英国皇家园艺学会比色卡颜色特征及其在盆栽香石竹花色测定上的应用

滕彩玲 杨晓洪 邓 超 刘艳芳* 韩瑞玺*

(1.云南省农业科学院 质量标准与检测技术研究所，昆明 650205； 2.农业农村部科技发展中心，北京 100176)

自然界颜色多达600万种，颜色性状是重要的植物品种测试性状，也是重要的经济性状和育种目标，其重要性在观赏作物测试、评价、生产和育种中尤其突出。观赏作物品种特异性、一致性和稳定性测试指南研制过程中，通常根据作物花色分布特征将该作物进行品种分组，品种分组对于近似品种筛选和特异性判定等具有重要意义。颜色性状测试的准确性不仅关系到品种审定、登记、授权、维权和真实性鉴定等品种测试管理，也关系到育种评价和种苗生产储运评价。

色空间常用于颜色描述和测定，包括RGB、CIE LAB和CIE XYZ等色空间。CIE LAB色空间是目前最接近人类视觉的色空间，也是最常用于量化颜色特征的表色系统之一。

L

代表明度，取值范围为0～100；

a

代表红绿度，即从绿色到红色的分量，取值范围为-127～127；

b

代表黄蓝度，即从蓝色到黄色的分量，取值范围为-127～127。

L

、

a

和

b

值通常由色差仪测定获得。其中，

a

和

b

可计算颜色彩度和

b

可计算颜色间距离，即色差。色差与人眼对色彩的辨别能力呈正相关，人眼能辨识察觉到的色差称为色彩视觉阈限。一般认为，3个CIE LAB色差单位是人眼色彩视觉阈限值。色差>3.00时，人眼可识别2种颜色差异；色差<1.50时，色彩差别微小，人眼难辨别。

基于色空间的颜色测定通常需要使用特定仪器设备，测定获得的三维值需要在专业分析后才能实现定量定性。除色空间外，使用比色卡对颜色进行人眼比对匹配，将与待测颜色最接近的比色卡色号作为待测颜色测定值，也是常用的颜色测定方法。英国皇家园艺学会比色卡(RHSCC)常用于植物颜色测定，特别是观赏作物花色测定，于1966年首次出版，是国际植物新品种保护联盟(International union for the protection of new varieties of plants, UPOV)通用的花色测定方法。UPOV将2007版的RHSCC中884个色号分为73个色组，色组划分的目的并不在于品种测试过程中品种分组，主要用于将RHSCC色号值转化为颜色名称。然而，实际操作中，测试员通常将RHSCC色组用于品种分组。作为国际上常用的植物颜色比色卡，RHSCC的颜色特征、色组特征及其在观赏作物上的实际应用未见报道。

香石竹(

Dianthus

caryophyllus

L.)又名康乃馨，是石竹科石竹属多年生草本植物，具有花期长和花色丰富的特点，是世界上最重要的商业观赏花卉作物之一。与切花香石竹相比，盆栽香石竹因其具有耐运输、培育设施简单和多年生等优点，近年来逐步被商家大量推广。盆栽香石竹品种丰富，但其花色特征未见报道。本研究拟以盆栽香石竹的RHSCC测定作为切入点，在RHSCC这884个色号色差仪测定值基础上，对RHSCC颜色特征进行研究，并对RHSCC在150个盆栽香石竹颜色判定和品种分组上的应用进行分析评价，旨在为RHSCC如何正确、科学地应用于颜色判定和颜色分组提供理论依据，同时为盆栽香石竹花色表型描述和品种分组提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验于2016-05和2021-11分别在云南省昆明市盘龙区和云南省昆明市杨林镇进行。试验材料包括：英国皇家园艺学会比色卡884个色号(2007版)和150个盆栽香石竹品种。

1.2 试验方法

1

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2

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1

RHSCC颜色测定

使用色差仪(CM-700 d，KONICA MINOLTA)对RHSCC的884个色号进行测定。将色差仪测量孔对准比色孔上下左右4个位置区域(图1(a))，进行3次重复测定，取平均值作为RHSCC色号色差仪测定值。

1

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2

.

2

盆栽香石竹品种花色测定

在品种盛花期，选择3个植株，取每个植株顶端完全开放的3朵花的每朵花的3片外轮花瓣，使用RHSCC在室内自然光条件下，将花瓣测色部位(图1(a))置入RHSCC比对孔(图1(b))，通过人眼目测比对法，获得花色的RHSCC色号。同一花瓣完成RHSCC测色后，进行色差仪测色。使用校色后的色差仪，在色差仪自带的光源C/2°条件下，将色差仪测量孔贴合对准花瓣测色部位，获得花色的色差仪测定值。

图1 颜色测定位置示例Fig.1 Example of color testing area

1.3 数据分析

使用Origin软件，对RHSCC的884个色号色差仪测定值和150个盆栽香石竹品种花色色差仪测定值进行CIE LAB色空间及

a

b

二维分布作图。

使用Microsoft Excel 2013进行数据处理。利用CIE 1976-LAB色差公式，计算RHSCC两两色号间色差值，获得各色号对应的最小色差值色号；计算150个盆栽香石竹品种花色色差仪测定值与目测获得的RHSCC色号色差仪测定值间色差值。色差公式如下：

式中：Δ为变化量；Δ

E

为色差值；Δ

L

为明度差；Δ

a

为红绿度差；Δ

b

为黄蓝度差。

应用IBM SPSS 22.0软件，采用“最远邻近法”对150个盆栽香石竹品种花色色差仪测定值进行系统聚类分析。

2 结果与分析

2.1 RHSCC颜色特征

2

.

1

.

1

RHSCC色空间分布RHSCC色号色差仪测定值的区间范围为，

L

：19～94，

a

：-48～70，

b

：-44～81；色号的CIE LAB色空间分布近球型，在高明度、红色分量和黄色分量区域分布较密集(图2(a))；色号的等明度

a

b

二维分布近圆形，分布密度随彩度的增大而减小，在I和II象限分布多于III和IV象限(图2(b))。

2

.

1

.

2

RHSCC色差分析

在RHSCC色号色差仪测定值基础上，计算两两色号间色差(表1)。在884个色号中，有664个色号及其最小色差值对应色号处于同一RHSCC色组，220个处于不同RHSCC色组。271个色号两两间最小色差值范围为0.55～2.98，其中29个色号处于不同RHSCC色组；60个色号两两间最小色差值范围为0.55～1.45，其中4个色号处于不同RHSCC色组。当色差<1.50时，色号间色彩差别微小，难以被人眼区分，例如，处于同一RHSCC色组且色差值为0.55的色号120D和121D(图3(a))以及处于不同RHSCC色组且色差值为1.06的色号63D和70D(图3(b))。

2.2 RHSCC在盆栽香石竹花色测定及品种分组上的应用

2

.

2

.

1

RHSCC在盆栽香石竹花色测定上的应用150个盆栽香石竹品种的色差仪测定值范围是：

L

：14.55～88.50；

a

：-12.49～62.02；

b

：-22.33～46.77。将150个品种色差仪测定值与884个RHSCC色号色差仪测定值进行比较，三维分布结果表明，盆栽香石竹花色分布呈V型带状分布，在高低明度两端，黄色分量和红色分量区域分布较多；花色二维分布主要集中在I、II和IV象限，特别是第I和第II象限，在第III象限(蓝色分量和绿色分量区)没有分布(图2(b))。此外，盆栽香石竹花色二维和三维分布均存在游离于RHSCC色号分布区域之外的颜色(图2)，表明RHSCC色号未覆盖盆栽香石竹所有花色，个别花色的RHSCC色号比对正确率低。

图2 RHSCC色号和150个盆栽香石竹品种花色的色空间分布Fig.2 Color space distribution of RHSCC colors and flower colors of 150 potted carnation varieties

表1 RHSCC色号两两间最小色差分析结果
Table 1 Analysis results of minimum color difference of any two RHSCC colors

色差值分布范围Distributionrange of colordifference valueRHSCC色号/RHSCC色号RHSCC colors/RHSCC colors同属一个RHSCC色组1In the sameRHSCC colorgroup分属不同RHSCC色组1In differentRHSCC colorgroup品种花色/RHSCC对应色号3Variety flower color/CorrespondingRHSCC colors0.50～1.506056451.50～3.0021118229203.00～6.0047333513878>6.00140914947合计 Total884664220150

注：同属一个/分属不同RHSCC色组表示色号及其对应的最小色差值色号处于同一/不同的RHSCC颜色分组；品种花色/RHSCC对应色号表示盆栽香石竹品种花色色差仪测定值/花色经目测比对法获得的RHSCC对应色号色差仪测定值。

Note: In the same/different RHSCC color group indicates colors and their corresponding colors with the minimum color difference were in the same/different RHSCC color groups; Variety flower color/corresponding RHSCC colors indicates colorimeter-based measurements of flower colors of potted carnation varieties/colorimeter-based measurements of flower corresponding RHSCC colors which were concluded by visual comparison.

图3 RHSCC两两色块间最小色差的颜色差异示例Fig.3 Examples of paired colors of RHSCC with the minimum color difference

使用色卡目测比对法获得150个盆栽香石竹品种花色RHSCC色号，将基于目测获得的150个色号对应色差仪测定值与品种花色自身色差仪测定值进行比对。两者间色差值范围为0.11～15.64，色差值>6.00的品种共计47个(表1)，即部分盆栽香石竹品种花色难以匹配到准确的RHSCC色号，该结果与上述RHSCC色号未覆盖盆栽香石竹所有花色的结论一致。另一方面，本研究还发现，一些品种花色经目测比对后，有时可比对到2个RHSCC色号，人眼难以判定更接近花色的RHSCC色号，且部分色号分属于不同RHSCC色组(图4)。这些难区分的色号均属于2.1.2中色差值<3.00的色号，即这些色差值<3.00的色号在盆栽香石竹颜色判定的实际应用中，确实存在难区分的问题。

图4 盆栽香石竹品种花色可比对到2个色号(不同RHSCC色组)的示例Fig.4 Examples of flower colors of potted carnation varieties to be matched to two RHSCC colors (belongs to different RHSCC color groups)

2

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2

.

2

RHSCC色组在盆栽香石竹品种分组上的应用

对照UPOV划分的73个RHSCC色组，本研究通过目测比对法获得的150个色号分属于10个RHSCC色组(表2)。按照品种数量排列分别为：粉色(59)>黄色(18)>红色(16)>黄绿色(14)>橙色(9)=紫色(9)=深紫色(9)>深红色(8)>白色(5)>绿色(3)，其中粉色系占到全部调查品种的39.33%。从实际的品种花色来看，粉色系中部分粉白色花色与白色系更为接近，紫色系与深紫色系难以被明显划分。

另一方面，对150个盆栽香石竹品种色差仪

L

、

a

和

b

值进行系统聚类分析。在聚类距离为11处绘制跳变线，可根据花色聚类将品种分为7个组别(图5)，分别定义为：白色系(Ⅰ)、黄色系(Ⅱ)、橙色系(Ⅲ)、粉色系(Ⅳ)、红色系(Ⅴ)、深红色系(Ⅵ)和紫色系(Ⅶ)(表3)。其中，白色系包括上述RHSCC色组中明度较高和红色分量值较低的部分粉色系品种以及黄色分量值较低的部分黄绿色系品种，黄色系包括上述RHSCC色组中明度较高和绿色分量值较低的3个绿色系品种以及黄色分量值较高的部分黄绿色系品种，紫色系合并了上述RHSCC色组中紫色和深紫色系品种。

表2 基于RHSCC色组的150个盆栽香石竹品种花色分组
Table 2 Flower color grouping of 150 potted carnation varieties based on RHSCC color groups

色组Color group序号No.颜色名称Color name品种数量/个Numberof variety色组Color group序号No.颜色名称Color name品种数量/个Numberof variety白色 White绿色 Green黄绿色Yellow green黄色 Yellow橙色 Orange粉色 Pink1White52Light green33Light yellow green134Medium yellow green15Light yellow136Light yellow orange57Light orange18Light orange pink69Medium orange110Medium orange pink111Dark blue pink212Light blue pink13 13Light red pink614Medium blue pink815Medium purple red17 16Pink617Red pink7红色 Red深红色Dark red紫色 Purple深紫色Dark purple18Light red519Medium red520Orange red621Dark purple red622Dark red223Medium purple824Medium violet125Dark purple9

图5 基于花色色差仪测定值的150个盆栽香石竹品种聚类分析Fig.5 Cluster analysis of 150 potted carnation varieties based on the colorimeter measurements of flower colors

表3 基于聚类分析获得的7个品种分组的、和值区间范围
Table 3 Interval of , and value of 7 variety groups concluded from cluster analysis

类别Group品种分组Variety group百分比/%PercentageCIE LAB颜色系统 CIE LAB coordinateL∗a∗b∗Ⅰ白色系 White30.6668.60～88.50-7.84～17.76-2.86～30.34Ⅱ黄色系 Yellow12.6774.69～87.19-12.49～-3.7331.42～46.77Ⅲ橙色系 Orange6.6746.38～70.8916.09～33.1012.61～39.56Ⅳ粉色系 Pink20.6639.10～67.3028.41～62.02-5.26～19.70Ⅴ红色系 Red12.0034.77～52.4640.13～56.4620.67～35.44Ⅵ深红色系 Dark red8.6714.55～33.5734.26～50.09-7.56～18.92Ⅶ紫色系 Purple8.6630.37～44.3945.55～56.83-22.33～-6.37

箱线图分析显示，在基于RHSCC色号及其RHSCC色组获得的10个品种分组中，粉色系

L

、

a

和

b

值四分位距较大，区间跨度大；白色系和深紫色系区间跨度小；黄绿色系、黄色系和绿色系

L

、

a

和

b

值区间分布接近；红色系等9个色系

L

、

a

和

b

值出现游离在箱线之外的颜色值(图6(a)～(c))。以上结果表明：划分后的10个品种分组方法存在黄色系、黄绿色系和绿色系难以区分，粉色系过大，白色系和深紫色系过小，红色等色系难以有效涵盖品种实际颜色等问题。在基于色差仪测定值及其聚类分析获得的7个品种分组中，各色系区间跨度相对均匀，游离在箱线之外的颜色值较少；白色系和黄色系在

L

值上存在部分重叠，但二者在

a

和

b

值上可区分开；紫色、粉色、红色和深红色系

a

值区间非常接近，但在

L

和

b

值上具明显差异(图6(d)～(f)和表3)；划分后的7个品种分组在视觉上也可以被较好区分开(图7)。

3 讨 论

不同人眼对同一颜色存在不同程度视觉差异。在不同颜色上，积分球技术等颜色视觉相关研究发现：人眼对蓝色分辨能力较强，红色和绿色居中，黄色最差；等明度

a

b

平面非视觉均匀，人眼对I和II象限的色宽容度普遍高于III和IV象限，即人眼对I和II象限颜色分辨率高于III和IV象限，难以区分明度较高的颜色。本研究中，RHSCC色号在等明度

a

b

二维坐标平面上，I和II象限分布多于III和IV象限，且在黄色分量区域分布较多，在CIE LAB色空间高明度颜色区域分布密集。RHSCC颜色分布特征与观赏作物花色分布相吻合，即红色和黄色等分布多，绿色和蓝色等分布少。然而，这样的分布特征给人眼辨识带来难度。与此同时，271个RHSCC色号两两间色差<3.00个CIE LAB单位，其中32个色号处于不同RHSCC色组，又进一步造成人眼分辨困难。人眼难区分的问题也在150个盆栽香石竹品种花色判定上得到了充分体现。在颜色覆盖性问题上，自然界存在数百万种颜色，RHSCC的800多个颜色难以覆盖，在盆栽香石竹品种花色应用上也反映出RHSCC未能覆盖个别花色的问题。除颜色特征外，RHSCC色组在盆栽香石竹品种花色分组应用上也存在一定问题，表现在个别品种分组区间跨度过大或过小，分组后各色系未有效覆盖各组颜色，个别品种分组两两间难以区分。以上充分论证了UPOV技术文件要求RHSCC色组用于颜色描述，而非品种分组。

色卡目测比对法操作简单且成本低，是目前国际通用的植物颜色测定方法。本研究结果表明，使用RHSCC时，须注意部分色号难以区分、颜色覆盖及匹配问题以及RHSCC色组不能应用于品种分组的问题。因此，使用RHSCC比对时应注意两两间色差值小且处于不同RHSCC色组的色号以及RHSCC颜色分布特征，使用基于颜色三维测定值和聚类分析的品种分组方法。色卡目测比对法容易受人眼视觉差异及认知差异影响，测定结果主观性强，准确性差。此外，色号由数字和字母组合而成，数值大小与颜色间无线性对应关系，无法进行定量定性分析。相比较而言，基于CIE LAB色空间的颜色判定和颜色分组更能真实地还原品种颜色特征，更适于品种分组。然而，基于CIE LAB色空间的颜色测定需要使用色差仪等测色工具。色差仪价格昂贵，使用时需要将测量孔严密贴合在待测植物材料表面上，一些植物材料表面不光滑，难以严密贴合，造成漏光。此外，复色植物材料呈色面积大小不一，难以吻合测量孔大小，造成测试错误。因此，在植物颜色测定上，目前尚不能找到比RHSCC更简便快捷的方法。鉴于植物材料形状、结构、大小和表面纹理等丰富多样，构建基于图像的颜色测定技术是植物颜色测定的发展方向。当前植物颜色图像分析技术主要采用RGB色空间，RGB色空间是依赖于设备和环境的色空间，不同图像采集设备(不同型号相机和扫描仪等)、不同采集参数(曝光时间和光圈)以及环境(光源和色温)均会获得不同RGB测定值。因此，基于RGB色空间的颜色图像分析技术难以获得准确的分析结果。针对上述问题，本研究后期会开发基于标准色空间的颜色图像分析技术，以期为植物颜色测定提供客观、准确和科学的方法。

(a)～(c)基于RHSCC目测对比法和RHSCC色组获得的10个色系的L*、a*和b*值箱线图；(d)～(f)基于色差仪测定值和聚类分析获得的7个色系的L*、a*和b*值箱线图。(a)-(c) Box plot of L*, a* and b* values of the 10 color groups concluded from RHSCC visual comparison and RHSCC color groups; (d)-(f) Box plot of L*, a* and b* values of the 7 color groups concluded from colorimeter measurements and cluster analysis.图6 150个盆栽香石竹品种花色色系的L*、a*和b*值箱线图Fig.6 Box plot of L*, a* and b* values of flower color groups of 150 potted carnation varieties

图7 盆栽香石竹品种花色图版Fig.7 Photos of flower colors of potted carnation varieties

花色物质基础通常是花青素等色素物质。以往研究表明：香石竹品种花色随花青素物质种类和含量变化而变化，粉红色品种花青素含量少；红色品种花青素含量多；黄色品种富含较多的花青素合成中间产物查尔酮；橙色品种同时含有红色花青素和黄色查尔酮；白色品种缺乏呈色花青素物质，但富含无色花青素物质，即富含未经糖基化、酰基化和甲基化修饰的花青素苷元。本研究将盆栽香石竹品种花色分为7个色系的划分方式与前人色素研究基本一致，即：白色、黄色和橙色系分别对应到花青素合成前期、中期和后期产物，粉红色、红色、深红色和紫色系与花青素含量及修饰类型相关。本研究中盆栽香石竹品种花色在

a

b

二维上未分布于第III象限，表明香石竹缺乏蓝色系花色品种，与前人研究揭示的香石竹缺失类黄酮3′5′-羟化酶(F3′5′H)无法富集飞燕草素苷的结果一致。目前，美国和日本等通过转基因技术获得了蓝色香石竹品种。可见，观赏植物颜色表型判定及其品种分组的准确性和科学性不仅关系到测试结果可靠性，对指导颜色育种，揭示花色遗传背景和物质基础也具有重要意义。

4 结 论

本研究通过对英国皇家园艺学会比色卡的颜色特征及其在盆栽香石竹花色测定上的实际应用研究发现：RHSCC自身存在部分色号间色差值过小，人眼分辨困难的问题；在花色测定上，RHSCC现有颜色难以覆盖复杂的花色，部分比对结果准确性差；在花色分组上，划分组别界限不清。因此，植物颜色测定还有待开发更为准确、高效、可重复的技术和方法。