菊花新品種DUS 測試指南測試性狀的選擇

徐 旭 蘇江碩 鄧 波 張 飛 陳素梅 房偉民 陳發(fā)棣 管志勇

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院/南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部景觀設(shè)計(jì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210095）

植物新品種特異性（Distinctness）、一致性（Uniformity）和穩(wěn)定性（Stability）測試（以下簡稱DUS 測試）是新品種保護(hù)的技術(shù)基礎(chǔ)和授權(quán)的科學(xué)依據(jù)[1]。建立以DUS 測試技術(shù)為基礎(chǔ)的植物新品種保護(hù)體系對(duì)保護(hù)育種者權(quán)益、促進(jìn)植物品種創(chuàng)新具有重要意義。我國目前已經(jīng)制定并完成了50 多種、規(guī)劃研制了100 多種植物測試指南[2]。

菊花（Chrysanthemum morifoliumRamat.）有悠久的栽培歷史，具有很高的觀賞、食用、藥用等商業(yè)價(jià)值[3]。各科研院所及高校在菊花品種選育上保持較高的活躍度，不斷推出新品種，2012 年由云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所主持發(fā)布的NY/T 2228—2012《植物新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測試指南 菊花》（以下簡稱2012 年版測試指南）在菊花品種的測試中發(fā)揮了不可或缺的作用。

測試性狀的篩選是DUS 測試指南研制的核心，國際植物新品種保護(hù)聯(lián)盟（UPOV）相關(guān)文件中指明性狀是指可遺傳表達(dá)的能準(zhǔn)確區(qū)別、識(shí)別和描述的植物的特性和特征。測試性狀表達(dá)類型分為數(shù)量性狀、質(zhì)量性狀與假質(zhì)量性狀[4]。2012 年版菊花測試指南頒布使用已近10 年，品種申報(bào)單位及新品種測試中心均在使用指南過程中對(duì)測試性狀的適用性、易用性有了深切的感受，在使用中不斷優(yōu)化測試性狀可以使得指南更具有科學(xué)性，而測試性狀的優(yōu)化是在對(duì)品種資源表型多樣性長期觀察基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有測試性狀進(jìn)行補(bǔ)充與刪減實(shí)現(xiàn)的。

一方面將具有遺傳穩(wěn)定性、特異性明顯且容易測試的性狀納入指南，或者將表達(dá)狀態(tài)覆蓋完全。如NY/T 2526—2013《植物新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測試指南 丹參》測試指南中就補(bǔ)充了“株高、分枝數(shù)、花序”等重要特征。天麻測試指南研制中，根據(jù)實(shí)際表現(xiàn)，花莖顏色除了“淺綠、橙紅、深褐”3 種表達(dá)狀態(tài)，還應(yīng)補(bǔ)充“淡黃、藍(lán)綠”等表達(dá)狀態(tài)[5]。谷子測試指南中幼苗的苗期葉鞘顏色僅包括“綠色、紫色”2 種表達(dá)狀態(tài)，提出“黃色葉鞘”（谷子不育系多為此類型）未列入測試指南的缺陷。此外，谷子葉鞘花青甙顯色強(qiáng)度符合測試性狀的要求，卻未列入測試指南，應(yīng)該補(bǔ)充[6]。在箭筈豌豆新品種DUS 測試指南研制中，研制者提出在UPOV 的指南性狀的基礎(chǔ)上增加8 個(gè)具有特異性的性狀[7]。水稻DUS 測試指南研制中對(duì)性狀“倒二葉”的界定是：葉片綠色程度的表達(dá)狀態(tài)為極淺到極深，但研究發(fā)現(xiàn)有些水稻品種的倒二葉的顏色為淺紫色或紫色[8]，應(yīng)該覆蓋完全。

另一方面，測試性狀也并非越多越好，當(dāng)前已頒布的指南也存在一些穩(wěn)定性較差且不容易進(jìn)行測試的性狀。如辣椒測試指南中，關(guān)于“花梗姿態(tài)”這一性狀，表達(dá)狀態(tài)為“直立、水平、下彎”，大多數(shù)情況下，花梗從植株基部起逐漸向上彎曲，很難判斷出準(zhǔn)確的表達(dá)狀態(tài)[9]。無髯鳶尾的測試性狀篩選中，研制者通過R 型聚類，刪去對(duì)品種區(qū)分貢獻(xiàn)度較小的“雌蕊長、葉長”2 個(gè)性狀[10]；六出花屬測試指南研制中棄用了不同測試方式中變異系數(shù)大的“花序梗長度”性狀[11]。

再者，存在性狀劃分不合理或性狀的表達(dá)狀態(tài)表述不合理的情況。如我國蝴蝶蘭DUS 測試指南將UPOV 指南的“萼片：形狀”1 個(gè)性狀細(xì)分為“中萼片：形狀”和“側(cè)萼片：形狀”2 個(gè)性狀[12]。草莓DUS 測試指南修訂中將原指南的“中心小葉”改為“頂生小葉”，“葉平整度”改為“葉泡狀程度”，“葉緣缺刻”改為“鋸齒”，“果實(shí)空心”改為“果實(shí)空腔”[13]，使得表述上更符合實(shí)際情況。

本研究通過連續(xù)2 年觀測分析210 個(gè)形態(tài)多樣的菊花商業(yè)品種，探究2012 年版DUS 測試指南在性狀篩選和確定方面是否也存在上述問題，旨在篩選出遺傳穩(wěn)定、易測、特異性差別明顯的性狀，優(yōu)化調(diào)整相關(guān)性狀，以提高測試指南實(shí)用性。

1 材料與方法

1.1 材料試驗(yàn)材料種植于南京農(nóng)業(yè)大學(xué)中國菊花種質(zhì)資源保存中心，于2019 年、2020 年連續(xù)2 年觀測品種共210 個(gè)，其中，切花大菊70 個(gè)品種，切花小菊110 個(gè)品種，傳統(tǒng)菊30 個(gè)品種。所有試驗(yàn)材料均定植于溫室大棚中，定植時(shí)間為7 月下旬，參照DB11/T 845—2011《切花菊設(shè)施生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行管理。

1.2 調(diào)查方法采用群體測量（MG）、個(gè)體測量（MS）、群體目測（VG）、個(gè)體目測（VS）等方法觀測性狀77 個(gè)，包含2012 年版測試指南全部性狀68 個(gè)，以及在本次觀察群體中發(fā)現(xiàn)的多樣性性狀或表達(dá)狀態(tài)9 個(gè)，其中花部性狀或表達(dá)狀態(tài)4 個(gè)：“頭狀花序舌狀小花類型、管狀小花密集程度（僅適用于托桂型品種）、舌狀小花排列規(guī)律、管狀小花長度（僅適用于托桂型品種）”；葉部的性狀或表達(dá)狀態(tài)5 個(gè)：“葉片拱曲程度、葉裂片數(shù)量、葉片邊緣缺刻形狀、葉柄長度、葉片頂生裂片長度”。選擇具有代表性的表達(dá)狀態(tài)拍照記錄，并記錄對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)品種。

2 結(jié)果與分析

2.1 質(zhì)量性狀與假質(zhì)量性狀及表達(dá)狀態(tài)的建議通過對(duì)210 個(gè)菊花品種2 個(gè)全生育期的性狀觀測，發(fā)現(xiàn)2012 年版測試指南未涉及頭狀花序舌狀小花常見的表達(dá)狀態(tài)：貫珠型和龍爪型（圖1），建議增加此性狀的表達(dá)狀態(tài)，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)品種為泉鄉(xiāng)明星、金龍爪。

圖1 增加頭狀花序舌狀小花表達(dá)狀態(tài)：貫珠型和龍爪型

2012 年版測試指南未涉及托桂花型品種中常見的“管狀花密集程度”的多樣性性狀，本研究發(fā)現(xiàn)210 個(gè)品種包含40 個(gè)托桂花型品種，其中管狀小花“密集”品種31 個(gè)、管狀小花“稀疏”品種8 個(gè)、管狀小花“極稀”品種1 個(gè)（表1），該性狀有“密集、稀疏、極稀”3 種表達(dá)狀態(tài)（圖2a），對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)品種為南農(nóng)紫金輪、憩風(fēng)車、Belicia。

表1 花部性狀的表達(dá)狀態(tài)占觀察品種總數(shù)的頻次

圖2 增加花部質(zhì)量性狀

對(duì)于重瓣性較高品種存在的“舌狀小花排列規(guī)律”多樣性性狀，2012 年版測試指南也未提及，此性狀在傳統(tǒng)菊花中顯著表達(dá)，在觀測的30 個(gè)傳統(tǒng)菊花品種中，舌狀小花“逆時(shí)針”排列品種5 個(gè)，“無”排列品種20 個(gè)，“順時(shí)針”排列品種5 個(gè)（表1），表達(dá)狀態(tài)為“逆時(shí)針、無、順時(shí)針”3 類（圖2b），對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)品種為洹水黑旋風(fēng)、禾城春雷、紫宸殿。

2012 年版測試指南未涉及“葉片拱曲程度”性狀的多樣性，在對(duì)210 個(gè)品種葉片的觀察中發(fā)現(xiàn)表現(xiàn)為“平”的有129 個(gè)品種，“拱曲”的有81 個(gè)品種（表2），表達(dá)狀態(tài)為“平、拱曲”2 類（圖3a），對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)品種為Pimento、橙松月。

表2 葉部性狀的表達(dá)狀態(tài)占觀察品種總數(shù)的頻次

圖3 增加葉部質(zhì)量性狀

2012 年版測試指南未提及“葉裂片數(shù)量”的多樣性，210 個(gè)品種中葉片“5 裂”的有182 個(gè)，“7 裂”的有28 個(gè)（表2），表達(dá)狀態(tài)分為“5 裂、7 裂”2 類（圖3b），對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)品種為南農(nóng)金乒乓、Isis 韓。

“葉片邊緣缺刻形狀”性狀在2012 年版測試指南中也未涉及，本研究發(fā)現(xiàn)210 個(gè)品種在該性狀上的分布是：葉片邊緣缺刻“銳尖”的有57 個(gè)品種，“尖”的有116個(gè)品種，“圓鈍”的有37個(gè)品種（表2），建議增加此性狀，表達(dá)狀態(tài)分為“銳尖、尖、圓鈍”3類（圖3c），對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)品種為燕山秋韻、Tigerrag、南農(nóng)金乒乓。

2012 年版測試指南“舌狀小花管部截面”性狀給出的表達(dá)狀態(tài)為“圓形、扁圓、平、三角形”，然而在Quinty 和Isis 韓2 個(gè)品種舌狀小花管部的不同位置進(jìn)行橫截發(fā)現(xiàn)了心形與梯形不同的形狀（圖4），由此可見該性狀給出的表達(dá)狀態(tài)不穩(wěn)定。并且該性狀要借助體視顯微鏡才能看清確定，不易觀測。因此，建議刪減此性狀。

圖4 舌狀小花管部截面的不同形狀

2.2 增加數(shù)量性狀的建議2012 年版測試指南未涉及“管狀小花長度（僅適用于托桂型品種）”性狀，通過本研究發(fā)現(xiàn)210 個(gè)品種性狀分布情況：管狀小花“短”的有71 個(gè)品種，“中”的有64 個(gè)品種，“長”的有75 個(gè)品種（表3），建議增加此性狀，并將其表達(dá)狀態(tài)分為“短、中、長”3 類（圖5）。

表3 數(shù)量性狀表達(dá)狀態(tài)品種占觀察品種總數(shù)的頻次

圖5 增加花部數(shù)量性狀

2012 年版測試指南未涉及葉柄長度，觀察發(fā)現(xiàn)210 個(gè)品種中葉柄“短”的有67 個(gè)品種，“中”的有74 個(gè)品種，“長”的有69 個(gè)品種（表3），可將其表達(dá)狀態(tài)分為“短、中、長”3 類（圖6a）。

圖6 增加葉部數(shù)量性狀

葉片頂生裂片長度在2012 年版測試指南也未涉及。本研究發(fā)現(xiàn)210 個(gè)品種中葉片頂生裂片“短”的有65 個(gè)品種，“中”的有86 個(gè)品種，“長”的有59個(gè)品種（表3），可將其表達(dá)狀態(tài)分為“短、中、長”3類（圖6b）。上述3 個(gè)數(shù)量性狀穩(wěn)定、易測，且均具有遺傳穩(wěn)定性，因此，建議增加。

2.3 測試性狀的適用范圍調(diào)整2012 年版測試指南將舌狀小花數(shù)量的適用范圍局限于單瓣和半重瓣品種，本研究發(fā)現(xiàn)重瓣花品種舌狀小花數(shù)量最少有17 瓣，最多可至526 瓣，平均值為181 瓣，變異系數(shù)高達(dá)77.702%。重瓣類型也可以通過花瓣計(jì)數(shù)來設(shè)定更多的級(jí)別，如單瓣、半重瓣、重瓣、極多重瓣，并為每個(gè)級(jí)別設(shè)定大致的花瓣輪數(shù)，建議將其調(diào)整為適用于所有品種。

此外，應(yīng)明確“舌狀小花：花冠筒長度”性狀的限制范圍，用以提高觀測的針對(duì)性，應(yīng)將其調(diào)整為：“舌狀小花：花冠筒長度（僅適用于平瓣和匙瓣品種）”。因?yàn)楫?dāng)舌狀花完全圍合成為管瓣的時(shí)候，涉及品種的花冠筒長度就是舌狀花的長度，此時(shí)觀測該性狀并不發(fā)揮額外的區(qū)別作用（圖7）。

圖7 舌狀小花出現(xiàn)的平瓣、匙瓣、管瓣3 種類型

3 結(jié)論與討論

隨著菊花育種活躍度的增加和申請品種保護(hù)數(shù)量的激增，根據(jù)測試指南中暴露出的一些問題，對(duì)沿用時(shí)間過久的測試指南進(jìn)行修訂正是指南不斷完善的機(jī)會(huì)。測試性狀的選擇是DUS 測試指南制定的核心，也是提高測試指南實(shí)用性的關(guān)鍵[14]。2007年版的玉米DUS 測試指南相對(duì)之前的版本，剔除了25 個(gè)測試性狀，新增6 個(gè)測試性狀[15]；闞畫春等[16]建議對(duì)2012 年版棉花DUS 測試指南增加3 個(gè)性狀、修改3 個(gè)性狀術(shù)語的表達(dá)；張龍等[17]對(duì)192 份柱花草種質(zhì)進(jìn)行測試，在原指南基礎(chǔ)上補(bǔ)充了6 個(gè)性狀、剔除2 個(gè)性狀。

用質(zhì)量性狀區(qū)分品種效率高、易觀測。因此，指南的修訂往往關(guān)注質(zhì)量性狀的補(bǔ)充和調(diào)整。辣椒測試指南修訂中增加了7 個(gè)測試性狀，其中有4 個(gè)質(zhì)量性狀[18]。黃瓜測試指南的修訂中增加19 個(gè)測試性狀，其中有11 個(gè)是質(zhì)量性狀[19]。相比UPOV 茄子測試指南，我國的茄子測試指南增加了9 個(gè)性狀，其中有6 個(gè)質(zhì)量性狀[20]。非洲鳳仙測試指南的研制在UPOV 指南的基礎(chǔ)上增加了9 個(gè)測試性狀，其中有7 個(gè)質(zhì)量性狀[21]。蝴蝶蘭測試指南性狀的選擇比UPOV 指南多了11 個(gè)性狀，其中有9 個(gè)質(zhì)量性狀[12]。本研究提出的6 個(gè)質(zhì)量性狀或假質(zhì)量性狀易辨識(shí)且均有遺傳穩(wěn)定性，增加了區(qū)分品種特異性的依據(jù)。

有些品種的差別在于數(shù)量性狀，少數(shù)指南對(duì)數(shù)量性狀進(jìn)行了修訂。劉蕊等[22]為椰子測試指南篩選出19 個(gè)數(shù)量性狀。程蓓蓓等[4]通過對(duì)中國現(xiàn)有澳洲金合歡亞屬植物11 個(gè)品種進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，篩選出4 個(gè)用于該屬新品種測試的數(shù)量性狀。我國研制的工業(yè)大麻測試指南31 個(gè)測試性狀中數(shù)量性狀就占了28 個(gè)，比UPOV 指南多4 個(gè)[23]。通過試驗(yàn)觀察建議增加3 個(gè)易測記的數(shù)量性狀，并且目前就可實(shí)現(xiàn)品種區(qū)分，分別是“托桂型品種管狀小花長度、葉柄長度、葉片頂生裂片長度”，在區(qū)別相似品種時(shí)使用頻繁且有效。

測試性狀的取舍主要在于能否區(qū)別形態(tài)特異性，這點(diǎn)在不同作物上的體現(xiàn)不盡相同。在研制百合DUS 測試指南的時(shí)候以中國品種的實(shí)際狀況進(jìn)行抉擇，百合的“葉形、花蕾形狀、花型、斑點(diǎn)顏色、花香”等與觀賞性狀更相關(guān)的形態(tài)特征被沿用，未采用“葉序、葉末梢彎曲、葉片橫切面”等育種家不太關(guān)注的性狀[24]。在UPOV 紫薇測試指南的基礎(chǔ)上，我國的紫薇DUS 測試性狀也增添了14 個(gè)合乎于中國紫薇觀賞分類原則的性狀，例如“小枝、花萼、花蕾、瓣爪、雄蕊”等[25]。而菊花測試指南中測試性狀的建議，研究者更多的是發(fā)現(xiàn)其能更有效區(qū)分品種的性狀。

菊花種質(zhì)創(chuàng)新工作一直圍繞花部進(jìn)行，測試性狀的側(cè)重點(diǎn)在花部，2012 年版菊花DUS 測試指南在UPOV 指南基礎(chǔ)上增加了3 個(gè)性狀，其中花部2個(gè)，葉部1 個(gè)；刪減了23 個(gè)性狀，其中花部18 個(gè)，葉部4 個(gè)，其他相關(guān)性狀1 個(gè)；調(diào)整8 個(gè)性狀，其中花部7 個(gè)，葉部1 個(gè)。本研究通過連續(xù)2 個(gè)完整生育期觀測記錄210 個(gè)菊花商業(yè)品種的形態(tài)性狀，又在2012 年版測試指南的基礎(chǔ)之上，增加了9 個(gè)遺傳穩(wěn)定、易測且特異性差別明顯的性狀，其中花部性狀4 個(gè)，刪減1 個(gè)穩(wěn)定性差、不易測的選測性狀，并優(yōu)化2 個(gè)花部性狀的描述表達(dá)（表4）。隨著我國菊花育種活躍度的不斷提升，菊花品種的形態(tài)多樣性會(huì)不斷出現(xiàn)，菊花測試指南測試性狀應(yīng)及時(shí)根據(jù)新品種的出現(xiàn)做出相應(yīng)完善，以更好適應(yīng)區(qū)分品種的需要。

表4 菊花DUS 測試指南性狀修訂