彩葉紫薇新品種紅火球與侖山1號(hào)的葉色及生理變化特性

崔 舜， 邱國(guó)金*， 吳 茜， 戴 靜， 徐 炅， 夏愛(ài)華

(1.江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 句容 212400； 2.江蘇綠苑園林建設(shè)有限公司， 江蘇 句容 212400； 3.鎮(zhèn)江潤(rùn)祥園林科技發(fā)展有限公司， 江蘇 句容 212400)

紫薇(Lagerstroemiaindica)是千屈菜科(Lythraceae)紫薇屬(Lagerstroemia)落葉小喬木，具有花繁色艷、花色多變、花期長(zhǎng)等特點(diǎn)，是我國(guó)乃至世界著名的夏季觀花樹(shù)種[1]。我國(guó)園林中廣泛應(yīng)用的紅火球紫薇(L.indicaDynamite)和侖山1號(hào)紫薇(L.indicaLunshan 1)新品種，其葉色一年四季的變化進(jìn)一步增添了紫薇的觀葉價(jià)值。紅火球紫薇是由美國(guó)著名植物育種家Dr.Carl E Whitcomb經(jīng)過(guò)20多年研究，成功培育出花色紅艷的紫薇新品種，我國(guó)園林引種后具有生長(zhǎng)健壯、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，其新葉深紅色，老葉綠色，花量大，花色鮮紅，花期長(zhǎng)[2]。侖山1號(hào)紫薇是由江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院選育并通過(guò)國(guó)家林業(yè)局審定的新品種(品種權(quán)號(hào)：20180075)，該品種春季嫩葉紅色，6月下旬后枝條1/2以下部分葉片轉(zhuǎn)變?yōu)槟G色，上部暗紅色；枝條上部中等橄欖灰(RHS N199A)；花深粉色(RHS H80B)，萌芽力和成枝力強(qiáng)，適應(yīng)性廣，對(duì)高溫、干旱、短時(shí)間積水抗性強(qiáng)，抗病蟲(chóng)害(白粉病、天牛)能力較強(qiáng)[3]。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于紫薇的研究主要集中在種質(zhì)資源、育種、抗病性、花色、株型、藥用價(jià)值等方面,對(duì)葉色變化的系統(tǒng)研究甚少[4-6]。鑒于此，通過(guò)觀測(cè)紅火球紫薇和侖山1號(hào)紫薇葉色變化，測(cè)定葉片含水量、總酚、類(lèi)黃酮、花色素苷、色素、可溶性糖含量及苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性，分析2個(gè)紫薇新品種的葉色時(shí)序性變化過(guò)程中葉片的生理變化，以期為紫薇優(yōu)良彩葉品種的選育及其園林栽培配置提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2018年4—10月進(jìn)行，在江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院國(guó)家彩葉樹(shù)種良種基地采穗圃中選擇生長(zhǎng)健壯、長(zhǎng)勢(shì)一致的5年生紅火球和侖山1號(hào)紫薇，4-10月期間，每月30日上午8點(diǎn)，采集樹(shù)冠南向正常的枝稍功能葉(從枝頂往下第4～8片葉)，用冰盒保存送回實(shí)驗(yàn)室，部分用于葉色觀察和含水量測(cè)定；其余部分冷凍保存于-80℃的超低溫冰箱中，備生理指標(biāo)測(cè)定。

1.2 試驗(yàn)方法

將被測(cè)葉片洗凈擦干，去掉葉脈和葉柄，剪碎后混合均勻作為樣品備后續(xù)試驗(yàn)。每組試驗(yàn)測(cè)量3次。測(cè)定指標(biāo)包括葉色、含水量、葉綠素及類(lèi)胡蘿卜素含量，花色素苷、類(lèi)黃酮和總酚含量，可溶性糖含量和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性。

1) 葉色觀察。將采集的葉片及時(shí)使用RHS Colour Chart進(jìn)行比對(duì)，讀取顏色并記錄。

2) 含水量(RWC)。稱(chēng)取樣品的鮮重(FW)，105℃烘箱內(nèi)烘烤8 h后稱(chēng)干重(DW)。

RWC=(FW-DW)/FW×100%

3) 葉綠素及類(lèi)胡蘿卜素含量。精準(zhǔn)稱(chēng)取0.2 g樣品研磨，加10 mL 95%無(wú)水乙醇提取[7]，直至葉片組織發(fā)白，靜置3～5 min后過(guò)濾，定容在25 mL的棕色容量瓶中，測(cè)定665 nm、649 nm和470 nm下的吸光度，95%乙醇作為對(duì)照組。計(jì)算葉綠素a(Ca)、葉綠素b(Cb)、葉綠素總含量(GT)及類(lèi)胡蘿卜素含量(Cx.c)。

Ca=13.95A665-6.8A649

Cb=24.96A649-7.32A665

CT=Ca+Cb=18.16 A649+6.63 A665

Cx.c=(1000A470-2.05Ca-114.8Cb)/248

式中，A665、A649、A470分別表示665 nm、649 nm和470 nm下的吸光度值。

4) 花色素苷、類(lèi)黃酮和總酚含量。精準(zhǔn)稱(chēng)取0.1 g樣品烘干，加5 mL 0.1%鹽酸乙醇混合液提取[8]，以提取液作對(duì)照，4℃下浸提24 h后,分別測(cè)定530 nm、320 nm、280 nm處的吸光度,計(jì)算花色素苷相對(duì)含量、類(lèi)黃酮相對(duì)含量和總酚相對(duì)含量。相對(duì)含量則A=吸光度×0.01(色素單位)，以1 g鮮重在10 mL提取液0.1OD為1個(gè)色素單位。

花色素苷相對(duì)含量(mg/g)= OD530/g·FW

類(lèi)黃酮相對(duì)含量(mg/g)=OD320/g·FW

總酚相對(duì)含量(mg/g)=OD280/g·FW

5) 可溶性糖含量。采用蒽酮比色法[9]，精準(zhǔn)稱(chēng)取葉片0.1 g，加入10 mL蒸餾水，研磨成勻漿，倒入離心管，沸水浴10 min后冷卻至室溫，4 000 r/min，離心10 min，上清液蒸餾水稀釋10倍，搖勻。按照說(shuō)明書(shū)依次完成空白管、標(biāo)準(zhǔn)管及測(cè)定管的試劑添加，充分搖勻，沸水浴反應(yīng)10 min，流水冷卻，測(cè)定試管試劑在620 nm下的吸光值，計(jì)算可溶性糖含量。

可溶性糖含量(mg/g·FW)= 從標(biāo)準(zhǔn)曲線查得糖的量(μg)×提取液體積(mL)×稀釋倍數(shù)/測(cè)定用樣品液的體積(mL)×樣品重量(g)×106×100%

6) 苯丙氨酸解氨酶( PAL)活性。采用分光光度計(jì)法。準(zhǔn)確稱(chēng)取0.1 g葉片，加入0.9 mL提取液，冰水浴研磨成勻漿狀態(tài)，倒入離心管中，10 000 r/min離心10 min，取上清液待測(cè)，依次在測(cè)定管和空白管中加入緩沖液、底物液，搖勻，30℃水浴30 min，檢測(cè)290 nm處的吸光度。以測(cè)定管反應(yīng)液 0.01 OD290/g.Fw.hr為1個(gè)酶活性單位(U)。

PAL活性(U/g FW·hr)=A290×Vt×

V/0.01×VS×FW×T

式中，Vt為酶液總體積(mL)，F(xiàn)W為樣品鮮重(g)，VS為測(cè)定時(shí)取酶液的量(mL)，V為反應(yīng)液總體積(mL)，T為反應(yīng)時(shí)間(h)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

利用SPSS 19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用Origin 9.1.1對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同時(shí)期紅火球與侖山1號(hào)紫薇的葉色變化

由表1看出，在4—10月，紅火球紫薇葉色變化過(guò)程為中等橄欖綠色-灰橄欖綠色-深黃綠色；侖山1號(hào)紫薇葉色變化過(guò)程為灰橄欖綠色-暗紅色-灰橄欖綠色-中等橄欖綠色-灰橄欖綠色-中等橄欖綠色。觀察發(fā)現(xiàn)，紅火球與侖山1號(hào)紫薇2個(gè)紫薇品種在相同時(shí)段內(nèi)葉片顏色存在差異，但二者在同一區(qū)域種植，且形態(tài)和健康條件相似。因此認(rèn)為，2個(gè)紫薇品種的葉色差異主要是由于其自身生理差異所致。

表1 不同時(shí)期紅火球與侖山1號(hào)紫薇的葉色變化Table 1 Color variation of Honghuoqiu and Lunshan 1 in different periods

2.2 不同時(shí)期紅火球與侖山1號(hào)紫薇葉片的含水量

由圖1看出，紅火球和侖山1號(hào)紫薇葉片含水量在4—10月期間變化呈先降后升趨勢(shì)，4月為最高值，2個(gè)紫薇品種分別為74.95%和74.80%，5—7月下降速度加快，7月降至最低，分別為60.54%和53.97%。紅火球紫薇4月含水量與除10月外的其他月份均達(dá)顯著差異；侖山1號(hào)紫薇4月含水量顯著高于7月和8月，與其他月差異不顯著。

含水量反映植物組織水分生理狀況，直接影響植物生長(zhǎng)。7月是江蘇高溫季節(jié)，紫薇葉片含水量低于其他月份。紅火球紫薇含水量稍高于侖山1號(hào)紫薇，結(jié)合比色卡信息及葉色觀察結(jié)果，紅火球紫薇葉色較侖山1號(hào)偏綠。因此推斷，當(dāng)葉片含水量較高時(shí)，紫薇葉色偏綠色；反之，偏紅。

2.3 不同時(shí)期紅火球與侖山1號(hào)紫薇葉片的葉綠素含量

從圖2看出，不同時(shí)期紅火球與侖山1號(hào)紫薇葉片的葉綠素含量變化。

2.3.1 葉綠素a 紅火球紫薇和侖山1號(hào)紫薇葉片在4—10月期間葉綠素a相對(duì)含量隨時(shí)間推延呈先上升后下降趨勢(shì)，8月達(dá)最高值，分別為11.92 mg/g和13.29 mg/g。紅火球紫薇10月最低，為5.72 mg/g；侖山1號(hào)紫薇4月最低，為5.80 mg/g。紅火球和侖山1號(hào)紫薇8月葉綠素a相對(duì)含量與其他月均呈顯著差異。

2.3.2 葉綠素b 侖山1號(hào)紫薇葉綠素b相對(duì)含量整體高于紅火球紫薇。紅火球紫薇葉綠素b相對(duì)含量隨時(shí)間推延呈先升后降趨勢(shì)，8月最高，為4.80 mg/g，10月最低，為2.57 mg/g。侖山1號(hào)紫薇葉綠素b相對(duì)含量隨時(shí)間推延呈上升-下降-上升-下降趨勢(shì)，9月最高，為6.00 mg/g，4月最低，為3.24 mg/g。8月、9月紅火球紫薇葉綠素b的含量與其他月有顯著差異；6月、9月侖山1號(hào)紫薇與除8月外的其他月有顯著差異。

2.3.3 葉綠素 紅火球紫薇葉綠素相對(duì)含量隨時(shí)間推延呈上升-下降趨勢(shì)，8月含量最高，為17.6 mg/g，4月最低，為8.5 mg/g；侖山1號(hào)紫薇隨時(shí)間推延呈上升-下降-上升-下降趨勢(shì)，8月含量最高，為18.2 mg/g，4月最低，為7.4 mg/g。紅火球紫薇8月與其他月差異顯著；侖山1號(hào)紫薇8月與除9月外的其他月差異顯著。

2.3.4 類(lèi)胡蘿卜素 2個(gè)紫薇品種的類(lèi)胡蘿卜素相對(duì)含量隨時(shí)間推延均呈上升-下降趨勢(shì)。紅火球紫薇5月含量最高，達(dá)1.85 mg/g，8月最低，為1.08 mg/g；侖山1號(hào)紫薇6月含量最高，達(dá)1.52 mg/g，9月最低，為0.81 mg/g。紅火球紫薇5月與其他月差異顯著；侖山1號(hào)紫薇6月、7月與其他月差異顯著。

2.4 不同時(shí)期紅火球與侖山1號(hào)紫薇葉片的花色素苷、類(lèi)黃酮與總酚含量

從圖3看出，不同時(shí)期紅火球與侖山1號(hào)紫薇葉片的花色素苷、類(lèi)黃酮和總酚含量變化。

2.4.1 花色素苷 紅火球紫薇花色素苷相對(duì)含量隨時(shí)間推延呈下降-上升-下降趨勢(shì)，侖山1號(hào)紫薇呈上升-下降-上升趨勢(shì)。紅火球紫薇8月含量最高，達(dá)2.2 mg/g，7月最低，為1.3 mg/g；侖山1號(hào)紫薇5月含量最高，達(dá)3.2 mg/g，7月含量最低，為1.8 mg/g。紅火球紫薇8月與除9月外的其他月差異顯著；侖山1號(hào)紫薇5月含量與除9月、10月外的其他月份差異顯著。

2.4.2 花色素苷/葉綠素 2個(gè)紫薇花色素苷/葉綠素比值隨時(shí)間推延呈下降-上升趨勢(shì)。紅火球紫薇最高值在10月，達(dá)0.21，最低值在7月，為0.09；侖山1號(hào)紫薇最高值在5月，達(dá)0.26，最低值在8月，為0.11。紅火球紫薇10月與除4月和5月外的其他月差異顯著；侖山1號(hào)紫薇5月與除4月和10月外其他月差異顯著。

2.4.3 花色素苷/類(lèi)胡蘿卜素 紅火球紫薇的花色素苷/類(lèi)胡蘿卜素比值基本小于侖山1號(hào)紫薇。紅火球紫薇最高值出現(xiàn)在8月，達(dá)2.1，最低值在5月，為1.0；侖山1號(hào)紫薇最高值在9月，達(dá)3.3，最低值在7月，為1.4。紅火球紫薇8月與除9月外其他月差異顯著；侖山1號(hào)紫薇9月與除10月外其他月差異顯著。

2.4.4 類(lèi)黃酮 紅火球紫薇和侖山1號(hào)紫薇類(lèi)黃酮相對(duì)含量隨時(shí)間推延呈上升-下降趨勢(shì)，但變化比較平緩。紅火球紫薇5月最高，達(dá)1.18 mg/g，7月最低，為1.08 mg/g。侖山1號(hào)紫薇5月最高，達(dá)1.09 mg/g，4月最低，為0.88 mg/g。紅火球紫薇5月與除4月和6月外的其他月差異顯著；侖山1號(hào)紫薇5月與除7月、8月、9月外的其他月差異顯著。

2.4.5 總酚 紅火球和侖山1號(hào)紫薇總酚相對(duì)含量隨時(shí)間推延呈上升-下降趨勢(shì)，4月含量最低，分別為1.11 mg/g和1.09 mg/g；紅火球紫薇5月最高，達(dá)1.34 mg/g，侖山1號(hào)紫薇7月最高，達(dá)1.31 mg/g。紅火球紫薇5月與其他月差異顯著；侖山1號(hào)7月與除10月外的其他月差異顯著。

2.5 不同時(shí)期紅火球與侖山1號(hào)紫薇葉片的可溶性糖含量和苯丙氨酸解氨酶活性

2.5.1 可溶性糖含量 由圖4可知，紅火球紫薇可溶性糖含量隨時(shí)間推延總體呈上升-下降-上升趨勢(shì)，9月最高，達(dá)10.4 mg/g；4月最低，為7.1 mg/g。侖山1號(hào)隨時(shí)間推延呈先下降后上升趨勢(shì)，10月最高，達(dá)12.2 mg/g；7月最低，為6.1 mg/g。紅火球紫薇9月與4月、7月存在顯著差異；侖山1號(hào)紫薇10月與除4月外的其他月差異顯著。

2.5.2 苯丙氨酸解氨酶活性 紅火球紫薇和侖山1號(hào)紫薇的苯丙氨酸解氨酶活性隨時(shí)間推延變化平緩，5月最高，分別達(dá)180.4 mg/g和179.2 mg/g。紅火球紫薇8月最低，為165.1 mg/g；侖山1號(hào)紫薇4月最低，為167.4 mg/g。紅火球紫薇5月、6月與7月、8月和10月差異顯著；侖山1號(hào)紫薇5月與4月、9月和10月差異顯著。

3 結(jié)論與討論

紫薇適應(yīng)性強(qiáng)，在我國(guó)廣泛栽培，但國(guó)內(nèi)外紫薇品種繁多，且表現(xiàn)出高度的差異性，如抗逆性、生長(zhǎng)速率、葉片著色等[10]。紅火球紫薇與侖山1號(hào)紫薇是彩葉植物新品種，研究其葉色變化過(guò)程中的生理變化，可為彩葉植物的應(yīng)用與育種提供思路及借鑒。研究表明，在4—10月，紅火球紫薇葉色變化過(guò)程為中等橄欖綠色-灰橄欖綠色-深黃綠色，侖山1號(hào)為灰橄欖綠色-暗紅色-灰橄欖綠色-中等橄欖綠色-灰橄欖綠色-中等橄欖綠色。2個(gè)紫薇品種葉色差異主要由其自身生理差異所致，不同時(shí)期其生理指標(biāo)存在明顯差異。葉片含水量2個(gè)品種均為4月最高，接近75%；葉綠素含量2個(gè)品種均為8月最高，在18 mg/g左右；類(lèi)胡蘿卜素紅火球5月最高(1.85 mg/g)，侖山1號(hào)6月最高(1.52 mg/g)；紅火球與侖山1號(hào)花色素苷、類(lèi)黃酮及總酚的最高含量分別為2.2 mg/g、1.18 mg/g、1.34 mg/g和3.2 mg/g、1.09 mg/g、1.31 mg/g，可溶性糖和含量和苯丙氨酸解氨酸活性最高值分別為10.4 mg/g、180.4 mg/g和12.2 mg/g、179.2 mg/g。

彩葉植物葉色變化受內(nèi)外因素共同作用，是植物應(yīng)激反應(yīng)之一[11]。外部因素主要表現(xiàn)為光照、溫度、濕度和土壤等方面，內(nèi)部因素包括形態(tài)學(xué)、生態(tài)學(xué)和生化防御機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，葉片含水量、葉綠素含量、可溶性糖含量等均在一定程度上影響了葉色的變化。含水量反映植物組織水分生理狀況，直接影響植物的生長(zhǎng)。研究表明，當(dāng)葉片含水量較高時(shí)，紫薇葉色偏綠色；反之，偏紅。植物葉片顏色一般由葉綠素和花色素苷的含量和分布決定[12]。葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的重要參與色素，葉色的變化與其含量的變化密切相關(guān)，當(dāng)葉片中葉綠素含量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)時(shí)( 約60%以上) ，葉片呈綠色[8]。研究發(fā)現(xiàn)，隨著紫薇葉片中葉綠素含量增加，葉色偏翠綠色；反之，偏灰綠色；而類(lèi)胡蘿卜素含量對(duì)葉色的影響機(jī)制則相反，即類(lèi)胡蘿卜素含量越高，葉色偏灰綠色，可能葉綠素和胡蘿卜素含量對(duì)呈色起到輔助作用[13]，與李利霞[14]對(duì)雞爪槭葉色變化中得出葉綠素含量與葉色偏綠呈正相關(guān)的結(jié)論一致。

色素是植物葉色形成的決定性物質(zhì)，對(duì)于紅(紫)葉植物來(lái)說(shuō)，花色素苷的含量及花色素苷與葉綠素的比值是評(píng)價(jià)葉色變化的標(biāo)準(zhǔn)[15]。研究中紅火球紫薇除在4月和10月花色素苷和葉綠素的比值稍高外，其他月比值趨于平穩(wěn)，而侖山1號(hào)紫薇的比值除8月和10月外其他月都高于紅火球紫薇。對(duì)照比色卡顏色和葉色物候觀察，紫薇葉片變紅程度與花色素苷含量與葉綠素含量比值呈正相關(guān)關(guān)系，與陳延惠等[15]的研究結(jié)果一致。有研究表明，紅(紫)葉觀賞植物呈現(xiàn)彩葉的原因主要是葉片中含有大量的花色素苷，葉色的變化與葉片花色素苷的代謝息息相關(guān)[16]。研究發(fā)現(xiàn)，同一采樣時(shí)期，侖山1號(hào)的葉片中花色素苷含量均高于紅火球。花色素苷在多酚氧化酶、過(guò)氧化物酶、花色素苷酶等的作用下可以降解成酚類(lèi)物質(zhì)[12-13，17]，總酚是所有酚類(lèi)物質(zhì)，類(lèi)黃酮也屬于酚類(lèi)，理論上總酚、類(lèi)黃酮的含量對(duì)葉色的影響與花色素苷含量對(duì)葉色的影響呈一致性，但研究發(fā)現(xiàn)，同一采樣時(shí)期，侖山1號(hào)花色素苷的含量高于紅火球，而總酚含量及類(lèi)黃酮含量均低于紅火球，且2個(gè)品種間花色素苷含量、類(lèi)黃酮含量均差異不顯著。推測(cè)在花色素苷分解過(guò)程中，其分解的酚類(lèi)物質(zhì)(類(lèi)黃酮、總酚)對(duì)紫薇的葉色影響較小。

可溶性糖是植物組織中所存儲(chǔ)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，供植物生長(zhǎng)發(fā)育使用，是植物代謝活動(dòng)的主要參與者。林植芳等[18]研究發(fā)現(xiàn)，秋季植物體內(nèi)一些復(fù)雜的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為糖類(lèi)，直接促進(jìn)花青素的累積，葉片呈現(xiàn)紅色。研究發(fā)現(xiàn)，侖山1號(hào)紫薇的可溶性糖含量隨葉片變紅而逐漸增加，表明可溶性糖含量的增加可顯著促進(jìn)葉片中花色素苷的積累，進(jìn)而影響葉片顏色變化，與李倩等[19]研究早熟桃葉葉色變化的結(jié)果相同。苯丙氨酸解氨酶是控制初級(jí)代謝轉(zhuǎn)變?yōu)榇渭?jí)代謝的分支點(diǎn)，是形成酚類(lèi)化合物中的一個(gè)重要調(diào)節(jié)酶[20]，而酚類(lèi)物質(zhì)的含量與花色素苷的降解有關(guān)。紅火球紫薇的苯丙氨酸解氨酶活性隨時(shí)間推延呈下降-上升-下降變化趨勢(shì)，侖山1號(hào)紫薇則呈上升-降的變化趨勢(shì)，這可能是由于秋季花色素苷的大量合成消耗了大量的苯丙氨酸解氨酶所致[21-22]。