不結(jié)球白菜生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的表型變化

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(yíng)養(yǎng)，復(fù)種指數(shù)高，供應(yīng)周期長(zhǎng)，在全國(guó)各地均有栽培，深受消費(fèi)者喜愛，是我國(guó)栽培和消費(fèi)的主要蔬菜之一[1-2]。我國(guó)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(duì)不結(jié)球白菜生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)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(lái)，我國(guó)逐漸對(duì)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(píng)價(jià)與品種選育[12-13]、栽培條件或脅迫對(duì)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(zhǎng)期內(nèi)快速、準(zhǔn)確、無(wú)損的測(cè)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(guò)程中表型變化對(duì)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(duì)設(shè)施不結(jié)球白菜生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中相關(guān)表型指標(biāo)變化問(wèn)題，利用表型成像技術(shù)獲取不結(jié)球白菜整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)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(zhǎng)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(shì)，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(guó)（上海）自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)孫橋沔北路185號(hào)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(zhǎng)勢(shì)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(guó)LemnaTec公司的Scanalyzer 3D的可見光頂部和側(cè)面鏡頭對(duì)正常培養(yǎng)的小不結(jié)球白菜植株進(jìn)行無(wú)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(cè)定
每個(gè)不結(jié)球白菜品種從定植后10 d起，選取長(zhǎng)勢(shì)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(guò)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(guò)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(guò)功能鍵選擇目的區(qū)域以及想要獲取參數(shù)，通過(guò)此IAC進(jìn)行批量分析，獲得的像素?cái)?shù)據(jù)通過(guò)Scanalyzer 3D的LemnaMiner軟件進(jìn)行像素與實(shí)際長(zhǎng)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(guò)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(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中植株表型變化
2.1.1  表型圖片觀察植株生長(zhǎng)發(fā)育各時(shí)期
不結(jié)球白菜生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)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。“蘇州青”“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(zhǎng)發(fā)育過(guò)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(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和生殖生長(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)主要提供花薹生長(zhǎng)。
 

圖2不結(jié)球白菜生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)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(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段和生殖生長(zhǎng)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(zhǎng)，分枝、開花，增大頂部開展度。
 

圖3不結(jié)球白菜生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)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(zhǎng)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。“蘇州青”“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(zhǎng)時(shí)期。
 

圖4不結(jié)球白菜生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)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(zhǎng)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。“蘇州青”“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。“南通馬耳朵”和“紫菜薹”株高最大值出現(xiàn)在109d為89.05和113.35cm。“黑心烏”株高最大值出現(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(zhǎng)規(guī)律一致，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和生殖生長(zhǎng)期均出現(xiàn)株高最大值。
 

圖5不結(jié)球白菜生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)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(zhǎng)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(guò)一段平緩期增減期后迅速增加達(dá)到最大。“蘇州青”“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(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和生殖生長(zhǎng)期均出現(xiàn)株幅最大值。

圖6不結(jié)球白菜生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)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(zhǎng)周期內(nèi)，7個(gè)不結(jié)球白菜品種的葉片長(zhǎng)、寬、周長(zhǎng)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。“蘇州青”“紫羅蘭”“高梗白”“紫菜薹”和“抗熱605”“南通馬耳朵”葉長(zhǎng)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(zhǎng)在67d達(dá)到最大值，為15.72 cm，之后降低。“蘇州青”“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(zhǎng)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(zhǎng)在80、74和60d達(dá)到最大值，為31.59、24.20和33.84cm，之后減小。“蘇州青”“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(zhǎng)發(fā)育過(guò)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(zhǎng)度最長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)度為2.63、2.25和2.16 cm，差異不顯著。“紫羅蘭”“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。“抗熱605”和“南通馬耳朵”莢果周長(zhǎng)最長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)為4.48和4.26 cm，差異不顯著。“抗熱605”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(zhǎng)窄，“抗熱605”莢果長(zhǎng)寬，“高梗白”莢果中長(zhǎng)窄，“蘇州青”和“紫羅蘭”莢果中長(zhǎng)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(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)，則經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量高[17]。直觀、快速、簡(jiǎn)便、易行地鑒定農(nóng)藝性狀是研究種質(zhì)資源最基本的方法和途徑[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(tái)很好的克服了傳統(tǒng)的人工測(cè)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(wú)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(zhǎng)發(fā)育過(guò)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(zhǎng)，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(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，也是研究脅迫對(duì)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(zhǎng)度可預(yù)估產(chǎn)量指導(dǎo)生產(chǎn)，開展度、株高、株幅可評(píng)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(zhǎng)階段。

“紫菜薹”頂部投影面積和開展度的變化趨勢(shì)與其余品種不同可能是由于食用器官不同，生長(zhǎng)發(fā)育所需，也可能由于成像周期較長(zhǎng)錯(cuò)過(guò)生長(zhǎng)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(zhǎng)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。

全文閱讀
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(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中表型變化. 北方園藝, 2019 (20): 1.