園林應(yīng)用中可用作花鏡背景植物，或者應(yīng)用于行道邊充當(dāng)觀賞綠籬的作用。如果需要改變植株株高便于應(yīng)用，可參照前人使用植物生長調(diào)節(jié)劑進(jìn)行調(diào)控，例如使用吲哚乙酸處理種子[21]、植株噴施矮壯素（CCC 或B9）[22]等方式獲得矮化的鳳仙花植株。

目前，市場上應(yīng)用的優(yōu)質(zhì)草花多數(shù)由國外引進(jìn)，而國內(nèi)的草花育種起步比較慢。雖然進(jìn)口草花有花色新穎、整齊度高等優(yōu)勢，但在抗?jié)?、抗高溫和抗干旱等非生物脅迫方面存在欠缺[23]。相比較而言，本土自播繁殖的草花在抗逆性方面有較強(qiáng)的優(yōu)勢，能很好地適應(yīng)本土氣候環(huán)境；但是在植株整齊度方面不足，如本文所研究的鳳仙花。因此，可根據(jù)園林應(yīng)用需求將鳳仙花相關(guān)性狀作為育種目標(biāo)開展相關(guān)育種工作，如使用雜交育種、分子育種、誘變育種、多倍體育種等方式[20]，以期獲得改良性狀的鳳仙花。