遮光及復(fù)光處理對紫葉狼尾草葉色及生理變化的影響

朱 婷， 章陸楊， 許志敏， 郝 亮， 陳 琳， 劉燕珍， 丁國昌

(福建農(nóng)林大學(xué)藝術(shù)園林學(xué)院， 福建 福州 350000)

紫葉狼尾草(Pennisetumsetaceum‘Rubrum’)是禾本科狼尾草的栽培變種[1]，暖季型觀賞草，喜溫。簇生株型狀盡顯飄逸，圓錐花序輕盈精致，尤其整株紫紅色給人帶來視覺的沖擊，其自然質(zhì)樸的氣質(zhì)為園林景觀帶來獨(dú)特的美感和趣味。顏色作為感官品質(zhì)的重要影響因子，對觀賞價(jià)值的影響較為明顯[2]。光照強(qiáng)度是影響彩葉植物葉色變化最關(guān)鍵的外部環(huán)境因素[3]，不同光強(qiáng)條件下，使植物葉片光合色素和花色素苷的含量發(fā)生變化，從而影響葉片呈色[4]。光照也是植物進(jìn)行光合作用的基礎(chǔ)[5]，同時(shí)影響植物生長、存活和分布的重要生態(tài)因子，它以環(huán)境信號的形式作用于植物，通過光敏色素等作用途徑調(diào)節(jié)植物生長、發(fā)育和形態(tài)建成，使植物更好地適應(yīng)外界環(huán)境[6-8]。

目前，我國在彩葉植物的葉色研究中，研究對象多集中于喬木、灌木等非草本植物[9]的生理研究。在彩葉觀賞草的葉色報(bào)道中，有前人基于Lab模型對葉色進(jìn)行研究[10]，但總體關(guān)于彩葉觀賞草的葉色報(bào)道較少。因此，本研究以紫葉狼尾草為研究對象，通過遮光及復(fù)光處理，測定處理后的葉色參數(shù)及關(guān)鍵生理指標(biāo)的變化動態(tài)，研究各指標(biāo)的變化規(guī)律及之間的相關(guān)性。從生理學(xué)角度探討光照對紫葉狼尾草葉色的影響，揭示引起紫葉狼尾草葉色變化的直接原因，最終為紫葉狼尾草的栽培管理和推廣奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

實(shí)驗(yàn)地位于福建省福州市福建農(nóng)林大學(xué)中華園試驗(yàn)基地。福州市位于福建省東部沿海閩江下游，地理位置為25°15' N～26°39' N，118°08' E～120°31' E。年平均日照數(shù)為1 700～1 980 h，年降水量為1 400～2 000 mm，年平均氣溫為17～22℃[11]。

1.2 試驗(yàn)材料

對紫葉狼尾草露天盆栽，于2018年6月上旬進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，6月下旬夏季正式試驗(yàn)。用遮陽網(wǎng)搭建遮陰棚，用照度計(jì)測得遮光率為10%(遮光率=棚內(nèi)照度/露天照度)，對植株進(jìn)行遮光處理，待新葉成熟后完全變綠時(shí)撤去遮陽網(wǎng)進(jìn)行復(fù)光處理，直至葉色恢復(fù)到紫色。根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)的葉色變化情況，共選擇5個(gè)時(shí)間點(diǎn)采樣，進(jìn)行色差及生理指標(biāo)的測定。T0表示未經(jīng)處理的狀態(tài)；T1表示經(jīng)過12 d遮光處理后新葉完全變綠；T2表示復(fù)光處理1 d后；T3表示復(fù)光處理3 d后；T4表示復(fù)光處理6 d后葉色完全變返紫。試驗(yàn)共18株供試材料，分3組，每組6盆，混合采樣。取樣于每天早9:00時(shí)左右，采樣葉片為植株自上而下第3或第4片葉。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

葉色參數(shù)測定參照丁廷發(fā)[12]的方法，葉色取點(diǎn)參照朱婷[10]的方法。其中，L表示光澤明亮度，L值越大，亮度越高；a值表示紅/綠，a值越大，紅色越深，a值越小，綠色越深；b值表示黃/藍(lán)，b值越大，黃色越深，b值越小，藍(lán)色越深[13]。葉片顏色指數(shù)(color index)計(jì)算[14]和等級劃分[15]參照J(rèn) Carreno對葡萄果實(shí)顏色的研究方法。

葉綠素含量的測定參照張秀君[16]的方法略有改動，計(jì)算參照李合生[17]的方法?；ㄉ剀盏臏y定參照Pirie等[18]的方法，計(jì)算參照徐金瑞[19]的方法。類黃酮、可溶性糖、苯丙氨酸解氨酶(phenylalnine ammonialyase，PAL)的檢測均采用南京建成生物工程研究所研制的試劑盒進(jìn)行測定。查爾酮異構(gòu)酶(chalcone isomerase，CHI)的提取參照王惠聰[20]的方法，測定參照Lister[21]的方法。多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)和過氧化物酶(peroxidase，POD)的檢測均采用上海仁捷生物科技有限公司研制的試劑盒進(jìn)行測定。測定每種指標(biāo)樣品均重復(fù)3次。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和繪圖。采用SPSS22. 0軟件進(jìn)數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 遮光及復(fù)光處理對葉色參數(shù)的影響

葉片顏色狀態(tài)記錄如圖1，葉色變化的L值為24.38～34.10，a值為-7.60～5.48，b值為1.59～15.74，顏色指數(shù)為1.37～4.17。結(jié)果表明，遮光及復(fù)光處理對紫葉狼尾草的葉色表達(dá)有顯著影響(表1)，T0到T1階段，T1的明度和變黃度顯著增加(P<0.05)，而變紅度和顏色指數(shù)顯著降低(P<0.05)，葉色達(dá)到黃綠級別。隨著復(fù)光處理時(shí)間的增加，葉色明度和變黃度顯著降低(P<0.05)，葉色變紅度和顏色指數(shù)顯著增大(P<0.05)。參照葡萄果實(shí)顏色指數(shù)的方法，T0和T4階段均達(dá)到紅色級別，T1和T2階段均達(dá)到黃綠級別，T3階段達(dá)到粉紅級別。復(fù)光處理6 d后T4階段與未遮光的T0階段所有指標(biāo)均無顯著性差異?？梢姡庹諏ψ先~狼尾草葉色的影響極為明顯，經(jīng)過遮光處理的新葉均為綠色，在恢復(fù)自然光后，綠色葉色又迅速轉(zhuǎn)紫直至恢復(fù)到原來的狀態(tài)。

圖1 不同階段紫葉狼尾草的葉色變化動態(tài)圖Fig.1 Dynamic changes of leaf color of P.setaceum ‘Rubrum’ in different stages

表1 不同階段紫葉狼尾草的葉色參數(shù)變化Tab.1 Changes of leaf color parameters of Pennisetum setaceum ‘Rubrum’ in different stages

處理階段Processing Phase明度L變紅度a變黃度b顏色指數(shù)Color index葉色ColorT024.38±0.22c5.48±0.43a1.77±0.19d4.17±0.22a紅T134.10±0.62a-7.60±0.54c15.74±0.75a1.37±0.13d黃綠T228.59±0.49b2.84±0.52b7.05±0.94b1.99±0.19c黃綠T325.74±0.38c3.88±0.57b4.15±0.17c3.12±0.14b粉紅T424.67±0.39c5.14±0.05a1.59±0.13d4.17±0.13a紅

注:表中同列間不同字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

Note:Different letters in same column indicate significant difference at the 0.05 level,the same as below

2.2 遮光及復(fù)光處理對光合色素的影響

葉片中葉綠素的含量是維持苗木正常光合作用以及葉片色澤、彩化度的主要指標(biāo)[22]，其中葉綠素包括葉綠素a和葉綠素b。遮光及復(fù)光處理對紫葉狼尾草的葉綠素含量有顯著影響(圖2)。從T0到T1階段，葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量顯著增加。去除遮陽網(wǎng)后，隨著復(fù)光處理時(shí)間的增加，葉綠素a含量逐漸降低，且各階段間達(dá)差異顯著水平(P<0.05)；葉綠素b含量無明顯變化；總?cè)~綠素含量降低，且T1到T4各階段間差異顯著(P<0.05)，與葉綠素a含量變化一致?？梢娍?cè)~綠素下降是由于葉綠素a含量的下降而引起的。

圖2 不同階段紫葉狼尾草的葉綠素含量Fig.2 Changes of leaf chlorophyll content of P.setaceum ‘Rubrum’ in different stages

2.3 遮光及復(fù)光處理對花色素苷和類黃酮含量的影響

花色素苷是一類主要的類黃酮色素，廣泛存在于植物細(xì)胞的液泡中，是葉片的重要呈色物質(zhì)[23]；類黃酮在植物體中以黃酮苷或黃酮苷元的形式存在，苷元的糖基化對植物花色及葉色有不同程度的影響[24]。結(jié)果表明，遮光及復(fù)光處理對紫葉狼尾草的花色素苷和類黃酮含量均影響顯著，且兩者變化趨勢一致(圖3)。遮光處理后，從T0到T1階段花色素苷和類黃酮含量快速下降且差異顯著。去除遮陽網(wǎng)后，兩種指標(biāo)逐漸增加。最終，花色素苷含量T4與T0階段無顯著差異，類黃酮含量T4與T0階段差異顯著(P<0.05)且小于T0階段?？梢?，隨著花色素苷與類黃酮含量的增加，葉色逐漸變紫。

圖3 不同階段紫葉狼尾草的花色素苷和類黃酮含量Fig.3 Changes of leaf anthocyanin and flavonoid content of P.setaceum ‘Rubrum’ in different stages

2.4 遮光及復(fù)光處理對可溶性糖含量的影響

由方差分析可得，從T0到T1階段，紫葉狼尾草的可溶性糖含量急劇下降(圖4)。復(fù)光處理后，隨著時(shí)間的增加，可溶性糖含量逐步增加，且各階段間達(dá)到顯著差異水平(P<0.05)，最終T4階段的含量與未處理前T0階段的含量無顯著性差異?？扇苄蕴桥c花色素苷和類黃酮含量變化趨勢一致，說明可溶性糖可能對花色素苷的合成有一定的促進(jìn)作用?？梢娍扇苄蕴呛繒绊懽先~狼尾草的呈色。

圖4 不同階段紫葉狼尾草的可溶性糖含量Fig.4 Changes of leaf soluble sugar content content of P. setaceum ‘Rubrum’ in different stages

2.5 遮光及復(fù)光處理對PAL,CHI,PPO,POD活性的影響

葉色表現(xiàn)的關(guān)鍵酶活性與處理階段的方差結(jié)果如表2。PAL是催化苯丙烷類代謝途徑(花色素苷)的代謝途徑反應(yīng)的第一酶，其活性高低決定花色素苷含量高低，間接決定植物葉色的呈現(xiàn)[25]，從T0到T1階段，PAL活性顯著降低，T1到T4階段，PAL活性逐步增加，且各階段達(dá)到顯著差異水平(P<0.05)，最終T4與T0階段的酶活性無顯著性差異，其變化趨勢與花色素苷一致。CHI是花色素苷合成的關(guān)鍵酶[26]，T0階段的CHI活性最高，T1到T4階段的CHI活性逐漸增加。PPO具有催化酚類物質(zhì)氧化的作用，與花色素苷的降解有關(guān)[27]，但本試驗(yàn)結(jié)果顯示T0到T4階段的PPO活性間均無顯著性差異。POD與植物的抗氧化系統(tǒng)有關(guān)，與次生代謝密切相關(guān)[28]，本試驗(yàn)結(jié)果顯示T2階段POD活性最高且與T0和T3階段差異顯著(P<0.05)；T3階段POD活性最低；5個(gè)階段的POD活性變化無明顯規(guī)律。

2.6 各指標(biāo)間相關(guān)性分析

通過分析葉色參數(shù)與生理指標(biāo)之間的相關(guān)性，可推斷出各生理指標(biāo)對紫葉狼尾草的葉色影響程度。表3顯示，a值與葉綠素a、葉綠素b呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)性，與花色素苷、類黃酮、可溶性糖、PAL和CHI活性呈極顯著正相關(guān)。L值、b值與葉綠素a、葉綠素b呈極顯著正相關(guān)性，與花色素苷、類黃酮、可溶性糖、PAL和CHI活性呈極顯著負(fù)相關(guān)。PPO、POD活性與葉色參數(shù)無顯著相關(guān)性。花色素苷、類黃酮、可溶性糖與葉綠素a、葉綠素b呈極顯著負(fù)相關(guān)，與PAL和CHI活性呈極顯著正相關(guān)。由此可推斷，葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素、花色素苷、類黃酮、可溶性糖、PAL和CHI活性是影響紫葉狼尾草葉色的重要生理指標(biāo)，PPO、POD活性對紫葉狼尾草的葉色無直接影響。

3 結(jié)論與討論

植物葉色是由內(nèi)部與外部環(huán)境共同作用的結(jié)果[4]，光照條件是影響植物生長發(fā)育最重要的環(huán)境因子[3]，光照強(qiáng)弱直接影響植物葉片各色素的含量及比例，從而影響彩葉植物的呈色[4]。研究各色素含量可充分掌握葉色表現(xiàn)的變化動態(tài)。本試驗(yàn)結(jié)果顯示：5個(gè)階段的葉色變化都是以花色素苷和葉綠素的含量不同而導(dǎo)致的結(jié)果。遮光后的紫葉狼尾草新葉為綠色，總?cè)~綠素、葉綠素a、葉綠素b含量均上升，花色素苷含量下降，可能是由于紫葉狼尾草在低光強(qiáng)的環(huán)境中通過增加葉綠素以提高葉片的捕光能力，為了更好地吸收利用光能進(jìn)行光合作用；復(fù)光后葉色由綠逐漸轉(zhuǎn)紫，色素含量與遮陰處理后變化相反。這與崔曉靜等對紅葉石楠(Photinia×fraseri‘Red Robin’)[29]、肖婷婷等對美國紅楓(Acer×freemanii‘Autumn Blaze’)[30]等的研究結(jié)果相一致。

表2 不同階段紫葉狼尾草的PAL,CHI,PPO,POD酶活性變化Tab.2 Changes of PAL,CHI,PPO,POD activities of P. setaceum ‘Rubrum’ in different stages

表3 不同階段紫葉狼尾草的葉色參數(shù)及各生理指標(biāo)相關(guān)性系數(shù)Tab.3 The correlation coefficient between leaf color parameters and the physiological indexes of P. setaceum ‘Rubrum’ in different stages

注：*表示在α=0.05水平下相關(guān)性顯著；**表示在α=0.01水平下相關(guān)性顯著

Note：*Correlation is significant at the 0.05 level;**Correlation is significant at the 0.01 level

有研究發(fā)現(xiàn)，可溶性糖和類黃酮均是花色素苷合成過程中的能源物質(zhì)，促進(jìn)花色素苷的合成[31]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，遮光后使得紫葉狼尾草花色素苷、類黃酮和可溶性糖含量下降，而復(fù)光后含量逐漸上升，三者變化趨勢一致并呈極顯著正相關(guān)。這可能是由于遮光使得紫葉狼尾草代謝能力減弱，影響碳水化合物的積累，降低了可溶性糖的含量，進(jìn)一步影響花色素苷的合成，復(fù)光后則相反。這表明遮光及復(fù)光處理對紫葉狼尾草葉色轉(zhuǎn)變的影響過程中，全光照條件較有利于可溶性糖和花色素苷的積累。這與王永格對麗紅元寶楓(Acertrunceatum‘Lihong’)[32]的研究結(jié)果一致。

花色素苷的合成是在一系列酶的催化下形成的，而PAL活性是花色素苷合成的第一個(gè)關(guān)鍵酶[25]。本試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)遮光后PAL活性降低，隨著復(fù)光時(shí)間增加PAL活性逐漸升高，這與卓啟苗等對歐洲衛(wèi)矛(Euonymuseuropaea)[33]的研究結(jié)果一致。可見PAL活性的升高有利于紫葉狼尾草葉色變紫。有研究表明，CHI廣泛參與類黃酮代謝過程，對植物器官顏色的形成中起作用[34]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)遮光處理可顯著降低CHI活性，隨著復(fù)光處理時(shí)間增加，CHI活性逐漸升高且與類黃酮呈極顯著正相關(guān)，這與Kim等對洋蔥(Alliumcepa)[35]的研究結(jié)果一致，在紫葉狼尾草葉色變化的5個(gè)階段中PAL和CHI活性變化一致。PPO，POD活性與花色素苷的降解有關(guān)，兩種酶首先催化氧化其他酚類物質(zhì)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的醌類物質(zhì)，醌類物質(zhì)進(jìn)一步氧化花色素苷，導(dǎo)致花色素苷含量降低[27]。本研究結(jié)果表明，PPO和POD活性與光照時(shí)間之間變化規(guī)律不明顯，與花色素苷呈負(fù)相關(guān)但不顯著，POD活性與類黃酮呈顯著負(fù)相關(guān)。在Zhang對荔枝(LitchichinensisSonn.)[36]的報(bào)道中，POD活性與花色苷含量呈負(fù)相關(guān)，這可能因?yàn)榛ㄉ剀帐且活愔饕念慄S酮色素[23]，所以兩者間存在顯著負(fù)相關(guān)。由此可知在紫葉狼尾草中PPO、POD活性對于花色素苷合成的調(diào)控較為復(fù)雜，今后有待進(jìn)一步的探究。