不同苧麻品種葉片色素含量與葉色參數(shù)的關(guān)系

馮新康，喻春明，朱愛國(guó)，陳繼康，陳坤梅，高鋼，牟攀，邵德義，陳平

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410205）

苧麻 （Boehmeria nivea L.）是蕁麻科 （Urticaces）苧麻屬 （Boehmeria Jacq.）多年生草本植物，又名中國(guó)草，是中國(guó)特色的優(yōu)良天然韌皮纖維作物［1］。同時(shí)，苧麻葉片蛋白質(zhì)含量高，營(yíng)養(yǎng)豐富，被廣泛用作優(yōu)質(zhì)草食動(dòng)物飼料［1-2］。苧麻種質(zhì)資源中葉片顏色豐富，有深綠、淡綠、黃綠、淡紅等不同顏色。目前關(guān)于苧麻葉色的研究較少，葉片紅色呈色機(jī)理未見報(bào)道，紅色色素的物質(zhì)組成尚不清楚。

植物的葉色是不同色素綜合作用的結(jié)果，色素的種類、含量及比例決定最終呈現(xiàn)的顏色［3-5］。呈現(xiàn)紅色的色素主要為花色苷和甜菜紅素，花色苷分布范圍廣泛，而甜菜紅素多存在于部分石竹目植物中。目前尚未發(fā)現(xiàn)這兩種紅色素同時(shí)存在于一種植物中，他們之間可能存在相互排斥作用。葉色的變化可采用感官鑒別和比色卡測(cè)色，但準(zhǔn)確性欠佳，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)與色素含量之間關(guān)系的數(shù)據(jù)化分析［6］。利用色差計(jì)測(cè)得的葉色參數(shù)可用來(lái)定量表征葉片顏色及亮度的變化［7-8］。李屬彩葉植物［4］、黃連木［5］、銀杏［9-10］等觀賞植物葉色研究中發(fā)現(xiàn)，色素含量與葉色參數(shù)密切相關(guān)。

本研究擬以17個(gè)不同葉色的苧麻品種為材料，比較各品種葉片中葉綠素、花色素苷、類胡蘿卜素、可溶性糖含量和葉色參數(shù)（L*、a*、b*、c*）的差異，并分析各性狀之間的相關(guān)性，旨在探明苧麻葉片中紅色素的種類，以及各色素含量與葉色參數(shù)的關(guān)系，以期為多用途苧麻品種的選育和開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

研究選取中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所國(guó)家種質(zhì)資源庫(kù)長(zhǎng)沙苧麻圃的17個(gè)苧麻品種為材料。于2019年7月15日選取長(zhǎng)勢(shì)一致，由頂部自上而下第4～5片苧麻葉片。采集葉片表型信息，液氮速凍后-80℃冰箱保存，用于色素及可溶性糖含量測(cè)定。

圖1 兩種不同顏色的苧麻表型Fig.1 Difference of two color phenotypes in ramie

1.2 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.2.1 紅色色素鑒定

紅色色素快速鑒定參考王長(zhǎng)泉［11］的方法略有修改：采集植物組織，稱取2.5 g剪碎并研磨成粉末，分別加入15 mL石油醚、甲醇、重蒸水，6000 r／min離心15 min后觀察浸提液顏色。

可見光譜鑒定方法：取生長(zhǎng)健壯的HX_1葉片，液氮研磨搗碎，加入甲醇預(yù)提30 min，4℃下10 000 r／min離心10 min，觀察上清顏色，保留上清液，將沉淀取出用干凈甲醇清洗，瀝凈甲醇后加入純水，震蕩搖勻并浸提30min，4℃下10 000 r／min離心10min后取上清，用紫外-可見光分光光度計(jì)（UV-2600i，Shimadzu）在200～1100 nm處掃描，根據(jù)吸收光譜判斷甜菜紅素的有無(wú)［12-13］。

1.2.2 葉綠素、類胡蘿卜素、花色苷、可溶性糖含量測(cè)定

葉綠素、類胡蘿卜素含量的測(cè)定和計(jì)算參照Parsons等［14］的方法；花色素苷含量測(cè)定采用消光系數(shù)法，計(jì)算參照guo等［15］的方法；可溶性糖含量采用蒽酮比色法［16］，每樣品均重復(fù)3次。

1.2.3 葉色參數(shù)測(cè)定

葉色參數(shù)的測(cè)定參考Arias等［17］的方法，采用3nh NR60CP高品質(zhì)電腦色差儀（深圳市三恩時(shí)科技有限公司），以D65為光源4 mm口徑進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)樣本重復(fù)3次。分別記錄L*、a*、b*、c*值，其中L*值表示明亮程度；a*值表示紅綠濃度，a*為正值主調(diào)顏色為紅色，數(shù)值越大紅色越深，a*為負(fù)值主調(diào)顏色為綠色，數(shù)值越小綠色越深；b*值表示黃藍(lán)濃度；c*值表示彩度，即色彩飽和程度。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SAS 9.4軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析，采用Duncan’s多重比較法進(jìn)行顯著性分析（p≤0.05），并通過 R語(yǔ)言（ggpubr、tidyverse、hmisc、corrplot、stringi等 packages）繪制 Corrplot圖，采用Excel及GraphPad Prism 8進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 苧麻葉片紅色色素的鑒定

以紅選1號(hào)為材料進(jìn)行紅色色素的鑒定，如圖2A所示，HX_1的石油醚浸提液（A1）為無(wú)色，甲醇提取液（A2）為青綠色，重蒸水提取液（A3）為褐色。依據(jù)王長(zhǎng)泉［11］甜菜紅素鑒定法得知，苧麻中不含甜菜紅素。圖2B進(jìn)一步說明此結(jié)論：B1為莧菜（富含甜菜紅素）的重蒸水浸提液，顏色為血紅色；B2為中苧1號(hào)（葉片顏色翠綠，無(wú)紅色）的重蒸水浸提液，顏色與HX_1（A3）無(wú)差異，這說明褐色可能是葉片破碎后酚類物質(zhì)氧化所致；B3、B4分別為HX_1和ZZ_1花色苷浸提液（黑暗12 h），兩者顏色有明顯差別，HX_1為淡紅色，ZZ_1為淺綠色。綜上提取液表型觀察表明，苧麻中的紅色色素可能是花色苷類物質(zhì)，而不是甜菜紅素。

進(jìn)一步對(duì)提取液進(jìn)行可見光譜鑒定，甲醇提取液和甲醇預(yù)提后的純水提取液的紫外可見光掃描波譜有明顯不同，甲醇提取液可見光譜掃描圖中可見到葉綠素 a（664 nm）、類胡蘿卜素（475 nm）、葉綠素b（435 nm）等色素的特征吸收峰，而在甜菜紅素（λmax538）的特征波長(zhǎng)下幾乎為0（圖2C）；甲醇預(yù)提后的純水提取液在538 nm的可見光區(qū)沒有吸收峰（圖2D）。國(guó)標(biāo)法鑒定和可見光譜鑒定的結(jié)果表明苧麻中不含甜菜紅素。

圖2 苧麻紅色素鑒定Fig.2 Identification of red pigment in ramie

2.2 不同苧麻品種色素、可溶性糖含量及葉色參數(shù)特征

由表1可知，紅選1號(hào)品種花色苷含量最高，為4.72 mg／g，F(xiàn)W，其對(duì)應(yīng)的a*最高。榕江青麻的葉綠素含量最高，為3.12 mg／g，花色苷含量最低，為2.43 mg／g，F(xiàn)W，其對(duì)應(yīng)的a*也較低。紅骨筋品種的可溶性糖含量最高，榕江青麻品種的可溶性糖含量最低。L*變化范圍不大，其值在22.18和36.08之間。在數(shù)值上a*與b*呈負(fù)相關(guān)。

表1 不同苧麻品種色素和可溶性糖含量及葉色參數(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistical data of pigment，soluble sugar content and leaf color of different ramie varieties

2.3 色素及可溶性糖含量與葉色參數(shù)的相關(guān)性分析

由圖3的散點(diǎn)分布圖和相關(guān)性系數(shù)可知：花色苷與葉綠素之間呈0.05水平的負(fù)相關(guān)，與a*呈顯著正相關(guān)（p＜0.05）；總?cè)~綠素、葉綠素a、葉綠素b之間的相關(guān)性最強(qiáng)，且都呈正相關(guān)，其中總?cè)~綠素與葉綠素a、b以及葉綠素a與葉綠素b之間為極顯著相關(guān)（p＜0.001）；葉綠素與類胡蘿卜素之間也存在正相關(guān)（p＜0.05）；a*值與總?cè)~綠素、葉綠素 a、葉綠素 b均呈極顯著負(fù)相關(guān)（p＜0.01）；類胡蘿卜素與b*呈極顯著正相關(guān)；c*值與花色苷之間無(wú)相關(guān)性，與其他色素參數(shù)均為正相關(guān)?？扇苄蕴呛俊*值與其他各參數(shù)之間無(wú)相關(guān)性，說明苧麻葉片花色素苷和葉綠素含量的多少?zèng)Q定著a*值，而類胡蘿卜素含量的多少對(duì)b*值有一定影響，可溶性糖含量與花色苷含量無(wú)關(guān)聯(lián)，不影響葉色參數(shù)。

圖3 苧麻色素含量與葉色參數(shù)間的相關(guān)性分析Fig.3 Correlation analysis of pigment content and leaf color parameters in ramie

由此我們將相關(guān)性較高的3組數(shù)據(jù)作散點(diǎn)分布圖，并將遠(yuǎn)離直線的點(diǎn)去除，得到總?cè)~綠素（y）與 a*（x）之間的函數(shù)關(guān)系為 y＝-9.33x+1.21（p＜0.001；R2＝0.69）；花色苷（y）與 a*（x）之間的函數(shù)關(guān)系為 y＝7.19x-43.96（p＜0.000 1；R2＝0.86）；花色苷／總?cè)~綠素（y）與 a*（x）之間的函數(shù)關(guān)系為y＝6.34x-30.15（p＝0.000 1；R2＝0.54）。

3 討論與結(jié)論

植物葉片顏色是重要的表觀特征之一，而決定葉片顏色的是植物中的色素，不同的色素呈現(xiàn)不同的顏色，如類胡蘿卜素呈橙黃色；葉綠素呈不同程度的綠色；花色苷以紅色為主，從橙到紅到紫均有分布；甜菜紅素呈血紅色。使莧菜［18］、鹽地堿蓬［12］、火龍果［19］呈紅色的色素為甜菜紅素，而使苧麻葉片及莖稈、獼猴桃和茶樹等呈紅色的色素為花色苷。色素的種類、含量、比例和分布直接影響著植物葉片的顏色。本研究發(fā)現(xiàn)，不同苧麻品種葉片葉綠素、紅色素、類胡蘿卜素及可溶性糖的含量和比例均有差異，因此葉片呈現(xiàn)出不同顏色，這與其他植物的研究結(jié)果一致［17，20-22］。本研究中，HX_1的花色苷含量最為豐富，其葉片顏色較其他品種更深，其a*值也最大。這表明色素的比例決定著植物的最終呈色基調(diào)。對(duì)于苧麻來(lái)說，花色苷和葉綠素是決定其顏色（紅／綠）的主要色素，其葉片雖有不同程度的紅色，但呈現(xiàn)的主要是綠色。

顏色是一個(gè)漸進(jìn)變化的標(biāo)量，一般憑感官定性描述存在一定的誤差。色差儀可以實(shí)現(xiàn)葉片色澤的數(shù)量化評(píng)價(jià)，使葉片色澤特性由以往依靠感官審評(píng)的定性描述過渡到用色度值數(shù)據(jù)進(jìn)行定量表征［4］。許多學(xué)者利用色差儀研究了植物葉片呈色與色素含量間的關(guān)系。潘麗芹等［23］研究發(fā)現(xiàn)，花青苷含量及其各種色素含量的比例變化是導(dǎo)致紅葉山茶葉色變化的主要原因。不同品種彩葉草花色苷含量高的顏色最為艷麗，并且葉綠素／花色苷與葉色參數(shù)b*呈極顯著負(fù)相關(guān)［24］。黃連木秋季色素變化研究也得出類似的結(jié)果［5］。本研究中苧麻葉片花色素苷含量與葉色參數(shù)a*值（紅／綠）呈顯著正相關(guān)；葉綠素總含量（a、b）與a*呈極顯著負(fù)相關(guān)，與上述研究結(jié)果一致。因此苧麻葉色參數(shù)（a*、b*）值可以在一定程度上反映苧麻葉片中花色苷和葉綠素含量的高低。

綜上所述，通過對(duì)17個(gè)不同苧麻品種葉色參數(shù)與色素含量的比較分析發(fā)現(xiàn)，苧麻葉片中的紅色素為花色素苷?；ㄉ剀蘸颗c葉色參數(shù)a*值（紅／綠）呈顯著正相關(guān)，葉綠素含量與其a*值呈極顯著負(fù)相關(guān)，葉色參數(shù)（a*、b*）值可以反映花色苷和葉綠素含量的高低。此外，本試驗(yàn)采用色差儀實(shí)測(cè)不同苧麻品種葉片的L*、a*、b*、c*參數(shù)值，對(duì)品種葉片顏色定量表征，使量化分析葉色和各色素含量間的關(guān)系成為可能。