0.   引言

【研究意义】观赏海棠（Malus spp.）属蔷薇科（Rosaceae）苹果属（Malus）落叶小乔木或灌木，果实直径小于等于5 cm^[1-2]。观赏海棠在园林景观应用中常被用作观花植物^[3-4]，针对观赏海棠花色的研究也相对成熟，包括对花色变化的研究^[5-8]、花期的研究、针对花性状种质的优选、花香的研究等等。近年来，随着育种工作的发展和园林应用的需求增加，观赏海棠的彩叶品种在园林景观应用中受到更多关注^[9-10]，应用前景广阔。【前人研究进展】目前国内针对观叶海棠新品种的研究逐渐增多。有研究发现，观叶海棠成熟过程中色彩变化分为稳定型和易变型两种^[11]，且不同叶位色彩变化程度不一^[12]。尽管已经培育出一些兼具叶片观赏价值的海棠新品种，如幼叶呈黄色的‘多娇’^[13]、叶片由红色转浓绿落叶前呈红褐色的‘大棠婷美’^[14]，但仍然存在叶片变色期不稳定且短、彩叶品种数量少的问题。【本研究切入点】前人对观赏海棠的研究多集中在花器官上，而对叶片色彩的研究仍然处于初级阶段。【拟解决的关键问题】本研究以42个不同种质材料的观赏海棠为试验材料，从叶色参数入手结合叶片色素的相对含量，对处于成熟期的叶色变化进行分析评价，通过研究不同观赏海棠材料间的叶色差异，期望能够扩展观叶型海棠的种质资源，并明确最佳观赏期，为园林景观应用提供更多更好的选择，同时也可以为观叶品种的定向培育提供理论依据和技术支撑。

1.   材料与方法

1.1   试验地概况与试验材料

试验地位于江苏省扬州市江都区仙女镇（119°55′E、32°42′N），属北亚热带季风气候，四季分明，年平均温度为14.9℃，年降雨量为1 000 mm，全年约320 d无霜期。试验地为砂壤土，地势平坦，土层深厚，有良好的灌溉排水条件。试验材料为42个观赏海棠实生苗优株的嫁接子代样本，生活力强，生长健壮，适于测定叶色。

1.2   采样方法

试验于2019年7月20日进行，每隔27 d 测定1次，在早上6：00～7：00 进行样本采集，取苗干顶部能直观表现该株植物叶片色彩的上位叶，每个品种取10片，采摘后放入样品密封袋中，置于冰盒带回室内备用。

1.3   指标测定

叶色测定使用美国爱丽色CI 64色差仪，选用D 65为光源，设置测色斑的直径为8 mm，观测角度为10°，测定叶片正面色彩，每个叶片测3个点，每个品种重复30次。亮度值（L^*）、色相值（a*、b*）、饱和度（C*）、色调角（h *）均由色差仪测量直接获得。

使用Unispec-SC光谱分析仪（美国，PP Systems）进行叶绿素（Chl）、花青素（Anth）、类胡萝卜素（Car）相对含量的测定。每个叶片测5个点，重复15次，得到的数据用Multispec 5.1.5 软件进行处理后，代入公式计算。叶绿素（Chl）：（R750-R445）/（R705-R445）；花青素（Anth）:R800（1/R550-1/R700）；类胡萝卜素（Car）：R800（1/R520-1/R700）^[15-16]。

1.4   数据处理

利用Origin 9.0 构建CIELCH色空间三维图，EXCEL 2010绘制叶色频率分布图，利用SPSS 22对叶色参数进行聚类分析。

2.   结果与分析

2.1   观赏海棠叶色变化规律

基于42个观赏海棠样本的叶色参数绘制了CIELCH色空间分布图和频率分布图，如图1、图2所示。

图  1  不同月份叶色CIELCH空间变化

Figure  1.  Changes on CIELCH color space of crabapple leaves from July to September

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图  2  不同月份叶色参数频率分布

Figure  2.  Frequency distribution of leaf color from July to September

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对于L*值的3次测量值都较为分散，大致范围为25～38。处于低亮度范围（L*值在24～28）的材料分布较少，占比约为7%；处于中亮度范围（L*值在28～34）的材料极多，占比约为88%；处于高亮度范围（L*值在34～38）的材料极少数，占比约为5%。其中，7、8月份叶片亮度趋势基本一致，没有较大区别；但9月份变化较大，处于中高亮度和高亮度的品种锐减，说明多数样本的叶片亮度会随着时间变化逐渐减低。

C*值的分布范围为8～20，3次测量值整体趋势由分散到集中。7月份叶片饱和度整体偏低，到8月份时叶片饱和度由低到高分布均匀，而9月份时数值整体右移，饱和度提高。整体来说，随时间推移供试样本的叶色饱和度逐渐增高，低饱和度样本逐渐减少，而高饱和度样本越来越多。

h*值的分布范围为108°～123°，有85.71%的样本分布在117°～121°范围内；8月份分布范围是115°～121°，分散均匀，小于115°的材料占33.34%，大于120°的材料占33.33%，处于中间层次的材料占33.33%；9月份超过85%的样本均匀分布在112°～122°。整体来看，从7月到9月，色调角整体有降低的趋势。

2.2   观赏海棠叶色聚类分析

鉴于7月份色彩参数分布最分散且色彩表达最为丰富，因此选择7月份的叶色参数：亮度、饱和度、色调角进行聚类分析，结果如图3和表1，42个样本可分为3个类群。

表  1  各类群色彩参数统计与分析

Table  1.  Statistics and analysis on leaf color in classified groups

类群 Taxa	L*：亮度 Luminance	C*：饱和度 Color saturation	h*：色调角 Hue angle/°
A	31.160±1.350 b	13.057±0.638 b	118.239±1.461 b
B	29.986±1.584 c	11.325±1.113 c	121.558±0.878 a
C	33.719±0.976 a	15.646±1.381 a	118.034±1.360 b
注：数值表示为：平均值±标准差；同列数据后无相同小写字母表示差异显著（P<0.05）。表2同。 Note: Values presented as mean±standard deviation. Data with lowercase letters indicate significance at p＜0.05.

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图  3  观赏海棠7月叶色参数聚类分析

Figure  3.  Cluster analysis on crabapple leaf color in July

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A类群，共有14个样本。在色彩参数中，亮度L*分布在28.95～32.63，饱和度C* 分布在12.32～14.60，色调角h*分布在115.23°～120.08°。该类群亮度和饱和度高于B类群而低于C类群。该类群包括9X-1、17X-2、16X-2、G19X-1、15-7、13-5黄果、16-1、24-1、G23-9、15-13 等。

B类群，共有19个样本。在色彩参数中，亮度L*分布在26.98～32.11，饱和度C*分布在9.09～13.39，色调角h*分布在119.65°～122.73°。该类群亮度和饱和度在三大类群中处于最低水平。该类群包括24-5、G7X-2、G23-11、G23-5、G23-4、19-9、25-10、G20X-1、25-3、15-3等。

C类群，共有9个样本。在色彩参数中，亮度L*分布在32.10～35.22，饱和度C*分布在14.33～18.01，色调角h*分布在115.85°～119.39°。该类群亮度和饱和度在三大类群中处于最高水平，色彩明亮饱满，为亮绿色系。该类群包括19-7、29X-2、G23-2、26-4、17-2、23-1、22-2、15-4、14X-2。

2.3   观赏海棠色素相对含量分析

基于7月份植株的色彩参数聚类分析结果对其色素相对含量进行分析，结果见表2。从整体趋势上看，叶绿素的占比约为花青素的10倍，为类胡萝卜素的2倍。说明叶绿素占比多，从而主导了叶片的绿色效果。就叶绿素相对含量而言，B类群明显高于A类群和C类群，说明B类群叶绿素含量多，叶片更绿。

表  2  各色系色素相对含量

Table  2.  Relative pigment contents in classified groups

类群 Taxa	花青素 Anth/%	叶绿素 Chl/%	类胡萝卜素 Car/%	花青素/叶绿素 Anth/Chl
A	0.377±0.149 b	3.786±0.450 b	1.846±0.535 a	0.101±0.042 a
B	0.517±0.189 a	4.285±0.625 a	2.037±0.587 a	0.122±0.046 a
C	0.428±0.194 ab	3.785±0.652 b	2.222±0.738 a	0.113±0.048 a

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结合色彩参数的聚类分析结果，B类群叶绿素相对含量最高，叶片颜色最绿，但亮度值和饱和度较低，为深绿色系；C类群叶片亮度和饱和度均显著高于其他类群，故为亮绿色系；A类群叶片呈绿色，色彩亮度和饱和度在3个类群中居中，为绿色系。

3.   讨论与结论

3.1   色彩评价方法

色彩是观赏植物器官的重要评价因素，常用的植物色彩测定方法有目测法、英国皇家园艺学会色谱标准（RHSCC）比色和仪器测定^[17]。目测法只能依靠肉眼粗略判断其颜色，严谨性不足，不能作为色彩研究的依据；比色卡能够准确地对色彩进行标准定位，但样本量大时不易于对样本色彩进行量化分析；而仪器测定虽然受环境限制，但其直观性、稳定性、操作便捷性可为色彩测定和分析工作提供许多便利，如：国艳梅等利用色差仪估测番茄红素^[18]，张圆圆等利用色差仪对向日葵花色多样性进行研究^[19]。本文的色彩研究以仪器测定为基础，对叶色进行量化研究，通过色差仪测得数值，在CIELCH色空间中利用三维图展现，既能准确便捷地测取数据，又能直观地体现测量结果，能达到较好的测量效果。

3.2   观赏海棠叶片色彩评价

色彩参数是叶片色彩的量化指标，从亮度、饱和度、色调角、色度值等方面将叶片色彩进行定量描述。在姜文龙等^[20]的研究中将57个观赏海棠种质划分为2个色系：绿色系、红色系；绿色系又划分为褐绿色子系和深绿色子系；张晶等^[21]的研究中将样本划分为绿色系和红色系，绿色系又进一步划分为褐绿色系、深绿色系和亮绿色系。而本研究主要依据亮度和饱和度将42个绿色系群体样本分为绿色系、亮绿色系、深绿色系。前人多利用红绿色度值a*和b*进行颜色差别大的色彩研究，如红色和绿色，而此次研究则是在色度值相差小的基础上，利用亮度值L*和饱和度值C*来细化色彩分类，从而可以看出亮度值和饱和度值也能反映色彩的多样性。

叶片中主要色素为叶绿素、花青素、类胡萝卜素，色素含量高低和色素占比多少均影响叶色的表达^[22]。彩叶植物色彩表达主要受花青素影响，而绿叶植物则主要受叶绿素影响^[23]。在本试验中叶绿素相对含量是花青素的10倍左右，是类胡萝卜素的2倍左右，主导了叶片的绿色效果。其中B类群的叶绿素相对含量显著高于A类群和C类群，与前文色差计所得B类群的色度值最大，绿色更深的结果一致。

随着林木育种技术的进步及园林应用市场的扩大，彩叶植物备受关注。近年来通过自由授粉、组织培养、杂交育种等手段^[24-25]培育出了许多优良的观叶新品种，尤其是红叶品种。而本试验结果显示，参试样本材料中除绿色之外并未发现其他颜色的海棠植株，因而仅是对绿色类群进行进一步分类。究其原因：一是可能由于观测期短，未完全观测到色变期；二是观测期偏晚，由于随着植物生长期的推移，叶绿素增加而花青素降解致使观测到的叶色均为绿色^[26]；三是参试样本的颜色分化不丰富。本试验结果表明，仍有亮绿色系的9个样本值得关注，并有望从中选出观赏性更加优异的种质或作为今后育种的亲本。后续研究将通过延长观测期、扩大样本量弥补此不足，并进一步探究叶色变化与物候期的关系，以及色素对叶色表达的重要性，从而选育出优质彩叶种质，为更多观叶海棠品种选育种奠定基础。