不結(jié)球白菜生長發(fā)育過程中表型變化| 本文以不結(jié)球白菜品種“蘇州青”“抗熱605”“紫羅蘭”“黑心烏”“高梗白”“南通馬耳朵”和“紫菜薹”為試材，采用溫室盆栽種植，利用LemnaTec Scanalyzer 3D儀器獲取植株不同時(shí)間和不同角度圖片，通過圖片分析獲取植株的投影面積、開展度、緊密度、株高、株幅、葉片、莢果相應(yīng)表型指標(biāo)，比較不結(jié)球白菜生長發(fā)育過程中表型指標(biāo)變化，為不結(jié)球白菜的栽培、生產(chǎn)與育種，提供參考依據(jù)。結(jié)果表明：頂部投影面積和開展度“紫菜薹”先增大后減小，其它品種均先增加后降低再增大達(dá)到最大值后降低。株高和株幅從定植后均先增加后減小再增加達(dá)到最大值后減??；頂部緊密度均逐漸增加，達(dá)到最大值后降低。葉長、寬、周長和面積從定植后逐漸增加，達(dá)到最大值后緩慢減小。莢果分為短窄、長窄、長寬、中長窄、中長寬5種。綜上所述，不結(jié)球白菜在定植60 d出現(xiàn)明顯品種差異，株高、株幅、緊密度、葉片的變化趨勢一致，頂部投影面積和開展度的變化趨勢存在差異，各指標(biāo)最大值均出現(xiàn)在生殖生長階段。 |
不結(jié)球白菜（Brassica campestyis ssp. ChinensisMakino）為十字花科蕓薹屬白菜亞種，富含營養(yǎng)，復(fù)種指數(shù)高，供應(yīng)周期長，在全國各地均有栽培，深受消費(fèi)者喜愛，是我國栽培和消費(fèi)的主要蔬菜之一[1-2]。我國作為不結(jié)球白菜起源中心和遺傳多樣性中心，擁有極為豐富的種質(zhì)資源和地方品種[3-4]，為了更好地利用這些種質(zhì)資源，對不結(jié)球白菜生長發(fā)育過程中表型性狀和特征規(guī)律變化的研究至關(guān)重要。
表型是由基因和環(huán)境共同作用的結(jié)果，隨著基因組、轉(zhuǎn)錄組及蛋白質(zhì)組學(xué)的高速發(fā)展，也加速了作物表型組學(xué)的研究[5-6]，而表型性狀作為研究作物逆境脅迫[7]、產(chǎn)量[8]和品質(zhì)[9]的關(guān)鍵指標(biāo)更是被關(guān)注。近年來，我國逐漸對不結(jié)球白菜表型性狀進(jìn)行研究，但研究主要集中在農(nóng)藝性狀遺傳分析[10-11]、種質(zhì)資源評價(jià)與品種選育[12-13]、栽培條件或脅迫對不結(jié)球白菜某一時(shí)期表型性狀的影響[14-15],很少在整個(gè)生長期內(nèi)快速、準(zhǔn)確、無損的測量不結(jié)球白菜的表型性狀。
設(shè)施栽培可以為不結(jié)球白菜周年生產(chǎn)提供良好的環(huán)境，設(shè)施栽培下不結(jié)球白菜整個(gè)繁育過程中表型變化對不結(jié)球白菜的栽培、生產(chǎn)與育種有很好的指導(dǎo)意義。因此，該研究針對設(shè)施不結(jié)球白菜生長發(fā)育過程中相關(guān)表型指標(biāo)變化問題，利用表型成像技術(shù)獲取不結(jié)球白菜整個(gè)生長發(fā)育過程中表型圖片與數(shù)據(jù)，探討不同品種不結(jié)球白菜整個(gè)生長期內(nèi)的投影面積、開展度、緊密度、株高、株幅、莢果表型變化趨勢，旨在為不結(jié)球白菜種質(zhì)資源的利用和繁育提供科學(xué)依據(jù)。
1材料與方法
1.1試驗(yàn)地概況
試驗(yàn)于2016年12月至2017年6月在中國（上海）自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)孫橋沔北路185號C9-1上海乾菲諾農(nóng)業(yè)科技有限公司溫室內(nèi)進(jìn)行，位于北緯31°14′，東經(jīng)121°29′，屬于北亞熱帶季風(fēng)氣候。
1.2 試驗(yàn)材料
供試材料為不結(jié)球白菜品種“蘇州青”“抗熱605”“紫羅蘭”“黑心烏”“高梗白”“南通馬耳朵”“紫菜薹”，種子使用5%的NaClO溶液消毒5min，去離子水沖洗5次，并用去離子水浸泡30min后，播種于50孔穴盤中，育苗基質(zhì)體積比為2:1:1的草炭、蛭石和珍珠巖的混合物，播種10d后將選取長勢基本一致的不結(jié)球白菜幼苗移栽到白色花盆中，花盆尺寸為上口徑22cm，下口徑18cm，高23cm，栽培基質(zhì)為體積比為2:1:1的草炭、蛭石和珍珠巖的混合物，定植后10d，進(jìn)行表型圖片采集。
1.3 試驗(yàn)方法
使用德國LemnaTec公司的Scanalyzer 3D的可見光頂部和側(cè)面鏡頭對正常培養(yǎng)的小不結(jié)球白菜植株進(jìn)行無損成像，分別獲得1張植株頂部、1張植株側(cè)面0°和1張植株側(cè)面90°的RGB圖像。
1.4 項(xiàng)目測定
每個(gè)不結(jié)球白菜品種從定植后10 d起，選取長勢基本一致的5株進(jìn)行可見光成像，約每周成像1次，直至莢果成熟。
1.5 數(shù)據(jù)分析
獲得的原始圖像，通過Scanalyzer 3D的LemnaGrid 軟件建立分析流程（IAC），將原始圖像從RGB Image轉(zhuǎn)化為Grey Image，通過閾值調(diào)節(jié)從灰度圖中提取植株，生成二值圖像，將植株的二值圖像與原始圖像結(jié)合，獲取完整的去掉背景的RGB圖像，通過功能鍵選擇目的區(qū)域以及想要獲取參數(shù)，通過此IAC進(jìn)行批量分析，獲得的像素?cái)?shù)據(jù)通過Scanalyzer 3D的LemnaMiner軟件進(jìn)行像素與實(shí)際長度的轉(zhuǎn)換后以CSV格式導(dǎo)出，使用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，每組數(shù)據(jù)去掉最大值和最小值后求均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差并做圖，莢果數(shù)據(jù)通過SPSS 20.0分析軟件，使用P＜0.05的差異水平，分析組間數(shù)據(jù)的差異性。
2結(jié)果與分析
2.1 不結(jié)球白菜生長發(fā)育過程中植株表型變化
2.1.1 表型圖片觀察植株生長發(fā)育各時(shí)期
不結(jié)球白菜生長發(fā)育過程中進(jìn)行表型成像（圖1），觀察表型圖片獲取植株抽薹和開花時(shí)間等信息，“紫菜薹”定植后74d現(xiàn)蕾，80d開花，140d莢果完全成熟；“蘇州青”“南通馬耳朵”“高梗白”和“抗熱605”定植后87d現(xiàn)蕾，95和100d開花，147和155d莢果成熟；“紫羅蘭”和“黑心烏”現(xiàn)蕾較晚為95和100d，109d開花，147和155d莢果成熟?！疤K州青”“抗熱605”“紫羅蘭”“黑心烏”“高梗白”“南通馬耳朵”底部葉片在定植后100d完全枯黃，“紫菜薹”葉片在定植后95d完全枯黃。
圖1不結(jié)球白菜生長發(fā)育過程中頂部圖片獲取
各個(gè)時(shí)期均以成像階段獲得圖片中50%以上出現(xiàn)性狀為標(biāo)準(zhǔn)日期。
2.1.2 植株頂部投影面積變化
由圖2可以看出，在不結(jié)球白菜生長周期內(nèi)，頂部投影面積從定植后10d開始增大，60d出現(xiàn)明顯差異，“紫菜薹”頂部投影面積達(dá)到最大值后降低，其余6個(gè)品種均先達(dá)到小峰值后降低再增大達(dá)到最大值后降低。“蘇州青”“抗熱605”“紫羅蘭”“黑心烏”“高梗白”和“南通馬耳朵”頂部投影面積在74~95、74~95、87~109、80~115、80~95和74~87d有一段平緩增減期，增減期小峰值出現(xiàn)在87、87、95、87、87和80d，為412.32、354.94、372.08、319.27、497.62和284.21cm2，之后增加，在115、115、115、125、115和100d達(dá)到最大值為517.48、466.96、394.70、323.49、546.30和326.14cm2。“紫菜薹”頂部投影面積在95d達(dá)到最大值為505.91cm2，之后降低。由此可知，“蘇州青”“抗熱605”“紫羅蘭”“黑心烏”“高梗白”和“南通馬耳朵”頂部投影面積變化規(guī)律一致，營養(yǎng)生長期和生殖生長期均出現(xiàn)最大值，而紫菜薹差異于其他品種，可能原因是供食器官為花薹而不是葉片，營養(yǎng)主要提供花薹生長。
圖2不結(jié)球白菜生長發(fā)育過程中頂部投影面積變化
2.1.3 植株頂部開展度
由圖3可以看出，在不結(jié)球白菜生長周期內(nèi)，7個(gè)不結(jié)球白菜頂部開展度從定植后10d開始增大，60d后差異明顯，“紫菜薹”達(dá)到最大開展度后降低，其余6個(gè)品種達(dá)到小峰值后降低再增大達(dá)到最大值后降低。“蘇州青”“抗熱605”“紫羅蘭”“黑心烏”“高梗白”和“南通馬耳朵”頂部開展度在60~95、60~95、60~95、60~115、60~95和60~95d有一段平緩增減期，增減期小峰值出現(xiàn)在74、87、87、87、80和80d，為28.04、27.00、25.50、26.13、37.99和29.12cm，之后增加，在155、155、125、155、155和155d達(dá)到最大值為80.53、73.03、52.24、51.33、73.32和55.34cm，“紫菜薹”頂部開展度在115d達(dá)到最大值為69.68cm，之后降低。由此可知，“蘇州青”“抗熱605”“紫羅蘭”“黑心烏”“高梗白”和“南通馬耳朵”頂部開展度變化規(guī)律一致，營養(yǎng)生長階段和生殖生長階段均出現(xiàn)最大頂部開展度，而“紫菜薹”出現(xiàn)差異的原因可能是菜薹迅速生長，分枝、開花，增大頂部開展度。
圖3不結(jié)球白菜生長發(fā)育過程中頂部開展度變化
2.1.4 植株頂部冠層緊密度
由圖4可以看出，在不結(jié)球白菜生長周期內(nèi)，7個(gè)不結(jié)球白菜品種頂部緊密度從定植后10 d開始增加，60 d后出現(xiàn)明顯差異，達(dá)到最大值后降低?！疤K州青”“黑心烏”“南通馬耳朵”頂部最大緊密度出現(xiàn)在95 d，分別為0.87、0.87、0.70；“抗熱605”“紫羅蘭”頂部最大緊密度出現(xiàn)在100 d為0.87和0.88；“高梗白”頂部最大緊密度出現(xiàn)在87 d為0.71；“紫菜薹”頂部最大緊密度出現(xiàn)在67 d為0.58。由此可知，“蘇州青”“黑心烏”“南通馬耳朵”“抗熱605”“紫羅蘭”“高梗白”和“紫菜薹”頂部緊密度變化規(guī)律一致，最大緊密度出現(xiàn)在生殖生長時(shí)期。
圖4不結(jié)球白菜生長發(fā)育過程中頂部緊密度變化
2.1.5 株高
由圖5可以看出，在不結(jié)球白菜生長周期內(nèi)，7個(gè)不結(jié)球白菜品種的株高從定植后10d開始升高，60d后出現(xiàn)明顯差異，經(jīng)緩慢增減后迅速升高達(dá)到最大?！疤K州青”“抗熱605”“高梗白”株高在60d出現(xiàn)一個(gè)小峰值，為12.89、11.46、18.34cm，“黑心烏”“南通馬耳朵”和“紫菜薹”在67d出現(xiàn)小峰值，為10.45、13.67和22.19cm ，“紫羅蘭”在80d出現(xiàn)小峰值為12.94cm，之后緩慢降低再升高，“蘇州青”“抗熱605”“紫羅蘭”株高最大值出現(xiàn)在125d，為111.97、105.54、98.01cm，“高梗白”株高最大值出現(xiàn)在115d，為106.94cm?！澳贤R耳朵”和“紫菜薹”株高最大值出現(xiàn)在109d為89.05和113.35cm?！昂谛臑酢敝旮咦畲笾党霈F(xiàn)在155d為117.58cm。由此可知，“蘇州青”“抗熱605”“紫羅蘭”“黑心烏”“高梗白”“南通馬耳朵”和“紫菜薹”株高生長規(guī)律一致，營養(yǎng)生長期和生殖生長期均出現(xiàn)株高最大值。
圖5不結(jié)球白菜生長發(fā)育過程中株高變化
2.1.6 株幅
由圖6可以看出，在不結(jié)球白菜生長周期內(nèi)，7個(gè)不結(jié)球白菜品種的株幅從定植后10d開始增加，60d出現(xiàn)明顯差異，經(jīng)過一段平緩期增減期后迅速增加達(dá)到最大?！疤K州青”“紫羅蘭”“抗熱605”“高梗白”“黑心烏”和“紫菜薹”株幅在60~109、60~109、60~95、60~95、60~115、67~95、60~67d出現(xiàn)平緩增減期，平緩增減期“蘇州青”和“紫羅蘭”小峰值出現(xiàn)在74和87d ，分別為23.50和22.17cm，“抗熱605”“高梗白”“南通馬耳朵”小峰值出現(xiàn)在80d，為22.03、29.15、23.31cm，“黑心烏”小峰值出現(xiàn)在100d為21.67cm，“紫菜薹”出現(xiàn)在60d為24.19cm，之后迅速增加，“蘇州青”“紫羅蘭”“抗熱605”“高梗白”“黑心烏”最大值出現(xiàn)在155d，為65.60、50.69、66.98、70.88、34.23cm，“南通馬耳朵”株幅最大值出現(xiàn)在125d，為44.40cm，“紫菜薹”株幅最大值出現(xiàn)在115d，為66.55cm。由此可知，“蘇州青”“抗熱605”“紫羅蘭”“黑心烏”“高梗白”“南通馬耳朵”和“紫菜薹”株幅變化規(guī)律一致，營養(yǎng)生長期和生殖生長期均出現(xiàn)株幅最大值。
圖6不結(jié)球白菜生長發(fā)育過程中株幅變化
2.2 葉片表型研究
由圖7可以看出，在不結(jié)球白菜生長周期內(nèi)，7個(gè)不結(jié)球白菜品種的葉片長、寬、周長和面積從定植后10d開始增加，60 d后變化緩慢，達(dá)到最大值后減小?！疤K州青”“紫羅蘭”“高梗白”“紫菜薹”和“抗熱605”“南通馬耳朵”葉長在74和80d達(dá)到最大值，分別為15.78、15.39、21.37、24.89、和15.20、16.23cm，之后平緩降低；“黑心烏”葉長在67d達(dá)到最大值，為15.72 cm，之后降低?！疤K州青”“抗熱605”“高梗白”“南通馬耳朵”葉寬最大值出現(xiàn)在87d，分別為7.36、7.00、6.46和4.13cm；“紫羅蘭”“黑心烏”和“紫菜薹”葉寬最大值出現(xiàn)在80、74和60d，分別為6.44、6.97和8.33cm，之后減小。“蘇州青”“抗熱605”“紫羅蘭”“南通馬耳朵”葉周長在87d達(dá)到最大值，分別為27.47、25.60、23.52、23.15cm，之后緩慢減??；“高梗白”“黑心烏”和“紫菜薹”葉周長在80、74和60d達(dá)到最大值，為31.59、24.20和33.84cm，之后減小?！疤K州青”“南通馬耳朵”和“紫羅蘭”“黑心烏”“高梗白”葉面積在74和80d達(dá)到最大值，分別為56.46、28.88和44.68、45.00和59.81cm2，之后緩慢降低，“抗熱605”和“紫菜薹”在87和60d達(dá)到最大值，為49.91和73.05cm2，之后迅速減小。由此可知“蘇州青”“抗熱605”“紫羅蘭”“高梗白”“南通馬耳朵”葉片在定植后87d出現(xiàn)枯黃萎蔫，“黑心烏”和“紫菜薹”葉片定植后80和74d出現(xiàn)萎蔫。
圖7 青菜生長發(fā)育過程中葉片表型變化
2.3 莢果成熟期表型研究
由圖8可以看出，在莢果成熟后，“抗熱605”和“南通馬耳朵”的莢果長度最長為4.24和4.01 cm，與其他品種差異極顯著；其次為“紫羅蘭”和“蘇州青”，莢果長度為3.13和3.06 cm，與“高梗白”差異不顯著，與“紫菜薹”和“黑心烏”差異顯著；“高梗白”“黑心烏”和“紫菜薹”的莢果長度為2.63、2.25和2.16 cm，差異不顯著?！白狭_蘭”“蘇州青”和“抗熱605”莢果寬度為0.51、0.46和0.46 cm，與“南通馬耳朵”“高梗白”“黑心烏”和“紫菜薹”莢果寬0.36、0.35、0.31、0.28 cm差異顯著?！翱篃?05”和“南通馬耳朵”莢果周長最長為8.35和7.70 cm，與其他品種差異極顯著，其次為“紫羅蘭”和“蘇州青”，周長為5.94和5.85 cm，與“高梗白”差異不顯著，與“黑心烏”和“紫菜薹”差異顯著；“高梗白”的周長為5.17 cm，與“黑心烏”差異不顯著，“紫菜薹”差異顯著；“黑心烏”和“紫菜薹”的果莢周長為4.48和4.26 cm，差異不顯著?！翱篃?05”莢果投影面積最大為1.52cm2，與其他品種差異極顯著，其次為“紫羅蘭”莢果投影面積為1.19 cm2，與“蘇州青”差異不顯著，與“南通馬耳朵”“高梗白”“黑心烏”“紫菜薹”差異顯著；“蘇州青”與“南通馬耳朵”的莢果投影面積為1.15和0.96 cm2，與“高梗白”“黑心烏”和“紫菜薹”差異顯著；“高梗白”莢果投影面積為0.73 cm2，與“黑心烏”差異不顯著與“紫菜薹”差異顯著；“黑心烏”和“紫菜薹”莢果投影面積為0.58和0.48 cm2，差異不顯著。由此可知，“紫菜薹”和“黑心烏”莢果短窄，“南通馬耳朵”莢果長窄，“抗熱605”莢果長寬，“高梗白”莢果中長窄，“蘇州青”和“紫羅蘭”莢果中長寬。
圖8 不結(jié)球白菜莢果表型分析
結(jié)論與討論
表型性狀是由基因型和環(huán)境共同作用的結(jié)果[16]，在一定基因型和環(huán)境條件下，不結(jié)球白菜的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)好、生長勢強(qiáng)，則經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量高[17]。直觀、快速、簡便、易行地鑒定農(nóng)藝性狀是研究種質(zhì)資源基本的方法和途徑[18-19]，高通量、全自動(dòng)表型成像技術(shù)提供了一種準(zhǔn)確、快速、標(biāo)準(zhǔn)化的表型研究方法，在植物育種以及農(nóng)業(yè)上逐漸被應(yīng)用[20-23]，基于光學(xué)成像和圖像分析技術(shù)的表型平臺很好的克服了傳統(tǒng)的人工測量植物表型的缺點(diǎn)，能在穩(wěn)定的環(huán)境下，以定量的方式，客觀、準(zhǔn)確、快速、無損、連續(xù)獲取批量植物表型參數(shù)[24]，為系統(tǒng)的研究不結(jié)球白菜生長發(fā)育過程中表型變化提供可能。該試驗(yàn)結(jié)果表明7個(gè)不結(jié)球白菜的的生育期較長，從定植到莢果完全成熟約155 d，而不同品種抽薹、開花和莢果完全成熟時(shí)期不同，這可能是由于品種基因型與環(huán)境互作導(dǎo)致。
植株形態(tài)、葉片、莢果大小是不結(jié)球白菜種植資源評價(jià)的重要指標(biāo)，也是研究脅迫對不結(jié)球白菜影響的直觀指標(biāo)。投影面積、葉片大小、莢果長度可預(yù)估產(chǎn)量指導(dǎo)生產(chǎn)，開展度、株高、株幅可評價(jià)株形，指導(dǎo)栽培，該研究結(jié)果表明，不同品種不結(jié)球白菜由于品種特性導(dǎo)致各指標(biāo)存在不同程度的差異變化，且在定植后60 d出現(xiàn)明顯差異，但株高、株幅、緊密度、葉片的變化規(guī)律一致，只有頂部投影面積和開展度的變化規(guī)律存在差異，各指標(biāo)最大值均出現(xiàn)在生殖生長階段。
“紫菜薹”頂部投影面積和開展度的變化趨勢與其余品種不同可能是由于食用器官不同，生長發(fā)育所需，也可能由于成像周期較長錯(cuò)過生長發(fā)育時(shí)期，需要加大樣品量和縮短成像周期進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證；另外，這7個(gè)不結(jié)球白菜在分類上屬于不同類別[2]，其變化規(guī)律是否代表各大類不結(jié)球白菜的生長發(fā)育變化，需要加大樣品數(shù)量，進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證；7個(gè)不結(jié)球白菜莢果類型不同，莢果與籽粒產(chǎn)量相關(guān)性需要進(jìn)一步驗(yàn)證。
何紅梅， 申海燕， 夏冬冬， 王玉杰， 張雪蓮， 顧群. 不結(jié)球白菜生長發(fā)育過程中表型變化. 北方園藝, 2019 (20): 1.