彩葉紫薇新品種紅火球與侖山1號的葉色及生理變化特性

崔 舜， 邱國金*， 吳 茜， 戴 靜， 徐 炅， 夏愛華

(1.江蘇農林職業技術學院，江蘇 句容 212400； 2.江蘇綠苑園林建設有限公司， 江蘇 句容 212400； 3.鎮江潤祥園林科技發展有限公司， 江蘇 句容 212400)

紫薇(Lagerstroemiaindica)是千屈菜科(Lythraceae)紫薇屬(Lagerstroemia)落葉小喬木，具有花繁色艷、花色多變、花期長等特點，是我國乃至世界著名的夏季觀花樹種[1]。我國園林中廣泛應用的紅火球紫薇(L.indicaDynamite)和侖山1號紫薇(L.indicaLunshan 1)新品種，其葉色一年四季的變化進一步增添了紫薇的觀葉價值。紅火球紫薇是由美國著名植物育種家Dr.Carl E Whitcomb經過20多年研究，成功培育出花色紅艷的紫薇新品種，我國園林引種后具有生長健壯、適應性強等特點，其新葉深紅色，老葉綠色，花量大，花色鮮紅，花期長[2]。侖山1號紫薇是由江蘇農林職業技術學院選育并通過國家林業局審定的新品種(品種權號：20180075)，該品種春季嫩葉紅色，6月下旬后枝條1/2以下部分葉片轉變為墨綠色，上部暗紅色；枝條上部中等橄欖灰(RHS N199A)；花深粉色(RHS H80B)，萌芽力和成枝力強，適應性廣，對高溫、干旱、短時間積水抗性強，抗病蟲害(白粉病、天牛)能力較強[3]。目前，國內外關于紫薇的研究主要集中在種質資源、育種、抗病性、花色、株型、藥用價值等方面,對葉色變化的系統研究甚少[4-6]。鑒于此，通過觀測紅火球紫薇和侖山1號紫薇葉色變化，測定葉片含水量、總酚、類黃酮、花色素苷、色素、可溶性糖含量及苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性，分析2個紫薇新品種的葉色時序性變化過程中葉片的生理變化，以期為紫薇優良彩葉品種的選育及其園林栽培配置提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2018年4—10月進行，在江蘇農林職業技術學院國家彩葉樹種良種基地采穗圃中選擇生長健壯、長勢一致的5年生紅火球和侖山1號紫薇，4-10月期間，每月30日上午8點，采集樹冠南向正常的枝稍功能葉(從枝頂往下第4～8片葉)，用冰盒保存送回實驗室，部分用于葉色觀察和含水量測定；其余部分冷凍保存于-80℃的超低溫冰箱中，備生理指標測定。

1.2 試驗方法

將被測葉片洗凈擦干，去掉葉脈和葉柄，剪碎后混合均勻作為樣品備后續試驗。每組試驗測量3次。測定指標包括葉色、含水量、葉綠素及類胡蘿卜素含量，花色素苷、類黃酮和總酚含量，可溶性糖含量和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性。

1) 葉色觀察。將采集的葉片及時使用RHS Colour Chart進行比對，讀取顏色并記錄。

2) 含水量(RWC)。稱取樣品的鮮重(FW)，105℃烘箱內烘烤8 h后稱干重(DW)。

RWC=(FW-DW)/FW×100%

3) 葉綠素及類胡蘿卜素含量。精準稱取0.2 g樣品研磨，加10 mL 95%無水乙醇提取[7]，直至葉片組織發白，靜置3～5 min后過濾，定容在25 mL的棕色容量瓶中，測定665 nm、649 nm和470 nm下的吸光度，95%乙醇作為對照組。計算葉綠素a(Ca)、葉綠素b(Cb)、葉綠素總含量(GT)及類胡蘿卜素含量(Cx.c)。

Ca=13.95A665-6.8A649

Cb=24.96A649-7.32A665

CT=Ca+Cb=18.16 A649+6.63 A665

Cx.c=(1000A470-2.05Ca-114.8Cb)/248

式中，A665、A649、A470分別表示665 nm、649 nm和470 nm下的吸光度值。

4) 花色素苷、類黃酮和總酚含量。精準稱取0.1 g樣品烘干，加5 mL 0.1%鹽酸乙醇混合液提取[8]，以提取液作對照，4℃下浸提24 h后,分別測定530 nm、320 nm、280 nm處的吸光度,計算花色素苷相對含量、類黃酮相對含量和總酚相對含量。相對含量則A=吸光度×0.01(色素單位)，以1 g鮮重在10 mL提取液0.1OD為1個色素單位。

花色素苷相對含量(mg/g)= OD530/g·FW

類黃酮相對含量(mg/g)=OD320/g·FW

總酚相對含量(mg/g)=OD280/g·FW

5) 可溶性糖含量。采用蒽酮比色法[9]，精準稱取葉片0.1 g，加入10 mL蒸餾水，研磨成勻漿，倒入離心管，沸水浴10 min后冷卻至室溫，4 000 r/min，離心10 min，上清液蒸餾水稀釋10倍，搖勻。按照說明書依次完成空白管、標準管及測定管的試劑添加，充分搖勻，沸水浴反應10 min，流水冷卻，測定試管試劑在620 nm下的吸光值，計算可溶性糖含量。

可溶性糖含量(mg/g·FW)= 從標準曲線查得糖的量(μg)×提取液體積(mL)×稀釋倍數/測定用樣品液的體積(mL)×樣品重量(g)×106×100%

6) 苯丙氨酸解氨酶( PAL)活性。采用分光光度計法。準確稱取0.1 g葉片，加入0.9 mL提取液，冰水浴研磨成勻漿狀態，倒入離心管中，10 000 r/min離心10 min，取上清液待測，依次在測定管和空白管中加入緩沖液、底物液，搖勻，30℃水浴30 min，檢測290 nm處的吸光度。以測定管反應液 0.01 OD290/g.Fw.hr為1個酶活性單位(U)。

PAL活性(U/g FW·hr)=A290×Vt×

V/0.01×VS×FW×T

式中，Vt為酶液總體積(mL)，FW為樣品鮮重(g)，VS為測定時取酶液的量(mL)，V為反應液總體積(mL)，T為反應時間(h)。

1.3 數據統計

利用SPSS 19.0對數據進行統計分析，用Origin 9.1.1對數據進行制圖。

2 結果與分析

2.1 不同時期紅火球與侖山1號紫薇的葉色變化

由表1看出，在4—10月，紅火球紫薇葉色變化過程為中等橄欖綠色-灰橄欖綠色-深黃綠色；侖山1號紫薇葉色變化過程為灰橄欖綠色-暗紅色-灰橄欖綠色-中等橄欖綠色-灰橄欖綠色-中等橄欖綠色。觀察發現，紅火球與侖山1號紫薇2個紫薇品種在相同時段內葉片顏色存在差異，但二者在同一區域種植，且形態和健康條件相似。因此認為，2個紫薇品種的葉色差異主要是由于其自身生理差異所致。

表1 不同時期紅火球與侖山1號紫薇的葉色變化Table 1 Color variation of Honghuoqiu and Lunshan 1 in different periods

2.2 不同時期紅火球與侖山1號紫薇葉片的含水量

由圖1看出，紅火球和侖山1號紫薇葉片含水量在4—10月期間變化呈先降后升趨勢，4月為最高值，2個紫薇品種分別為74.95%和74.80%，5—7月下降速度加快，7月降至最低，分別為60.54%和53.97%。紅火球紫薇4月含水量與除10月外的其他月份均達顯著差異；侖山1號紫薇4月含水量顯著高于7月和8月，與其他月差異不顯著。

含水量反映植物組織水分生理狀況，直接影響植物生長。7月是江蘇高溫季節，紫薇葉片含水量低于其他月份。紅火球紫薇含水量稍高于侖山1號紫薇，結合比色卡信息及葉色觀察結果，紅火球紫薇葉色較侖山1號偏綠。因此推斷，當葉片含水量較高時，紫薇葉色偏綠色；反之，偏紅。

2.3 不同時期紅火球與侖山1號紫薇葉片的葉綠素含量

從圖2看出，不同時期紅火球與侖山1號紫薇葉片的葉綠素含量變化。

2.3.1 葉綠素a 紅火球紫薇和侖山1號紫薇葉片在4—10月期間葉綠素a相對含量隨時間推延呈先上升后下降趨勢，8月達最高值，分別為11.92 mg/g和13.29 mg/g。紅火球紫薇10月最低，為5.72 mg/g；侖山1號紫薇4月最低，為5.80 mg/g。紅火球和侖山1號紫薇8月葉綠素a相對含量與其他月均呈顯著差異。

2.3.2 葉綠素b 侖山1號紫薇葉綠素b相對含量整體高于紅火球紫薇。紅火球紫薇葉綠素b相對含量隨時間推延呈先升后降趨勢，8月最高，為4.80 mg/g，10月最低，為2.57 mg/g。侖山1號紫薇葉綠素b相對含量隨時間推延呈上升-下降-上升-下降趨勢，9月最高，為6.00 mg/g，4月最低，為3.24 mg/g。8月、9月紅火球紫薇葉綠素b的含量與其他月有顯著差異；6月、9月侖山1號紫薇與除8月外的其他月有顯著差異。

2.3.3 葉綠素 紅火球紫薇葉綠素相對含量隨時間推延呈上升-下降趨勢，8月含量最高，為17.6 mg/g，4月最低，為8.5 mg/g；侖山1號紫薇隨時間推延呈上升-下降-上升-下降趨勢，8月含量最高，為18.2 mg/g，4月最低，為7.4 mg/g。紅火球紫薇8月與其他月差異顯著；侖山1號紫薇8月與除9月外的其他月差異顯著。

2.3.4 類胡蘿卜素 2個紫薇品種的類胡蘿卜素相對含量隨時間推延均呈上升-下降趨勢。紅火球紫薇5月含量最高，達1.85 mg/g，8月最低，為1.08 mg/g；侖山1號紫薇6月含量最高，達1.52 mg/g，9月最低，為0.81 mg/g。紅火球紫薇5月與其他月差異顯著；侖山1號紫薇6月、7月與其他月差異顯著。

2.4 不同時期紅火球與侖山1號紫薇葉片的花色素苷、類黃酮與總酚含量

從圖3看出，不同時期紅火球與侖山1號紫薇葉片的花色素苷、類黃酮和總酚含量變化。

2.4.1 花色素苷 紅火球紫薇花色素苷相對含量隨時間推延呈下降-上升-下降趨勢，侖山1號紫薇呈上升-下降-上升趨勢。紅火球紫薇8月含量最高，達2.2 mg/g，7月最低，為1.3 mg/g；侖山1號紫薇5月含量最高，達3.2 mg/g，7月含量最低，為1.8 mg/g。紅火球紫薇8月與除9月外的其他月差異顯著；侖山1號紫薇5月含量與除9月、10月外的其他月份差異顯著。

2.4.2 花色素苷/葉綠素 2個紫薇花色素苷/葉綠素比值隨時間推延呈下降-上升趨勢。紅火球紫薇最高值在10月，達0.21，最低值在7月，為0.09；侖山1號紫薇最高值在5月，達0.26，最低值在8月，為0.11。紅火球紫薇10月與除4月和5月外的其他月差異顯著；侖山1號紫薇5月與除4月和10月外其他月差異顯著。

2.4.3 花色素苷/類胡蘿卜素 紅火球紫薇的花色素苷/類胡蘿卜素比值基本小于侖山1號紫薇。紅火球紫薇最高值出現在8月，達2.1，最低值在5月，為1.0；侖山1號紫薇最高值在9月，達3.3，最低值在7月，為1.4。紅火球紫薇8月與除9月外其他月差異顯著；侖山1號紫薇9月與除10月外其他月差異顯著。

2.4.4 類黃酮 紅火球紫薇和侖山1號紫薇類黃酮相對含量隨時間推延呈上升-下降趨勢，但變化比較平緩。紅火球紫薇5月最高，達1.18 mg/g，7月最低，為1.08 mg/g。侖山1號紫薇5月最高，達1.09 mg/g，4月最低，為0.88 mg/g。紅火球紫薇5月與除4月和6月外的其他月差異顯著；侖山1號紫薇5月與除7月、8月、9月外的其他月差異顯著。

2.4.5 總酚 紅火球和侖山1號紫薇總酚相對含量隨時間推延呈上升-下降趨勢，4月含量最低，分別為1.11 mg/g和1.09 mg/g；紅火球紫薇5月最高，達1.34 mg/g，侖山1號紫薇7月最高，達1.31 mg/g。紅火球紫薇5月與其他月差異顯著；侖山1號7月與除10月外的其他月差異顯著。

2.5 不同時期紅火球與侖山1號紫薇葉片的可溶性糖含量和苯丙氨酸解氨酶活性

2.5.1 可溶性糖含量 由圖4可知，紅火球紫薇可溶性糖含量隨時間推延總體呈上升-下降-上升趨勢，9月最高，達10.4 mg/g；4月最低，為7.1 mg/g。侖山1號隨時間推延呈先下降后上升趨勢，10月最高，達12.2 mg/g；7月最低，為6.1 mg/g。紅火球紫薇9月與4月、7月存在顯著差異；侖山1號紫薇10月與除4月外的其他月差異顯著。

2.5.2 苯丙氨酸解氨酶活性 紅火球紫薇和侖山1號紫薇的苯丙氨酸解氨酶活性隨時間推延變化平緩，5月最高，分別達180.4 mg/g和179.2 mg/g。紅火球紫薇8月最低，為165.1 mg/g；侖山1號紫薇4月最低，為167.4 mg/g。紅火球紫薇5月、6月與7月、8月和10月差異顯著；侖山1號紫薇5月與4月、9月和10月差異顯著。

3 結論與討論

紫薇適應性強，在我國廣泛栽培，但國內外紫薇品種繁多，且表現出高度的差異性，如抗逆性、生長速率、葉片著色等[10]。紅火球紫薇與侖山1號紫薇是彩葉植物新品種，研究其葉色變化過程中的生理變化，可為彩葉植物的應用與育種提供思路及借鑒。研究表明，在4—10月，紅火球紫薇葉色變化過程為中等橄欖綠色-灰橄欖綠色-深黃綠色，侖山1號為灰橄欖綠色-暗紅色-灰橄欖綠色-中等橄欖綠色-灰橄欖綠色-中等橄欖綠色。2個紫薇品種葉色差異主要由其自身生理差異所致，不同時期其生理指標存在明顯差異。葉片含水量2個品種均為4月最高，接近75%；葉綠素含量2個品種均為8月最高，在18 mg/g左右；類胡蘿卜素紅火球5月最高(1.85 mg/g)，侖山1號6月最高(1.52 mg/g)；紅火球與侖山1號花色素苷、類黃酮及總酚的最高含量分別為2.2 mg/g、1.18 mg/g、1.34 mg/g和3.2 mg/g、1.09 mg/g、1.31 mg/g，可溶性糖和含量和苯丙氨酸解氨酸活性最高值分別為10.4 mg/g、180.4 mg/g和12.2 mg/g、179.2 mg/g。

彩葉植物葉色變化受內外因素共同作用，是植物應激反應之一[11]。外部因素主要表現為光照、溫度、濕度和土壤等方面，內部因素包括形態學、生態學和生化防御機制。研究發現，葉片含水量、葉綠素含量、可溶性糖含量等均在一定程度上影響了葉色的變化。含水量反映植物組織水分生理狀況，直接影響植物的生長。研究表明，當葉片含水量較高時，紫薇葉色偏綠色；反之，偏紅。植物葉片顏色一般由葉綠素和花色素苷的含量和分布決定[12]。葉綠素是植物進行光合作用的重要參與色素，葉色的變化與其含量的變化密切相關，當葉片中葉綠素含量占絕對優勢時( 約60%以上) ，葉片呈綠色[8]。研究發現，隨著紫薇葉片中葉綠素含量增加，葉色偏翠綠色；反之，偏灰綠色；而類胡蘿卜素含量對葉色的影響機制則相反，即類胡蘿卜素含量越高，葉色偏灰綠色，可能葉綠素和胡蘿卜素含量對呈色起到輔助作用[13]，與李利霞[14]對雞爪槭葉色變化中得出葉綠素含量與葉色偏綠呈正相關的結論一致。

色素是植物葉色形成的決定性物質，對于紅(紫)葉植物來說，花色素苷的含量及花色素苷與葉綠素的比值是評價葉色變化的標準[15]。研究中紅火球紫薇除在4月和10月花色素苷和葉綠素的比值稍高外，其他月比值趨于平穩，而侖山1號紫薇的比值除8月和10月外其他月都高于紅火球紫薇。對照比色卡顏色和葉色物候觀察，紫薇葉片變紅程度與花色素苷含量與葉綠素含量比值呈正相關關系，與陳延惠等[15]的研究結果一致。有研究表明，紅(紫)葉觀賞植物呈現彩葉的原因主要是葉片中含有大量的花色素苷，葉色的變化與葉片花色素苷的代謝息息相關[16]。研究發現，同一采樣時期，侖山1號的葉片中花色素苷含量均高于紅火球。花色素苷在多酚氧化酶、過氧化物酶、花色素苷酶等的作用下可以降解成酚類物質[12-13，17]，總酚是所有酚類物質，類黃酮也屬于酚類，理論上總酚、類黃酮的含量對葉色的影響與花色素苷含量對葉色的影響呈一致性，但研究發現，同一采樣時期，侖山1號花色素苷的含量高于紅火球，而總酚含量及類黃酮含量均低于紅火球，且2個品種間花色素苷含量、類黃酮含量均差異不顯著。推測在花色素苷分解過程中，其分解的酚類物質(類黃酮、總酚)對紫薇的葉色影響較小。

可溶性糖是植物組織中所存儲的營養物質，供植物生長發育使用，是植物代謝活動的主要參與者。林植芳等[18]研究發現，秋季植物體內一些復雜的有機物轉化為糖類，直接促進花青素的累積，葉片呈現紅色。研究發現，侖山1號紫薇的可溶性糖含量隨葉片變紅而逐漸增加，表明可溶性糖含量的增加可顯著促進葉片中花色素苷的積累，進而影響葉片顏色變化，與李倩等[19]研究早熟桃葉葉色變化的結果相同。苯丙氨酸解氨酶是控制初級代謝轉變為次級代謝的分支點，是形成酚類化合物中的一個重要調節酶[20]，而酚類物質的含量與花色素苷的降解有關。紅火球紫薇的苯丙氨酸解氨酶活性隨時間推延呈下降-上升-下降變化趨勢，侖山1號紫薇則呈上升-降的變化趨勢，這可能是由于秋季花色素苷的大量合成消耗了大量的苯丙氨酸解氨酶所致[21-22]。