2023, Vol. 31
2. 中国科学院大学, 北京 100049;
3. 上海鲜花港, 上海 201304
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
3. Shanghai Flower Port, Shanghai 201304, China
郁金香(Tulipa gesneriana)，别名洋荷花、草麝香，是百合科(Liliaceae)郁金香属多年生球根植物，其花型独特，花色丰富，栽培品种众多，具有非常高的园林应用价值，在国内外享有盛誉，广泛应用于国内外园林绿地，同时，也是良好的切花和盆花材料。郁金香首次在中国的引种报道是在1987年，李瑞华等[1]在郑州对来自荷兰的24个品种进行栽培。近二、三十年以来，我国各地掀起了郁金香引种及园林应用高潮，不少城市也陆续开展了郁金香引种栽培和相关研究[2–6]。上海对郁金香的报道最早见于2006年，沈强等[3]对引种的282个进口郁金香品种进行了观察记录，主要涉及物候期、茎高与结籽情况，但记录指标较少，也没有生态适应性和观赏价值综合评价的信息。
传统的引种栽培往往是分别记录一定数量的性状指标并单独分析，难以实现对优良品种的全面评判。而利用数学方法对植物的众多栽培品种进行综合评价则可以综合各项指标信息，提出更为科学的优良品种评判依据。其中，层次分析法(analytical hierarchy process, AHP)是目前应用最为广泛的一种数学方法, 在宿根花卉[7]，桂花(Osmanthus fragrans)[8]、香石竹(Dianthus caryophyllus)[9]等观赏植物品种评价中得到很好验证。此外，灰色关联度分析法(grey relation analysis, GRA)需要的样本数量较少[10]，分析过程简便，目前也已经被广泛地应用于观赏植物与作物的品种评价中[10–20]。针对郁金香的品种评价已有少量报道，高星等[21]对北京地区郁金香常见品种的28个观赏性状进行编码、统计与聚类分析。熊亚运等[22]采用AHP-GRA分析法，从观赏价值与品种更新2个方面选取了10个指标，建立了郁金香品种评价系统，进而从受试品种中筛选优良品种。可见，无论是从指标选择还是方法应用仍有完善的空间。
上海地区郁金香的应用一直居全国首列，每年花费大量外汇进口数量巨大的种球，因此，科学筛选郁金香品种、指导引种实践显得尤为重要。通过系统记录引进品种的生态适应性、生长特性以及观赏性状，综合各项指标筛选适宜的品种，可以有效地指导制定科学的引种和推广计划。本研究以29个郁金香进口品种为对象，定期对其物候期、生长特性与观赏特性进行系统观测，在此基础上，利用AHP-GRA分析法建立了综合评价系统，筛选优良品种，旨在为郁金香引进品种在上海地区园林中的应用提供科学依据，同时，也为后续针对适生品种开展本土化栽培研究提供依据。
1 材料和方法 1.1 材料与种植试验所用的29个郁金香(Tulipa gesneriana)品种为荷兰进口(表 1)，其中重瓣品种6个，单瓣品种23个。于2020年11—12月将种球露天定植于上海市闵行区上海交通大学试验农场，采用常规的水肥管理。每个品种种植4行，共30株，株×行距为7×14 cm，定植深度为10 cm。试验地位于北纬31.03298°，东经121.43492°，海拔1 m，地势平缓。种植地土壤pH值为7.53，EC为736 μS/cm，有机质含量为433.00 g/100 g，速效氮、速效钾、速效磷的含量分别为1.95、10.08和1.67 g/100 g。
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表 1 郁金香进口品种 Table 1 List of 29 imported varieties of Tulipa gesneriana |
于2021年2月开始定期对29个品种进行物候观测，并观测生长特性和观赏特性共计44个性状指标，其中数量指标27个，定性指标17个。所有测量均设10个重复(随机选择10株)。
物候期观测参考《中国物候观测方法》[23]进行，每3 d记录1次，如遇物候转折期，变化非常明显时则每天观测1次。花物候期以开花天数(花期)表示，为从初花期到末花期历时的总天数。
生长特性共选取12个反映其适生性、营养生长状况和种球更新能力的性状：植株健康状况、出苗率、株高、冠幅、叶片数量、叶绿素含量、地下部分总质量、种球个数、最大种球的质量和周径、繁殖系数、周径系数，其中，叶绿素含量使用便携式TPS-2型叶绿素仪(英国Hansatech公司生产)测定，其余数量指标采用刻度尺测量或电子天平称量，定性指标采用田间目测。种球相关指标在收获种球后进行测定，繁殖系数=收获后种球数/定植种球数×100%。
观赏特性对郁金香的应用非常重要，因此，本研究从群体、叶部、花部等3个层面分别对其进行描述与观测，共选取了32个观赏特性。群体层面包括开花整齐度、植株整齐度、开花天数、花色均匀度、开花率5个性状；叶部层面包括叶长、叶宽、叶型、叶缘、叶色、叶片有无白粉6个性状；花部层面包括花型、花径、花朵颜色、花朵次要颜色、次要颜色出现位置、花朵颜色比色值、花瓣长度、花瓣宽度、花色明度L*、花色色相a*、花色色相b*、花色彩度C*、花色色调h°、花朵颜色数量、花瓣边缘类型、花葶高、花葶粗、最大花朵数、花药颜色、花瓣雨淋后表现、花朵枯萎方式21个性状。定性性状采用田间目测，数量性状使用仪器进行测量。其中，花色的量化指标采用SC-10手持式色差仪(深圳市三恩驰科技有限公司)测定，获得各品种花色的亮度L*值、红绿色度a*值和黄青色度b*值, 并计算花色的彩度C*值和色相角h°值[24]。
1.3 评价方法采用递阶层次-灰色关联度分析法(AHP-GRA)对郁金香品种进行综合评价。基于上述指标观测与分析，结合文献确定AHP评价指标，通过构造判断矩阵来确定指标的权重，从而构建AHP评价模型[25]。同时，采用灰色关联度法，分析创建出了一个“参考品种”，其各个指标都是最优情况，将所有受试品种与“参考品种”相比较得出评价结果，从而综合评价品种优劣[26–27]。部分评价指标，如花型、花朵颜色、花朵颜色数量、花瓣边缘类型、花葶高的不同表现型没有好坏之分，但大众对郁金香的特定表现型有偏好，为客观反映其对实际应用的影响，研究时对这些指标进行了大众喜好度的问卷调查，大众喜好度越高，则相应赋值越大，共回收111份有效问卷。
采用Microsoft Office Excel 2016软件对数据进行整理和统计分析。
2 结果和分析 2.1 物候期观察29个郁金香品种的物候存在较大差异。大多数品种集中在2月15—26日出苗，少数3月初才出苗，最迟的3月15日。其中，'协奏曲'与'彼兰德'的生长物候期最早，恰逢农历新年，未能记录其出苗期、展叶期与生命周期，而'玛丽特'出苗最晚, 与最早的品种相差超过1个月。各品种地上部分枯萎期从4月12日到5月15日，所以郁金香品种的整个生命周期也存在差异。
从图 1可见, '协奏曲'与'彼兰德'是开花最早的2个品种，'红葡萄酒'则开花最晚；大多数品种的花期集中在3月1日到4月22日。从现蕾期到初花期, 各品种经历时间略有不同，但均在12 d内完成转换。花期从初花期开始到末花期结束，是游人欣赏郁金香的最佳时间。各品种的花期也有明显差异，其中'彼兰德'最长，达25 d，'普瑞斯玛'与'重瓣小黑人'次之, 为24 d，'皇家十号'的花期也较长，为22 d，其他品种多为13~19 d，而'多多哥'的花期最短，仅9 d。'糖果俱乐部'与'橙色钻石'花量太少，无法统计花期。
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图 1 29个郁金香品种的花物候期。品种缩写见表 1。下同 Fig. 1 Flower phenology of 29 Tulipa gesneriana varieties. Variety abbreviation see Table 1. The same below |
大多数品种都能顺利出苗，其中7个品种出苗率高达100%，仅有5个品种低于90%，且只有1个品种'玛丽特'在50%以下。从出苗后植株生长情况来看，'彼兰德'、'协奏曲'、'复活节庆典'、'桔色辉光'、'普瑞斯玛'、'流苏冬至'、'神秘范伊克'、'橙色范伊克'、'重影'、'重瓣小黑人'和'红葡萄酒'等11个品种表现良好，且出苗率均高于90%。所有品种中，'糖果俱乐部'与'玛丽特'的生长特性表现最差，'糖果俱乐部'绝大部分植株出现叶片发紫，植株矮小的情况。
29个品种的种球更新能力存在差异。其中，'巴拉克·奥巴马'的地下部分总质量、最大种球质量和周径等均最大，分别达56.45、34.02 g和14.12 cm, 而'糖果俱乐部'的均为最小。'阳光公主'的繁殖能力最强，繁殖系数达7.40，此外还有5个品种的繁殖系数大于5，而'施华洛世奇'仅为1.67。周径系数总体变化不大，多数在1左右。
2.2.2 观赏特性(1) 群体观赏特性。'橙色钻石'与'糖果俱乐部'的开花率极低，无法对除开花率以外的群体观赏性状进行观测，仅完整记录了27个品种的相关指标。大部分品种的开花整齐度良好，花色均匀度表现均较好，仅'流苏冬至'和'巴拉克·奥巴马'的花色不均匀，群体中植株花色差异较大。开花天数差异比较明显。
用花葶高的变异系数表示植株整齐度，系数越大说明植株越参差不齐，整齐度就越差。结果表明，整体上整齐度较高，最差的是'卡拉凯尔'(23.61%)，其次是'糖果俱乐部'(23.32%)，最高的是'流苏冬至'(6.12%)。'彼兰德'、'协奏曲'、'复活节庆典'、'桔色辉光'、'普瑞斯玛'、'流苏冬至'、'神秘范伊克'、'橙色范伊克'、'重影'和'重瓣小黑人'10个品种的开花率达100%，'橙色钻石'仅为6.90%，'糖果俱乐部'则未观察到开花。
(2) 叶部观赏特性。总体上看，品种间叶部性状的多态性比群体观赏性小。
(3) 花部观赏特性。田间观测记录了29个品种的花部性状(图 2)，其中，'橙色钻石'与'糖果俱乐部'因开花率低而无法满足统计需要，因此，这2个品种没有测定花径等数量性状。大多数品种的花径小于10 cm，仅4个品种大于10 cm，其中'彼兰德'的最大，为13.59 cm，其花瓣也最大(9.79 cm), 花径最小的是'阳光公主'，是唯一一个小于5 cm的品种。花瓣长度和宽度分别为4.63~9.79、3.05~6.03 cm, 与花径并不呈线性关系，说明其花瓣排列不同可能会影响外观尺度。29个品种中单色花有15个，复色花14个，没有3个及以上颜色的品种。花葶较高的品种有'巴拉克·奥巴马'与'美丽殿堂', 达51.77和51.30 cm，而最矮的'阳光公主'仅有12.17 cm, 此外，还有3个品种花葶高小于15 cm，分别是'桌上舞'、'重影'和'重瓣小黑人'。重瓣的品种花型均为碗状，单瓣品种花型为杯状或高脚杯状。多个花朵生于枝顶的品种(多头品种)比花朵单生枝顶的品种(单头品种)少，仅有5个，其中'糖果俱乐部'的最大头数多达6个。花瓣边缘形态有3种：光滑、波浪形与流苏形，其中流苏形的只有'流苏冬至'和'红葡萄酒' (图 2)。
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图 2 29个郁金香品种的花部性状 Fig. 2 Flower characteristics of 29 Tulipa gesneriana varieties |
郁金香的花色多样，通过色差仪量化数据可更科学地描述其花色表型。在所有品种中，L*值最大，即颜色亮度最高的是白色品种'普瑞斯玛'；L*值最小，颜色亮度最低的是深紫色的'夜皇后'。C*值最大，即颜色最鲜艳的是'桔色辉光'，花为橙色；C*值最小，颜色最淡的是'白色奇迹'，花为白色。h°值越大说明颜色越偏黄，越小说明颜色越偏紫，所有品种中，h°值最大和最小的分别是橙色的'桔色辉光'和紫红色的'重瓣小黑人'。
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表 2 郁金香的花色表型量化 Table 2 Numerical value of petal color of Tulipa gesneriana |
以观赏价值与生态适应性2方面的性状指标为基础，参考前人的郁金香评价指标，以表达信息全面，信息不冗余这一角度出发筛选出了27个代表指标，构建了递阶层次结构模型。针对指标权重分配进行了专家意见调查，构造了判断矩阵，矩阵一致性检验结果符合要求，可以用于递阶层次模型(表 3)。
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表 3 递阶层次结构模型与权重分配 Table 3 Model of hierarchy construction |
结合品种性状指标观测结果、性状指标分级与大众喜好度调查结果，对应数量性状的评价指标赋值为实际测量值；对应质量性状的评价指标进行分级赋值(表 4)。
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表 4 质量性状评价指标赋值 Table 4 Evaluation indices assignment of qualitative characters |
评价需要建立一个“参考品种”，参考品种相当于评价系统中的标杆，其所有指标均取值为评价系统中所有品种的最优值。受试品种与“参考品种”的灰色关联系数越接近1，说明受试品种与“参考品种”越接近，是优良品种。按照等级标准与评价结果(表 5)将品种进行分级，29个品种可划为4个等级。Ⅰ级的灰色关联系数 > 0.7, 有10个品种，Ⅱ级的灰色关联系数为0.6~0.7，有12个品种，Ⅲ级的灰色关联系数为0.5~0.6，有4个品种，Ⅳ级的灰色关联系数 < 0.5，有3个品种。各品种分值差异较大，其中最高的为'彼兰德'(0.798 1)，而最低的'糖果俱乐部'仅0.316 0。Ⅰ级品种的生态适应性、群体观赏价值等各个方面均表现优秀，是良好的花海或花坛景观的应用品种，其中'彼兰德'、'橙色辉光'和'复活节庆典'等品种排前三。Ⅰ级品种的种球更新能力好，收获的最大种球周径大于12 cm，一般第2年能够再次正常开花，重复利用。Ⅱ级品种生态适应性表现整体较好，但某些方面有欠缺, 如'巴拉克·奥巴马'、'美丽殿堂'的花葶过高，易倾倒或花枝低垂，这些品种可以考虑用于切花；而'阳光公主'与'重影'则植株矮小，适合盆栽种植。Ⅲ级与Ⅳ级品种整体来看，生态适应性表现差，植株长势差，出苗率、开花率低，尤其是Ⅳ级的3个品种'玛丽特'、'糖果俱乐部'与'橙色钻石'，不适合用于上海园林绿化。
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表 5 29个郁金香品种的综合评价 Table 5 Comprehensive evaluation results of 29 Tulipa varieties |
在上海市闵行区引种栽培29个进口郁金香品种，从生长特性与观赏特性2方面分别选取了12和32个性状进行观测，选取的性状较为完整体现了品种信息。不同品种间的生长特性与观赏特性差异大，多样性高，观测结果为建立郁金香品种综合评价体系提供了坚实的基础。在获得全面性状数据基础上，使用层次分析-灰色关联度分析法建立了郁金香品种综合评价体系。以郁金香品种的园林绿化应用为目的，建立了递阶层次模型，计算出各评价指标的分配权重。然后用灰色关联度分析法，对评价指标数据进行了分级标准化的处理，将品种的优劣比较转换为与参考品种灰色关联度的比较，更加全面地利用了数据信息，客观地进行品种间的对比。结果符合实际，能够反映郁金香品种的优劣。
引种是重要的种质资源利用手段，为植物品种推广应用提供了科学依据，引种过程中观测的性状越多，对品种的了解越全面，但由于人力物力的限制，引种观察中不可能对所有的性状进行观测，因此必须做出取舍。植物引种栽培研究中[3, 5, 7]，物候期受到普通关注，完整记录品种的物候期对于后续的栽培利用有很大意义。沈强等[3]曾于2004年在上海鲜花港引种种植并记录了'阿波罗精选'、'协奏曲'、'普瑞斯玛'、'红葡萄酒'、'阿维尼翁'、'小黑人'等6个品种的物候期。本研究中的种植时间与之相近，上述6个品种的物候期普遍提前，可能是气候变暖导致了物候期提前。除物候期外，引种研究也通常会记录植物品种的生态适应性。例如抗病性，抗虫性，植株生长状况，球根植物如郁金香、百合(Lilium brownii)还需要关注种球、鳞茎的生长、退化情况。对用途不同的植物进行引种观察，研究中关注的性状有所偏重，如引种食用植物更加关注的是食用部分的品质与重量，而引种观赏植物则聚焦于与品种的观赏价值相关的性状，如花、叶的颜色、形状与尺寸。
本研究中建立的评价体系信息全面，很好地完成了对29个进口郁金香品种的评价，但当使用这一评价体系对更优的品种进行评价时，可能会有评价指标“突破边界”的事件发生，因为永远存在指标的更优值，如出现更优美的花型，更大的花径，可以对评价体系进行优化更新，将更优品种加入评价体系中。本研究29个品种与“参考品种”的灰色关联度均小于0.8，这与前人[10–20]的研究结果相似, 推测可能有2点原因：(1) 由于使用全部最优指标建立的“参考品种”拥有所有品种的优点，是最为理想最为优秀的品种，其他品种难以与其相比；(2) 实际上，受试品种往往会存在某些方面的缺陷, 如'彼兰德'、'桔色辉光'、'复活节庆典'的花型不属于评分最高的杯型，'普瑞斯玛'出苗率比其他优良品种低。
前人评价郁金香的研究中，往往存在选取指标较少，或评价方法有缺陷等问题[22, 28–31]。本研究在评价体系的建立中，选取了层次分析-灰色关联度分析法，将2种分析方法综合，取长补短；从观测的44个性状中筛选了27个有代表性，能呈现整体信息的评价指标对郁金香品种进行综合评价，但评价指标之间有相关性，因此存在信息冗余。本研究通过筛选，尽量避免了该情况的发生，例如花葶与株高2个评价指标尽管都反映了植株高度的相关信息，但是一个与品种的观赏价值相关，一个与品种的生长状况相关。
主成分分析法也是一种常用于评价的方法，它一般可以反映性状的主要信息，因此冗余信息被过滤，指标信息更加精简。但是主成分分析也存在限制，对选取的性状进行主成分分析时，会存在方差贡献率较低的情况。马秀花等曾基于20个表型性状对62份郁金香种质资源进行评价，并选用了主成分分析法，结果表明前6个主成分贡献率达到73.70%[31]。我们针对上述27个评价指标也进行了主成分分析，但选取6个主成分时，方差贡献率仅达到了63%，不能反映指标的完整信息，可能是生态适应性与观赏价值两方面的指标间相关性小，信息难以用较少的(6个)主成分进行完整概括，因此主成分分析并不是特别适合。可见，即使是同一种方法也要根据实际情况加以应用。
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