牡丹觀賞品種花色表型分析

牡丹觀賞品種花色表型分析

李盈俠;劉紅艷;李真;劉鵬;郝青

【摘 要】為了精確定義牡丹不同品種的花色,以160個牡丹品種為試驗材料,利用

色差儀、比色卡和ISCC-NBS色名表示法對其進行了花色測定和花色表型分析.結

果表明:利用聚類分析法和ISCC-NBS色名表示法可將牡丹品種花色分為8類,但聚

類分析法不能將淺色系與白色系進行合理區分,ISCC-NBS色名表示法對于牡丹花

色表型分類更加適用.在此基礎上,使用CIELab顏色體系對結果進行分析,發現各花

色在CIE表色系統坐標上分布廣泛,多數色系的L*與a*、L*與C*、L*與h存在負

相關關系,所有色系的L*與b*之間都沒有明顯相關關系,多數色系的a*與C*呈正相

關關系.

【期刊名稱】《遼寧林業科技》

【年(卷),期】2018(000)004

【總頁數】6頁(P1-6)

【關鍵詞】牡丹;花色表型;ISCC-NBS色名表示法;聚類分析

【作 者】李盈俠;劉紅艷;李真;劉鵬;郝青

【作者單位】青島農業大學園林與林學院,山東青島 266109;青島農業大學園林與

林學院,山東青島 266109;青島農業大學園林與林學院,山東青島 266109;青島農業

大學園林與林學院,山東青島 266109;青島農業大學園林與林學院,山東青島

266109

【正文語種】中 文

【中圖分類】S685.11

花色是被子植物最重要的觀賞性狀之一，也是進行品種分類的一個重要依據[1]。

傳統上對植物花色的測定完全是基于肉眼觀察，或采用比色卡進行樣本對比測色，

容易受主觀、測色環境和光照等因素影響，從而無法對花色進行科學鑒定和準確分

類[2-4]。與目測法相比，儀器測色具備精準測量、受外界因素影響小、便于交流

等優點[1，5]。除目測法和儀器測定外，還有一種從色彩學角度對觀賞植物進行色

彩定義的方法——ISCC-NBS色名表示法，研究發現ISCC-NBS色名表示法與儀

器測色法結合，能更準確地定義分類觀賞植物花色[1，5]。

牡丹Paeonia suffruticosa是芍藥科芍藥屬植物，是我國的傳統名花，有著豐富

的花色變異。按照傳統色系，牡丹主要分為白色、粉色、紅色、紫色、黑色、綠色、

藍色、黃色和復色共9個色系[6-7]。本研究選取了160個牡丹品種，使用色差儀

對其進行了花色測定，采用系統聚類分析方法和ISCC-NBS色名表示法對所測定

的牡丹品種進行分類命名，并對分類結果進行分析，對各花色表型分類方法的適用

性進行探討，旨在為牡丹及其他觀賞植物花色分子育種研究及花色測定、分類工作

等提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2017年4月中旬至5月初，在牡丹盛花期對山東菏澤百花園中的160個牡丹品

種進行花色表型測定。

1.2 方法

1.2.1 花色測定方法

使用色差儀（NF333,Nippon Denshoku Industries .,Japan）以光源C/2°

為條件測量牡丹花瓣的顏色。每個品種取3個不同單株，每個單株取1朵花，每

朵取典型花瓣3個，將花瓣正面朝上，平置在干凈的白紙上，再將集光口對準花

瓣非色斑部位中部位置進行測量，得到相應CIE L*a*b*值，最終取測量的9組數

據的平均值代表植株的非色斑部位的花色，即牡丹單株花色[5，8]；使用

R.H.S.C.C.和ISCCNBS色名表示法進行花色輔助測定，即將新鮮牡丹花瓣中間部

分與R.H.S.C.C.及ISCC-NBS色名表示法中所定義的色彩進行對比，讀取相應花色

值[1，9]。

1.2.2 數據處理

根據公式利用紅度值（a*）、黃度值（b*）計算得到彩度C*=(a*2+b*2)1/2和色

相角h=tan-1(b*/a*)[10-11]。并將ISCC-NBS方法測定的花色進行簡化篩選分類。

利用IBM SPSS Statistics 22軟件，通過CLUSTER過程對使用色差儀測得的牡丹

花色表型值進行Hierarchical聚類分析，分析不同色系的L*、a*、b*和C*、h之

間的關系并作圖[1，5，12]。

1.2.3 顏色命名方法

采用ISCC-NBS色名表示法結合聚類分析結果對所測顏色進行歸類、命名[1，13]。

2 結果與分析

2.1 使用聚類分析方法對牡丹品種花色表型進行分類

對160個牡丹花色的L*、a*、b*值進行聚類分析，將花色表型分為8類：Ⅰ白色

系（白色和淺粉色，32個），Ⅱ黃色系（黃色和綠色，4個），Ⅲ粉藍色系（35

個），Ⅳ粉紫色系（10個），Ⅴ紫色系（26個），Ⅵ粉色系（11個），Ⅶ紅色

系（17個），Ⅷ墨色系（深紫色和深紅色，25個）（表1）。

CIE表色系統的顏色模式測定結果表明，牡丹花色在CIE表色系統坐標系上分布廣

泛，其中粉藍色系和白色系在整個牡丹品種群中分布數量最多。L*值范圍18.66～

94.63，白色系和黃色系、粉藍色系和粉紫色系、粉色系和紅色系的L*值范圍相互

都比較接近；a*值為-11.40～65.07，變異比較大；a*值＞10屬于偏紅，說明其

在紅度屬性上有著豐富的變異，其中粉色系和紅色系的a*范圍非常相似；b*值為-

22.30～55.06，分布比較集中，主要集中在-20.00～10.00，b*值越小黃度越低，

其中紅色系的b*值完全分布在負值范圍內；彩度C*值為1.53～67.18，其中黃色

系和墨色系的C*范圍最廣，有較廣泛的色彩分布；色相角h值為-29.45～109.73，

包含色相寬泛（表1）。

表1 牡丹表型值聚類分析結果序號樣本CIELab系統顏色描述白色和淺粉色黃色和

綠色粉藍色粉紫色紫色粉紅色紅色深紫色和深紅色色系白色系黃色系粉藍系粉紫系

紫色系粉色系紅色系墨色系L*a*b*C*hⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧ數量32 4 35 10 26 11

17 25百分比/%20 2.50 21.88 6.25 16.25 6.88 10.62 15.62 88.46～94.63

82.49～90.57 77.61～88.63 70.98～91.39 50.36～66.70 40.69～57.94 35.55～

52.89 18.66～36.66-1.82～8.52-11.40～-4.75 10.83～24.73 27.90～48.21

36.95～58.46 53.25～63.10 55.01～65.07 28.31～60.45-3.51～8.28 13.25～

55.06-13.90～2.64-14.57～3.68-22.30～2.91-0.71～26.44-19.31～-6.47-

5.10～9.35 1.53～8.77 14.08～56.23 10.85～28.28 28.40～48.35 38.77～

61.09 53.93～67.18 55.94～65.54 28.53～60.66-24.52～107.24 101.70～

109.73-29.45～7.77-25.69～4.37-24.44～3.03-0.75～23.18-18.02～-5.83-

4.88～10.29

2.2 使用ISCC-NBS 色名表示法對牡丹品種花色表型進行分類

2.2.1 牡丹品種花色表型分類結果

采用ISCC-NBS色名表示法對利用色差儀測定的160個牡丹品種的花色表型值進

行命名，并對上述顏色進行系統歸類，共獲得顏色名稱29種（表2）。

表2 依據ISCC-NBS色名表示法對160個牡丹品種的花色命名序號 品種數量品種

數量1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0顏色名稱Vivid Pink Pale Pink Pinkish White Vivid

Red Brilliant Greenish Yellow Brilliant Yellow Green Very Pale Green

Greenish White Bluish Gray Pale Purplish Blue 1 2 2 1 1 1 2 1 4 1序號11 12

13 14 15 16 17 18 19 20顏色名稱Very Light Violet Vivid Purple Brilliant

Purple Deep Purple Very Deep Purple Very Light Purple Very Pale Purple

Purplish White Vivid Reddish Purple Strong Reddish Purple品種數量9 14

18 1 2 3 4 6 1 6 5序號21 22 23 24 25 26 27 28 29顏色名稱Deep Reddish

Purple Very Deep Reddish Purple Brilliant Purplish Pink Deep Purplish Pink

Pale Purplish Pink Vivid Purplish Red Deep Purplish Red Very Deep

Purplish Red White 2 4 8 4 3 3 1 2 3 9

ISCC-NBS色名表示法對顏色的命名分為6個等級，其中第3個等級是在第2個

等級劃分的29個色系的基礎上增加了明度和飽和度的描述，劃分為267個顏色。

本試驗中將第3等級的顏色描述中飽和度和明度描述簡化，最終合并為9大色系：

粉色系、白色系、紅色系、黃色系、綠色系、灰色系、藍色系、紫色系、墨色系。

分類中發現黃色系只有1種，且顏色描述與綠色系接近，在對9個色系的L*、a*、

b*參數進行分析的過程中發現，并入黃色系的綠色系的參數特征明顯，能很好和

其他色系區分開來，故將黃色系并為綠色系（圖1）。因此，在這個分類系統中牡

丹品種被分為8大色系（表3）。

圖1 牡丹各色系L＊、a＊、b＊值箱線圖注：1為粉色系；2為白色系；3為紅色

系；4為綠色系；5為灰色系；6為藍色系；7為紫色系；8為墨色系。

表3 依據ISCC-NBS色名表示法對160個牡丹進行花色分類色 系粉色系白色系紅

色系綠色系灰色系藍色系紫色系墨色系樣本數14 48 4 4 4 1 0 60 16樣本百分比

/%8.75 30.00 2.50 2.50 2.50 6.25 37.50 10.00

2.2.2 花色分布特點

對ISCC-NBS色名表示法獲得的牡丹花色分類結果使用CIELab顏色體系進行評價

分析，可以獲得牡丹品種各色系花色參數分布范圍（表4）。對8個色系的L*、

a*、b*參數值進行分析，發現各色系的參數分布特征明顯（圖1）。

L*值按照白色系、灰色系、綠色系、粉色系、藍色系、紫色系、紅色系、墨色系依

次降低。L*值較大的色系有粉色系、白色系、綠色系、灰色系，其中粉色系分布范

圍最大，為57.94～86.35，白色系、綠色系、灰色系分布則較為集中。L*值分布

位置較低的為墨色系，紅色系、紫色系分布趨中。

白色系、綠色系和灰色系的a*值都有分布在負值范圍內的部分，其中綠色系完全

分布在負值范圍內，其余色系的a*值分布在正值范圍內。紅色系的a*值主要在

53.25～62.50，分布最大；紫色系的a*值分布范圍最廣，為3.97～65.07。

紅色系、綠色系、灰色系的b*值集中分布在正值范圍，藍色系、紫色系的b*值則

集中分布在負值范圍內，其余色系的b*值正負都有分布。綠色系的b*值較大，分

布范圍最廣，為13.25～55.06。

藍色系、紫色系與墨色系之間，藍色系的L*值最高。紫色系、墨色系的a*值范圍

相當，藍色系的a*值較紫色系、墨色系的小。藍色系、紫色系的b*值范圍相當，

墨色系的b*值較藍色系、紫色系的高。

紅色系、紫色系與墨色系三者之間的L*、a*、b*值分布范圍相似且有部分重疊。

綠色系與灰色系之間，灰色系的L*值、a*值均比綠色系的大，b*值比綠色系的小。

紅色系的彩度C*值在各色系中最大；綠色系的色相角h值在各色系中最大。

上述分析結果說明ISCC-NBS色名表示法與CIELab顏色體系之間具有良好的對應

關系，能客觀地將不同色系劃分開來，劃分的色系也合理。

表4 ISCC-NBS色名表示法定義的牡丹品種各色系花色表型L＊、a＊、b＊值分布

范圍色 系粉色系白色系紅色系綠色系灰色系藍色系紫色系墨色系CIELab顏色系

統明度L*57.94～86.35 66.70～94.63 46.39～54.82 82.49～90.57 88.46～

93.70 61.94～92.87 27.47～89.97 18.66～62.49紅度a*10.83～57.32-1.82～

48.21 53.25～62.50-11.40～-4.75-1.51～5.20 1.49～38.11 3.97～65.07

28.31～63.10黃度b*-12.53～13.02-12.91～8.28 1.62～26.44 13.25～55.06

0.80～6.53-17.22～1.86-22.30～5.79-8.93～14.87彩度C*10.85～58.78

1.53～48.35 53.93～67.18 14.08～56.23 4.28～6.57 2.39～41.82 4.88～65.54

28.53～64.83色相角h/°-17.80～12.80-29.07～107.24 1.48～23.18 101.70～

109.73 8.70～107.01-29.45～51.27-24.63～35.55-8.59～13.26

160 個牡丹品種花色在a*、b*色相坐標上，主要集中分布在Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ象限上，

第Ⅲ象限上沒有花色分布（圖2，A）。在第Ⅰ象限上主要分布紅色、墨色系品種；

第Ⅱ象限上主要分布綠色系品種；第Ⅳ象限上主要分布粉色、藍色、紫色系品種；

接近原點處主要分布白色、灰色系2個品種。從L*、a*、b*散點分布圖可以看出，

各色系呈三維曲形帶狀分布（圖2，B）。

圖2 牡丹品種花色表型分布圖A為a*、b*分布圖；B為L*、a*、b*分布圖。

2.2.3 花色L*、a*、b*、C*、h值之間的關系

L*是衡量花色明暗程度的指標，a*和b*則是決定花色的兩個重要因子，同時，a*、

b*和C*都在一定比例上決定著花色明度L*值的大小[13]。從圖3可以看出，牡丹

觀賞品種在L*與a*、L*與C*二維坐標上，花色表型均明顯地分為兩類群，白色、

粉色、紅色、綠色、藍色、灰色、紫色7個色系分為第Ⅰ類群，墨色系單獨分為

第Ⅱ類群。第Ⅰ類群（除紫色系）的L*與a*、L*與C*存在顯著的負相關關系；第

Ⅱ類群的L*與a*、L*與C*存在顯著的正相關關系；第Ⅰ類群和第Ⅱ類群的L*與

b*之間都沒有顯著相關關系。在C*與a*值關系圖中，灰色系和綠色系呈明顯的負

相關關系，其余6個色系（除白色系）則呈極顯著正相關關系。在L*與h值關系

圖中，紫色系、紅色系、墨色系、粉色系和藍色系呈明顯的負相關關系，白色系、

綠色系和灰色系呈顯著正相關關系。

圖3 牡丹品種花色表型分布圖

3 結論與討論

本研究對牡丹花色使用聚類分析，分為8類：白色系（白色和淺粉色）、黃色系

（黃色和綠色）、粉藍色系、粉紫色系、紫色系、粉色系、紅色系、墨色系（深紫

色和深紅色）。分析結果發現聚類分析不能將白色系和其他明度相近彩度偏低的淺

色系進行區分，和以往研究所得結果一致，如李崇輝[14]對牡丹栽培品種使用聚類

分析和判別分析進行花色數量分類研究，白色系中包含淡黃色、淺紅和紅紫色。洪

艷等[1]對菊花栽培品種進行聚類分析和判別分析，也存在同樣問題，淺粉色被歸

類到白色系中。韓江南等[12]使用聚類分析對中原牡丹進行花色測定，黃色系同樣

被并為白色系中。而結合使用ISCC-NBS色名表示法，能有效解決這個問題，如

吳靜等使用ISCC-NBS結合聚類分析對紫斑牡丹進行花色表型分析，得到的8大

色系中淺粉色、黃色未被單獨列為一系[5]，淺色系和白色系能較好區分。本試驗

采用此方法，得到粉色系、白色系、紅色系、綠色系、灰色系、藍色系、紫色系、

墨色系8大色系，粉色系等其他淺色系和白色系同樣未聚到一起。因此，ISCC-

NBS色名表示法與對CIEL*a*b*值進行聚類分析方法相比較，ISCC-NBS色名表

示法對于牡丹花色表型分類更加適用[5]。

本研究中，牡丹的花色色系明度L*值從高到低依次是：白色系、灰色系、綠色系、

粉色系、藍色系、紫色系、紅色系、墨色系，結果和白新祥等[15]、洪艷等[1]、

吳靜等[5]的研究結果相似。多數色系的L*與a*、L*與C*存在顯著的相關關系，

與吳靜等[5]、韓江南等[12]的研究結果相似，如韓江南等對中原牡丹進行花色表

型分類研究發現，白色、黃色、淺粉色、粉色和藍色系的L*與a*存在顯著負相關

關系，紅色、紫色和黑色系的L*與a*、L*與C存在顯著正相關關系[12]。大多數

色系的a*與C*之間呈現極顯著正相關關系，與韓江南等研究中原牡丹品種花色，

發現白色系和黃色系呈負相關關系，其他6個色系呈極顯著正相關關系結果一致

[5]。研究發現明度和彩度之間存在一定的相關性，即顏色越深，明度越低，與洪

艷等[1]、吳靜等[5]的結論相似。通過以上研究，發現牡丹觀賞品種豐富，但純色

系較少，多為過渡色，如墨色系其實主要是因觀察角度方位的不同加之花瓣色素含

量高的緣故，而給人一種近乎黑色的感官傾向，實際上是深紅色或深紫色。綠色系

品種多數僅在花蕾期、初開期為淺綠色或黃綠色，盛開期則近乎白色，藍色系也不

是純正的藍色，而是受紅色花青素的助色素作用的影響而變成了藍色。

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