彩葉植物SPAD值及其熒光參數的異質性

王永濤 ，楊 寧 ，李貴學，于林倩，姜錫川

(1. 青島市園林和林業綜合服務中心，山東 青島 266100；2. 青島西海岸新區自然資源局，山東 青島 266400)

1 引言

彩葉植物是生長季節的某一階段全部或部分葉片較穩定地呈現非綠色的植物，因其具有觀賞期長、色彩豐富、易形成景觀的特點，在城鄉綠化美化中具有重要的應用價值[1，2]。然而，由于光照、栽培管理等因素影響，彩葉植物常出現葉片復綠現象，在一定程度上影響了彩葉植物的景觀效果[3，4]。通過對紫葉李、紫葉矮櫻、金葉風箱果等彩葉樹種光合色素含量的測定，得出光照是影響彩葉樹種葉色變化的直接原因[5]。通過遮光率對比試驗，得出遮光程度越大，黃金芽茶樹葉色返綠越明顯[6]。葉綠素含量的消長規律是反映葉片生理活動變化的重要指標之一，也是直接影響和反映葉色變化的重要因子。研究表明，SPAD(Soil Plant Analysis Development)值與葉片葉綠素含量呈極顯著的正相關，可為活體測定葉綠素水平提供可靠依據，因而可運用葉綠素儀對植物的光環境及葉片健康水平進行評價[7，8]。葉綠素熒光參數是一組用于描述植物光合作用機理和光合生理狀況的變量或常數值，被視作研究植物光合作用與環境關系的內在探針[9，10]。近些年來，葉綠素熒光技術已被廣泛應用于光合過程與機理、逆境生理以及品種選育研究領域[11，12]。宗梅等[14]將紅葉石楠和光葉石楠作為實驗材料，研究了兩種石楠Fv/Fm、Fv/Fo的異質性特征。馮露等[15]通過測定紫葉和綠葉紫薇品種的葉片色素含量及分布、光合生理指標和可溶性糖含量，分析了葉色呈現機理和光合特性。然而，目前對彩葉植物不同部位葉片SPAD值和葉綠色熒光參數的對比分析研究尚鮮有報道，尤其是針對彩葉植物出現的葉片復綠現象。

為了探討彩葉植物復綠過程中是否表現為葉綠色相對含量和葉綠色熒光參數上的異質性，本文通過對金葉女貞(Ligustrum×vicaryi)、紫葉矮櫻(Prunus×cistena)、紫葉黃櫨(Cotinuscoggygriavar.purpurenss)和紫葉李(Prunuscerasiferaf.atropurpurea)等4種彩葉植物SPAD值和葉綠色熒光參數值的測定，分析4種彩葉植物在復綠梯度過程中的相應指標的內在差異和動態變化規律，分析其對生境的適應策略，以期為彩葉植物生理生態機制及人工栽培提供理論基礎。

2 材料與方法

實驗地位于山東省青島市中山公園(120°20′48″E，36°3′54″N)。研究區屬暖溫帶季風大陸性氣候，年平均氣溫12.3 ℃，1月份最低，月平均氣溫-3 ℃，8月份最高，月平均氣溫25 ℃，年平均降水量775.6 mm左右。

選取園內金葉女貞、紫葉矮櫻、紫葉黃櫨和紫葉李為實驗材料。于2021年5月份，在排除外界因素干擾的條件下，選擇不同植物、不同部位的葉片，測定了SPAD值和初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)、PSII最大光能轉化效率(Fv/Fm)和PSII最大光能轉化潛力(Fv/Fo)等4個葉綠素熒光參數。按三等分法在植株的外部、中部、內部各選取5片完全展開、無破損的葉片，運用SPAD-502葉綠素儀測定動態定位測定葉片SPAD值；運用OS-30P+快速植物脅迫測量儀測定葉綠素熒光參數，葉片暗適應30 min后測量相關指標，每個部位3次重復，一日內分別在09:00、13: 00、17:00測定。

3 結果與分析

3.1 按部位分時間的葉片SPAD異質性

從圖1中可以看出，4種彩葉植物同一時間內不同部位葉片的SPAD值異質性特征明顯，一致表現為內部葉片的SPAD值顯著大于外部葉片，而且金葉女貞、紫葉矮櫻、紫葉黃櫨內部葉片的SPAD值也顯著大于中部葉片，但紫葉李中部葉片和內部葉片的SPAD值差異不顯著。就日平均SPAD值而言，金葉女貞、紫葉矮櫻、紫葉黃櫨、紫葉李內部葉片、中部葉片和外部葉片的SPAD值之比分別為1.74∶1.20∶1、1.24∶1.04∶1、1.19∶1.10∶1和1.10∶1.09∶1。這與4種彩葉植物葉片顏色的變化規律一致，即由于植株外部葉片的SPAD值最低，葉片的彩色最明顯；中部葉片的SPAD值有所增加，葉片彩色變淺；內部葉片的SPAD值最大，葉片的彩色最淺，呈現明顯復綠特征。

金葉女貞、紫葉矮櫻、紫葉黃櫨、紫葉李的日均SPAD值分別為22.96±5.87、34.66±3.68、36.54±2.83和37.61±1.74。其中，金葉女貞和紫葉李不同部位的葉片SPAD值不存在顯著的動態變化，而紫葉矮櫻和紫葉黃櫨的葉片SPAD值存在一定的動態變化，大致表現為13:00的SPAD值最高，即SPAD值呈現單峰型的日動態變化(表1)。

3.2 按部位分時間的葉綠素熒光參數異質性

4種彩葉植物初始熒光Fo呈現一定程度的異質性特征，金葉女貞、紫葉矮櫻、紫葉黃櫨、紫葉李全株的Fo平均值分別為113.52±22.53、164.96±20.60、192.04±14.69和162.22±16.84。其中金葉女貞和紫葉李Fo穩定表現為內部葉片F0顯著大于外部葉片，分別為外部葉片的1.45倍和1.14倍；而紫葉矮櫻外部葉片和內部葉片的Fo不存在顯著差異，紫葉黃櫨的外部、中部、內部葉片在一日內的Fo異質性有特征存在一定程度的差異(圖2)。

圖1 彩葉植物不同部位SPAD值的異質性

表1 彩葉植物不同時間葉片SPAD值的異質性

4種彩葉植物按部位分時間的可變熒光FV如圖3所示，其中金葉女貞和紫葉黃櫨不同部位的可變熒光FV在一日內穩定地表現為內部葉片>中部葉片>外部葉片，相應比值分別為2.77∶2.02∶1和1.45∶1.16∶1。而紫葉李13:00和17:00均表現為內部葉片>中部葉片>外部葉片，紫葉矮櫻的FV異質性表現不如其他3種彩葉植物顯著。

熒光參數Fv/Fm是衡量植物抗逆性的一個重要指標，其值一般穩定在0.80～0.85。4種彩葉植物按部位分時間的Fv/Fm如圖4所示，其中金葉女貞Fv/Fm變化范圍為0.61～0.83，且表現為外部葉片Fv/Fm恒小于中部和內部葉片；紫葉矮櫻Fv/Fm變化范圍為0.79～0.83，且外部和中部葉片的Fv/Fm不存在顯著差異；紫葉黃櫨Fv/Fm變化范圍為0.76～0.82，但不同部位在不同時段的Fv/Fm異質性特征不盡一致；紫葉李Fv/Fm變化范圍為0.79～0.82，且外部葉片和內部葉片的Fv/Fm存在顯著差異。

圖2 彩葉植物不同部位初始熒光F0的異質性

圖3 彩葉植物不同部位Fv的異質性

4種彩葉植物按部位分時間的Fv/F0如圖5所示，其中金葉女貞Fv/F0變化范圍為1.61～4.97，且表現為外部葉片Fv/F0恒小于中部和內部葉片；紫葉矮櫻Fv/F0變化范圍為3.86～4.95，且外部和中部葉片的Fv/F0不存在顯著差異；紫葉黃櫨Fv/F0變化范圍為3.25～4.51，但不同部位在不同時段的Fv/F0異質性特征不盡一致；紫葉李Fv/F0變化范圍為3.87～4.60，且外部葉片和內部葉片的Fv/F0存在顯著差異。

圖4 彩葉植物不同部位Fv/Fm的異質性

圖5 彩葉植物不同部位Fv/F0的異質性

4 結論與討論

本研究發現，4種彩葉植物同一時間內不同部位葉片的SPAD值異質性特征明顯，一致表現為內部葉片的SPAD值顯著大于外部葉片。楊紅蘭等[16]對桂林巖溶石山小葉女貞、紅背山麻桿、九龍藤、青岡櫟和菜豆樹SPAD值的測定結果也表明，內部葉片最大，外部葉片最小。王冰等[17]也發現山桃葉片同一葉片不同部位的葉綠素SPAD值有明顯差異。王冰等研究發現同一綠化樹種葉片的SPAD值在一天內也呈現一定的波動，且表現為中午高的單峰型日變化，本研究發現紫葉矮櫻和紫葉黃櫨的葉片SPAD值基本表現為13:00最高，而金葉女貞和紫葉李不同部位的葉片SPAD值不存在顯著的動態變化。究其原因，可能與溫度、光照強度的變化有關，早上光照強度較弱，隨著光照強度增加、氣溫升高，葉片酶活性增強，進而葉綠素合成增加，表現為葉片SPAD 值增加；14:00以后，由于參與光合作用，且伴隨自身分解，葉綠素含量減少，同時光照強度降低、氣溫下降，進而又表現為葉片SPAD值降低。

葉綠素熒光參數是一組用于描述植物光合作用機理和光合生理狀況的值，反映了植物“內在性”的特點，是研究植物光合作用與環境關系的內在探針。研究結果表明，4種彩葉植物葉綠素熒光參數存在按部位分時間均存在一定程度的異質性，其中金葉女貞內部葉片的Fo、Fm、Fv/Fm、Fv/Fo均顯著大于外部葉片；紫葉矮櫻、紫葉李的外部、中部和內部Fo、Fm、Fv/Fm、Fv/Fo的異質性規律不同；紫葉黃櫨內部葉片的Fm、Fv/Fm、Fv/Fo顯著大于外部葉片。宗梅等[14]研究了紅葉石楠和光葉石楠Fv/Fm、Fv/Fo的綠素熒光參數日變化特征。盧廣超等[18]對4 種彩葉植物(紅背桂、花葉鵝掌柴、紅龍草和黃金榕)的葉綠素熒光參數日變化進行了研究，發現4種彩葉植物的幾個主要熒光參數值相對常綠植物的熒光值要低，這與本研究發現金葉女貞和紫葉黃櫨的內部葉片的葉綠素熒光參數顯著大于外部葉片相一致，這可能是由于外部葉片葉綠素含量低，致使其光合能力下降。但是紫葉矮櫻和紫葉李外部葉片、中部葉片和內部葉片的葉綠素熒光參數變化規律卻不盡一致，這說明葉綠色熒光不僅與光照強度有關，還與其他樹種生物學特性、其他生境因子有關[19,20]。Fv/Fm是植物發生光抑制的敏感指標，Fv/Fm值降低表明其光合機構可能遭受過量光能破壞，也可能是保護光合機構免于遭受破壞的保護性反應[20]。本試驗金葉女貞外部葉片的值較低，僅為0.64±0.05，這說明金葉女貞存在光抑制現象。