广州市大腹异木棉和美丽异木棉花色多样性研究

金海湘 黄颂谊 龚雪 黄桂莲 邓建忠 罗怡柳

摘要：应用颜色科学研究大腹异木棉（Ceiba speciosa）和美丽异木棉（C. insignis）花色多样性，以期为花色分类方法提供新思路，并为2种异木棉新优花色品种培育提供素材。研究先利用RHSCC进行花色标定，再采用多种颜色系统（孟赛尔颜色系统和ISCC-NBS色名表示法）进行分级赋值以便进行运算，最后采用系统聚类的方法进行花色分类。通过聚类分析将大腹异木棉的花色分为4个色系（紫粉色、紫红色、淡紫粉色、黄白色），将美丽异木棉花色分为3个色系（紫粉色、红紫色、紫红色）。采用的花色分类方法能够成功地将美丽异木棉和大腹异木棉进行花色分类。

关键词：美丽异木棉；大腹异木棉；花色；花色分类；聚类分析；英国皇家园林学会比色卡

中图分类号：S685文献标志码：A论文编号：cjas2020-0202

Flower Color Diversity of Ceiba speciosa and C. insignis in Guangzhou

Jin Haixiang， Huang Songyi， Gong Xue， Huang Guilian， Deng Jianzhong， Luo Yiliu

（Guangzhou Landscaping Company， Guangzhou 510440， Guangdong， China）

Abstract： Color science is used to study the flower color diversity of Ceiba speciosa and C. insignis， aiming to provide references for flower color classification methods and materials for the cultivation of new excellent varieties. First， the Royal Horticultural Society Colour Chart （RHSCC） was used to calibrate the flower color. Secondly， multiple color systems （Munsell color system and ISCC-NBS Method of designating colors） were adopted for grading and valuation. Finally， the system clustering method was used for color classification. The results show that the color of C. insignis is divided into 4 groups （purple pink， purple red， light purple pink， yellow white）， and the color of C. speciosa is divided into 3 groups （purplish pink， reddish purple， purplish red）. The color classification method in this study can successfully classify the colors of C. speciosa and C. insignis.

Keywords： Ceiba speciosa； Ceiba insignis； Flower Color； Classification of Design and Color； Cluster Analysis； RHSCC

0引言

吉贝属又名异木棉属隶属于木棉科，共有17个种，原产地为中南美洲和非洲西部[1]。该属物种因观赏价值较高被广泛引种栽培于世界各地热带、亚热带地区。中国于20世纪60—70年代引入异木棉，逐步在广东、海南、福建等地推广栽培。目前广州市城市园林绿化中被广泛应用的2种异木棉为美丽异木棉（Ceiba. speciosa）和大腹异木棉（C. insignis），且两者存在种间杂种[2]，物种间多个性状（叶、茎干颜色、花等）极为相似。

花色是决定花观赏价值的重要因素之一，在很大程度上决定着花的品质特性[3]，也是观赏植物重要的表型性状，亦是品种培育的重要分类依据[4]。美丽异木棉、大腹异木棉的花瓣颜色均分为先端和基部2个部分，基部所占面积较小，先端所占面积较大，新鲜花瓣的基部颜色为黄色，而花瓣先端花色丰富、差异性较大[1，5]。

在花色的描述上，英国皇家园林学会比色卡（Royal Horticultural Society Color Chart，RHSCC）是国内外常用记录色彩基本特征最准确有效的工具，也是《植物新品种特异性、一致性和稳定性测试指南总则》（GB/T 19557.1—2004）规定的记录目测性状颜色数据采用的普遍方法[6]。国内花色研究常采用国画中白色、浅红色、红色、紫红色等描述方法[5]。但以上方法记录数据为描述性数据，无法进行运算。另一种测量方法是采用分光色差仪测量花色的L*、a*、b*值，记录数据虽然可以进行运算，但在使用中存在表达不够直观和无法明确区分浅色色系的局限性[7]。

RHSCC中颜色的命名是根据国际照明委员會（Commission Internationalede L’ Eclairage（法）， CIE）的色度图坐标系（CIE co-ordinates）和孟赛尔颜色系统（Munsell Colour System）客观确定的[8]。孟赛尔颜色系统按照样品的明度、色调和彩度三维坐标对大量的颜色样品进行排序，使得颜色样品在这个三维坐标方向上具有视觉等间距的等级[9]。ISCC-NBS色名表示法（Inter- Society Color Council- National Bureau of Standards）是由美国国内色彩研究学会（Inter-Society Color Council）根据孟赛尔颜色系统提出的色名表示法，由美国国家标准局（National Bureau of Standards）整理而成[10]，且已运用到了花色研究中[11-13]。多项研究论证了CIE颜色系统、RHSCC、孟赛尔颜色系统和ISCC-NBS之间紧密关系和转换方法，CIE颜色系统、RHSCC、孟赛尔颜色系统对颜色的描述在ISCC-NBS中均能找到对应的色名或区域[7-8，14-17]。

基于RHSCC、孟赛尔颜色系统和ISCC-NBS色名表示法之间存在的紧密联系，笔者利用RHSCC对广州市绿地中2种异木棉及其种间杂合体的花先端颜色进行标色，结合ISCC-NBS色名表示法进行分类，并采用孟赛尔颜色系统进行赋值，以期准确直观地表达植物颜色的同时解决RHSCC标色法无法运算的问题，完成花色分类。

1材料与方法

1.1植物材料

样品为广州市公共绿地中栽培个体，是树龄5年以上、正常开花的健壮植株，花色标定样本量共175个。175个样本中共鉴定种质68个样本，其中美丽异木棉样本16个、大腹异木棉样本46个，两者杂合体6个。

175个样本的花色概况调查数据用于颜色分级，62个纯种样本（表1）数据用于美丽异木棉和大腹异木棉花色聚类分析。

1.2花色测定和分级方法

1.2.1花色标定方法采用2015年版本的RHSCC进行颜色测定。2019年7—12月对2种异木棉及其种间杂合体不区分种类进行花色初步测量，每株个体采集开放时间在3天以内的新鲜花3朵进行花色测定，选择最一致的色号进行记录。

1.2.2花色分级与赋值方法首先将RHSCC标定的花色色号转化为对应ISCC-NBS色名表示系统中第3等级颜色描述方法中对应色名[7]，然后按照ISCC-NBS的色名进行初步分类，用孟赛尔颜色系统中色相、明度、饱和度表示值范围为对应色名赋值，并进行分级以便聚类分析。

色相分级方法。上述收集到的花色中涉及的色相按照孟赛尔颜色色相环顺序等分色相角，确定色相级数以此表示不同花色间色相的区别与距离。

明度和饱和度分级方法。因不同色名在孟赛尔颜色系统中不是一个特定值而是用范围表示[18]，因此，将上述花色名对应明度和饱和度区间范围的中位数作为等级数。

1.3种质鉴定

采集健康正常叶片2片/株，采用CTAB法[19]提取样品的DNA，然后利用nrITS测序并与GenBank的数据库中本属物种的nrITS序列进行比较鉴定种质。共测得美丽异木棉样本16个、大腹异木棉样本46个（表1）。

1.4数据分析

用Excel软件对实验数据进行初步整理。采用SPSS 20.00软件进行花色聚类分析，采用系统聚类法欧式距离平方得出聚类树。

2结果与分析

2.1 2种异木棉及其杂合体花色初步测定

广州市2种异木棉及其种间杂合体样本共175个，花瓣先端花色对应RHSCC的色彩分布集中在红-紫（Red-purple Group）和白（White Group）2个色系，以红-紫色系为主，白色系出现频率极低，占比分别为94.88%和5.12%。红-紫色系中以深紫粉色和艳紫红色最多，分别为31.25%和23.30%（图1）。

花色可细分为淡紫粉色（Pale Purplish Pink）、浅紫粉色（Light Purplish Pink）、中紫粉色（Moderate Purplish Pink）、强紫粉色（Strong Purplish Pink）、艳紫粉色（Vivid Purplish Pink）、深紫粉色（Deep Purplish Pink）、艳紫红色（Vivid Purplish Red）、强紫红色（Strong Purplish Red）、深紫红色（Deep Purplish Red）、浅红紫色（Light Reddish Purple）、艳红紫色（Vivid Reddish Purple）、强红紫色（Strong Reddish Purple）、粉白色（Pinkish White）、黄白色（Yellowish White），共14个色度39个色号（表 2）。

2.2花色指标分级与赋值

经过初步RHSCC颜色测定可知，收集到的花色中涉及的色相为5Y（黄色）至10RP（紫红色），按照顺序等分色相角，在色相环中可分为7级，5Y-10YR=1、 10YR-5YR=2、5YR-10R=3、10R-5R=4、5R-10RP=5、10RP-5RP=6、5RP-10P=7。详细的花色分级和赋值情况见表3，鉴定出的大腹异木棉和美丽异木棉的花色情况见表3。

2.3美丽异木棉和大腹异木棉花色聚类分析

对16个美丽异木棉样本进行系统聚类，将美丽异木棉分颜色分为3类，如图2～3所示。第一类颜色为紫粉色（A），占比31.25%，包含Deep Purplish Pink、Strong Purplish Pink、Moderate Purplish Pink、Light Reddish Purple；第二类为红紫色（B），占比50.00%，包含Strong Reddish Purple、Vivid Reddish Purple；第三类为紫红色（C），占比18.75%，包含Strong Purplish Red、Vivid Purplish Red。第一類颜色为粉色和明度较高的粉紫色，该组明度最高；第二类为2种红紫色，色相较另外2组色相更偏紫；第三类为2种紫红色，其饱和度较第一类颜色更高，色相较第二类偏红。

对46个大腹异木棉样本进行系统聚类，将大腹异木棉颜色分为4类，如图4～5所示。第一类为紫粉色（A），占比39.13%，包含Deep Purplish Pink、Strong Purplish Pink、Moderate Purplish Pink 3种粉色；第二类为紫红色（B），占比43.48%，包含Strong Purplish Red、Vivid Purplish Red 2种颜色；第三类为淡紫粉色（C），占比4.35%，包含2种颜色显著较淡的粉色（Pale Purplish Pink、Light Purplish Pink）；第四类为黄白色（D），占比13.04%。第一类至第三类为彩色系，而第四类为明度最高、饱和度极低的白色。第一类和第三类都为粉色，较第二类饱和度低，且第二类颜色色相更偏红。第三类颜色的粉色饱和度最低，明度较高。

3结论

美丽异木棉与大腹异木棉因绚丽的花色受到越来越多的喜爱，逐步成为广州城市绿地中重要的观赏乔木。研究发现，利用RHSCC对花色进行标定，并采用ISCC-NBS色名表示法对花色进行简化，再利用孟赛尔颜色表示系统的特点进行赋值分级并聚类，可以有效地将2种异木棉的花色进行分类。其中美丽异木棉花色被分为3类，大腹异木棉花色被分为4类。研究结果为观赏植物花色的测量数量化及分类提供了新的思路，同时为美丽异木棉和大腹异木棉的品种鉴定和分类、花色形成、新异花色培育等研究工作提供了有力工具。

4讨论

4.1植物花色分类方法

花色是植物分类的重要依据之一，由于颜色的复杂性、分类标准的不同、视觉差异等，花色的判定较为困难[20]，目前较为客观的方法有比色卡比色和仪器测色[21]。以往对花色的研究多利用L*、a*、b*值进行聚类分析，但也发现了无法完全表征的植物花色分布點，如不能将白色和部分浅色系进行区分或色相差异大的浅色系之间无法区分的问题[7，22- 25]。如李崇辉[24]使用RHSCC结合聚类分析和判别分析的方法进行了数量分类研究将牡丹栽培品种花色划分为8类，但没能很好地区分颜色饱和度偏低的色系。吴芳芳等[4]利用Lab色差仪测色法结合L*、a*、b*值进行聚类，将荷花花色分为6类，但亦存在上述问题，如黄色花色品种被分散在白色系品种中。白新祥[25]对281个菊花栽培品种的花色表型进行数量分类，得到黄色、橙色、白色、粉色、紫色、红色和复色7个色系，其中，绿色品种没有被单独聚为一类，而分散在黄色或者白色组中，灰色系也分散在白色组中。另一方面，在生产和科学研究中使用仪器测色直接得到L*、a*、b*数据值，不能直接通过数值对花色命名，无法形成花色的感性认知[12]。

本研究中使用的RHSCC测定结合ISCC-NBS颜色表示方法和孟赛尔颜色系统赋值并聚类的方法不存在此类问题，可有效地将白色系和浅色系分离出来，如大腹异木棉中黄白色系（聚类中第四类颜色）、淡紫粉色系（聚类中第三类颜色）。但该方法也存在操作繁琐、费时费力的不足之处，在今后的研究中或可通过算法编程开发与RHSCC和ISCC-NBS色明表示法相关联的专业软件进行运算或查询来解决这一问题。

4.2美丽异木棉与大腹异木棉花色特点

在颜色调研过程中发现，美丽异木棉、大腹异木棉及其种间杂合体在色相上明显可以分为紫红色系和白色系2个类群。通过聚类发现，美丽异木棉花色有紫粉色、红紫色和紫红色3个色系，大腹异木棉花色有紫粉色、紫红色、淡紫粉色、黄白色4个色系。从中可以看出，大腹异木棉较美丽异木棉多出一个黄白色系的花色，且存在一个明度较高、颜色饱和度极低的淡色色系淡紫粉色；而美丽异木棉中的红紫色系是较大腹异木棉所有花色的色相中更偏紫的色系。两者间均存在紫粉色系和紫红色系的花。通过研究明确了两者花色表型上的异同，但深层次的、与花色表型相关的花青素等相关成色机理有待进一步研究。

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