基于单小区温室试验的九个商业万寿菊品种初步整合表型特征分析

《Horticulturae》：Preliminary Integrated Phenotypic Characterization of Nine Commercial Marigold Cultivars in a Single-Plot Greenhouse Trial

　　

万寿菊（Tagetes spp.）是一种兼具观赏与功能价值的作物，其价值体现在花型与类胡萝卜素含量上。本项初步的单季研究对九个商业品种进行了表型特征分析，这些品种分属泰山（Taishan，T. erecta）、杜兰戈（Durango）与超级男孩（Super Boy，T. patula）三个系列，均种植于同一温室中（每品种一个小区，各十株）。研究人员将生长、生物量、花部形态、花色以及基于吸光度的叶黄素当量指数结合起来，并采用相关分析、主成分分析（PCA）与聚类分析。各品种在所有植株性状上均存在差异（描述性Welch方差分析，p ≤ 0.003），株高变化轨迹亦存在差异（品种×日期，p < 0.001），但由于小区与品种相互混杂，这些检验仅具描述性意义。杜兰戈黄（Durango Yellow）在6月8日至22日间的株高增量最大（10.25 cm，其余品种≤ 4.03 cm）。叶黄素当量指数（每品种一个混合样本；未经HPLC验证）以超级男孩橙（Super Boy Orange）最高（46.88 mg g?1 DW），另有三个品种接近定量限。对12个性状进行PCA，PC1与PC2分别解释51.57%与22.57%的方差，将大小与生物量同色素、花色及株型区分开来。去除色素指数后PC1保持不变，而聚类组成则依赖于该指数。该数据为开展具重复、多环境并以HPLC验证色素分析的试验提供了描述性基线。

研究背景与问题 万寿菊（Tagetes spp.）因花色多样、花期长、环境适应性强而广泛用于景观、花坛、盆栽与切花生产，其花朵同时是叶黄素（lutein）等叶黄素类类胡萝卜素（xanthophyll carotenoids）的重要来源，用于饲料、营养保健品、制药、化妆品、功能食品与天然着色剂等领域。商业品种主要源自非洲万寿菊（T. erecta L.）与法国万寿菊（T. patula L.），二者在株型、开花特性与生物量生产上存在差异，同一物种内不同商业品种间亦有较大变异。已有研究多集中于色素浓度、类胡萝卜素组成、生物合成与抗氧化活性，或单独考察某一形态描述符，较少将时序营养生长、花部几何形态、生物量积累与分配以及色素性状纳入同一描述框架。花器官干重可反映生殖投资与库强度，而叶黄素主要积累于花部组织，因此花部生物量与色素生产相关；但本研究未记录单株花数，故未评估单株色素产量。此外，不同研究采用的色谱色素值无法与基于吸光度的估计值直接比较。基于此，研究人员提出三项目标：（i）表征九个商业品种的时序营养生长格局；（ii）以绝对性状与经大小归一化的描述符量化花部形态、营养与生殖生物量、冠层结构、花色及叶黄素相关色素测定；（iii）通过相关分析、PCA与层次聚类整合上述性状以描述品种表型轮廓。研究人员明确说明，九个品种为商业品种的便利抽样，研究属描述性参考而非物种或系列效应检验；其新颖性在于在同一试验中对同一批九个品种测定五类性状组，贡献在于描述性框架而非经验证的品种表现模型。

研究开展与结论 研究人员于2026年4月13日将九个品种的幼苗移栽至韩国济州国立大学的自然通风塑料温室，每品种60株、按6行×10株布置于2 m × 2 m小区内，九个小区在移栽前随机定位并维持不变；每品种预先选定第五行10株用于重复生长测量及后续破坏性与花部分析。营养生长于五个时间点（4月27日、5月11日、5月25日、6月8日、6月22日）重复测定，终期收获时测定生物量、花部形态、花色与生物量分配。研究得出，各品种在全部植株性状上均呈描述性差异，株高、株宽与茎径存在品种×日期交互，杜兰戈黄在6月8日至22日间株高与株宽增量最大；泰山系列花最大，超级男孩系列最小；超级男孩Spry（SBS）花色独特，亮度最低、红度最高；叶黄素当量指数以超级男孩橙最高，三个品种处于或低于定量限；PCA将大小与生物量（PC1）同色素、花色与株型（PC2）分离，且PC1不依赖色素测定而聚类组成依赖之。其意义在于为设计具重复、多环境并以HPLC验证色素分析的试验提供描述性基线，并提示色素浓度与花部生物量宜联合评价。

关键技术方法 研究采用单小区、每品种10株亚样本的温室试验设计，品种与小区混杂，未设重复小区或区组；生长性状于五个时间点重复测量，采用重复测量方差分析（Greenhouse–Geisser校正）与Welch方差分析结合Games–Howell事后检验及Holm校正；花部形态经标准化照明下智能手机拍摄、以Fiji（ImageJ）阈值分割与人工校正提取感兴趣区（ROI）测定花径与投影面积；花色以便携式色差计按CIE Lab色空间测定并计算色度（C）、色调角（h°）与总色差（ΔE）；色素以丙酮超声辅助提取后用微孔板读数仪于445 nm比色，以叶黄素标准曲线定量为叶黄素当量指数（LUT）；并以品种均值（n = 9）进行Pearson相关、z标准化PCA（含自助重采样与逐一剔除品种的稳定性检验）及欧氏距离完全连接层次聚类。样本来源为韩国CZ Co., Ltd.提供的商业种子。

研究结果 3.1 株高、株宽与茎径的时序动态：通过五日期重复测量与重复测量方差分析得出，各品种生长时序格局不同，杜兰戈黄后期株高与株宽增量显著大于其余品种，而超级男孩黄与Spry后期最矮。3.2 茎与根生长性状：通过终期收获测定得出，九个品种在除根长外的全部性状上呈描述性差异，杜兰戈黄茎长最长，杜兰戈金根长最短，泰山金、泰山橙与杜兰戈黄茎根生物量较高。3.3 花部形态性状：通过图像形态计量与鲜干重测定得出，泰山系列花最大、杜兰戈居中、超级男孩最小，泰山橙花径、面积、鲜重与干重观测值最高。3.4 花色性状：通过色差计测定得出，泰山黄亮度与色调角最高，杜兰戈金色度与黄度最高，Spry亮度极低、红度高、色差最大。3.5 叶黄素当量指数：通过比色定量得出，指数自泰山黄1.30至超级男孩橙46.88 mg g^?1 DW，三个品种处于或低于定量限且不作相互排序。3.6 基于比值的生长与花密度指数：通过品种均值比值计算得出，泰山系列在茎干重/茎长、茎鲜重/茎长与花干重/花径上系列均值最高，超级男孩系列最低，株宽/茎长在系列间变化较不系统。3.7 性状间相关分析：通过品种均值Pearson相关得出，花干重与花干重/花径、茎干重/茎长与茎鲜重/茎长呈极强正相关，亮度与红度呈负相关，且该相关受Spry影响明显。3.8 主成分分析：通过对12个非冗余性状的PCA得出，PC1（51.57%）由生物量、茎与花大小主导，PC2（22.57%）强调色素、花色与冠层结构，PC1不依赖色素指数而PC2部分由其定义。3.9 品种—性状轮廓的层次聚类：通过15性状标准化均值聚类得出，树状图分为两大分支，品种分组不完全依系列，且分组组成依赖未经验证的叶黄素当量指数。

讨论与结论 讨论部分指出，重复测量描述了各品种对比鲜明的时序轨迹，杜兰戈黄后期扩张与终期较大体型相吻合，但属单季单小区的观测关联，不能排除小区位置、冠层竞争等未控因素；终点生物量轮廓显示泰山金、泰山橙与杜兰戈黄茎根生物量较高而超级男孩系列较低，根冠比在多数品种间相近且由品种均值计算，不能描述个体异速生长。花部形态方面，品种间花径差异明显，花径与花干重强相关，而株宽与花干重无关，可能因花干重仅指单花而单株花产量还取决于花数。花色方面，色调角在同一系列内呈橙<金<黄的顺序，与商业色类一致；Spry因测定部位为边缘舌状花，其值反映品种特异的可见花部区域色彩表达。色素方面，叶黄素当量指数范围宽，超级男孩橙的高值与既往报道一致，但仅来自一个混合样本，不能说明其具有可重复的高叶黄素浓度或优越色素生产力；比色值包含所有445 nm吸收物质且未减丙酮空白，绝对值不应与色谱数据直接比较，品种排序更具可迁移性；花部采集集中于同一日期且以完全开放为标准，不能保证各品种发育阶段与色素积累相当。比值描述符方面，比值假设比例缩放，宜与绝对性状合读，且部分强相关源于共享公式组分，故PCA中每对仅保留一个成员。多元表型方面，PCA沿大小与生物量主轴及色素、花色与结构次轴总结品种轮廓，热图显示品种未严格按系列分组，且该分组依赖未经验证的叶黄素当量指数，故聚类不支持关于表型相似性依大小或系列名称的稳健结论。局限性方面，研究为单季单温室、每品种一小区，品种、小区与温室位置混杂，泰山为唯一T. erecta系列致物种与系列混杂，未记录温湿度，终期株宽超出行距致冠层可能重叠，鲜干重未能与株号对应，花数未记录，色素未经生物学重复与色谱验证，相关与PCA基于九个品种均值属探索性。结论部分译为：本项初步研究通过结合生长动态、生物量、花部形态、花色、色素测定、经大小归一化的描述符与多元分析，对九个商业万寿菊品种进行了整合的描述性表型特征分析。在该单小区试验中，各品种在终期生物量、花大小与冠层结构上呈描述性差异，并遵循对比鲜明的时序生长轨迹；由于每品种仅占一个小区，这些差异无法与小区效应分离。该试验不能确立可重复的品种效应，多元格局亦属探索性。色素值在品种间亦有差异，但来自每品种一个混合样本且未作统计比较。就观测到的系列均值而言，泰山品种花最大且根干重最高，而其茎干重与株宽与杜兰戈品种重叠；超级男孩品种观测株宽与茎干重最小（但其株宽/茎长并非最低），杜兰戈黄表现出显著的后期扩张。超级男孩橙叶黄素当量指数最高（46.88 mg g^?1 DW；观测于一个混合样本，不能说明其具有可重复的高叶黄素浓度或优越色素生产力），PCA将色素相关变异置于与大小和生物量（PC1）分离的轴（PC2）上。由于小区未设重复，这些发现仅描述本品种集合。上述结果或有助于识别待进一步评价的候选品种，但不足以推荐用于商业色素生产或确立跨环境的优越表现。本研究的主要贡献是为设计具重复、多环境并以色谱色素分析为手段的试验提供描述性基线。