紫葉杜仲葉色變異研究

彭少兵，張春賀，任利益，李長友，程婷婷，張葳蕤

（西北農(nóng)林科技大學林學院，陜西 楊凌 712+100）

紫葉杜仲葉色變異研究

彭少兵，張春賀，任利益，李長友，程婷婷，張葳蕤

（西北農(nóng)林科技大學林學院，陜西 楊凌 712+100）

以6年生紫葉杜仲和對照綠葉杜仲扦插苗為試材，測定了杜仲葉片中花色素苷、葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素、可溶性糖等葉色相關(guān)物質(zhì)含量及葉片中苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性和pH值在葉色表達期隨時間（8－10月）的動態(tài)變化，分析了葉色變異與葉片葉綠素、花色素苷、可溶性糖、PAL活性、pH值的相關(guān)性，同時對紫色杜仲葉進行遮光處理并探討光對葉色變異的影響。結(jié)果表明：紫葉杜仲葉片內(nèi)花色素苷含量、PAL活性均高于綠葉杜仲的，而紫葉杜仲葉綠素含量和pH值卻低于綠葉杜仲；在8－10月，其葉綠素含量、pH值呈下降趨勢，花色素苷含量、可溶性糖含量、PAL活性表現(xiàn)出升高趨勢；通過紫葉與綠葉杜仲的對比可以看出，紫葉杜仲葉片變異的主要原因是其花色素苷含量和M值顯著高于綠葉杜仲；影響花色素苷和葉綠素含量的主要因子有PAL活性、溫度、pH值、光照等，而可溶性糖含量與花色素苷相關(guān)性不強

杜仲；葉色；變異

杜仲（Eucommia ulmoides）是中國特有的名貴經(jīng)濟樹種，在我國亞熱帶至暖溫帶的26個?。▍^(qū)、市）均有栽培。從杜仲葉片的葉形及顏色表現(xiàn)出的特征看，可分為巨葉杜仲、小葉杜仲、紫葉杜仲、簇葉杜仲4種類型[2]。杜仲除可用于木材外，其部位均產(chǎn)杜仲膠，可做硬性橡膠制品，也可作名貴藥材入藥補肝腎，治脊痛。目前杜仲研究主要集中在杜仲膠的提取、杜仲樹皮藥用價值、杜仲葉化學成分的分析等方面，而對杜仲葉片顏色變異原因方面的研究較少。

彩葉植物是一類在自然界存在的或經(jīng)人工栽培選育的、在一定季節(jié)或常年表現(xiàn)出與自然綠色有極為顯著差別的、有明顯觀賞價值的植物總稱。常見的彩葉植物主要是元寶楓、雞爪槭、紫葉李等。植物葉片呈色原理十分復(fù)雜，它與葉片細胞內(nèi)色素的種類、含量及在葉片中的分布有關(guān)，葉片中的顏色主要由葉綠素、類胡蘿卜素和花色素苷三類色素決定[3]?；ㄉ剀諏儆陬慄S酮類物質(zhì)，是植物次生代謝產(chǎn)物之一，廣泛存在于花、果實、葉等多種植物組織和器官的細胞液泡中，因其具有吸光性而表現(xiàn)出粉色、紫色、紅色及藍色，是影響植物色彩表達的主要因素之一[4]。紫葉稠李[5]、槭樹[6]和海棠[7]等葉片的研究表明：葉片中花色素苷的合成受多種因素的影響，葉綠素、可溶性糖含量、PAL活性等影響花色素苷的合成，進而影響葉片的顏色。紫葉杜仲葉片呈紫色或紫紅色、樹干通直、樹形優(yōu)美，具有成為良好的園林觀賞樹種的潛力。研究分析杜仲葉色變異的機理，對于紫葉杜仲的開發(fā)利用，以及深入研究植物葉片呈色的機理具有重要意義。

1 材料及方法

1.1 材料

西北農(nóng)林科技大學苗圃園6年生扦插苗。分別在不同時期取杜仲樹中上部葉片為材料。采樣測定時間及標號如表1。

1.2 方法

1.2.1 葉綠素、PAL的提取與測定 參照由高俊鳳主編《植物生理學實驗指導》中方法并略作改動[8]?；ㄉ剀盏奶崛『蜏y定參照董愛文的《爬山虎紅色素的定性定量分析》中實驗方法并改動[9]。參照向曙光、劉思儉的《應(yīng)用苯酚法測定植物組織中的碳水化合物》[10]，用苯酚法測可溶性糖。分別隨機稱取杜仲紫色葉片與綠色葉片各2 g，分別加入1 mL蒸餾水勻漿，于10 000 r/min離心機中離心15 min，吸取上清液，用BMH Easy型pH計測定pH值，以上清液pH值代表葉片細胞液的pH值。

1.2.2 遮光處理 選用市售透光率為50%的黑色遮陽網(wǎng)進行遮光處理。實驗材料為紫葉杜仲新枝，于樹干上部套遮陽網(wǎng)，對照不遮光。每處理重復(fù)三次。采樣一周一次。以上述方法測定葉綠素和花色素苷。

2 結(jié)果與分析

2.1 杜仲葉片葉綠體色素的動態(tài)變化（8－10月）

大約每隔15 d采樣測定1次，結(jié)果如圖1。由圖1可知，紫葉杜仲的各質(zhì)體色素含量整體呈下降趨勢。總?cè)~綠素含量在8月中旬達到最大值，10月中旬降至最小值，降幅達56.8%，葉片綠色逐漸減淡至泛黃。

綠葉杜仲與紫葉杜仲總?cè)~綠素含量對比分析見圖2。從圖2可以看出，紫葉杜仲總?cè)~綠素含量顯著低于綠葉杜仲的總?cè)~綠素含量。兩者均呈先增后減的趨勢。綠葉杜仲葉片總?cè)~綠素含量平均比紫葉杜仲葉片的多出1.727 mg/g。

2.2 花色素苷的變化及其與葉綠素的關(guān)系

實驗中花色素苷的測定與葉綠素測定同時進行，不同時期杜仲葉中花色素苷的含量變化較大，從圖3可以看出：隨著葉片變老和氣溫降低，紫葉和綠葉的花色素苷含量在8－9月整體呈增加趨勢，但是變化不太明顯。紫葉杜仲花色素苷含量顯著高于綠葉杜仲，是導致其葉色變紫的主要原因之一。從圖3還可以看出，紫葉杜仲花色素苷含量在8月中旬最少，可能是由于夏季高溫、強光導致花色素苷含量下降；在10月中旬含量最高，葉色紫紅，觀賞效果較好，是作為園林觀景樹的較佳時期。

將花色素苷與總?cè)~綠素含量的比值設(shè)為M，反映了葉色的變化。由圖4表明：花色素苷/葉綠素的動態(tài)變化趨勢與花色素苷含量的變化趨勢類似，但前者變化更明顯，更能直觀的反應(yīng)葉色變化情況。M值的改變可作為觀葉植物葉色變化的定量指標。與紫葉杜仲相比，綠葉杜仲的M值變化不明顯，且在10月中旬紫葉的M值比綠葉的多出 768.78%，這時兩者葉色也差別明顯。紫葉杜仲在8月M值較低，9月中旬M值大幅升高。如紫葉杜仲在8月中旬的M值較8月初降低了0.03，降低的比率為8.46%；10月中旬較8月中旬升高了0.241，升高比率高達42.85%。

將花色素苷與葉綠素進行相關(guān)性分析，得知紫葉杜仲花色素苷與葉綠素呈明顯負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為－0.947 66。綠葉杜仲花色素苷與葉綠素呈不顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)是－0.550 84，與馮立娟等關(guān)于紅楓葉色研究的報道一致[12]。

2.3 P AL活性變化及其與花色素苷的關(guān)系

PAL活性8－10月變化如圖5。由圖5可知，紫葉杜仲的PAL活性在8－10月整體隨時間呈明顯上升趨勢，而對照變化不明顯，不過也成微弱上升趨勢。

由圖5花色素苷含量與PAL活性變化的相關(guān)性可以看出，花色素苷含量與PAL活性變化呈正相關(guān)，隨著葉片中PAL活性的降低，花色素苷的含量也隨之減少。

2.4 可溶性糖含量和pH值變化

各種可溶性糖是參與新陳代謝的重要底物植物，在個體發(fā)育的各個時期代謝活動也發(fā)生相應(yīng)的變化，碳水化合物代謝也不例外其含量也隨之發(fā)生變化[12]?？扇苄蕴呛孔兓鐖D6。由圖6可知，在8－10月可溶性糖變化并不規(guī)律，且紫葉杜仲可溶性糖含量比綠葉杜仲的多。從圖7可以看出：在8－9月紫葉杜仲葉片細胞液pH值均大于綠葉杜仲葉片細胞液pH值。

2.5 遮光對紫葉杜仲花色素苷的影

為說明光照和激素對葉片的影響，試驗中用市售透光率為50%的黑色遮陽網(wǎng)進行遮光處理，處理后葉片花色素苷變化如圖8所示。由圖8可知，紫葉杜仲在遮光后花色素苷含量和葉綠素含量均顯著下降，未遮光紫葉杜仲作為對照兩者含量變化不大。說明光照應(yīng)該是影響紫葉杜仲花色素苷含量的重要影響因子之一。

3 討論

3.1 紫葉杜仲葉色變異原因分析

實驗結(jié)果表明，在8－10月，隨著溫度升高和光照降低，葉綠素和類胡蘿卜素的含量逐漸減少。而花色素苷的含量與葉綠素剛好相反，8月氣溫較高，含量較低；10月氣溫降低，花色素苷的含量下降。葉綠素、類胡蘿卜素、花色素苷等色素都屬于次生代謝物質(zhì)。它們的存在使植物的花、果實、葉片具有一定的色彩[14]。葉片的呈色是由葉綠素、類胡蘿卜素以及花色素苷共同決定的。在8－10月，紫葉杜仲花色素苷含量最高時可達0.553 0 mg/g，總?cè)~綠素含量最高時為1.543 0 mg/g；而綠葉杜仲花色素苷含量最高時僅為0.157 0 mg/g，總?cè)~綠素卻高達3.473 1 mg/g。一般而言紅色、紫色葉片的花色素苷會含量明顯高于綠色葉片，而綠色葉片其葉綠素含量也相對紫葉的較高。將圖2和圖3對比分析可以看出：花色素苷和總?cè)~綠素是一種此消彼長的關(guān)系。M值變化比花色素苷變化更能反應(yīng)葉色的變異規(guī)律，更為簡潔的反應(yīng)了葉色的變化情況。

3.2 紫葉杜仲花色素苷的影響因子分析

花色素苷是一種黃酮類色素，存在于大部分的花和果實中，一些植物的莖和葉中也存在花色素苷[15]?；ㄉ剀帐怯苫ㄉ睾吞墙Y(jié)合形成的配糖體，常見的花色素主要有6種，分別是天葵色素（花葵素）、矢車菊素、飛燕草色素（翠雀素）、芍藥色素、牽牛花色素和錦葵色素（二甲花翠素）。花色素苷的種類決定于花色素的種類、糖基的種類以及花色素與糖基的結(jié)合部位[16]。PAL是植物苯丙酸代謝途徑的一個關(guān)鍵酶[17]，本研究表明PAL活性與花色素苷含量呈極顯著正相關(guān)，與唐前瑞等[13]研究結(jié)論相同。將花色素苷含量與PAL活性擬合，能得出R12= 0.720 2的線性關(guān)系式，如圖9。說明隨著PAL活性的增加，葉片中花色素苷的含量也會增多。圖10結(jié)果：M值與PAL活性擬合R22= 0.849 2，說明PAL活性變化更能反映M值的動態(tài)變化?？赡苋~綠素的合成也于PAL活性相關(guān)。

雖然糖是花青苷形成的必需成分。一般情況下，隨著糖含量增加，果實中花青苷的含量增加[18]。但是本文的實驗結(jié)果表明可溶性糖與花色素苷含量變化不相關(guān)，這和馮麗娟等[12]的報道有差異?；ㄉ剀蘸窟€受pH值的影響，低pH值條件下花色素苷較穩(wěn)定且呈現(xiàn)增色效應(yīng)，提高pH值加快花色素苷褪色和變色[19]。本實驗結(jié)果表明高含量的花色素苷均在低pH值環(huán)境，間接說明低pH值環(huán)境具有增色效應(yīng)。對紫葉杜仲遮光處理能使花色素苷和葉綠素含量減少，說明光照是花色素苷和葉綠素合成的影響因子之一?？赡芄庹帐荘AL的活化因子，透光率低在很大程度上抑制了PAL的活性[20]，低活性PAL進而抑制了色素的合成。但是花色素苷含量的變化是眾多因素綜合作用的結(jié)果，光照只是其中之一，因此，僅僅采用遮蔭處理，來測定花色素苷含量的變化，其效果并不顯著[21]。

通過紫葉與綠葉杜仲的對比可以看出，紫葉杜仲葉片變異的主要原因是其花色素苷含量和M值顯著高于綠葉杜仲。影響花色素苷和葉綠素含量的主要因子有PAL活性、溫度、pH值、光照等，而可溶性糖含量與花色素苷相關(guān)性不強。

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Analysis on Leaf Color Variation of Eucommia ulmoides

PENG Shao-bing，ZHANG Chun-he，REN Li-yi，LI Chang-you，CHENG Ting-ting，ZHANG Wei-rui
（College of Forestry, Northwest A & F University, Yangling 712100, China）

Determinations were made on anthocyanin, chlorophyll, soluble sugar, phenylalanine ammonialyase(PAL) activity and dynamic pH(August to October,) in leaves of 6-year Eucommia ulmoides cuttings of green and purple leaf. Meanwhile, experiments were conducted on shading purple-color Eucommiae cuttings. The results showed that purple-leaf Eucommia had more content of anthocyanin and PAL activity but lower content of chlorophyll and pH value than green-leaf one. During August and October, purple-leaf Eucommia had a trend of increase of anthocyanin content, soluble sugar PAL activity, while decrease of chlorophyll content and pH value. Comparisons of two colored Eucommia demonstrated that the major effect of color variation was the content of anthocyanin and the ratio of anthocyanin/chlorophyll. Factors to influence content of anthocyanin and chlorophyll were PAL activity, temperature, pH value and light, but had low relation with soluble sugar and content of anthocyanin.

Eucommia ulmoides; color of leaves; variation

S718.43

A

1001-3776（2013）03-0061-06

2012-12-14；

2013-03-30

西北農(nóng)林科技大學育種專項（A212020902）；國家林業(yè)公益行業(yè)科研專項（200904004）；西北農(nóng)林科技大學大學生科創(chuàng)項目（2201110712077）

彭少兵（1973－），男，重慶人，講師，博士，從事林木遺傳育種研究。