元宝枫秋季叶片成分含量变化

2014-05-13 19:49:22 来源：美国红枫网 浏览：66次

0引言

    近年来，中国大量引进扩繁美国红枫，其中有不少品种树形优美、秋叶鲜红，但也存在适应性差、蛀干害虫危害严重的问题。因此，很有必要尽快开展中国乡土枫树秋色叶新品种的科学选育研究。中国是槭属的主要分布区，其中元宝枫(AcertruncatumBunge)又名华北五角枫，树形优美、叶形奇特，秋季叶色变化丰富，是华北地区园林中广泛应用的彩叶树种之一，但是几乎未见元宝枫鲜红叶品种的报道，更未见元宝枫呈色机理的报道。秋色叶植物变色的主要原因是秋季节气候因素发生变化。目前，关于槭树等彩叶植物变色机理的相关研究还不是很多。陈继卫等研究了鸡爪槭转色期叶绿素、花色素苷和可溶性糖含量变化，比较了不同光强和温度对叶色变化的影响；冯立娟等对美国红枫叶色表达期间相关物质表达进行了研究，并作了相关性分析；梁峰等在光强对元宝枫叶色表达的研究中，提出元宝枫在全光照条件下叶片内叶绿素含量最低、可溶性糖和花色素苷含量最高，叶片呈色最好，最具观赏价值。但是，对叶色表现差异性未作深入分析，元宝枫的呈色机理仍不明确。因此，笔者以元宝枫3个呈色不同的无性系为材料，测定变色过程中叶绿素、类胡萝卜素、花色素苷和可溶性糖含量的变化，分析各色素比例与叶色变化的关系、可溶性糖与花色素苷的相关性，以期为元宝枫不同无性系的呈色机理及彩叶良种选育提供理论依据。

1材料与方法

    1.1试验时间、地点

   试验于2011年10月19日—11月11日在山东省泰安市林科院实验基地进行。

    1.2试验材料

    试验材料为3个相同苗龄的元宝枫无性系成龄植株，根据叶色表现型不同对无性系进行编号，秋季变色效果一般的无性系编号G，秋季变红色的无性系编号R，秋季变黄色的编号Y。

    1.3试验方法

    1.3.1采样2011年10月19日—11月11日每隔2天采样1次，根据当地天气情况调整采样时间。每次采样集中在上午9点—11点进行，选择树冠中部相同部位的叶片，每个无性系随机选择3株单株，每株采样重复3次。样品放于冰壶中带回，-20℃保存，用于指标测定。

    1.3.2测定方法

    （1）叶绿素、类胡萝卜素含量测定。采用乙醇提取法。取0.15g样品，3次重复，分别放入研钵中，加少量石英砂和碳酸钙粉及2mL96%乙醇研磨匀浆，再加2mL乙醇研磨至组织变白，无损失转移过滤至25mL棕色锥形瓶中，定容、摇匀。用紫外光分光光度计在波长665nm、649nm、470nm下测定吸光度，计算叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量。

    （2）花色素苷含量测定。采用杨科家的盐酸乙醇震荡浸提法。取0.3g样品，3次重复，分别加入10mL1%盐酸乙醇提取液4℃下160r/min提取，过滤，用紫外光分光光度计在波长535nm下测定吸光度，计算花色素苷含量。

    （3）可溶性糖含量测定。采用蒽酮比色法。取样品0.2g，3次重复，分别放入试管中，加5mL蒸馏水，塑料薄膜封口，沸水提取1h，提取液过滤入50mL容量瓶中，反复冲洗试管及残渣，定容至刻度。吸取定溶液于0.5mL于试管中，加蒸馏水1.5mL，对照2mL蒸馏水，向试管中加0.5mL蒽酮乙酸乙酯试剂，再加入5mL浓H2SO4，充分震荡，立即沸水浴1min，自然冷却至室温。用紫外光分光光度计在波长630nm下测吸光度，计算可溶性糖含量。参照泰安市气象资料记录最高最低温度、湿度变化。

    1.3.3统计分析使用软件DPS7.05进行数据分析，MicrosoftExcel2003进行作图。

2结果与分析

    2.1总叶绿素及类胡萝卜素含量变化

    2.1.1总叶绿素含量的变化无性系G在11月4日后落叶，无性系R和Y在11月11日落叶。如图1A图所示，在10月19日时，无性系G、Y的总叶绿素含量略高于无性系R，无性系G最高。3个无性系的总叶绿素含量都逐渐下降，但是下降速率不同，10月25日前3个无性系总叶绿素含量下降速率基本相同，如图1C所示10月19日开始缓慢降温，10月25日气温突降叶绿素迅速降解，无性系G降解速度最快、Y次之，无性系R总叶绿素含量呈稳定下降趋势。11月2日后气温回升，温差减小，3个无性系总叶绿素含量下降速率变慢。无性系G、Y、R整个测定过程中总叶绿素降解分别作为90%、98%、98%。

    2.1.2类胡萝卜素含量变化如图1B图所示，初次测定时无性系G、Y胡萝卜素含量均率高于无性系R，无性系G在初次测定类胡萝卜素含量是3个无性系中最高，无性系Y次之，无性系R最低。但是，无性系G总叶绿素、类胡萝卜素是降解速率最快的。无性系Y类胡萝卜素降低速率稳定，且含量明显高于无性系G、R。无性系G10月25日类胡萝卜素降解加速，无性系R、Y类胡萝卜素降解速率较稳定。转色期内无性系G、R、Y的类胡萝卜素含量分别降低了44%、28%和33%。

    2.2花色素苷含量与可溶性糖含量的变化

    如图2A所示，3个无性系花色素苷含量差异显著，10月19日—25日3个无性系花色素苷含量均较低，10月25日后无性系R花色素苷含量开始升高，无性系G、Y花色素苷有略微下降，如图1C所示11月7日—11月11日最低温度由13℃下降至2℃，无性系R此阶段大量合成花色素苷，远高于无性系G、Y。

    如图2B所示，3个无性系可溶性糖含量差异显著，无性系G、Y可溶性糖含量呈先升高后下降趋势，在10月25日可溶性糖均达到峰值，无性系Y可溶性糖含量略高于无性系G，10月29日后2个无性系可溶性糖快速下降。无性系R于10月29日达到峰值，含量明显高于其他2个无性系。

    2.3各色素比例变化

    如图3A、B、C所示，花色素苷比例均呈增大趋势，总叶绿素比例均呈下降趋势，类胡萝卜素比例变化有差异。测定结束时无性系G、Y花色素苷比例均在70%左右，无性系R花色素苷比例最大98%左右。测定初期3个无性系叶绿素比例差异不大，测定结束时无性系G中总叶绿素比例最大，无性系Y次之，无性系R中叶绿素比例0.3%左右。无性系R类胡萝卜素比例呈下降趋势，测定结束时比例1.3%左右，无性系G、Y类胡萝卜素比例呈增大趋势。无性系R、Y于10月29日开始着色，无性系R显红色，无性系Y显黄色，此时2个无性系花色素苷比例均在45%左右。

    2.4花色素苷与可溶性糖相关分析

    由表1可知，无性系G、R转色前期可溶性糖与花色素苷含量呈显著正相关，转色前期可溶性糖与转色后期花色素苷的合成无显著相关性。

3结论与讨论

    各无性系的叶片在转色前即存在花色素苷，但皆含量很低且差异不显著，与叶片后期变色与否无关。随着温度的降低，各无性系叶片的叶绿素、类胡萝卜素降解，但各无性系的叶片变色表现不同，无性系R的叶片变红并不单纯由于总叶绿素、类胡萝卜素降解的原因，而是由于其后新合成了大量的花色素苷。这与早期秋季叶片转色是由于叶绿素大量分解，从而使类胡萝卜素、叶黄素、花色素苷等暴露的解释不同[7]，与鸡爪槭、三角枫等花色素苷含量升高呈现红色，表明彩叶植物秋季叶色变红是由于叶片大量积累花色素苷的结果一致。不同无性系的色素比例也存在显著差异，红色无性系花色素苷比例最高，黄色、绿色无性系比例差异不大；黄色无性系的类胡萝卜素比例最高、红色无性系比例最低。类胡萝卜素比例10%以下、花色素苷比例45%以上时叶片显红色；类胡萝卜素15%以上、叶绿素40%以下时叶片显黄色。

    无性系Y和无性系G在后期无大量合成花色素苷，叶片无法变红，无性系Y由于总叶绿素的降解快于类胡萝卜素的降解，因此其叶片转黄；无性系G的类胡萝卜素含量高于其他无性系，但后期迅速降解，并低于其他无性系，既不变黄也不转红，迅速落叶，表明无性系间叶片呈色不同主要是由基因型决定。王玲平等在不同基因型茄子的果实可溶性糖与色素的关系研究中发现，色素与可溶性糖的相关性存在基因型差异，一些浓红色苹果品种着色比较容易，在较低光强下就能很好地着色。调控元宝枫花色素苷大量合成的机理有待进一步研究。

    不同无性系的可溶性糖含量存在显著差异，无性系R的可溶性糖含量最高、黄色次之，并且在叶片变红之前有迅速升高的现象，表明高含量的可溶性糖可能激活了无性系R花色素苷合成途径，大量合成花色素苷使叶色呈紫红色。前人对糖对花色素苷合成的影响的研究方面有些进展，唐前瑞等在红花继木的研究中发现，叶片中可溶性糖对红花继木叶片花色素苷的合成有明显的促进作用，且糖还可能参与调控花色素苷合成相关酶的编码基因表达[12]；HanSS.[13]在蛇鞭菊鲜切花的研究中发现，在持续的供应蔗糖的情况下会延长花期，改善花色；邵玲等研究发现，适度提高培养基中的蔗糖含量对紫背天竺葵组培苗花色素苷的积累起显著促进作用；Deal等[15]研究发现，在较高夜温下，鸡爪槭呼吸作用加强，致使糖分积累减少，同时花色素苷也被消耗，降解大于合成作用而使叶片颜色减淡。而关于糖浓度大小及最适糖浓度对元宝枫转色的作用，则有待进一步研究。

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