黃山欒樹新品種‘金焰彩欒’葉片呈色的生理特性及影響因子分析

呂運舟， 董筱昀， 楊小鑫， 孫海楠， 何開躍， 黃利斌，①

(1. 江蘇省林業(yè)科學研究院， 江蘇 南京 211153； 2. 南京林業(yè)大學生物與環(huán)境學院， 江蘇 南京 210037)

隨著人們對居住環(huán)境要求的不斷提高，彩葉觀賞植物逐漸成為現(xiàn)代園林配置的重要組成部分[1-2]。葉色變異植株為植物彩葉新品種選育提供了理想材料[3]，并在光合作用機制[4]、激素調(diào)控[5]和功能基因組學[6]等研究領域得到廣泛應用。葉片色素是葉色形成的物質(zhì)基礎和關(guān)鍵因子，多數(shù)植物葉片黃化主要是因為遺傳和環(huán)境因子共同作用，影響葉綠素的合成和穩(wěn)定性，從而影響不同色素間的比例[7-8]。

黃山欒樹(KoelreuteriabipinnataFranch.)隸屬于無患子科(Sapindaceae)欒樹屬(KoelreuteriaLaxm.)，為高大喬木，是中國優(yōu)良的鄉(xiāng)土樹種之一。該種具有多種經(jīng)濟價值和園林觀賞價值，是園林綠化、庭院配植的理想樹種[9]?！鹧娌蕶琛?‘Jinyan’)為黃山欒樹的一個新品種，來源于黃山欒樹的天然黃化突變體，枝干呈橙黃色，秋季全株金黃，觀賞價值極高[9]。迄今為止，研究者已經(jīng)初步鑒定出‘金焰彩欒’體內(nèi)部分表達模式與黃山欒樹存在差異的色素合成基因[10-11]，并對其呈色期葉片色素含量進行了初步測定和分析[12]，但關(guān)于‘金焰彩欒’葉片呈色的具體生理生化機制仍不清楚，有待深入研究。

鑒于此，以黃山欒樹實生苗為對照，對‘金焰彩欒’葉片發(fā)育過程中葉色參數(shù)以及葉片的色素含量和比值、含水量、細胞液pH值及可溶性糖含量的變化進行了研究，并對葉色參數(shù)與色素含量進行了多元逐步線性回歸分析，以期明確影響‘金焰彩欒’葉片呈色的主要因子，為探討其葉片呈色的生理機制及選育欒樹屬植物彩葉新品種奠定理論基礎。

1 研究地概況和研究方法

1.1 研究地概況

實驗地設在江蘇省林業(yè)科學研究院苗圃地內(nèi)，該苗圃地位于南京市江寧區(qū)南部，具體地理坐標為東經(jīng)118°46′、北緯31°51′。該區(qū)域?qū)俦眮啛釒Ъ撅L氣候，年均溫15.4 ℃，年降水量1 031 mm，無霜期227 d。土壤為黃棕壤，呈酸性(pH 5至pH 6)，肥力中等。

1.2 材料

在苗圃地內(nèi)分別選取3株樹齡4 a、長勢一致的‘金焰彩欒’嫁接苗和黃山欒樹實生苗作為樣株。根據(jù)‘金焰彩欒’葉片呈色的變化特征[9]，分別于2015年的4月14日、4月27日、5月19日、6月16日、7月15日、8月26日、9月17日、10月28日和11月27日觀察樣株的葉色并拍照，同時，采集樣株樹梢中上部枝條上的成熟功能葉(即側(cè)枝上第3對復葉的第3至第5枚完全展開的小葉)，每株采集3枚小葉。將采集的小葉置于冰盒中帶回實驗室，待測。

1.3 方法

1.3.1 葉色參數(shù)及色素含量測定 參照楊淑紅等[13]的方法，采用CR-410色彩色差儀(日本Konica Minolta公司)測定葉片中部(避開葉脈)的葉色參數(shù)(包括L*、a*和b*值)。參照Lichtenthaler等[14]的方法測定葉片中葉綠素a(Chla)、葉綠素b(Chlb)和類胡蘿卜素(Car)的含量，參照Pirie等[15]的方法測定葉片中花色素苷(Acy)含量，并根據(jù)測定結(jié)果計算總?cè)~綠素(Chl)含量(即Chla和Chlb含量之和)以及Chla/Chlb、Car/Chl和Acy/Chl值。各指標均重復測定3次。

1.3.2 含水量、細胞液pH值及可溶性糖含量測定

取新鮮葉片，先使用梅特勒-托利多AL204電子天平(精度0.1 g)稱量鮮質(zhì)量(FW)，再置于105 ℃條件下殺青15 min，然后在75 ℃條件下烘干至恒質(zhì)量，稱量干質(zhì)量(DW)，根據(jù)稱量結(jié)果計算葉片含水量(WC)，計算公式為WC=〔(FW-DW)/FW〕×100%。參照馬樹華等[16]的方法測定葉片的細胞液pH值。參照鄭恬靜等[17]的方法測定葉片的可溶性糖含量。各指標均重復測定3次。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

使用EXCEL 2003和SPSS 13.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，采用one-way ANOVA法進行單因素方差分析，采用Duncan’s新復極差法進行多重比較。

2 結(jié)果和分析

2.1 葉色變化

觀察(圖1)發(fā)現(xiàn)，‘金焰彩欒’的新葉在3月下旬至4月下旬呈橙紅色，成熟葉在5月上旬至9月下旬一直呈黃綠色，在10月上旬至11月下旬呈金黃色；而實生苗葉片在整個生長過程中基本呈綠色，僅在11月中旬開始變?yōu)辄S色。

2.2 葉色相關(guān)指標變化

2.2.1 葉色參數(shù)變化 葉色參數(shù)變化統(tǒng)計結(jié)果(表1)表明：‘金焰彩欒’葉片的L*值在4月14日至6月16日相對穩(wěn)定，自7月15日開始持續(xù)顯著(P<0.05)升高，于10月28日達到最高值(82.94)，隨后顯著降低；a*值在4月14日達到最高值(56.93)，隨后持續(xù)降低，在8月26日降到最低值(-21.54)，隨后持續(xù)回升，至11月27日達到7.81；b*值在整個實驗期間呈先降低后升高的變化趨勢，在5月19日降到最低值(19.69)，并在11月27日達到最高值(46.35)。

A，B，C： 分別示‘金焰彩欒’在春季、夏季和秋季的葉片顏色Showing leaf color of ‘Jinyan’ in spring， summer， and autumn， respectively； D，E，F(xiàn)： 分別示實生苗在春季、夏季和秋季的葉片顏色Showing leaf color of seedling in spring， summer， and autumn， respectively.

表1 黃山欒樹的新品種‘金焰彩欒’及實生苗葉色參數(shù)的變化

整個實驗期間，‘金焰彩欒’的L*和b*值均為正值，并且，除4月27日外，‘金焰彩欒’的L*和b*值在其余日期均極顯著(P<0.01)高于實生苗?！鹧娌蕶琛腶*值在4月14日、4月27日、10月28日和11月27日為正值，在其余日期為負值，而實生苗的a*值始終為負值；且‘金焰彩欒’的a*值在6月16日至9月17日低于或極顯著低于實生苗，在其余日期極顯著高于實生苗。

2.2.2 色素組成及比值變化 葉片色素組成及比值變化統(tǒng)計結(jié)果(表2)表明：整個實驗期間，‘金焰彩欒’葉片葉綠素a(Chla)、葉綠素b(Chlb)和總?cè)~綠素(Chl)含量大體呈先升高后降低的趨勢，且一直維持在較低水平?！鹧娌蕶琛~片Chla、Chlb和Chl含量均在4月14日降到最低值(分別為0.05、0.01和0.06 mg·g-1)，并隨著時間推移而升高，在9月17日達到最高值(分別為1.95、0.28和2.23 mg·g-1)，隨后降低。整個實驗期間，‘金焰彩欒’葉片Chla、Chlb和Chl含量基本上極顯著低于實生苗。此外，整個實驗期間，‘金焰彩欒’葉片Chla/Chlb值始終高于實生苗，且除11月27日外，其余日期‘金焰彩欒’和實生苗間的Chla/Chlb值均差異顯著或極顯著。

整個實驗期間，‘金焰彩欒’葉片類胡蘿卜素(Car)和花色素苷(Acy)含量均呈明顯的波動變化，分別在4月27日和10月28日達到最高值，在11月27日分別為4月14日的3.4和1.3倍；而‘金焰彩欒’葉片Car/Chl和Acy/Chl值則大體呈“迅速降低—保持穩(wěn)定—逐漸升高”的趨勢。另外，整個實驗期間，‘金焰彩欒’葉片Car和Acy含量極顯著低于實生苗，而葉片Car/Chl和Acy/Chl值卻顯著或極顯著高于實生苗(6月16日除外)。

表2 黃山欒樹的新品種‘金焰彩欒’及實生苗葉片色素含量及比值的變化

2.2.3 含水量、細胞液pH值和可溶性糖含量變化

統(tǒng)計結(jié)果(表3)表明：整個實驗期間，‘金焰彩欒’葉片含水量大體呈逐漸降低的趨勢；細胞液pH值大體呈先降低后升高的趨勢；可溶性糖含量大體呈“降低—升高—降低—升高”的趨勢，在4月27日降到最低值(10.63 mg·g-1)，在7月15日達到最高值(24.89 mg·g-1)。

除11月27日外，其余日期‘金焰彩欒’和實生苗間的葉片含水量均差異顯著或極顯著，且除8月26日外，‘金焰彩欒’葉片含水量均高于實生苗。‘金焰彩欒’葉片細胞液pH值在4月27日極顯著高于實生苗，在5月19日和7月15日極顯著低于實生苗，在9月17日和10月28日顯著低于實生苗?！鹧娌蕶琛~片可溶性糖含量在4月14日和11月27日均極顯著高于實生苗，在8月26日極顯著低于實生苗，在6月16日和9月17日顯著低于實生苗。

表3 黃山欒樹的新品種‘金焰彩欒’及實生苗葉片含水量、細胞液pH值和可溶性糖含量的變化

2.3 多元逐步線性回歸分析

分別以L*、a*和b*值為因變量，‘金焰彩欒’葉片總?cè)~綠素(Chl)、類胡蘿卜素(Car)和花色素苷(Acy)含量為自變量，進行多元逐步線性回歸分析，獲得的回歸方程分別為L*=32.776+100.583Car(R=0.619，P<0.05)、a*=38.829-30.399Chl(R=0.724，P<0.05)和b*=9.414+78.124Car(R=0.533，P<0.05)，說明‘金焰彩欒’葉片的葉色參數(shù)與Chl和Car含量密切相關(guān)。其中，a*值與Chl含量顯著負相關(guān)，即隨著Chl含量增加，葉片綠色調(diào)增強；L*和b*值與Car含量顯著正相關(guān)，即隨著Car含量增加，葉片黃色調(diào)和整體明度增強。

3 討論和結(jié)論

研究表明：色素類型和含量是影響植物葉色的最主要和最直接的因子[18-20]，多數(shù)植物葉色突變體表型由葉綠素含量下降引起[21-23]。本研究結(jié)果也表明：在整個實驗期間，黃山欒樹新品種‘金焰彩欒’葉片的葉綠素a(Chla)、葉綠素b(Chlb)和總?cè)~綠素(Chl)含量基本上極顯著低于實生苗，而‘金焰彩欒’葉片的Chla/Chlb值卻基本上顯著或極顯著高于實生苗，說明‘金焰彩欒’葉片的葉綠素合成通路可能受阻，且Chlb含量的降幅更大。然而，關(guān)于‘金焰彩欒’葉片葉綠素合成受阻及調(diào)控通路的分子機制尚不清楚，有待進一步深入研究。葉綠素a酸酯氧化酶(chlorophyllideaoxygenase，CAO)是催化Chla轉(zhuǎn)化成Chlb的關(guān)鍵酶[24]，‘金焰彩欒’葉片CAO基因的表達水平顯著低于實生苗[10]，說明‘金焰彩欒’可通過調(diào)控CAO基因的轉(zhuǎn)錄表達水平調(diào)控Chlb的合成，從而提高Chla/Chlb值，使葉片呈現(xiàn)黃色。另外，多元逐步線性回歸分析結(jié)果表明：‘金焰彩欒’葉片a*值與Chl含量顯著負相關(guān)，L*和b*值與Car含量顯著正相關(guān)，說明‘金焰彩欒’葉片呈色與Chl和Car含量密切相關(guān)。

郁萬文等[25]的研究結(jié)果表明：Car/Chl值升高是銀杏(GinkgobilobaLinn.)金葉品種‘萬年金’(‘Wannianjin’)半同胞子代無性系葉片呈黃色的主要原因。本研究中，實驗開始時(即4月14日)，‘金焰彩欒’葉片的Chl含量極低(0.06 mg·g-1)，但Car/Chl和Acy/Chl值卻最大，葉片呈橙紅色；隨后，Car/Chl值持續(xù)下降，當Car/Chl值低于0.28時，葉片呈黃綠色或綠色；入秋后，Chl含量下降，但Car/Chl值升高，葉片呈金黃色。說明‘金焰彩欒’葉片呈色與Car/Chl值有關(guān)。

綜上所述，‘金焰彩欒’葉色的適宜觀賞期為春季和秋季，夏季葉片出現(xiàn)復綠現(xiàn)象，觀賞價值降低?！鹧娌蕶琛~色變化是多種因子綜合作用的結(jié)果，Chl和Car含量及Car/Chl值為主要影響因子。