櫟樹秋季葉色多樣性及相關(guān)生理特性的變化

安 然，王樹鳳，陳益泰，汪陽東，傅火勇，張永志，施 翔＊

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所，浙江省林木育種技術(shù)研究重點實驗室，浙江 杭州 311400；2.浙江省安吉縣龍山林場，浙江 安吉 313306)

植物葉片秋季衰老會導(dǎo)致葉色變化，暖溫帶落葉林最顯著的特征是秋季葉色豐富[1-2]。目前植物葉片呈色機(jī)制仍不完全清楚[3]。研究發(fā)現(xiàn)葉色與葉片色素種類、含量和分布有關(guān)[4-5]，葉片呈色的直接原因是葉片中色素種類和比例的變化[6]。大多數(shù)植物葉片葉綠素含量秋季開始時緩慢下降，然后迅速下降，同時葉片組織中開始積累花青素[7-9]，秋季葉色變紅主要與葉片中花青素積累有關(guān)[7,10-11]。研究表明葉片色素含量與色差參數(shù)間具有一定相關(guān)性，如花色素苷和葉綠素含量的多少決定著a＊值大小[12]。葉片花色苷的主要功能是使葉片免受光合抑制影響[13]，同時有利于葉片營養(yǎng)元素的吸收再利用[14]。與N 含量較高的葉片相比，N 含量較低的葉片更早且更完全變紅[4]，表明色素與營養(yǎng)元素在葉片中的變化高度相關(guān)[15]。N 和P 是植物生長發(fā)育的限制性元素[16]，同時也是各種蛋白質(zhì)和遺傳物質(zhì)的重要組成元素[17]。因此，利用色差參數(shù)對主要色素含量進(jìn)行預(yù)測，了解營養(yǎng)元素動態(tài)和葉色在葉片衰老期的變化關(guān)系，有助于了解植物變色期的適應(yīng)策略，進(jìn)一步揭示植物葉片秋冬季呈色規(guī)律[18]。

北美櫟樹（Quercusspp.）引種至我國已有20多年，其中有些樹種引種點較多，種植廣泛，生長良好[19]。作為觀賞樹種，北美櫟樹特別是紅櫟組（Sect.Lobatae）櫟樹秋冬季葉色豐富。研究表明平均氣溫是引起納塔櫟（Q.texanaBuckley）秋季葉片變色的主要因素，其次是最高氣溫[20]。姜琳等探討了納塔櫟、舒瑪櫟（Q.shumardiiBuckland）等樹種在秋冬轉(zhuǎn)色期葉色變化的生理機(jī)制[21]，但較少涉及關(guān)于秋季色素含量，特別是營養(yǎng)元素與葉色量化參數(shù)間變化關(guān)系方面的研究。由于櫟樹資源豐富，不同樹種之間秋季葉色差異顯著，這一現(xiàn)象可能與其秋季花青素積累差異顯著有關(guān)[11,22]。同時，不同櫟樹葉片營養(yǎng)元素變化的差異可能也間接導(dǎo)致其葉色顯著不同。因此，本研究選擇從北美引種的7 種櫟樹以及鄉(xiāng)土樹種白櫟（Q.fabriHance）為研究對象，通過研究8 種櫟樹葉片變色期有關(guān)生理指標(biāo)變化，進(jìn)而揭示櫟樹葉片營養(yǎng)元素生態(tài)化學(xué)計量特征、色素和葉色參數(shù)間的關(guān)系，以期為櫟樹園林綠化應(yīng)用和彩葉新品系選育提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗點位于浙江省安吉縣龍山林場的一處坡地（30°01′34″ N，119°11′47″ E，坡度30 °）。該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年降水量約945.5 mm，年平均溫度約15.1℃。土壤中N、P 和K 含量分別為0.61、0.15 和6.60 g·kg-1，有機(jī)質(zhì)含量5.85%，pH 值4.51。

1.2 試驗材料

參試樹種為從北美引種的納塔櫟、舒瑪櫟、柳葉櫟（Q.phellosL.）、月桂葉櫟（Q.laurifoliaMichx.）、櫻皮櫟（Q.pagodaRaf.）、琴葉櫟（Q.lyrataWalter）、牛櫟（Q.michauxiiNutt.）以及鄉(xiāng)土樹種白櫟。根據(jù)近期的分子分類系統(tǒng)，其中納塔櫟、舒瑪櫟、柳葉櫟、月桂葉櫟和櫻皮櫟屬于紅櫟組。紅櫟組主要分布在北美洲、中美洲和南美洲，花柱長，大多數(shù)樹種橡子在18 個月內(nèi)成熟，橡子殼內(nèi)有毛；琴葉櫟、牛櫟和白櫟屬于白櫟組（Sect.Quercus）。白櫟組主要分布在歐洲、亞洲、北非、北美，花柱短，橡子在6 個月內(nèi)成熟，橡子殼內(nèi)部無毛[23]。北美櫟樹種子均來自于美國路易斯安那州。白櫟種子采集自上海松江。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品觀察、采集參試樹種種子于2015 年春進(jìn)行播種。2016 年3 月選擇生長一致的各樹種容器苗在試驗點造林。試驗林按隨機(jī)區(qū)組設(shè)計排列：參試樹種（包括種源）構(gòu)成一個區(qū)組，每個區(qū)組每個樹種10 棵幼苗。試驗重復(fù)3 次，株行距為2 m × 2 m。據(jù)長期觀察，試驗區(qū)域櫟樹秋季葉片變色的高峰期出現(xiàn)在11 月下旬至12 月上旬，落葉高峰期出現(xiàn)在12 月中旬和下旬，分別于2018年10 月22 日、11 月6 日、11 月22 日 和12 月8 日共4 次收集葉片樣本。采集樹冠層南面中部枝條上健康、完整的功能葉片10～20 片。所采集葉片放入自封袋用冰盒帶回實驗室，放入冰箱中保存。所有樣品均用蒸餾水仔細(xì)洗滌。對采集的葉片進(jìn)行拍照、色差參數(shù)及光合色素含量測定。其余樣品一部分先105 ℃殺青半小時，然后70 ℃下烘至恒質(zhì)量，用于測定C、N 和P 等指標(biāo)；另一部分樣品自然陰干，用于可溶性糖的測定。除色差參數(shù)外，每項指標(biāo)重復(fù)測定3 次。由于12 月8 日采樣時牛櫟葉片已經(jīng)落葉，本研究中缺乏12 月8 日牛櫟數(shù)據(jù)。

1.3.2 樣品測定 色差參數(shù)測定：使用分光測色計（CM-2300d，柯尼卡美能達(dá)，日本）進(jìn)行色差參數(shù)測定，每個重復(fù)選取10 片葉子，避開葉脈，每片葉子測定5 點，將獲取的5 點平均值作為該片葉子葉色參數(shù)L＊、a＊和b＊的值。L＊值表示光澤明亮度，+表示偏亮，-表示偏暗；a＊值表示紅綠，+表示偏紅，-表示偏綠；b＊值表示黃藍(lán)，+表示偏黃，-表示偏藍(lán)[12]。

色素含量測定：稱取0.2 g 新鮮樣品，液氮研磨后轉(zhuǎn)入裝有10 mL 80%丙酮溶液的試管中，室溫避光處浸泡提取24 h。然后測定470、645 和663 nm 波長處的吸光值。根據(jù)Lichtenthal 等的方法計算葉綠素（Chl）和類胡蘿卜素（Car）含量[24]。稱取0.2 g 新鮮樣品，參照Pietrini 等的方法，在10 mL 酸化（1% HCl）甲醇中提取葉片花青素（Ant）[25]。根據(jù)Zhang 等的方法測定花青素含量[26]。

元素含量測定：植物樣品烘干至恒質(zhì)量粉碎后，采用朱亮等的方法測定C 含量[27]；采用冷華妮等的方法測定櫟樹葉片N 和P 含量[28]。

可溶性糖含量測定：根據(jù)Li 等的方法測定可溶性糖（SS）含量[29]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Shapiro 檢驗評估方差同質(zhì)性。使用SPSS 26 軟件對各指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。采用雙因素以及Tukey 法進(jìn)行方差分析和多重比較。用Pearson法對葉片色差參數(shù)和其它參數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析。將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后進(jìn)行主成分分析（PCA），使用R 語言中的prcomp 命令（軟件包“ FactoMineR”和“factoextra）”進(jìn)行計算。利用OriginPro 2019 或R軟件作圖。圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。

2 結(jié)果與分析

2.1 櫟樹秋季葉色的變化

據(jù)觀察，10 月22 日，參試櫟樹葉片基本為綠色。紅櫟組櫟樹特別是納塔櫟少量葉片開始變紅。11 月6 日，納塔櫟變紅葉片數(shù)量最多。其它紅櫟組櫟樹葉色也開始變化，但數(shù)量較納塔櫟少。此時白櫟組櫟樹葉色依然以綠色為主。牛櫟部分葉片葉緣出現(xiàn)枯黃或紅色。11 月22 日，紅櫟組櫟樹以及琴葉櫟葉片進(jìn)入變色高峰期。牛櫟大量葉片落葉，且葉色以枯黃為主。白櫟大部分葉片以綠色為主。12 月8 日，各種櫟樹葉色從綠色變?yōu)辄S紅色、深紅色、鮮紅色或棕色（圖1）。其中納塔櫟和舒瑪櫟葉色偏鮮紅，柳葉櫟、月桂葉櫟、琴葉櫟和白櫟葉色偏黃紅，櫻皮櫟葉色則為深紅，顏色偏暗。

圖1 櫟樹葉色變化特征Fig.1 The leaf colour traits in Quercus spp.leaves

2.1.1 葉片色差參數(shù)變化 各樹種葉片色差參數(shù)值見圖2。通常白櫟組L＊值較紅櫟組高（11 月22 日除外），但方差分析表明L＊值在紅櫟組和白櫟組間無顯著差異。試驗結(jié)果也表明樹種、不同采樣時間均對葉片L＊值產(chǎn)生顯著影響，同時樹種和采樣時間的交互效應(yīng)顯著（p＜0.001）。不同采樣時間L＊平均值分別為37.77、36.05、34.79 和35.16，表明L＊值有隨時間推移而減少的趨勢。但各樹種L＊值變化趨勢不同，其中舒瑪櫟、柳葉櫟、月桂葉櫟和白櫟L＊值在葉片變色期前后變化幅度較小。通常白櫟平均L＊值最高，為38.49；櫻皮櫟平均L＊值最低，僅為33.95。櫟樹葉片不同采樣時間a＊的平均值為-4.29、0.32、3.12 和5.85，且各樹種a＊值變化趨勢一致，即隨著時間推移，a＊值逐漸增加（月桂葉櫟除外）。方差分析表明a＊值在紅櫟組和白櫟組間差異顯著（p＜0.001），其中紅櫟組葉片較早變紅色，且紅櫟組平均a＊值較白櫟組櫟高（12 月8 日除外）。方差分析也表明樹種、不同采樣時間均對葉片a＊值產(chǎn)生顯著影響，同時樹種和采樣時間的交互效應(yīng)顯著（p＜0.001）。納塔櫟變色最早，其葉片a＊值在10 月22 日已接近于0，并于11 月6 日轉(zhuǎn)為正值，且顯著高于其它參試樹種；其它紅櫟組a＊值于11 月6 日變?yōu)檎祷蚪咏?。白櫟組葉片變色較晚，特別是白櫟。12 月8 日，舒瑪櫟a＊值最高，為7.83；月桂葉櫟a＊值低于其它樹種，僅為3.52，這導(dǎo)致紅櫟組平均a＊值偏低。白櫟組的琴葉櫟和白櫟a＊值較葉片變色前顯著增加，分別為5.03 和6.97。各樹種葉片b＊的平均值在不同采樣時間分別為18.80、17.55、13.82 和13.95，整體表現(xiàn)為秋季葉片變色后b＊值減少（月桂葉櫟除外）。方差分析也表明：紅櫟組和白櫟組b＊值無顯著差異。但各樹種葉片b＊值差異顯著（p＜0.001）。12 月8 日，白櫟b＊值為20.02，高于其它樹種；琴葉櫟和櫻皮櫟b＊值最低，僅為14.29 和14.37。

圖2 秋季不同時間櫟樹色差參數(shù)的變化Fig.2 Changes of chromatic aberration parameters of Quercus spp.at the different stages in autumn

2.1.2 葉片色素含量變化 在秋季，各樹種葉片葉綠素a 含量在變色前期變化幅度不大，在變色中后期隨著時間推移顯著下降（圖3）。通常白櫟組葉片葉綠素a 含量低于紅櫟組（10 月24 日除外），但在分組間無顯著差異。方差分析表明葉綠素a 含量在樹種和不同采樣時間差異顯著，同時樹種和采樣時間的交互效應(yīng)顯著（p＜0.001）。其中舒瑪櫟、櫻皮櫟、琴葉櫟和白櫟葉綠素a 含量下降幅度較大，均超過70%。11 月22 日采樣時牛櫟已經(jīng)大量落葉，因此葉綠素大量分解，下降幅度達(dá)93.9%。柳葉櫟葉綠素下降幅度顯著低于其余樹種，僅為53.9%。葉綠素b 含量和葉綠素總含量變化趨勢與葉綠素a 含量基本一致。各樹種葉片類胡蘿卜素含量隨時間推移先增加后下降（柳葉櫟和白櫟除外，圖3）。通常白櫟組葉片類胡蘿卜素含量高于紅櫟組（12 月8 日除外），但類胡蘿卜素含量在分組間同樣無顯著差異。方差分析表明類胡蘿卜素含量在樹種和不同采樣時間差異顯著（p＜0.001）。其中白櫟類胡蘿卜素含量在12 月8 日僅為0.07 mg·g-1，低于其它樹種。各樹種葉片花青素含量隨時間推移逐漸增加（櫻皮櫟除外，圖3）。整體而言，紅櫟組葉片花青素含量顯著高于白櫟組（p＜0.01）。方差分析表明葉片花青素含量在不同采樣時間和樹種間均差異顯著，且其交互效應(yīng)顯著（p＜0.001）。納塔櫟花青素含量在整個變色期迅速上升；月桂葉櫟花青素含量在變色期間則一直保持緩慢上升趨勢。其它櫟樹花青素含量在10 月下旬到11 月上旬間上升緩慢，11 月6 日后迅速增加（白櫟為11 月22 日），11 月下旬后花青素含量變化幅度較小。12 月8 日，除柳葉櫟和月桂葉櫟外，紅櫟組櫟樹花青素含量均高于0.04 mg·g-1，以納塔櫟花青素含量最高；白櫟組花青素含量較10 月24 日顯著增加，其中琴葉櫟和牛櫟花青素含量分別達(dá)到0.040 和0.037 mg·g-1。

通常葉片類胡蘿卜素/葉綠素比值呈逐漸增加的趨勢（柳葉櫟和白櫟除外，圖3）。方差分析表明類胡蘿卜素/葉綠素比值在不同采樣時間和樹種/分組間差異顯著，且其交互效應(yīng)顯著（p＜0.01）。隨著時間推移，葉片花青素/葉綠素比值逐漸增加（圖3）。方差分析表明分組和采樣時間的交互效應(yīng)顯著影響花青素/葉綠素比值（p＜0.05），通常紅櫟組櫟樹花青素/葉綠素比值較白櫟組櫟樹高，但11 月22 日除外。在葉片變色前期各樹種花青素/葉綠素比值無顯著差異；11 月22 日牛櫟花青素/葉綠素比值為0.256，顯著高于其它樹種；12月8 日，舒瑪櫟和納塔櫟花青素/葉綠素比值較高，月桂葉櫟比值則顯著低于其它樹種，僅為0.048。

圖3 秋季不同時間櫟樹色素含量的變化Fig.3 Changes of pigment contents of Quercus spp.at the different stages in autumn

2.2 葉片可溶性糖含量變化

方差分析表明：櫟樹葉片可溶性糖含量在不同采樣時間和分組間/種間差異顯著（p＜0.001），且其交互效應(yīng)顯著（p＜0.01）。通常紅櫟組葉片可溶性糖含量高于白櫟組。試驗期間各樹種葉片可溶性糖含量隨時間推移逐漸增加，但牛櫟葉片可溶性糖含量在不同采樣時間無顯著差異（圖4）。試驗期間牛櫟可溶性糖含量顯著低于其它樹種；鄉(xiāng)土樹種白櫟可溶性糖含量低于引種櫟樹（牛櫟除外）。

圖4 秋季不同時間櫟樹可溶性糖含量的變化Fig.4 Changes of soluble sugar contents of Quercus spp.at the different stages in autumn

2.3 葉片C、N 和P 化學(xué)計量學(xué)特征

不同采樣時間櫟樹葉片平均C 含量為479～452 mg·g-1（圖5）。各樹種C 含量變化幅度較?。?31～494 g·kg-1），且C 含量在樹種和分組間無顯著差異。不同采樣時間櫟樹葉片平均N 含量分別為18.78、18.10、15.42 和13.83 mg·g-1。通常紅櫟組葉片N 含量較白櫟組低（11 月22 日除外），但N 含量在分組間無顯著差異。方差分析表明：不同采樣時間、樹種以及其交互效應(yīng)顯著影響樹種葉片N 含量（p＜0.001）。各樹種N 含量隨時間推移呈下降趨勢（圖5）。但柳葉櫟、月桂葉櫟、櫻皮櫟和琴葉櫟N 含量從10 月底到11 月22日下降緩慢，之后開始快速下降；牛櫟和白櫟N 含量在11 月6 日前變化幅度不大，此后葉片N 含量顯著下降。納塔櫟和舒瑪櫟N 含量則在秋季一直保持迅速下降的趨勢。其中白櫟N 含量平均值最高，為18.25 mg·g-1，其次為櫻皮櫟、柳葉櫟和琴葉櫟。牛櫟由于落葉較早，因此其N 含量顯著低于其它樹種。試驗期間櫟樹葉片P 含量變化范圍為0.59～1.20 mg·g-1，不同采樣時間平均值分別為1.14、1.18、1.02 和0.82 mg·g-1（圖5）。與N 含量表現(xiàn)相似，葉片P 含量在分組間無顯著差異，且紅櫟組葉片P 含量較白櫟組低（11 月22 日除外）。方差分析表明：不同采樣時間、樹種葉片P 含量差異顯著，且其交互效應(yīng)顯著（p＜0.001）。秋季櫟樹葉片P 含量呈下降趨勢，但琴葉櫟P 含量在秋季一直保持緩慢上升趨勢。

方差分析表明采樣時間和分組的交互效應(yīng)顯著影響葉片C∶N（p＜0.01）。通常紅櫟組櫟樹C∶N 較白櫟組櫟樹高（11 月22 日除外）。方差分析表明樹種、不同采樣時間均對葉片C∶N 產(chǎn)生顯著影響，同時其交互效應(yīng)顯著（p＜0.001）。各樹種葉片C∶N 變化范圍為21.71～51.68，且隨時間推移逐漸增加（圖5）。12 月8 日，納塔櫟、舒瑪櫟和月桂葉櫟C∶N 顯著高于其它樹種，白櫟C∶N 則低于其它樹種，為28.54。牛櫟由于葉片衰老，N 含量顯著下降，因此其C∶N 在11 月22 日達(dá)到51.68。通常紅櫟組櫟樹C∶P 較白櫟組櫟樹高（11 月22 日除外），但分組間無顯著差異。各樹種葉片C∶P 變化范圍為374～792。除舒瑪櫟、月桂葉櫟和琴葉櫟外，多數(shù)樹種C∶P 隨時間推移逐漸增加（圖5）。12 月8 日，納塔櫟和月桂葉櫟C∶P 顯著高于其它樹種。與C∶N 變化趨勢相似，牛櫟C∶P 在11 月22 日達(dá)到最高值，為792。方差分析表明不同采樣時間、分組及其交互效應(yīng)均對葉片N∶P 無顯著影響。各樹種葉片N∶P 變化范圍為12.11～20.33，且其變化趨勢不一致（圖5）。方差分析表明各樹種葉片N∶P差異顯著（p＜0.001），其中舒瑪櫟N∶P 顯著低于其它樹種。

圖5 秋季不同時間櫟樹C、N、P 含量的變化Fig.5 Changes of C, N and P contents of Quercus spp.at the different stages in autumn

2.4 櫟樹色差參數(shù)與各指標(biāo)的相關(guān)性

相關(guān)分析可知：櫟樹色差參數(shù)L＊值僅分別與b＊ 值和N 含量呈極顯著和顯著正相關(guān)，與a＊值、花青素含量和花青素/葉綠素呈顯著負(fù)相關(guān)。色差參數(shù)a＊值與b＊值、葉綠素、類胡蘿卜素、N 和P 含量均呈極顯著負(fù)相關(guān)，與花青素、可溶性糖含量、花青素/葉綠素、C∶N 和C∶P 為極顯著正相關(guān)；同時b＊ 值分別與N 和P 含量呈極顯著和顯著正相關(guān)，與花青素、花青素/葉綠素和C∶N 呈極顯著負(fù)相關(guān)，與可溶性糖含量及C∶P 呈顯著負(fù)相關(guān)（圖6）。

圖6 櫟樹色素、可溶性糖及C、N、P 含量與葉色參數(shù)間的相關(guān)系數(shù)Fig.6 The correlation coefficient between pigment,soluble sugar, C, N, P content and chromatic aberration parameters of Quercus spp.

2.5 櫟樹葉色變化的主成分分析

選擇光合色素及其比值、化學(xué)計量學(xué)特征和可溶性糖含量等12 個指標(biāo)進(jìn)行主成分分析（圖7）。由主成分分析可知，前3 軸解釋率為80.83%，第1 主成分占51.57%，其中高載荷且為正值的指標(biāo)有葉綠素、N 和P 含量；為負(fù)值的指標(biāo)為花青素、光合色素比值、C∶N 和C∶P。第1 主成分主要反映了光合色素和N、P 變異特征。第2 主成分占15.90%，其中高載荷且為正值的指標(biāo)有可溶性糖含量，為負(fù)值的指標(biāo)有類胡蘿卜素和C 含量。第3 主成分占13.36%，其中高載荷且為正值的指標(biāo)有N∶P。通過對櫟樹葉色變化各指標(biāo)進(jìn)行主成分分析可知，第1 主成分、第2 主成分基本能反映秋季櫟樹葉色變化的絕大部分信息。

圖7 櫟樹葉色變化特性的主成分分析Fig.7 Results of Principal Component Analysis(PCA) summarizing the information of the leaf colour traits in Quercus spp.Leaves

3 討論

3.1 秋季櫟樹葉色變化的生理特征

色素含量的變化和比例會直接影響葉色的表達(dá)[18,30]，如本研究中不同櫟樹葉綠素含量顯著下降，且葉綠素b 的降解速度小于葉綠素a，使得葉色有變黃的趨勢[31]。同時花青素的含量以及花青素/葉綠素的比值顯著增加，類胡蘿卜素/葉綠素的比值在試驗前后則無顯著差異。因此葉綠素、花青素和類胡蘿卜素的組合增加了葉色的多樣性[5]。許多研究表明，色差參數(shù)可定量表征葉片顏色[32]。本研究中，隨著時間逐漸增加各櫟樹葉色由綠色變?yōu)榧t色或者葉片紅色越深，其a＊值也由負(fù)值轉(zhuǎn)變?yōu)檎怠Ｓ捎诤笃诖蟛糠謾禈淙~色偏深紅色，而該光譜離藍(lán)色較近，因此大部分櫟樹b＊值在試驗期間逐漸降低。相關(guān)分析同時也表明，3 種色素決定a＊值大?。籦＊值和L＊值大小受花青素含量顯著影響。整體而言，在櫟樹葉片變色期花青素含量是影響櫟樹葉色和光澤的最主要色素，這與楊淑紅的結(jié)論一致[18]。

本研究中可溶性糖與花青素含量呈極顯著正相關(guān)，表明可溶性糖積累有利于櫟樹葉片花青素合成[33]，這與葉片中某些碳水化合物與所有類黃酮物質(zhì)間呈顯著正相關(guān)的結(jié)論一致[34-35]。由于花青素大量合成對可溶性糖的消耗較多，因而導(dǎo)致試驗后期櫟樹葉片大面積變紅時可溶性糖含量變化趨于平穩(wěn)。N 和P 作為植物體中許多重要化合物的主要成分，其組成是適應(yīng)環(huán)境變化的一種表征，也反映植物的生態(tài)適應(yīng)策略[27]。本研究中各種櫟樹葉片N 和P 含量在秋季逐漸降低，這與葉綠素分解[15]、花青素積累和光合作用降低有關(guān)[36-37]。N、P 含量均與葉綠素、類胡蘿卜素含量和b＊值呈極顯著或顯著正相關(guān)，與花青素含量和a＊值呈極顯著或顯著負(fù)相關(guān)，這與低氮、缺磷促進(jìn)花色素苷含量的結(jié)論相似[38]。與N 和P 含量變化趨勢相反，葉片變色期C∶N 和C∶P 逐漸增加，變色后期其C∶N和C∶P 值分別高于全球植物C∶N 平均值（22.5）和C∶P 平均值（201.43），表明N 和P 利用效率提高，有利于其抵御秋冬季不利環(huán)境[15,39]，對其生存演替具有重要意義[15]。在秋季櫟樹葉片變色過程中，葉色、色素含量、營養(yǎng)元素和碳水化合物間存在耦合關(guān)聯(lián)，且其變化趨勢是協(xié)同的。導(dǎo)致櫟樹葉片秋季葉色變紅的最重要物質(zhì)是其衰老過程中花青素的大量合成。然而，除花青素外，葉片中的營養(yǎng)元素、碳水化合物等可能不會直接影響葉片顏色[40]，但可能會通過影響花色苷的合成進(jìn)而影響葉色變化[7]。也有研究表明葉片色素變化是為了其營養(yǎng)元素順利吸收再利用[15]。因此葉片秋季顏色、色素、營養(yǎng)元素和碳水化合物等物質(zhì)含量的變化是植物存活、演替和緩解不利條件的重要途徑。

3.2 櫟樹葉色變異特征分析

盡管不同櫟樹各指標(biāo)在秋季葉片變色期具有一定的一致性，但各指標(biāo)變化起始時間及變化幅度不同，導(dǎo)致各樹種進(jìn)入變色期以及達(dá)到變色高峰期的時間、觀色期時長和葉色表現(xiàn)出顯著差異。如本研究中納塔櫟葉片較早進(jìn)入變色期且呈現(xiàn)紅色時間長，這與目前其在我國長江三角洲平原地區(qū)的種植表現(xiàn)一致[19]。白櫟組櫟樹如琴葉櫟和白櫟在秋季葉片衰老初期葉色變化幅度較小，但在衰老末期葉色有較大幅度變化，其中琴葉櫟大部分葉片顏色轉(zhuǎn)變?yōu)辄S紅色，白櫟部分葉片顏色也轉(zhuǎn)變?yōu)辄S紅色，甚至少量轉(zhuǎn)變?yōu)轷r紅色，且色澤亮麗。這些結(jié)果說明，在相同環(huán)境條件下，即使在同一屬植物間葉色種間變異性也較高，因而可進(jìn)一步豐富秋季色彩。屬內(nèi)部遺傳多樣性高以及對營養(yǎng)元素利用效率的差異可能是決定櫟屬種間秋季葉片顏色多樣性的重要因素。研究也顯示不同組間櫟樹葉片花青素、可溶性糖以及營養(yǎng)元素含量在葉片變色初期差異顯著，但在葉片變色高峰期各指標(biāo)在組間無顯著差異，這也表明不同組櫟樹在秋季適應(yīng)環(huán)境以及在葉片衰老期間維持其內(nèi)部生理活動正常運行的機(jī)制有所不同[41-42]，作者將在后續(xù)研究中進(jìn)一步探討。

4 結(jié)論

本研究探討了8 種櫟樹秋季葉色變化過程。通常葉綠素和類胡蘿卜素含量表現(xiàn)出不同程度下降，花青素含量則顯著增加。N 和P 在葉片變色期進(jìn)行轉(zhuǎn)移，其含量顯著下降。各櫟樹葉色也由綠色轉(zhuǎn)變不同類型紅色或棕色。其中納塔櫟秋季葉色最紅，且葉片呈現(xiàn)紅色的時間最長。在整個變色期，紅櫟組櫟樹葉片變色較白櫟組早，且較白櫟組葉片更紅。色差參數(shù)值L＊、a＊、b＊可量化分析葉色和各色素含量以及營養(yǎng)元素間的關(guān)系。