不同土壤pH對(duì)銀紅槭葉色變化的影響

沈 馨，王開(kāi)勇，周曉杰，劉 勇*

(1.北京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院,省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100083；2.北京市京彩燕園苗圃,北京 101109)

隨著人們對(duì)景觀綠化鑒賞能力的提升，對(duì)植物葉片色澤、呈色時(shí)長(zhǎng)也有更多的要求。彩葉植物是提升景觀品質(zhì)的基礎(chǔ)，原產(chǎn)于北美洲的秋火焰銀紅槭(Acer×freemanii‘Sienna Glen’)因色彩醒目、葉形美麗、樹(shù)木高大而深受人們喜愛(ài)。引進(jìn)我國(guó)后在北京、山東、四川和云南等均有栽植，多用于園林景觀和行道樹(shù)，以增加景觀色彩。但在北京地區(qū)的秋火焰銀紅槭呈色時(shí)間短，葉色不紅等現(xiàn)象，極大地影響了其觀賞效果和在園林綠化中的推廣。因此，研究秋火焰銀紅槭葉色變化的影響因素，對(duì)延長(zhǎng)觀賞期、提高觀賞價(jià)值具有重要意義。

彩葉樹(shù)種葉色的改變受色素的影響，色素則受光照、溫度、土壤等多種因素的調(diào)控。前人主要通過(guò)比較不同溫度、水分及光照條件等對(duì)色素合成的影響研究葉色變化，而不同土壤pH對(duì)彩葉樹(shù)種葉片變色的影響研究較少。土壤pH通過(guò)影響植物體中主要顯色物質(zhì)花青苷的結(jié)構(gòu)來(lái)改變?nèi)~片顏色。pH<2時(shí)，花色素苷以紅色的花色陽(yáng)離子存在；3

本研究以6年生秋火焰銀紅槭容器苗為試驗(yàn)材料，研究不同土壤pH水平下苗木的葉色和生理表現(xiàn)，分析銀紅槭葉色參數(shù)與各種指標(biāo)之間的關(guān)系，探究不同土壤pH對(duì)銀紅槭葉色變化的影響，以期為促進(jìn)銀紅槭最佳葉色表達(dá)提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況及研究對(duì)象

試驗(yàn)地位于北京市通州區(qū)漷縣鎮(zhèn)京彩燕園規(guī)?；缙?116°46′56″E，39°43′27″N)，屬于暖溫帶大陸性半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，四季分明，雨熱同季：春旱多風(fēng)，夏熱多雨，秋高氣爽，冬寒干燥。年平均溫度13.4 ℃，最高月平均溫度7月31.2 ℃，最低月平均溫度1月5.3 ℃，全年降水量408.9 mm。土壤經(jīng)粉碎過(guò)篩后測(cè)得砂礫含量62.8%，黏粒含量5.4%，粉粒含量31.8%，質(zhì)地為砂壤土，堿解N0.052 94 g/kg，有效P 0.010 6 g/kg，速效K 0.106 g/kg，有機(jī)質(zhì)12.4 g/kg。

研究對(duì)象為長(zhǎng)勢(shì)一致、生長(zhǎng)良好的秋火焰銀紅槭6年生容器苗(平均胸徑11.4 cm、平均株高7.6 m)，容器苗供試土壤平均pH 8.87。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)設(shè)計(jì)，按照農(nóng)科院測(cè)土配方試驗(yàn)數(shù)據(jù)要求，堿性土壤以耕地深度20 cm/m2為標(biāo)準(zhǔn)，每降低1單位pH需150 g/m2硫磺粉并配合180 g/m2脫硫石膏可有效改良?jí)A性土壤[7]，施入土壤改良劑后測(cè)定土壤實(shí)際pH。以不施土壤改良劑處理CK為對(duì)照，共設(shè)置2個(gè)水平施加1.26 kg硫磺粉+1.52 kg脫硫石膏的土壤和施加1.60 kg硫磺粉+1.92 kg脫硫石膏的土壤。試驗(yàn)所用雙容器內(nèi)盆上口直徑1.3 m，下口直徑1.1 m，高0.9 m，每盆裝土體積約為0.9 m3。每個(gè)水平6株苗，重復(fù)4次，共大容器苗72株。

3個(gè)水平土壤pH總體呈下降趨勢(shì)(表1)，其中未施改良劑的CK處理土壤pH最高，達(dá)到8.36，施加1.6 kg硫磺粉+1.92 kg脫硫石膏的土壤pH最低，為7.62。施加1.26 kg硫磺粉+1.52 kg脫硫石膏的土壤pH介于中間，為8.04。3個(gè)處理的土壤pH差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。

表1 不同處理土壤pH的變化情況

2020年4月11日將土壤酸堿度調(diào)控劑均勻施于露天條件下容器土0～10 cm淺表層，每隔10 d采用滴灌的方式灌溉2 h，試驗(yàn)期間不追肥。從9月開(kāi)始每隔15 d，隨機(jī)選取每個(gè)處理3株苗木的樹(shù)冠外圍南側(cè)中部枝條的中上部葉20片，用打孔器取葉片中部的葉肉組織，除去葉脈，測(cè)定葉綠素含量、類胡蘿卜素含量、花色素苷含量、葉色參數(shù)，可溶性糖和可溶性蛋白含量。銀紅槭變色從9月開(kāi)始，本試驗(yàn)旨在研究銀紅槭變色期間不同土壤pH對(duì)其葉色變化的影響，故采樣時(shí)間分別為2020年9月3日、9月18日、10月3日、10月18日和11月2日，共測(cè)定5次。

葉綠素含量、類胡蘿卜素含量的測(cè)定和計(jì)算參照Lichtenthaler的方法[8]。

花色素苷含量測(cè)定采用鹽酸乙醇浸提法[9]，每個(gè)樣品重復(fù)3次。稱取0.5 g的新鮮葉片，剪碎置于10 mL離心管中，加入5 mL的1%鹽酸乙醇提取液，用保鮮膜密封好防止水分蒸發(fā)，32 ℃浸提24 h。取上清液測(cè)定520 nm處的吸光度，3次重復(fù)。計(jì)算參照徐金瑞方法[10]。

葉色參數(shù)的測(cè)定參照Wang方法[11]。采用日產(chǎn)柯尼卡美能達(dá)CR-10色差儀測(cè)定葉片顏色，該色差計(jì)采用8° 方向照明擴(kuò)散受光方式，測(cè)量口徑為8 mm，探頭為ND120。選取不同培養(yǎng)溫度下葉色及長(zhǎng)勢(shì)相近的7片葉片,在每片葉子的中部正反兩面分別進(jìn)行測(cè)定,記錄L*、a*、b*表示葉片顏色(三維色空間用L*、a*、b*和空間直角坐標(biāo)系來(lái)表示)，其中L*表示光澤明亮度，L*越大，亮度越高，范圍從黑(0)到白(100)；a*表示紅/綠，a*越大，紅色越深；b*的正值表示黃/藍(lán)，b*越大，黃色越深。

可溶性糖和可溶性蛋白含量測(cè)定方法參照《植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理與技術(shù)》[12]，分別采用蒽酮比色法和考馬斯亮藍(lán)G-250染色法。

1.3 數(shù)據(jù)分析

本試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2016進(jìn)行初步整理，然后用SPSS 20.0對(duì)不同土壤pH下葉綠素含量、類胡蘿卜素含量、花色素苷含量、葉色參數(shù)，可溶性糖、可溶性蛋白含量進(jìn)行方差分析，差異顯著(P<0.05)，則采用Duncan法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH對(duì)銀紅槭色素含量的變化特征

2.1.1 對(duì)葉綠素含量影響 9-11月，3個(gè)處理銀紅槭的葉綠素含量均呈下降趨勢(shì)(圖1)，pH 8.36的銀紅槭葉綠素含量始終處于最高值。9月18日pH 8.36和pH 7.62銀紅槭葉綠素含量分別是pH 8.04的1.17倍和1.16倍，10月3日-11月2日pH 8.36銀紅槭葉綠素含量顯著高于pH 8.04和pH 7.62。pH 8.36和pH 8.04銀紅槭葉綠素含量在10月3日后出現(xiàn)最大降幅，為35.3%和47.1%；pH 7.62銀紅槭葉綠素含量則在9月18日后出現(xiàn)最大降幅為39.4%，比pH 8.36和pH 8.04提前半個(gè)月迅速下降，這與pH 7.62銀紅槭葉色提前由綠變黃表現(xiàn)相一致。

葉綠素a為藍(lán)綠色,葉綠素b為黃綠色，兩者是葉片呈現(xiàn)綠色的主要原因。圖2和圖3顯示，3個(gè)處理銀紅槭的葉綠素a和葉綠素b含量在9-11月隨時(shí)間均呈下降趨勢(shì)。在9月3-18日，3個(gè)處理葉綠素a含量下降緩慢，pH 7.62在9月18日后開(kāi)始迅速下降；pH 8.36和pH 8.04則在10月3日后下降迅速。9月18日pH 8.36和pH 7.62葉綠素a含量分別是pH 8.04的1.15倍和1.09倍，10月3日-11月2日pH 8.36葉綠素a含量顯著高于pH 8.04和pH 7.62。9月3-18日，3個(gè)處理葉綠素b含量下降緩慢，pH 8.04和pH 7.62在9月18日后開(kāi)始迅速下降；pH 8.36則在10月3日后下降迅速。9月18日pH 8.36葉綠素b含量是pH 8.04和pH 7.62的1.09倍和1.04倍，pH 8.04和pH 7.62的葉綠素b含量在9月18日-10月3日與pH 8.36差異顯著(P<0.05)。

2.1.2 對(duì)類胡蘿卜素含量影響 整個(gè)變色期，3個(gè)不同土壤pH處理下的銀紅槭類胡蘿卜素含量均呈下降趨勢(shì)(圖4)。pH 8.04和pH 7.62的類胡蘿卜素含量在9月18日與10月3日與pH 8.36差異顯著(P<0.05)。整個(gè)變色期間3個(gè)處理的類胡蘿卜素含量分別下降了50.94、103.35、155.63 μg/g。

2.1.3 對(duì)花色素苷含量影響 3個(gè)處理銀紅槭的花色素苷含量均隨時(shí)間呈總體上升趨勢(shì)，除9月18日pH 8.04和pH 7.62銀紅槭花色素苷含量差異不顯著外，其余時(shí)間3個(gè)處理間銀紅槭花色素苷含量均存在顯著差異，pH 7.62的花色素苷含量一直顯著大于pH 8.04和pH 8.36(P<0.05)(圖5)。3個(gè)處理銀紅槭的花色素苷最大上升速率均在10月18日達(dá)到，分別為39%、67%和83%。

2.1.4 對(duì)色素比影響 整個(gè)秋季變色期，3個(gè)處理銀紅槭的葉綠素與花色素苷含量之比、類胡蘿卜素與花色素苷含量均呈下降趨勢(shì)(圖6、圖7)，11月2日，3個(gè)處理銀紅槭的葉綠素與花色素苷含量之比，較9月3日分別下降了92.7%、94.6%和92.9%。在9-11月，葉綠素與花色素苷含量之比始終都是pH 8.36>pH 8.04>pH 7.62，pH 8.36銀紅槭的葉綠素與花色素苷含量之比均與pH 8.04和pH 7.62差異顯著(P<0.05)。

11月2日，3個(gè)處理銀紅槭的類胡蘿卜素與花色素苷含量之比較9月3日分別下降了82.8%、91%和92%。在9-11月，pH 8.04類胡蘿卜素與花色素苷含量之比一直大于pH 7.62。pH 8.04和pH 7.62銀紅槭的類胡蘿卜素與花色素苷含量之比在9月3日、9月18日和10月18日與pH 8.36差異顯著(P<0.05)。

2.2 土壤pH對(duì)銀紅槭葉色參數(shù)的秋季變化特征

葉色參數(shù)是利用L*、a*和b*值來(lái)定量表征色澤在三維空間中變化的變量值，3個(gè)處理銀紅槭的葉色參數(shù)秋季變化如圖8-圖10所示。pH 8.36的葉色變化過(guò)程為綠色—黃色—橙黃色；pH 8.04的為綠色—黃色—橘黃色；pH 7.62的為綠色—黃色—紅色。在銀紅槭葉色變化過(guò)程中3個(gè)處理的L*和b*均呈先上升后下降的趨勢(shì)，a*則呈明顯增大趨勢(shì)。pH 7.62的L*在9月18日達(dá)到最大值為50，顯著高于pH 8.36(P<0.05)。pH 8.36和pH 8.04的L*則在10月3日達(dá)到最大。最晚兩次測(cè)定，pH 8.04和pH 7.62的明度L*與pH 8.36有顯著差異(P<0.05)。

變色初期綠色逐漸褪去，黃色逐漸出現(xiàn)，隨后葉片變紅，a*逐漸升高。11月2日3個(gè)處理a*較9月3日分別增加了1.18、1.84倍和2.13倍，在9月18日變色初期，3個(gè)處理的a*之間差異顯著(P<0.05)。10月3日-11月2日，pH 8.04和pH 7.62的a*顯著高于pH 8.36(P<0.05)。

b*整個(gè)變色期間整體表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)。在9月3日pH 8.04和pH 7.62的b*差異顯著(P<0.05)，9月18日-10月3日，pH 8.04和pH 7.62的b*均顯著大于pH 8.36(P<0.05)。10月3日3個(gè)處理均達(dá)到最高值，較9月3日漲幅分別為22.1%、68.1%和103%。隨著a*的轉(zhuǎn)正，3個(gè)處理的b*10月3日后均開(kāi)始下降，10月18日pH 7.62的b*顯著小于pH 8.36和pH 8.04。

2.3 土壤pH對(duì)銀紅槭秋季葉片碳水化合物含量的影響

在9-11月銀紅槭變色期，3個(gè)處理的可溶性糖和可溶性蛋白含量均呈先升高后降低的趨勢(shì)，變色末期可溶性糖和可溶性蛋白含量較變色前均有小幅增長(zhǎng)(圖11、圖12)。9-11月，pH 8.36與pH 7.62的可溶性糖含量均呈顯著差異(P<0.05)，pH 8.04和pH 7.62在10月3日和11月2日差異顯著(P<0.05)。pH 8.36在10月18日達(dá)到最高值9.9 mg/g，pH 8.04和pH 7.62則在10月3日達(dá)到最高值9.69 mg/g和10.73 mg/g。整個(gè)變色期間pH 7.62的可溶性糖含量始終大于pH 8.36和pH 8.04。

9月18日-11月2日，pH 8.36和pH 7.62可溶性蛋白含量始終差異顯著(P<0.05)，pH 8.36在9月18日、10月3日和11月2日與pH 8.04可溶性蛋白含量差異顯著(P<0.05)。pH 8.36在10月18日達(dá)到最高值3.63 mg/g，pH 8.04和pH 7.62則在10月3日達(dá)到最高值3.8 mg/g和5.79 mg/g。整個(gè)變色期間pH 8.36的可溶性蛋白含量始終小于pH 8.04和pH 7.62。

3 討論

葉綠素、類胡蘿卜素、花色素苷等色素都是影響北美紅楓葉色轉(zhuǎn)變的重要因素[13]。秋季溫度降低，光合作用受阻，葉綠素含量下降，花色素苷逐漸上升，隨著葉綠素與花色素苷比值降低，葉片呈現(xiàn)紅色[14-15]。本試驗(yàn)中，不同pH處理土壤下的銀紅槭在秋季變色的不同時(shí)期，葉綠素、類胡蘿卜素和花色素苷的比例不同，葉片呈色也不相同，這與王燕龍等[16]在對(duì)銀杏秋季葉色參數(shù)及色素含量的變化研究結(jié)果一致。在銀紅槭葉色參數(shù)及生理指標(biāo)的相關(guān)性分析中發(fā)現(xiàn)(表2)，光合色素含量與葉色參數(shù)a呈顯著負(fù)相關(guān)，花色素苷含量與葉色參數(shù)a呈極顯著正相關(guān)。銀紅槭變色初期葉片呈綠色，a為負(fù)值；變色后期葉片呈紅色，a轉(zhuǎn)為正值，表明光合色素與花色素苷是銀紅槭變色的直接原因，這與李力等[12]對(duì)北美紅楓呈色生理因素探究以及郝峰鴿對(duì)4種彩葉植物生長(zhǎng)色素含量[17]的研究結(jié)果一致。在pH 8.36土壤下的銀紅槭隨時(shí)間推移，葉綠素含量下降，花色素苷升高，從9-11月，其葉綠素含量始終最高，因此變色前pH 8.36銀紅槭的葉片比pH 8.04和pH 7.62顏色更綠。10月18之后，pH 8.04的銀紅槭類胡蘿卜素含量始終高于pH 8.36和pH 7.62，因此pH 8.04的葉片在變色后期顏色偏黃。pH 7.62土壤下的銀紅槭葉綠素含量出現(xiàn)最大降幅的日期比pH 8.36和pH 8.04提前半個(gè)月，10月3日之前，類胡蘿卜素含量也始終高于pH 8.36和pH 8.04，這與pH 7.62銀紅槭的葉色提前由綠變黃表現(xiàn)相一致。3個(gè)處理銀紅槭的花色素苷在10月18日后均開(kāi)始大幅上升，pH 7.62的花色素苷含量一直顯著大于pH 8.04和pH 8.36的花色素苷含量，因此pH 7.62的銀紅槭秋色更艷。

可溶性糖是植物進(jìn)行新陳代謝的重要物質(zhì)，在花色素苷的合成過(guò)程中起到信號(hào)作用[18]。有研究表明，可溶性糖是促進(jìn)花色素苷合成[19]，葉片變紅的重要因素[20]。吳琰琰等[21]卻認(rèn)為可溶性糖會(huì)抑制相關(guān)基因的表達(dá)，影響花色素苷的合成。郭衛(wèi)珍[22]在山茶葉色變化的研究中也得出可溶性糖與花色素苷含量之間存在極顯著的負(fù)相關(guān)的結(jié)論。本試驗(yàn)在銀紅槭葉色參數(shù)及生理指標(biāo)的相關(guān)性分析中發(fā)現(xiàn)(表2)，可溶性糖含量與葉色參數(shù)a呈極顯著正相關(guān)，表明可溶性糖對(duì)葉片變色有一定積極影響，與楚愛(ài)香等[23]對(duì)槭屬植物的研究結(jié)果一致。在銀紅槭葉色變化期間，3個(gè)處理的可溶性糖均呈先升高后降低的趨勢(shì)，可能與溫度回升有關(guān)，晝夜溫差大會(huì)促進(jìn)可溶性糖的積累[24]。pH 8.04和pH 7.62的可溶性糖含量比pH 8.36提前半個(gè)月達(dá)到增長(zhǎng)高峰，且整個(gè)變色期間pH 7.62的可溶性糖含量始終大于pH 8.36和pH 8.04。說(shuō)明pH 8.04和pH 7.62較早進(jìn)入變色期，同時(shí)pH 7.62的變色效果優(yōu)于pH 8.36和pH 8.04。

可溶性蛋白是大多數(shù)酶的組成成分，易受外界環(huán)境影響，在植物體生物催化、物質(zhì)運(yùn)輸方面起著重要作用。對(duì)于可溶性蛋白與葉色之間的關(guān)系，前人已做了很多研究。聶慶娟等[25]認(rèn)為可溶性蛋白與葉色呈顯著正相關(guān)，程龍霞等[26]認(rèn)為可溶性蛋白與葉色呈顯著負(fù)相關(guān)，唐生森等[27]則認(rèn)為可溶性蛋白與葉色無(wú)顯著相關(guān)性。本試驗(yàn)在銀紅槭葉色參數(shù)及生理指標(biāo)的相關(guān)性分析中發(fā)現(xiàn)(表2)，可溶性蛋白含量與葉色參數(shù)a呈極顯著或顯著正相關(guān)，表明可溶性蛋白對(duì)葉片變色有一定積極作用，這與郭衛(wèi)珍[22]的研究結(jié)果一致。pH 8.04和pH 7.62的可溶性蛋白含量比pH 8.36提前半個(gè)月達(dá)到最大值，且整個(gè)變色期間pH 8.36的可溶性蛋白含量始終小于pH 8.04和pH 7.62。說(shuō)明pH 8.04和pH 7.62銀紅槭葉片變色效果比pH 8.36更佳。

表2 不同土壤處理下銀紅槭葉色參數(shù)與各生理指標(biāo)的相關(guān)性分析

整個(gè)秋季變色期，葉色參數(shù)L*和b*變化趨勢(shì)不明顯，而a*顯著增大趨勢(shì)與葉色轉(zhuǎn)變相一致，故用a作為描述葉片由綠轉(zhuǎn)紅的關(guān)鍵參數(shù)。通過(guò)對(duì)3個(gè)處理銀紅槭葉色參數(shù)及生理指標(biāo)的相關(guān)性分析中發(fā)現(xiàn)(表2)，光合色素、花色素苷、可溶性糖與可溶性蛋白均是影響銀紅槭葉片轉(zhuǎn)色的重要因素。通過(guò)對(duì)a*與生理指標(biāo)相關(guān)性的比較分析后得出pH 8.36銀紅槭的葉綠素含量較高，葉片呈現(xiàn)綠色時(shí)間最長(zhǎng)，pH 7.62花色素苷含量較高，葉片呈現(xiàn)紅色時(shí)間最長(zhǎng)，色澤最紅潤(rùn)，而pH 8.04葉色表達(dá)的效果與時(shí)長(zhǎng)均介于兩者之間，故pH 7.62的3號(hào)土壤最適于銀紅槭的葉色表達(dá)，即在一定范圍內(nèi)隨著土壤pH的降低，銀紅槭葉色越紅，持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)。本試驗(yàn)在進(jìn)行土壤酸化處理時(shí)施入的脫硫石膏和硫磺粉均是含硫化合物，硫?qū)χ参锶~片顏色影響很大。日后進(jìn)一步開(kāi)展試驗(yàn)時(shí)可考慮用木醋液代替硫磺粉進(jìn)行土壤酸化，不但可以技術(shù)上剔除硫的營(yíng)養(yǎng)作用，而且比硫磺粉見(jiàn)效快且易于施用[28]。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)以6年生秋火焰銀紅槭容器苗為對(duì)象，從葉綠素、類胡蘿卜素、花色素苷、葉色參數(shù)(L*,a*,b*)、可溶性糖、可溶性蛋白含量對(duì)其在pH 8.36、pH 8.04和pH 7.62不同土壤pH水平下葉色變化和生理表現(xiàn)進(jìn)行比較研究，旨在探究不同土壤pH對(duì)銀紅槭葉色變化的影響，以期為人工調(diào)控銀紅槭葉色表達(dá)提供理論依據(jù)。

隨著秋季時(shí)間推移，3個(gè)處理銀紅槭的光合色素與花色素苷含量變化趨勢(shì)不同。土壤pH 8.36下銀紅槭的葉綠素含量較高，葉片呈現(xiàn)綠色時(shí)間較長(zhǎng)；pH 7.62下銀紅槭的花色素苷含量較高，葉色更加紅艷；pH 8.04下的呈色效果介于兩者之間。

各個(gè)處理銀紅槭葉片a*均與葉綠素和類胡蘿卜素含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與可溶性糖、可溶性蛋白和花色素苷含量呈極顯著或顯著正相關(guān)(P<0.05)。

在一定范圍內(nèi)，銀紅槭葉片呈色隨著土壤pH降低而愈發(fā)紅艷，pH 7.62土壤利于秋火焰銀紅槭的葉色表達(dá)。