Phenotype and Interior of Endangered Species, Semilabeo obscurus
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摘要: 分析暗色唇鲮Semilabeo obscurus的表型性状空间结构及内部器官组成特征，为暗色唇鲮的快速分类鉴别和种质保护工作提供参考。采用鱼类传统形态学和现代框架特征研究方法，通过统计学及SPSS因子分析法解构其表型结构特点。结果表明：暗色唇鲮体长与全长、体高、头长、头高、头宽、尾柄长、尾柄高，头长与吻长、眼径、眼间距、尾柄长、尾柄高，尾柄长与尾柄高，头高与头宽以及21项框架距离与体长均呈线性相关关系。头高/头宽、尾柄长/尾柄高及尾鳍基部上端至臀鳍基部末端距离（D5-7）与体长性状关系相对稳定且线性回归相关性较强。主成分特征向量以D4-5（背鳍基部末端-尾鳍基部上端）、D4-6（背鳍基部末端-尾鳍基部下端）、D4-7（背鳍基部末端-臀鳍基部末端）、D3-8（背鳍起点-臀鳍起点）、D3-4（背鳍起点-背鳍基部末端）和D5-7（尾鳍基部上端-臀鳍基部末端）的载荷量绝对值最大，且均为正相关关系，集中反映鱼类尾柄部分的表型特征信息。表型结构性状多维分析结果提示，暗色唇鲮头高/头宽（0.91~0.95）、尾柄长/尾柄高（1.37~1.47）以及尾鳍基部上端至臀鳍基部末端距离与体长比（0.241 3~0.255 3）是代表暗色唇鲮表型结构特征的性状参数。暗色唇鲮内部组织器官组成及结构布局同一般鲤科鱼类相似，具有肠细长、膘较短小的特征，肠长指数14.15~15.76（15.14），非成熟期个体肠管占腹腔体积的80%以上，膘长度约为鱼体长的14%、腹腔长度的50%。暗色唇鲮的内外结构体现生物体对环境的适应性进化，具有较高研究价值。Abstract: Phenotype and interior of an endangered species, Semilabeo obscurus, were studied to establish a rapid identification and classification method to facilitate conservation of the germplasm. Traditional morphological and advanced methodologies were applied, and data subjected to statistics and SPSS factor analyses. Linear relationships were found between the body length and the total length, body height, head length, head height, head width, caudal length, orcaudal height, between the head length and the proboscis length, eye diameter, distance between eyes, caudal length, orcaudal height, between the caudal length and the caudal height, between the head height and the head width, as well as between the 21 frame distance and the body length of S. obscurus. Stable linear regression correlations existed between the body length and the head height/head width ratio, caudal length/caudal depth ratio or D5-7. The principal component feature vector had the greatest absolute value on the loads of D4-5, D4-6, D4-7, D3-8, D3-4 and D5-7, and they correlated. It reflected the characteristic phenotype of the tail section of the fish.Amultidimensional analysis on the phenotype suggested that the ratios of the head height/head width(0.91-0.95), caudal length/caudal height(1.37-1.47) and D5-7/body length(0.241 3-0.255 3) could be the key indicators for the properties. In general, the composition and structure of the internal organs of S. obscurus were similar to those of Cyprinidae, having long and thin intestines with short and small swim bladders and an intestinal index of 14.15-15.76 (averaging 15.14). The intestines occupied more than 80% of the abdominal cavity of animmature fish; and the length of the bladder, about 14% of the fish body length or 50% of the abdominal cavity length.The information obtained showed the evolution of S. obscurus as it adapted to the environmental changes.
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Keywords:
- Semilabeo obscurus Lin /
- phenotype /
- internal structure
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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。
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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![]()
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
TaxaL*：亮度
LuminanceC*：饱和度
Color saturationh*：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.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 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。
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图 1 鱼类框架结构测量
注：1为吻前端, 2为鳃盖前端上侧, 3为背鳍起点, 4为背鳍基部末端, 5为尾鳍基部上端, 6为尾鳍基部下端, 7为臀鳍基部末端, 8为臀鳍起点, 9为腹鳍起点, 10为胸鳍起点。
Figure 1. Schematicand measurements of interior S. obscurus
表 1 暗色唇鲮可量性状间的比值及其相关关系
Table 1 Ratios and correlations of measurablemorphological properties of S. obscurus
可量性状 比值(平均) 标准差 相关方程 R2 体长Sl/全长Tl 0.75~0.79(0.77) 0.0099 Tl=1.2750Sl+5.6414 0.9970 体长Sl /体高Bd 3.62~4.64(4.14) 0.3885 Bd=0.2457Sl-0.5363 0.8861 体长Sl /头长Hl 4.11~4.46(4.27) 0.0987 Hl=0.2254Sl+1.9099 0.9922 体长Sl /头高Hd 5.76~6.74(6.28) 0.3237 Hd=0.1619Sl-0.5022 0.9627 体长Sl /头宽Hw 5.50~6.20(5.81) 0.2269 Hw=0.1694Sl+0.5877 0.9802 体长Sl /尾柄长Cl 4.99~5.63 (5.33) 0.1865 Cl=0.1892Sl-0.7637 0.9863 体长Sl /尾柄高Cd 7.16~7.91(7.60) 0.2166 Cd=0.1348Sl-0.6647 0.9893 头长Hl/吻长Pl 1.77~1.91(1.83) 0.0451 Pl=0.5678Hl-1.0664 0.9933 头长Hl/眼径Ed 6.49~7.19(6.93) 0.2071 Ed=0.1366 Hl +0.3816 0.9933 头长Hl/眼间距Ei 1.79~2.30(2.05) 0.1881 Ei=0.5144Hl -1.1854 0.8989 头长Hl/尾柄长Cl 1.19~1.32(1.25) 0.0462 Cl=0.8351Hl -2.1524 0.9847 头长Hl/尾柄高Cd 1.70~1.93(1.78) 0.0650 Cd=0.5956Hl -1.6706 0.9887 尾柄长Cl/尾柄高Cd 1.37~1.47(1.43) 0.0291 Cd=0.7112 Cl -0.0537 0.9987 头高Hd /头宽Hw 0.91~0.95(0.93) 0.0171 Hw=1.0353Hd+1.5313 0.9962 
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表 2 暗色唇鲮框架数据与体长的比值及其相关关系
Table 2 Ratios and correlations between body length andmeasurements on frame of S. obscurus
表型框架因子 因子/体长(平均) 标准差 相关方程 R2 D1-2 0.2249~0.2570(0.2379) 0.0120 D1-2=0.2362Sl+0.2733 0.9674 D1-9 0.5121~0.5632(0.5363) 0.0162 D1-9=0.5302Sl+1.2362 0.9876 D1-10 0.2180~0.2365(0.2282) 0.0049 D1-10=0.2202Sl+1.7578 0.9930 D2-3 0.2334~0.2818(0.2534) 0.0176 D2-3=0.2512Sl+0.3859 0.9436 D2-8 0.5070~0.5415(0.5238) 0.0102 D2-8=0.5129Sl+2.3234 0.9941 D2-9 0.3103~0.3459(0.3265) 0.0118 D2-9=0.3260Sl+0.0302 0.9821 D2-10 0.1021~0.1253(0.1119) 0.0066 D2-10=0.1068Sl+1.0371 0.9631 D3-4 0.1479~0.1580(0.1533) 0.0033 D3-4=0.1518Sl+0.3477 0.9927 D3-7 0.4128~0.4449(0.4265) 0.0089 D3-7=0.4233Sl+0.6887 0.9928 D3-8 0.3445~0.3946(0.3680) 0.0175 D3-8=0.3677Sl-0.0575 0.9696 D3-9 0.2242~0.2837(0.2488) 0.0248 D3-9=0.2552Sl+1.5375 0.8900 D4-5 0.4033~0.4772(0.4353) 0.0263 D4-5=0.4370Sl-0.5010 0.9530 D4-6 0.4276~0.4830(0.4535) 0.0199 D4-6=0.4501Sl+0.5965 0.9749 D4-7 0.2786~0.3321(0.3014) 0.0204 D4-7=0.3079Sl-1.4927 0.9443 D4-8 0.2415~0.2824(0.2580) 0.0164 D4-8=0.2578Sl-0.0571 0.9531 D5-6 0.1386~0.1635(0.1490) 0.0091 D5-6=0.1479Sl+0.1965 0.9594 D5-7 0.2413~0.2553(0.2493) 0.0038 D5-7=0.2429Sl+1.3898 0.9958 D6-7 0.1663~0.2008(0.1800) 0.0141 D6-7=0.1838Sl-0.9206 0.9276 D7-8 0.0846~0.0937(0.0891) 0.0027 D7-8=0.0852Sl+0.8570 0.9876 D8-9 0.1859~0.2112(0.1960) 0.0071 D8-9=0.1971Sl-0.2516 0.9831 D9-10 0.2712~0.3312(0.2981) 0.0235 D9-10=0.3016Sl-0.9258 0.9231
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表 3 解释的总方差
Table 3 Total variance explained
成分 特征根 方差贡献率
/%累积贡献率
/%1 16.117 76.748 76.748 2 3.260 15.526 92.274 3 0.925 4.404 96.678 4 0.309 1.472 98.150 5 0.199 0.948 99.098 6 0.120 0.571 99.669 7 0.057 0.273 99.942 8 0.009 0.045 99.987 9 0.003 0.013 100.000
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表 4 性状相关矩阵的特征向量
Table 4 Correlation matrix on characteristic vectors of morphological characteristics
表型框架因子 成分矩阵 旋转成分矩阵 成分1 成分2 成分1 成分2 D1-2 0.979 -0.129 0.983 -0.090 D1-9 0.983 0.163 0.976 0.202 D1-10 -0.338 0.792 -0.369 0.777 D2-3 0.983 -0.136 0.987 -0.097 D2-8 0.861 0.438 0.842 0.472 D2-9 0.991 0.075 0.988 0.115 D2-10 0.930 -0.120 0.934 -0.083 D3-4 -0.047 0.897 -0.083 0.894 D3-7 0.878 0.427 0.860 0.462 D3-8 0.994 0.000 0.993 0.040 D3-9 0.979 -0.197 0.986 -0.157 D4-5 0.992 -0.049 0.994 -0.009 D4-6 0.996 -0.009 0.995 0.031 D4-7 0.990 -0.076 0.992 -0.036 D4-8 0.982 -0.148 0.987 -0.108 D5-6 0.951 -0.190 0.957 -0.152 D5-7 0.455 0.853 0.421 0.871 D6-7 0.978 -0.184 0.984 -0.145 D7-8 -0.005 0.632 -0.030 0.631 D8-9 0.915 0.299 0.902 0.335 D9-10 0.989 -0.135 0.994 -0.096
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