植物花色鑒定及新方法

李春楠，傅巧娟，沈國正，孫瑤

(杭州市農業科學研究院,浙江 杭州 310024)

花色是植物的重要觀賞性狀之一，花色創新歷來是花卉育種的主要目標。在表型性狀考察中，真實、準確地描述花色性狀，對于植物分類、種質鑒定、育種后代篩選、分子標記開發、花色基因工程等研究具有重要的意義。評價植物花色的方法主要有目視測色、儀器測色和化學測色等。本文在介紹當前花色鑒定的一般方法及其優缺點的基礎上，提出一種基于計算機圖像處理的分辨花色深淺的方法[1]，旨在為花色測定方法作一補充，使其描述方式更加豐富、準確、量化。

1 花色鑒定一般方法

1.1 目視測色

目視測色通過人的肉眼觀察花部色彩來辨別顏色種類和深淺程度，是最簡便、快捷的花色鑒別方式。對于不同色系可直接進行分門別類，對于同色系花色可根據深淺程度劃分為若干等級，再一一歸屬相應的色彩級別。目視測色簡單易行，不少研究采用該方法來鑒定花色[2-8]。過聰等[9]通過目測現代月季(Rosaspp.)花色并分類編碼來描述60個品種的花色表型；羅會英等[10]在研究30個辣木(Morangaoleifera)優良單株家系的花表型性狀差異時，采用目視測色法分辨花冠顏色；李芳等[11]測定西南紅山茶(Camelliapitardii)的表型性狀，通過目測，用中國傳統色彩表示法標注花顏色，并對所測得的花瓣顏色進行賦值[12]。

比色卡比對法是目前應用較為普遍的目視測色方法，一般采用英國皇家園藝學會標準比色卡(royal horticultural society color chart, RHSCC)。觀察者通過視覺將樣品花色與標準色卡對比，將待測樣品“對號入座”，記錄色卡上對應的色彩編碼，常設計多個重復，最終選取出現頻率最高的結果。徐怡倩等[13]在研究小蒼蘭(Freesiahybrida)花色苷組分時，采用RHSCC對6個小蒼蘭園藝品種進行花色描述；吳際洋等[14]利用RHSCC測定紫薇雜交后代(Lagerstroemiaspeciosa×L.indica)單色與復色花的主色、副色；林蘭[15]在研究蝴蝶蘭(PhalaenopsisDtps)超群火鳥雜交后代的生物學特性時，采用RHSCC比對子代的花瓣主色，并與父本和母本進行比較。目前，色卡比對法在花色表型測定中的應用較為普遍。

1.2 儀器測色

利用儀器采集花色信息，用色度參數對花色進行數字化描述。測色儀器主要有掃描儀、色差儀、便攜式光譜儀等[16]。其中，色差儀是較為常用的測色儀器，一般采用國際照明委員會(international commission on illumination, CIE)制定的CIELAB標準色空間，通過測量色度參數將色彩按三維數據(明度、飽和度和色調角)進行數字化描述。在CIEL*a*b*體系中，L*值為色彩的明度，L*值增大表示顏色由暗到亮；色相a*值表示花色的紅綠程度，a*值由負到正代表綠色減弱、紅色增強；色相b*值表示花色的黃藍程度，b*值由負到正代表藍色減弱、黃色增強；C*值為色彩飽和度，計算公式為C*=(a*+b*)1/2；色調角h的計算公式為h=arctan(b*/a*)，h表示顏色在紅、橙、黃、綠、青、藍、紫中的變化程度，0°附近區域為紅色，朝逆時針方向90°附近代表橙色，180°和270°附近分別為綠色和藍色，而后又回到360°(0°)紅色區域[17-18]。

利用色差儀測定植物花色已在多種花卉品種中廣泛應用。韓江南[19]采集牡丹(Paeoniasuffruticosa)花朵新鮮花瓣，用色差儀按CIE表色系統測定花色，對94個中原牡丹品種開展聚類分析；Rasouli等[20]將色差儀用于4個突厥薔薇(Rosadamascena)地方品種的花色鑒定；Guo等[21]利用色差儀測定不同發育時期芍藥(Paeonialactiflora)花瓣的L*、a*、b*、C*和h值，反映其從珊瑚色、粉色到淡黃色的色彩變化過程；李辛雷等[22]用分光色差儀測定山茶(Camelliajaponica)新鮮花朵花色，按照CIEL*a*b*表色系法，測定花色的明度L*、色相a*值、色相b*值、彩度C*和色調角h，研究22個山茶品種的花色分布；吳芳芳等[23]在荷花(NelumboSP.)盛花期采集不同品種的花瓣進行花色指標的測定，記錄色度參數，對24個荷花品種花色聚類分析，明確荷花花色表型的分布特點。

值得注意的是，由于目視測色容易受到觀測者主觀因素和外界光源條件的影響，為了提高花色判定的準確性和真實性，很多研究將目視與儀器測色相結合共同對花色進行量化分析。丁言[24]利用目視測色與色差儀精確判定紅花草莓雜交后代(Fragaria×Potentilla)的花瓣顏色，將目視觀察與嚴格的標準比色卡比對，在初步定性和分類后，再通過色差儀測量花瓣的色值參數，對其進行科學的花色量化分析；張藝祎[25]測定四川獨蒜蘭(Pleionelimprichtii)花色，利用RHSCC比對花被片中著色最均勻部分，判斷花色質量，同時使用分光色差儀測定花瓣的色值參數；劉安成等[26]取忍冬(LoniceraLinn.)不同開花階段的新鮮花蕾或花瓣，采用RHSCC進行花色對比，并用分光色差儀測量明度L*值、色相的a*值、b*值。目前，在目視的基礎上結合測色儀器對花色進行精確的判定，在百合(Liliumhybrids)[27]、桂花(Osmanthusfragrans)[28]、菊花(Chrysanthemummorifolium)[29-30]、鳶尾(Irisdichotoma)[31]、矢車菊(Centaureacyanus)[32]、風信子(Hyacinthusorientalis)[33]、建蘭(Cymbidiumensifolium)[34]、金花茶組(Sect.ChrysanthaChang)[35]、芍藥[36]、香雪蘭(Freesiahybrida)[37]等花卉上均有所應用。

1.3 化學測色

花色素的存在及其變化是植物花色表現的化學機制，絕大多數植物累積特定的花色素種類，從而呈現出一定的花色表型，與花色的深淺程度密切相關[38-39]。化學測色即以色素含量間接反映花色深淺。花色苷是其中起決定作用的主要色素[40-42]，可參照WEISS[43]的方法檢測花瓣花色苷含量，用分光光度計分別測定色素提取液在530、657 nm波長下的光密度值(D)，通過公式計算花色苷相對含量:D校=(D530-0.25D657)/g，結果以每克鮮重的花色苷相對含量來表示。許傳俊等[44]利用化學測色法分別測定了不同花色品種蝴蝶蘭(Phalaenopsis)的花色苷含量；徐君等[45]以不同類型的14個荷花(Nelumbonucifera)品種花瓣為材料，進行花色表型測定及花色素成分分析；智雅靜等[46]檢驗4個雜種系共20種不同花色百合(Liliumssp.)品種中色素種類的差異；劉林等[47]將RHSCC、色差儀與色素含量測定三者相結合，用于色季拉山9種報春花屬(Primula)植物的花色分析，驗證了花色素與花色深淺程度之間的相關性。

2 基于計算機圖像處理的分辨植物花色深淺新方法

為了將花色深淺數字化、檢測簡便化、降低成本、易于操作，一種將植物花色深淺與計算機圖文處理相結合的新方法應運而生。該方法無需昂貴的測色儀器、比色卡以及繁瑣的生理指標檢測步驟，只需一臺辦公計算機和掃描儀即可分辨植物花色深淺度，并將其數字化便于數據分析。具體操作步驟為：取盛開花朵的花瓣，避光、保濕；用掃描儀獲取花瓣圖像文件；用計算機圖像分析軟件，如Image J等，對獲取的花瓣圖像進行處理，獲取灰度值進而將顏色深淺數字化；灰度值高的花朵顏色淺，反之顏色深，用數值大小來表示花色深淺。

為了驗證該方法的有效性，研究者分別選取花色由淺到深的孔雀草橙黃色系、一串紅紅色系和矮牽牛粉紅色系材料，將本方法的測定結果與其花色苷相對含量進行相關性分析。顯著性檢驗結果表明，孔雀草、一串紅和矮牽牛的花瓣灰度值與花色苷相對含量之間均達到極顯著負相關，證明本方法所測灰度值與花色深淺極顯著關聯，充分檢驗了本方法的準確性[1]。

3 小結與展望

表型觀測是研究植物生物學性狀和遺傳多樣性最基礎、最直觀的方式，可從整體上了解資源的豐富程度[7]。花色歷來是觀賞植物研究中重點考察的農藝性狀，關系到花卉品質的形成和商業價值的體現，因此，如何準確地描述花色直接影響著獲取表型信息的真實性，進而影響到相關研究結果的準確性。目視測色法簡便易行，但對測定時樣品所處外界環境的一致性要求較高，且易受到操作者主觀因素的影響[48]；儀器測色將色彩信息轉換為色度參數以三維數值的形式輸出，使花色描述更加量化，便于數據分析，然而，前提是具備檢驗精度高、價格昂貴的測色儀器；化學測色以花色形成的化學機制為基礎，但不同色系起決定作用的花色素成分存在差異，且需經過一系列生理檢測過程，相比其他方法在操作便攜性上有所欠缺；基于計算機圖像處理的花色測定新方法，操作簡便，借助常用辦公電腦和掃描儀即可完成，無需購買專用儀器或者進行繁瑣的化學檢測步驟，可對多個樣品同時處理，檢測效率更高，是對現有測色方法的一種補充。然而，該方法較適用于鑒別純色花瓣的深淺度，對于帶有斑點、條紋等組成復雜的花色分析，建議參照HSU等[49]在鑒別大巖桐花瓣顏色和斑點特征時提出的圖像采集方法。幾種常用的測色方法各具特點，相互補充，當前，為了更加準確、全面地體現植物花色信息，很多研究將其中兩者或三者相結合來共同描述花色特征[47,50-54]。因此，研究者應根據實際需要和測定條件選擇適宜的測色方式，以達到高效、準確鑒別花色表型的目標。

隨著信息技術的快速發展，利用光學成像等物理技術獲取植物表型性狀信息，開展表型組學研究，能夠實現大樣本、大群體的精確表型鑒定，比傳統的人工測量方式更加省時、省工、省力，不受外界環境和操作者主觀的影響[55]。在花色鑒別方面，通過將花色深淺度和色彩結構與花瓣化學成分含量高度擬合，建立物種花色信息預測模型，進而搭建表型信息數據庫，可以大大提高育種選擇效率，對于數字化挖掘花色及重要表型信息、構建核心種質資源庫、建立表型與基因型的有效橋梁等研究具有重要的應用價值。