基于灰色關(guān)聯(lián)度分析評(píng)價(jià)紫薇品種花部觀賞性狀

顧 帆，鄭紹宇，沈鴻明，沈勁余，顧翠花

（1.浙江農(nóng)林大學(xué)風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，浙江臨安 311300；2.浙江森城種業(yè)有限公司，浙江海寧 314400）

紫薇（Lagerstroemia indica）系千屈菜科（Lythraceae）紫薇屬落葉灌木或小喬木［1］，具有花期長、品種繁多、花色亮麗、抗性強(qiáng)等諸多特點(diǎn)，因此深受人們喜愛。紫薇花大多盛開在初夏至仲夏時(shí)期，在植物造景方面應(yīng)用廣泛。紫薇原產(chǎn)于我國，在長江流域、華南、西南等地均有分布［2］。據(jù)東晉王嘉所著《拾遺記》記載，1 600年前的洛陽城內(nèi)就開始廣泛種植紫薇［3］。紫薇在全國各地均有栽植，是夏季重要的觀賞花木。

早在20世紀(jì)80年代，我國就開展了紫薇品種資源的調(diào)查工作。范銀山對(duì)湖北武漢地區(qū)紫薇品種進(jìn)行調(diào)查研究，并對(duì)13個(gè)紫薇品種及變種的性狀進(jìn)行了比較［4］。其后，張啟翔對(duì)我國15個(gè)省份的紫薇種質(zhì)資源進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)原產(chǎn)我國的紫薇屬共有18個(gè)種，其中2個(gè)種引自東南亞，栽培品種有50個(gè)［5］。隨后王獻(xiàn)對(duì)我國紫薇屬種質(zhì)資源進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)查研究，共報(bào)道了48個(gè)栽培品種或變種［6］。近年以來，劉龍昌等分別對(duì)豫西地區(qū)和邵陽市紫薇品種進(jìn)行調(diào)查研究，分別報(bào)道了29個(gè)和100個(gè)紫薇品種［7-10］。

近年來，雖然關(guān)于紫薇種質(zhì)資源研究的報(bào)道增多，但主要集中在紫薇遺傳育種［11-12］及園林應(yīng)用［13］方面。紫薇野生品種繁多，且存在豐富變異。顧翠花等通過分子標(biāo)記分析了紫薇品種表型形態(tài)遺傳多樣性［14］。王業(yè)社等以湖南省111個(gè)紫薇品種為材料進(jìn)行調(diào)查研究，分析紫薇品種表型多樣性，結(jié)果表明，遺傳聚類與花色、植株形狀關(guān)系密切［15］。至今鮮見關(guān)于我國大多數(shù)紫薇品種性狀觀賞性的研究報(bào)道。紫薇品種是紫薇種質(zhì)資源非常重要的一部分，研究我國紫薇品種遺傳多樣性，對(duì)于開發(fā)和利用紫薇種質(zhì)資源、提升紫薇品種遺傳育種水平、拓寬紫薇品種園林應(yīng)用方式、保護(hù)我國珍貴的紫薇品種資源具有重要意義［16］。

目前，常見的植物評(píng)價(jià)方法主要有百分制記分法［17］和模糊數(shù)學(xué)法［18］，由于選取評(píng)價(jià)指標(biāo)的性狀較少以及評(píng)判的對(duì)象所涉及的植物性狀不清晰等特點(diǎn)，導(dǎo)致對(duì)植物品種的綜合評(píng)價(jià)主觀性強(qiáng)且不穩(wěn)定。近年來，在觀賞園藝領(lǐng)域，層次分析法和灰色系統(tǒng)理論被廣泛應(yīng)用。但層次分析法［19］定性因素多，定量數(shù)據(jù)少，當(dāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)較少時(shí)，結(jié)果說服力不夠；評(píng)價(jià)指標(biāo)較多時(shí)，需統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)量大，且權(quán)重難以確認(rèn)。而運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析法［20-23］（grey incidence analysis）評(píng)價(jià)參試植物品種，能夠?qū)ζ渲饕誀钸M(jìn)行綜合描述和量化評(píng)估，可較系統(tǒng)地評(píng)價(jià)品種的差異［24-25］。灰色關(guān)聯(lián)度分析法是將指標(biāo)量化的比較分析方法，根據(jù)數(shù)據(jù)的可比性和相似性來分析系統(tǒng)內(nèi)部主要指標(biāo)之間的相關(guān)度，從而確認(rèn)相關(guān)程度最大的因素［26-28］。與其他數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法相比，灰色關(guān)聯(lián)度分析法具有無需符合某種理論分布、樣本數(shù)量少、分析方法簡便、結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)［29-30］。本研究對(duì)紫薇花部主要性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)各品種和理想品種之間的相關(guān)程度，確定觀賞價(jià)值較高的品種，以期為國內(nèi)紫薇選種育種和實(shí)際應(yīng)用提供一定理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為國內(nèi)及浙江省內(nèi)已經(jīng)發(fā)布的及近年來搜集的共120個(gè)紫薇品種（表1），其中堇薇品種群（L.indica Amabilis Group）51個(gè)、紅薇品種群（L.indica Rubra Group）42個(gè)、銀薇品種群（L.indica Alba Group）12個(gè)、復(fù)色品種群（L.indica Bicolor Group）15個(gè)。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 將120個(gè)紫薇品種作為評(píng)價(jià)對(duì)象，具體調(diào)查觀測的性狀共計(jì)23個(gè)，包括植物類型、枝條形態(tài)、嫩枝特征、葉片的長和寬、葉形、花芽長、花芽寬、花芽形狀、花序長、花序?qū)挕⒅〝?shù)、花萼長、花徑、花色、花瓣長、花瓣寬、花瓣邊緣、瓣爪顏色、香味、果實(shí)大小、果實(shí)形狀等。每個(gè)品種選取3株，每株選取5朵花進(jìn)行調(diào)查觀測。用游標(biāo)卡尺測量實(shí)際花芽長、花芽寬、花徑、花序長、花瓣長、花瓣寬等可測量指標(biāo)，分別記錄取其平均值。

表1 120個(gè)紫薇品種及學(xué)名

表1 （續(xù)）

根據(jù)紫薇的觀賞特性、描述性狀，分別對(duì)23個(gè)性狀指標(biāo)進(jìn)行調(diào)查，設(shè)置1、2、3分共3個(gè)分值，根據(jù)指標(biāo)選擇情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以分值高、所占比例大的指標(biāo)為選擇對(duì)象，結(jié)合7位園藝專家打分結(jié)果，從專業(yè)、大眾2個(gè)角度選取評(píng)分高的指標(biāo)。其中問卷總數(shù)130份，有效問卷113份（表2）。

表2 調(diào)查問卷結(jié)果

從上述調(diào)查的23個(gè)指標(biāo)中選取11個(gè)花部性狀作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別是花芽長、花芽寬、花徑、花序長、花瓣長、花瓣寬、花瓣邊緣、香味、花色、瓣爪顏色和著花數(shù)。11個(gè)花部性狀具體賦值標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 紫薇品種花部性狀賦值標(biāo)準(zhǔn)

1.2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 設(shè)理想品種參考序列為X0。將所調(diào)查的120個(gè)紫薇品種視作一個(gè)灰色系統(tǒng)，每個(gè)品種作為該系統(tǒng)的一個(gè)因素，根據(jù)觀賞價(jià)值要求構(gòu)造一個(gè)理想品種，將各項(xiàng)性狀指標(biāo)所構(gòu)成的數(shù)列作為參考數(shù)列，記為X0（k），其中k為單項(xiàng)指標(biāo)的序號(hào)，即X0＝［X0（1），X0（2），…，X0（k）］。

設(shè)品種比較序列為Xi。將由120個(gè)品種實(shí)際調(diào)查得出的單項(xiàng)指標(biāo)所組成的數(shù)列記為Xi（k），其中k為單項(xiàng)指標(biāo)的序號(hào)，即Xi＝［Xi（1），Xi（2），…，Xi（k）］。對(duì)各個(gè)性狀的量化值進(jìn)行無量綱化處理。

1.2.2.1 灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)計(jì)算 關(guān)聯(lián)系數(shù)的計(jì)算公式為

式中：εi（k）為X0與Xi在第k個(gè)指標(biāo)處的灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)；Δi（k）表示X0與Xi在第k個(gè)指標(biāo)處的差值；minminΔi（k）為二級(jí)最小差，maxmaxΔi（k）為二級(jí)最大差；ρ為分辨系數(shù)，0＜ρ＜1，分辨系數(shù)越大，分辨率越大；分辨系數(shù)越小，分辨率越小。本研究中取ρ＝0.5。

1.2.2.2 灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算 灰色關(guān)聯(lián)度的計(jì)算公式為

式中：Ri為比較序列Xi對(duì)參考序列X0的灰色關(guān)聯(lián)度；N為評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫薇品種花部主要性狀觀測值

根據(jù)對(duì)紫薇觀賞評(píng)價(jià)的要求，取供試品種中各性狀的最大值構(gòu)建理想品種數(shù)列X0。由表3可知，理想品種的各個(gè)參數(shù)為花芽長1.1 cm，花芽寬1.05 cm，著花數(shù)400朵，花徑長6 cm，花色灑金（復(fù)色），賦值7，瓣爪顏色綠色賦值6，有香味賦值2，花瓣邊緣卷曲且褶皺賦值4，花序長35 cm，花瓣長2.8 cm，花瓣寬2.07 cm。所以，供試120個(gè)紫薇品種的理想品種數(shù)列X0＝（1.1，1.05，400，6，7，6，2，4，35，2.8，2.07）。

紫薇花部性狀調(diào)查結(jié)果顯示，120個(gè)紫薇品種的花色、瓣爪顏色、著花數(shù)、花徑、花瓣邊緣、花芽大小、花序大小、花瓣大小等性狀都有很大的不同。根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)以及調(diào)查記錄的紫薇品種花部性狀數(shù)據(jù)，將120個(gè)紫薇品種各性狀值及各指標(biāo)平均值列于表4。

2.2 原始數(shù)據(jù)的無量綱化處理

由于紫薇不同性狀值差異較大，且不同性狀間單位不同，為了方便關(guān)聯(lián)分析，采用初值化法對(duì)120個(gè)供試品種的各性狀原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，即用120個(gè)供試品種各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)分別去除理想品種對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，從而獲得一個(gè)新數(shù)列（表5），將理想品種的參數(shù)統(tǒng)一為1.000 0，而120個(gè)供試品種的參數(shù)分別為小于1的數(shù)值。

求出X0與Xi在第k個(gè)指標(biāo)處的絕對(duì)差值Δi（k）＝｜X0（k）-Xi（k）｜（k＝1，2，3，…，10，11），（表5），并且查出二級(jí)最小差值minmin｜X0（k）-Xi（k）｜和最大差值maxmax｜X0（k）-Xi（k）｜。

2.3 各指標(biāo)相關(guān)系數(shù)分析

由表6可知，二級(jí)最小差值minmin｜X0（k）-Xi（k）｜為0.000 0，二級(jí)最大差值maxmax｜X0（k）-Xi（k）｜為0.972 5。把各點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的Δi（k）代入關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算公式（1）中，得到X0與Xi各指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)εi（表7）。

將已求得的120個(gè)紫薇品種的關(guān)聯(lián)系數(shù)值代入等權(quán)關(guān)聯(lián)度計(jì)算公式（2）中，得到各品種與理想品種的灰色關(guān)聯(lián)度（表8）。

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度分析原則，灰色關(guān)聯(lián)度值越高，越接近理想性狀，觀賞價(jià)值就越高［31］。由表8可知，大花二八年華的等權(quán)灰關(guān)聯(lián)度最大，為0.702 7；朝云暮霞和大花雜種粉的灰色關(guān)聯(lián)度分別為0.693 5與0.692 8，排在第2位和第3位，說明這些品種的觀賞價(jià)值高，接近理想品種。另外，緊隨其后的紫薇品種有大花翠盤堇薇、皺瓣堇薇、銀邊翠盤堇薇、紅筋晚紫、冰清玉蝶、雙色紅薇、豆蔻年華、翠盤堇薇等。小花紫、小花垂枝紫、紅霞、福建雜種粉與理想品種的灰色關(guān)聯(lián)度較低，分別為0.452 2、0.474 3、0.506 8、0.509 4。

本試驗(yàn)未對(duì)各性狀賦予權(quán)重值，而是進(jìn)行等權(quán)關(guān)聯(lián)分析。權(quán)重賦值須根據(jù)各性狀對(duì)于觀賞價(jià)值的貢獻(xiàn)來確定各性狀權(quán)重系數(shù)的分配。權(quán)重系數(shù)的確定難免會(huì)帶有一些主觀性，給評(píng)價(jià)結(jié)果帶來一定的偏差。

3 結(jié)論與討論

本研究選用國內(nèi)目前已有的120個(gè)紫薇品種為研究對(duì)象，由于全國范圍內(nèi)的紫薇品種繁多，未能完全統(tǒng)計(jì)。花色在花卉植物的觀賞特性里占據(jù)重要地位，花色艷麗、鮮亮的品種，受到人們的喜愛，給予的關(guān)注與評(píng)價(jià)也相對(duì)較高。而灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)結(jié)果也說明花色評(píng)分高，灰色關(guān)聯(lián)度大，觀賞價(jià)值高。結(jié)果顯示，排名前10位的品種中，灑金品種占了7位，且灑金品種位居前列。灑金品種群內(nèi)品種具有花徑大、花序長的特點(diǎn)，在觀賞價(jià)值上占優(yōu)勢，與灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)結(jié)果一致。在園林觀賞植物中紅色與紫色也受歡迎，紅薇品種群包含從粉色至紅色的系列花色品種，在現(xiàn)代園林中應(yīng)用較廣；堇薇品種群中紫羅蘭色的品種灰色關(guān)聯(lián)度高，觀賞價(jià)值較高。而銀薇品種花色不夠亮麗，且評(píng)價(jià)性狀不明顯，因而灰色關(guān)聯(lián)度低，排名靠后。由此得出，觀賞價(jià)值從高到低為灑金品種群、堇薇品種群、紅薇品種群、銀薇品種群。

表4 紫薇品種花部主要性狀觀測值

表5 原始數(shù)據(jù)的無量綱化

同一品種群中，花徑是影響排名的主要因素。結(jié)果顯示，紅薇品種群中，綠爪紅蝶的花徑最大，排名高于同類別的紫薇品種；堇薇品種群中，大花翠盤堇薇、大花紫和皺瓣堇薇的花徑名列前茅，在堇薇品種群中的排名也較靠前；灑金品種群，排名前5的品種中，大花雜種粉、銀邊翠盤堇薇和紅筋晚紫的花徑較大：而銀薇品種群，花徑最大的大花白名次為第2。瓣爪顏色、花序大小、花瓣大小同樣會(huì)影響品種的綜合評(píng)價(jià)。依據(jù)各種類的單一性狀對(duì)其觀賞價(jià)值加以評(píng)價(jià)缺乏說服力。與傳統(tǒng)的植物評(píng)價(jià)方法相比，灰色系統(tǒng)理論在同一系統(tǒng)中利用多因素進(jìn)行分析，比較分析無量綱化處理后的不同數(shù)值、不同單位的數(shù)據(jù)，是相對(duì)科學(xué)、綜合性強(qiáng)的分析方法。本試驗(yàn)較好地將花色等無法實(shí)際測量數(shù)據(jù)的性狀轉(zhuǎn)化為數(shù)量性狀，并成功用于綜合性狀分析。

表6 X0與Xi的絕對(duì)差值

表7 各性狀灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)

對(duì)全國120個(gè)紫薇品種的評(píng)價(jià)顯示，灑金品種群觀賞價(jià)值總體來說較高，堇薇品種群和紅薇品種群次之，反映了人們的觀賞需求，為優(yōu)良品種的選育和雜交育種的親本選擇奠定了基礎(chǔ)。另外，在遺傳育種中可以對(duì)少數(shù)具有獨(dú)特性狀或單一性狀突出的品種加以利用。如小花建民紅香味較濃，花的各種性狀較好，可作為香花紫薇品種的選育親本；小花白花朵數(shù)近400朵，可作為多花紫薇的培育親本。而灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果顯示，灰色關(guān)聯(lián)度小于0.5的紫薇品種，可以和觀賞價(jià)值高的紫薇進(jìn)行雜交育種，改善不良性狀。120個(gè)紫薇品種灰關(guān)聯(lián)度的建立，形成了紫薇的觀賞價(jià)值體系，涵蓋全國大部分紫薇品種，能系統(tǒng)地為紫薇選種育種、景觀應(yīng)用等提供理論依據(jù)和科學(xué)指導(dǎo)。

表8 紫薇各品種與理想品種的灰色關(guān)聯(lián)度及排序