10種彩葉樹光合色素含量的研究

黃石德，曾建新，高偉，黃雍容，游惠明，林捷

(1.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012；2.大田縣林業(yè)局，福建 三明 366100)

彩葉樹種是指在生長(zhǎng)季或生長(zhǎng)季某一階段，葉片顏色可以較穩(wěn)定地呈現(xiàn)非綠色的一類樹種的總稱[1]。光合色素是光合作用的重要因素，植物體內(nèi)葉綠素含量的高低直接影響植物的光合速率，在光合作用過程中起到接受和轉(zhuǎn)換能量的作用[2]。葉片呈現(xiàn)出不同色彩的原因是由于葉片色素種類及其比例的差異引起的[3]。近年來，彩葉樹種由于其獨(dú)特的葉色景觀在園林綠化中得到越來越廣泛的應(yīng)用。然而，由于氣候等環(huán)境因素導(dǎo)致彩葉樹種呈色效果不佳，極大制約彩葉樹種的引種和栽培[4]。因此，本研究以10種彩葉樹為材料，研究生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)季葉片色素含量的差異，旨在為進(jìn)一步探索彩葉樹種的呈色機(jī)理奠定基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)區(qū)選在福建省沙縣，福建省中北部，位于南平和三明市之間，介于26°06′—26°41′ N，117°32′—118°06′ E，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，溫暖濕潤(rùn)，年均溫度15.6～19.6 ℃，年均降水量1 510～1 840 mm。

2 試驗(yàn)材料和研究方法

2.1 試驗(yàn)材料

選取10種彩葉樹作為研究對(duì)象，分別為銀杏(Ginkgobiloba)、半楓荷(Semiliquidambarcathayensis)、楓香(Liquidambarformosana)、黃山欒樹(Koelreuteriabipinnata)、藍(lán)果樹(Nyssasinensis)、北美紅楓(Acerrubrum)、紫葉李(PrunusCerasifera)、無患子(Sapindusmukorossi)、海棠(Malusspectabilis)和碧桃(Amygdaluspersica)，參試樹種生長(zhǎng)情況見表1。

表1 試驗(yàn)樹種生長(zhǎng)概況

2.2 色素含量的測(cè)定

分別于2017年5月(生長(zhǎng)季)和11月(非生長(zhǎng)季)選擇8:00—9:00，隨機(jī)采集長(zhǎng)勢(shì)基本一致、無病蟲害位于枝條中部位置的成熟葉片。每株樹木采摘20～30片在實(shí)驗(yàn)室將葉片洗凈、吸干、去中脈，剪成細(xì)條，準(zhǔn)確稱取0.1 g，放入研缽中，加少量石英砂和碳酸鈣粉及無水乙醇2～3 mL研成勻漿，再加無水乙醇10 mL，繼續(xù)研磨直至組織變白，過濾到25 mL棕色容量瓶中，定容。將上述提取液搖勻后用紫外分光光度計(jì)于波長(zhǎng)663、646和470 nm下測(cè)定吸光值，按下列公式計(jì)算葉綠素a、b和類胡蘿卜素含量[3]，均重復(fù)3次。

葉綠素a：Ca(mg·L-1)=12.21×A663-2.81×A646

葉綠素b：Cb(mg·L-1)=20.13×A646-5.03×A663

葉綠素總含量=葉綠素a+葉綠素b

類胡蘿卜素：Cx·c(mg·L-1)=(1 000×A470-3.27×Ca-104×Cb)/229

其中A663、A646和A470分別為波長(zhǎng)663、646和470 nm處的吸光度值。

2.3 數(shù)據(jù)處理

采用單因素方差分析檢驗(yàn)不同彩葉樹種生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)季色素含量、色素比的差異，顯著性差異水平為α = 0.05。所有數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析基于Excel 2007、SPSS 19.0軟件，采用Origin 8.5軟件作圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 葉綠素a含量的變化

如圖1所示，不同彩葉樹種葉片中葉綠素a含量不同。其中，銀杏、黃山欒樹、藍(lán)果樹、北美紅楓、紫葉李、無患子和海棠生長(zhǎng)季的葉綠素a顯著高于非生長(zhǎng)季(P<0.05)；而半楓荷、楓香和碧桃葉綠素a含量在生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)季差異不顯著(P>0.05)。10種彩葉樹葉綠素a的平均含量由大到小的順序?yàn)椋鹤先~李、碧桃、海棠、銀杏、黃山欒樹、北美紅楓、無患子、藍(lán)果樹、半楓荷和楓香。楓香的平均含量最小為0.546 mg·g-1，紫葉李的平均含量最大為1.251 mg·g-1，是楓香的2.3倍。

圖1 生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)季10種彩葉樹葉片中葉綠素a含量變化

注:ns表示生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)季差異不顯著；*表示P<0.05；**表示P<0.01；下同

3.2 葉綠素b含量的變化

如圖2所示，無論是生長(zhǎng)季還是非生長(zhǎng)季，葉綠素b含量均低于葉綠素a含量，其值均低于1 mg·g-1。生長(zhǎng)季節(jié)是影響葉片葉綠素含量的重要因素，銀杏、黃山欒樹、藍(lán)果樹、美國(guó)紅楓、紫葉李、無患子和海棠生長(zhǎng)季的葉綠素b顯著高于非生長(zhǎng)季(P<0.05)；而半楓荷、楓香和碧桃葉綠素a含量在生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)季差異不顯著(P>0.05)。10種彩葉樹葉綠素b的平均含量由大到小的順序?yàn)椋鹤先~李、碧桃、北美紅楓、銀杏、海棠、黃山欒樹、無患子、藍(lán)果樹、半楓荷和楓香。楓香的平均含量最小為0.243 mg·g-1，紫葉李的平均含量最大為0.727 mg·g-1，是楓香的3.0倍。

圖2 生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)季10種彩葉樹葉片中葉綠素b含量變化

3.3 總?cè)~綠素含量的變化

如圖3所示，銀杏、黃山欒樹、藍(lán)果樹、北美紅楓、紫葉李、無患子和海棠生長(zhǎng)季的總?cè)~綠素含量顯著高于非生長(zhǎng)季(P<0.05)；而半楓荷、楓香和碧桃總?cè)~綠素含量在生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)季差異不顯著(P>0.05)。10種彩葉樹總?cè)~綠素含量由大到小的順序?yàn)椋鹤先~李、碧桃、海棠、北美紅楓、銀杏、黃山欒樹、無患子、藍(lán)果樹、半楓荷和楓香。楓香的平均含量最小為0.789 mg·g-1，紫葉李的平均含量最大為1.977 mg·g-1，是楓香的2.5倍。

圖3 生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)季10種彩葉樹葉片中總?cè)~綠素含量變化

3.4 類胡蘿卜素含量的變化

類胡蘿卜素是樹種葉片中一種很重要的色素，是嵌于葉綠體和有色體膜中的脂溶性色素[5]。在園林樹種中，類胡蘿卜素?fù)?dān)當(dāng)葉綠體光合作用的輔助色素和保護(hù)葉綠素免受強(qiáng)光破壞，是很強(qiáng)的抗氧化劑，具有保護(hù)氧化損傷的作用[3]。如圖4所示，銀杏、半楓荷、藍(lán)果樹非生長(zhǎng)季類胡蘿卜素含量顯著高于生長(zhǎng)季，而黃山欒樹、北美紅楓和無患子則表現(xiàn)為生長(zhǎng)季顯著高于非生長(zhǎng)季。楓香、紫葉李、海棠和碧桃生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)季差異不顯著(P>0.05)。10種彩葉樹類胡蘿卜素的平均含量由大到小的順序?yàn)椋鹤先~李、銀杏、碧桃、藍(lán)果樹、海棠、黃山欒樹、無患子、北美紅楓、楓香和半楓荷。半楓荷的平均含量最小，為0.243 mg·g-1，紫葉李的平均含量最大為0.623 mg·g-1，是楓香的2.6倍。

圖4 生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)季10種彩葉樹葉片中類胡蘿卜素含量變化

3.5 色素比的變化

由圖5所示，生長(zhǎng)季10種彩葉樹葉綠素與類胡蘿卜素含量的比值在3.20～3.61之間，差異不明顯；而非生長(zhǎng)季則在1.21～3.42之間，有明顯的改變。銀杏、黃山欒樹、藍(lán)果樹、北美紅楓和無患子葉綠素與類胡蘿卜素含量的比值在生長(zhǎng)季均顯著高于非生長(zhǎng)季，如藍(lán)果樹從3.31變?yōu)?.21，銀杏從3.61變?yōu)?.40；而半楓荷、楓香、紅葉李、海棠和碧桃則在生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)季無顯著差異(P>0.05)，如半楓荷從3.54變?yōu)?.42。

圖5 生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)季10種彩葉樹葉片總?cè)~綠素/類胡蘿卜素變化

4 小結(jié)與討論

葉綠素含量較高的為紫葉李、碧桃和海棠，類胡蘿卜素含量較高的為紫葉李、銀杏和碧桃。除半楓荷、楓香和碧桃葉綠素含量在生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)差異不顯著外，其他樹種均表現(xiàn)為生長(zhǎng)季大于非生長(zhǎng)季，這與多數(shù)研究報(bào)道夏季有較高的葉綠素含量結(jié)論一致[6]。而不同彩葉樹種類胡蘿卜素生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)季的差異無明顯規(guī)律，這與許麗穎等[7]報(bào)道認(rèn)為彩葉樹種類胡蘿卜素季節(jié)變化不穩(wěn)定的結(jié)論一致。