郭力宇，施　曼，吳馭帆，周　琦，祝遵凌，d

（南京林業(yè)大學 a.南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心；b.風景園林學院；c.林學院；d.藝術(shù)設(shè)計學院，江蘇 南京 210037）

光照強度是影響秋色葉植物秋季葉色變化的主要環(huán)境因子之一[1]，不但與植物的葉色轉(zhuǎn)變程度關(guān)系密切，而且直接影響變色期的長短。同一植株外葉位較內(nèi)葉位變色明顯，就是由于接受光強的不同所造成[2-3]。弱光條件下葉片常表現(xiàn)為葉綠素含量增加，葉色加深[4]，而強光對葉色有漂白作用[5]。因此，適宜的光照條件直接影響秋色葉植物的觀賞價值。

歐洲鵝耳櫪Carpinus betulus為樺木科Betulaceae鵝耳櫪屬Carpinus落葉喬木，原產(chǎn)于歐洲和西亞[6]，樹姿美麗，秋葉金黃，在園林中常以行道樹或綠籬形式栽植，為著名的秋色葉樹種。國內(nèi)目前已在南京、上海、北京等地對其進行引種栽培，生態(tài)適應(yīng)性良好[7]，然而不同地區(qū)的自然環(huán)境差異顯著，特別是秋季影響其變色的光照和溫度因子南北差異較大，因此其在不同地區(qū)秋季葉色的呈現(xiàn)也有較大差異。本試驗以歐洲鵝耳櫪及其3個園藝品種為材料，在南京地區(qū)采用不同梯度的遮陰處理營造不同的光照強度，進而研究不同光照強度下各歐洲鵝耳櫪品種葉色及其生理條件變化，以期為篩選適宜的光照強度及變色效果更好、觀賞價值更高的品種提供參考，也為歐洲鵝耳櫪適生地的優(yōu)化篩選進一步提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　試驗材料

供試材料為歐洲鵝耳櫪Carpinus betulus及其3個園藝品種Carpinus betulus‘Beekman’、Carpinus betulus‘Frans Fontaine’、Carpinus betulus‘Lucas’，原產(chǎn)地法國，引入國內(nèi)后盆栽管理，試驗時苗齡3 a，苗高80～100 cm，規(guī)格統(tǒng)一。除歐洲鵝耳櫪為實生苗外，其他園藝品種均為嫁接苗，砧木為歐洲鵝耳櫪原種，砧木與接穗規(guī)格基本一致，常規(guī)育苗管理。以下歐洲鵝耳櫪原種簡稱為Original，園藝品種以品種名簡稱。

1.2　試驗設(shè)計

試驗地位于南京林業(yè)大學園林試驗中心（32°4′N、118°48′E），屬亞熱帶季風氣候區(qū)。2014年6月30日至2014年9月30日，選用標準透光率為50%的黑色遮陰網(wǎng)對各歐洲鵝耳櫪進行遮陰梯度處理，雙層遮陰網(wǎng)下透光率為25%（T1），單層遮陰網(wǎng)透光率為50%（T2），全光照條件下透光率為100%（TCK）為對照處理，每個處理10盆植株，每處理重復3次，共360盆植株。為避免相互遮光，每盆植株的間距為1 m。取樣時間于10月20日開始，即歐洲鵝耳櫪常規(guī)變色期開始前后，每隔10 d采樣一次，共6次，至12月10日結(jié)束。每次取樣均取樹冠外圍南面中上部位置基本一致的葉片進行葉色觀測及生理指標的測定。

1.3　指標測定方法

通過實地拍照記錄的方式進行葉色的動態(tài)觀測；葉綠素與類胡蘿卜素含量的測定參照張憲政[8]的方法；花色素苷含量的測定采用鹽酸乙醇混合液法[9-10]；營養(yǎng)物質(zhì)的測定均參照李合生[11]的方法，可溶性糖和淀粉采用蒽酮比色法，可溶性蛋白采用考馬斯亮藍法。

1.4　數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016、Adobe Photoshop CS6進行數(shù)據(jù)分析與制圖，采用SPSS 22.0進行方差與相關(guān)性分析。

2　結(jié)果與分析

2.1　遮陰對各歐洲鵝耳櫪葉色變化的影響

葉色記錄如圖1所示，各歐洲鵝耳櫪在同一處理水平下的變色情況基本一致，全光照條件下變色開始時間最早，變色程度最佳，由深綠色轉(zhuǎn)為明黃色，其次為50%遮光條件，25%遮光條件下各品種（種）變色情況均較差。不同品種（種）變色時間存在差異。在TCK處理下，Original在11月10日葉色即出現(xiàn)轉(zhuǎn)黃趨勢，11月20日時黃色已占據(jù)大部分葉面積；Beekman、Frans Fontaine在11月20日處葉色開始轉(zhuǎn)淡，11月30日時黃化明顯；Lucas變色最晚，到11月30日時才呈現(xiàn)黃綠色，12月10日時黃色最為鮮亮，且沒有褐化現(xiàn)象，說明Lucas在此時處于最佳觀賞期。

此外，各歐洲鵝耳櫪在不同處理水平下變色差異顯著。隨遮陰程度的加深，各歐洲鵝耳櫪不同處理變色程度較相鄰處理滯后10至20 d，且在T1、T2處理下葉片呈現(xiàn)一定暗黃、焦枯狀態(tài)，這表明，遮陰不但影響葉片的顯色時間和程度，同時會影響葉片的正常生理代謝，降低其秋葉的觀賞價值。

2.2　遮陰對各歐洲鵝耳櫪葉片色素的影響

圖1　各歐洲鵝耳櫪變色期葉色的動態(tài)變化Fig. 1　Dynamic changes of leaf color inCarpinus betulusin different periods of discoloration

圖2　各歐洲鵝耳櫪變色期葉綠素總量的動態(tài)變化Fig. 2　Dynamic changes of total chlorophyll content inCarpinus betulusin different periods of discoloration

歐洲鵝耳櫪葉色轉(zhuǎn)黃的過程中，葉綠素和類胡蘿卜素含量的變化趨勢相近。從品種（種）角度看來，葉片內(nèi)葉綠素含量的變化均隨時間呈現(xiàn)下降的趨勢，但品種（種）間有一定差異（見圖2）。Original和Beekman葉綠素總量均緩步下降。Frans Fontaine則在11月20日前沒有顯現(xiàn)明顯的含量波動，在T1處理下小幅上升，在11月20日處達到峰值，而后迅速下降。Lucas則整體呈下降趨勢。對于不同處理而言，以全光照（TCK）處理為對比參照，在11月20日處Original3個處理葉綠素總量降幅顯著，降幅分別為 TCK（73.25%） ＞ T2（39%）＞ T1（36%），這表明，在同一時段，光照強度的不同導致葉綠素總量降幅差異顯著，從而影響歐洲鵝耳櫪葉片轉(zhuǎn)色程度。同樣地，Beekman在11月20日處降幅為TCK（52.6%）＞ T1（20.7%）＞ T2（17%），T1、T2處理在此時段降幅均不顯著，T2處理在11月30日有較大降幅，達44.4%，T1在12月10日降幅明顯，達50.2%，說明隨光照強度的降低，會延遲變色期歐洲鵝耳櫪葉片中葉綠素總量的降低，從而延緩變色。Frans Fontaine中也呈現(xiàn)相近的趨勢，TCK處理在11月20日時葉綠素總量降幅為39.9%，而T1、T2處理在11月30日時才出現(xiàn)較明顯的降幅，為41.2%和35.9%，此外，T1處理在11月20日時葉綠素總量積累才達到高峰，表明重度遮陰環(huán)境下葉片仍進行葉綠素總量的累積，不利于葉綠素的分解。Lucas在整個秋冬葉片轉(zhuǎn)色期，3種不同光照強度下，葉片中葉綠素總量明顯高于Original、Beekman、Frans Fontaine，其在整個轉(zhuǎn)色期葉綠素總量都呈不規(guī)則的波動，但整體處于穩(wěn)步下降態(tài)勢，沒有大幅度的下降期，在11月30日時，TCK、T2、T1的降幅分別為27%、57.2%、39.5%，中度遮陰處理下反而高于全光照下的最大降幅，這代表中度遮陰的環(huán)境可能更有利于Lucas葉色的轉(zhuǎn)換。

類胡蘿卜素含量變化（見圖3）與葉綠素總量同步，4個品種（種）3個處理的類胡蘿卜素含量均隨時間的推移而降低，且Original在11月20日時，類胡蘿卜素降幅分別為TCK（51.3%）、T2（25.3%）、T1（26.5%），即在上述葉綠素總量大降幅時段，類胡蘿卜素的降幅遠比葉綠素總量的降幅小，逐漸導致了葉片由綠轉(zhuǎn)黃的過程，其他3個品種也呈現(xiàn)了相同趨勢。

各品種（種）類胡蘿卜素與葉綠素的比值在不同處理下均呈現(xiàn)上升趨勢（見圖4），說明類胡蘿卜素在色素中的占比增加，這是導致葉色呈現(xiàn)黃色的原因。TCK處理下比值大于T1、T2處理，這與葉色分析結(jié)果吻合，進一步說明全光照環(huán)境下類胡蘿卜素呈色更突出。而歐洲鵝耳櫪不同品種（種）間，3個處理下比值大幅變化的時間段不同，Original、Beekman在11月20日時即有顯著差異，F(xiàn)rans Fontaine在11月30日時差異顯著，Lucas差異出現(xiàn)的時間最晚，到12月10日才顯現(xiàn)。再從色素占比的角度來看，類胡蘿卜素與葉綠素總量的比值為0.5時，為葉片呈色的分界點，類胡蘿卜素占比大于0.5時葉片開始呈現(xiàn)黃色，比值越大，顏色變化越明顯，葉色變黃的程度也更深。Original、Frans Fontaine、Lucas在變色初期比值一直位于0.5左右，直到上述比值大幅變化時，才出現(xiàn)呈色的差異，Beekman的比值在變化前期則一直處于0.5以下，說明其在變色前期的綠程度最高，但在變色時間上與其他品種（種）相近。

圖3　各歐洲鵝耳櫪變色期類胡蘿卜素含量的動態(tài)變化Fig. 3　Dynamic changes of carotenoid content inCarpinus betulusin different periods of discoloration

圖4　各歐洲鵝耳櫪變色期類胡蘿卜素與葉綠素總量比值變化Fig. 4　Changes of the ratio of carotenoids to total chlorophyll inCarpinus betulusin different periods of discoloration

各歐洲鵝耳櫪花色素苷的含量動態(tài)變化隨時間整體呈現(xiàn)下降趨勢（見圖5）。在Original中，T2、TCK處理下降幅為63.2%、60.8%，T1處理整體下降，但在11月10日到11月30日又進行短暫累積，隨后下降，整體降幅為65.3%；Beekman品種T1、T2處理趨勢相近，整體降幅為35.0%、44.9%，TCK處理下呈逐步下降趨勢，降幅61.8%；T1、TCK處理下，F(xiàn)rans Fontaine花色素苷變化趨勢為先上升后下降狀態(tài)，降幅為60.4%、70.0%，T2處理下則為緩慢下降趨勢，降幅為56.4%；Lucas3個處理趨勢相近，均穩(wěn)定下降，趨勢平緩，降幅為TCK（48.0%）、T1（35.6%）、T2（29.1%）。說明花色素苷在歐洲鵝耳櫪秋季葉片呈色方面作用較小。

圖5　各歐洲鵝耳櫪變色期花色素苷含量的動態(tài)變化Fig. 5　Dynamic changes of anthocyanin content inCarpinus betulusin different periods of discoloration

2.3　遮陰對各歐洲鵝耳櫪葉片生理的影響

4個品種（種）的可溶性糖含量隨時間推移均呈下降的趨勢（見圖6），在11月10日各歐洲鵝耳櫪葉片中可溶性糖含量出現(xiàn)上升或減緩下降的現(xiàn)象，隨后又逐漸下降。在此期間，4個品種的可溶性糖含量均值都表現(xiàn)為TCK＞T1＞T2?？扇苄缘矸酆颗c可溶性糖趨勢接近，但與可溶性糖稍有不同，在可溶性淀粉含量（見圖7）隨時間下降過程中，沒有出現(xiàn)短暫的累積趨勢，而表現(xiàn)出穩(wěn)定下降的狀態(tài)，Lucas在10月20日首次采樣測定時T2處理可溶性淀粉含量處于最高值，隨后迅速下降，11月10日以后呈穩(wěn)定狀態(tài)，4個歐洲鵝耳櫪品種（種）可溶性淀粉含量均值與可溶性糖同步，表現(xiàn)為TCK＞T2＞T1。

圖6　各歐洲鵝耳櫪變色期可溶性糖含量的動態(tài)變化Fig. 6　Dynamic changes of soluble sugar content inCarpinus betulusin different periods of discoloration

圖7　各歐洲鵝耳櫪變色期可溶性淀粉含量的動態(tài)變化Fig. 7　Dynamic changes of soluble starch content inCarpinus betulusin different periods of discoloration

圖8　各歐洲鵝耳櫪變色期可溶性蛋白含量的動態(tài)變化Fig. 8　Dynamic changes of soluble protein content inCarpinus betulusin different periods of discoloration

不同光照強度下各品種（種）歐洲鵝耳櫪可溶性蛋白含量變化趨勢一致（見圖8），均呈先下降后上升的變化趨勢，在10月30日時各處理、各品種均達到谷值，隨后逐步上升。T1處理下Original漲幅（48.8%）、Beekman（54.8%）、Frans Fontaine（51.7%）、Lucas（63.6%）；T2處理下 Original（54.0%）、Beekman（52.8%）、Frans Fontaine（60.6%）、Lucas（55.4%）；TCK處理下Original（31.8%）、Beekman（53.1%）、Frans Fontaine（47.1%）、Lucas（53.8%）4個 品種（種）不同處理的平均值均表現(xiàn)為T1＞T2＞TCK。說明葉色變化初期，植物本身生長旺盛，隨著葉色變黃，植物葉片開始進入衰老、凋落階段，光照強度越低，越不利于其生長。

2.4　各指標間的相關(guān)性分析

全品種相關(guān)分析顯示（見表1），葉綠素總量、類胡蘿卜素、花色素苷、可溶性糖、可溶性淀粉、可溶性蛋白之間達到極顯著水平（P＜0.01），呈線性相關(guān)，其中可溶性蛋白與其他指標呈極顯著線性負相關(guān)。因此在研究歐洲鵝耳櫪變色期葉片的呈色時，對這些生理指標的研究具有一定的輔助意義。

表 1　各歐洲鵝耳櫪生理指標的相關(guān)性分析Table 1　Correlation analysis of the physiological indexes ofCarpinus betulus

3　結(jié)論與討論

葉片表征是肉眼對觀賞性最直接的評價依據(jù)，全光照下各歐洲鵝耳櫪的變色情況最佳，中度遮陰下變色情況次之，重度遮陰下變色情況最差甚至不變色。葉片表征顏色體現(xiàn)在葉綠素和類胡蘿卜素之間的比例關(guān)系，根據(jù)色素比例的變化趨勢得出結(jié)論：各歐洲鵝耳櫪的葉色變換都是以類胡蘿卜素含量降幅小于葉綠素總量降幅的方式實現(xiàn)的，從而提高了類胡蘿卜素在色素總量中的占比[12]，使歐洲鵝耳櫪的葉片呈現(xiàn)黃色。同時，光照對歐洲鵝耳櫪葉色的轉(zhuǎn)化有著雙重影響，隨著遮陰度的加強，一方面降低了葉色轉(zhuǎn)換的程度，另一方面延緩了葉色轉(zhuǎn)換的時間，這與低光強下金葉白蠟[13]、金葉風箱果[14]等常色樹種葉綠素增加、葉色返青存在區(qū)別。秋色葉植物葉片內(nèi)色素含量受到生長周期、溫度或光照條件等多方面因素的限制和調(diào)控，類胡蘿卜素是光合合成細胞器的輔助色素，其比值的升高，可以減少光合細胞器的氧化程度。因此遮陰并不會使秋葉植物葉片出現(xiàn)返青的現(xiàn)象，但遮陰在一定程度上延緩了葉綠素的分解，從而降低了葉色轉(zhuǎn)換的程度。

不同植物葉色的差異既取決于遺傳因素，也受外部環(huán)境影響[15]，而歐洲鵝耳櫪不同品種（種）葉色的差異既受到光照影響，也來源于遺傳差異。在南京地區(qū)不同歐洲鵝耳櫪品種葉片色素比例轉(zhuǎn)換的時間不同，這可能會導致觀賞期的不同，Original、Beekman、Frans Fontaine在11月20日時，葉綠素總量降幅最大，葉片表征開始向黃色轉(zhuǎn)變，而Lucas在11月30日時類胡蘿卜素含量才逐漸占優(yōu)，這與表觀照片觀測結(jié)果相近，從而可大致確定Original的觀賞時期在11月20日至12月20日，Beekman和Frans Fontaine在11月30日至12月20日，Lucas觀賞時間較短，在12月初至12月20日左右。原因是遮陰一定程度上延緩了色素含量的降低，但由于生長周期和溫度大幅下降等因素，也會在12月中旬落葉，進而限制了秋葉的觀賞期。

花色素苷是高等植物葉片中存在的一種重要的類黃酮色素，與葉綠素、類胡蘿卜素共同決定葉片的呈色。當比例達到一定程度時，通常使葉片呈現(xiàn)紅、紫、藍色，因此花色素苷是紅葉植物的主要呈色因子，而銀杏[16]等黃葉植物葉片中則以類胡蘿卜素呈色為主。研究中花色素苷與葉綠素、類胡蘿卜素相關(guān)性達到極顯著水平（P＜0.01）。與櫸樹[17]葉色轉(zhuǎn)變的研究相似，黃色單株花色素苷含量處于紅綠單株之間，推測歐洲鵝耳櫪秋葉變黃除受到類胡蘿卜素與葉綠素比值的調(diào)控外，還與花色素苷的降解有關(guān)。從各歐洲鵝耳櫪花色素苷趨勢與降幅得出，不同處理中，全光照條件下花色素苷含量降幅最大，而在重度遮陰條件下，Original、Beekman、Lucas的花色苷含量上下浮動，甚至出現(xiàn)了短暫的累積峰，同時花色素苷與葉綠素的關(guān)聯(lián)性較類胡蘿卜素高，說明在歐洲鵝耳櫪轉(zhuǎn)色進程中，花色素苷與葉綠素隨光照強度減弱可能存在協(xié)同作用。這與秋季溫度降低也有一定聯(lián)系，Kozlowski[18]、張開明[19]的研究表明葉綠素和花色素苷對低溫的敏感性更大，從而導致類胡蘿卜素掩蓋了葉綠素的分解[20]，實現(xiàn)呈色。

非結(jié)構(gòu)性碳水化合物(NSC) 是植物新陳代謝過程中重要的供能物質(zhì)，其動態(tài)變化反映了植物體內(nèi)的碳收支狀況[21]，可溶性糖與淀粉是重要的反應(yīng)指標。植物葉片的變色也是其對環(huán)境的響應(yīng)，秋季植物落葉并轉(zhuǎn)入休眠期，葉片中可溶性糖與淀粉的供應(yīng)也相應(yīng)減少。但在紅葉植物中，糖楓[22]、楓香[23]等的研究顯示，可溶性糖的含量卻顯著上升，這可能與可溶性糖作為花色素苷合成的前提物質(zhì)有關(guān)，在紅葉植物中，花色素苷是呈色的主要因子，而在歐洲鵝耳櫪中，類胡蘿卜素是呈色的基礎(chǔ)，可溶性糖、花色素苷、淀粉則隨時間推移呈現(xiàn)下降趨勢，但從關(guān)聯(lián)性角度而言，兩者的花色素苷與可溶性糖均為正向相關(guān)。同時，3種光照條件下各歐洲鵝耳櫪葉片中可溶性糖的影響趨勢相近，且TCK處理可溶性糖含量均高于T1、T2，這表明：全光照條件較有利于可溶性糖和淀粉的積累，隨著光照條件的減弱，植物光合作用減弱，光合產(chǎn)物也隨即減少。可溶性淀粉趨勢更加明顯，均表現(xiàn)為TCK＞T2＞T1，即遮陰度越高歐洲鵝耳櫪葉片NSC積累越少。處理末期可溶性糖和淀粉含量趨于穩(wěn)定，各品種（種）11月10日以后的兩指標的變化沒有顯著的上升或下降趨勢，原因是植物緩慢進入休眠期，營養(yǎng)物質(zhì)消耗減少。

可溶性蛋白也是植物體內(nèi)參與生長代謝的重要內(nèi)含物，本試驗中可溶性蛋白含量與其他指標呈極顯著的負向線性相關(guān)（P＜0.01），表明歐洲鵝耳櫪在秋冬季轉(zhuǎn)色的過程中，植物體內(nèi)的可溶性蛋白會隨之發(fā)生變化，與程龍霞[24]得到的結(jié)果一致。研究中可溶性蛋白含量整體呈上升趨勢，4個品種（種）含量變化幅度在TCK處理下最為緩和，10月30日時全光照、中度、重度遮陰3種處理條件下可溶性蛋白含量相當且均呈下降趨勢，而隨著時間的延長和遮陰強度的加重，可溶性蛋白含量顯著上升，重度遮陰下的含量上升幅度最大，前人研究發(fā)現(xiàn)葉片中可溶性蛋白會隨著溫度的降低而升高。11月份溫度的降低可能是導致歐洲鵝耳櫪可溶性蛋白變化的主要影響因子，但在不同的遮陰度下，重度遮陰的可溶性蛋白含量在4個品種中均值最高，中度遮陰均值次之，而這2個處理下歐洲鵝耳櫪葉片轉(zhuǎn)色的程度低，說明光照強度的降低不但直接影響歐洲鵝耳櫪葉色的轉(zhuǎn)變，也對植物生長有一定的抑制作用。

本研究動態(tài)觀測了4品種（種）歐洲鵝耳櫪葉色轉(zhuǎn)變期色素及其生理指標的變化趨勢，并通過蔭照處理進一步探明歐洲鵝耳櫪的變色機制，但指出葉色是受多因素調(diào)控的指標，不同的光環(huán)境[25]（光質(zhì)、光照時長）、氣候條件[26]（干旱、低溫）等都會對葉色的變化造成或強或弱的影響。此外，葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)也會因葉色的轉(zhuǎn)變而呈現(xiàn)一系列的適應(yīng)性變化[27]，因此從多因素以及葉色對應(yīng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化或葉色功能基因的挖掘是本研究未來的探索方向。試驗結(jié)果表明：歐洲鵝耳櫪變色期在全光照環(huán)境下可獲得最佳的葉色表達；類胡蘿卜素在色素中占比上升，葉綠素、花色素苷同步下降是歐洲鵝耳櫪秋季葉色轉(zhuǎn)變的直接原因，類胡蘿卜素是歐洲鵝耳櫪秋季葉片變黃的基礎(chǔ)；歐洲鵝耳櫪變色期NSC的積累會逐漸減少，可溶性蛋白會逐漸升高；不同歐洲鵝耳櫪品種（種）秋色葉觀賞期不同，在南京地區(qū)Lucas的葉色觀賞期最短，Original、Beekman、Frans Fontaine的觀賞期相當，在園林應(yīng)用上可結(jié)合地域環(huán)境篩選適宜的品種，獲取葉色最佳觀賞期，實現(xiàn)觀賞價值最大化。