邵雯雯，何 鋼，喬中全，曾慧杰，蔡 能，石炳霖

(1.中南林業(yè)科技大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2.湖南省林業(yè)科學(xué)院 林木無(wú)性系育種湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410004；3.長(zhǎng)沙市木本花卉工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

紫薇(Lagerstroemiaindica)是千屈菜科(Lythraceae)紫薇屬(Lagerstroemia)落葉小喬木[1]，具有花繁色艷、花色多變、花期長(zhǎng)等特點(diǎn)，紫薇花開(kāi)在夏季少花的季節(jié),具有樹(shù)姿優(yōu)美、花色艷麗、花期長(zhǎng)、抗污染等優(yōu)點(diǎn),集形態(tài)美、色彩美和風(fēng)格美于一身,在園林綠化中應(yīng)用廣泛[2]，研究表明,紫薇葉片色素的種類、比值及分布決定了葉片的呈色[3]。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于紫薇的研究主要集中在育種、抗病性、藥用價(jià)值等方面，對(duì)葉色變化少有深入研究[4-6]，僅查閱到王淑安等[7]和王瑩等[8]關(guān)于紫薇葉色的變異機(jī)制相關(guān)研究報(bào)道，宋倩等[9]對(duì)3種美國(guó)紫薇的葉色變化研究以及喬?hào)|亞等[10]光照對(duì)紫薇葉片的影響，為紫薇優(yōu)良彩葉品種選育及其園林栽培配置提供理論依據(jù)[11]，針對(duì)紫薇葉片在生長(zhǎng)中的葉色變化規(guī)律特征，以及色彩參數(shù)與色素含量相關(guān)性研究并不多見(jiàn)。因此，本研究通過(guò)‘紫精靈’(L.indica‘Zi Jingling’)、 ‘紅火箭’(L.indica‘Red Rocket’)、‘紫瑩’ (L.indica‘Zi Ying’)、‘赤紅’ (L.indica‘Ebony Fire’)、‘丹紅’ (L.indica‘Ebony Embers’)、‘玲瓏紅’ (L.indica‘Ling Longhong’)6個(gè)湖南省試驗(yàn)林場(chǎng)的紫薇品種作為試驗(yàn)材料，對(duì)其嫩芽、幼葉、新葉時(shí)期的葉片，進(jìn)行了色彩參數(shù)明度(L*)、紅度(a*)、黃度(b*)的測(cè)定和分析；并測(cè)定每個(gè)時(shí)期葉片中葉綠素、類胡蘿卜素和花色素苷的含量，與其色彩參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，揭示色素含量對(duì)紫薇葉色變化的影響，為提升紫薇景觀價(jià)值的研究利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為湖南省林業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)林場(chǎng)紫薇種質(zhì)資源圃內(nèi)(28°07′5.83″N,113°03′31.36″E)的6個(gè)紫薇品種，分別為 ‘紫精靈’‘紅火箭’‘紫瑩’‘赤紅’‘丹紅’‘玲瓏紅’，選取生長(zhǎng)健壯、無(wú)蟲(chóng)害、長(zhǎng)勢(shì)相同、苗高50 cm左右的1年生扦插苗。

1.2 試驗(yàn)方法

采集新鮮的紫薇葉片，3月20日首次采樣測(cè)定，以后每隔20 d測(cè)定一次，采樣時(shí)間為9:00，隨機(jī)選擇樹(shù)冠南向的健康葉片，采后立即放入冰盒內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定各指標(biāo)，每個(gè)指標(biāo)的測(cè)定3次重復(fù)。

1.3 葉片顏色觀測(cè)

擦凈葉片表面，在室內(nèi)自然光下與RHSCC(royal horticultural society colour chart,英國(guó)皇家園藝學(xué)會(huì)比色卡)進(jìn)行顏色對(duì)比[12]，待測(cè)樣品對(duì)準(zhǔn)色卡圓孔[13]，記錄與葉色相對(duì)應(yīng)的色卡顏色。

1.4 儀器和試劑

主要儀器：可見(jiàn)-紫外分光光度計(jì)(型號(hào)：TU-1800SPC) ;pH計(jì)(型號(hào)：Mettler Toledo FE20Five Easy)；勻漿機(jī)；3nh分光測(cè)色儀NS800,試驗(yàn)所涉分析純采購(gòu)于Sigma公司。

1.5 測(cè)定指標(biāo)

1.5.1 葉色參數(shù)測(cè)定 用3nh分光測(cè)色儀NS800測(cè)定葉色。測(cè)量孔徑分別為4 mm和8 mm，室內(nèi)操作以排除外界光源的干擾。測(cè)定葉片與葉脈上的4個(gè)點(diǎn)，分別記錄色彩參數(shù)明度(L*)、紅度(a*)、黃度(b*)。

1.5.2 葉片光合色素測(cè)定 葉綠素含量的測(cè)定參照王瑩等[14]的方法。

1.5.3 花色素苷含量等測(cè)定 花色素苷含量的提取參照崔舜等[11]方法制備和測(cè)定。

1.6 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2007對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理后用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 21.0進(jìn)行相關(guān)性和顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫薇葉片顏色變化

觀察圖1可知，‘紫精靈’和‘玲瓏紅’嫩芽時(shí)期分別呈現(xiàn)為黃綠色、灰綠色，‘紅火箭’在幼葉時(shí)期是由紅色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色，幼葉期為轉(zhuǎn)色期，3個(gè)紫葉品種在整個(gè)周期內(nèi)大都呈現(xiàn)出暗灰紫色和深紫色。結(jié)合圖表可知，在同一生長(zhǎng)周期內(nèi)，不同的紫薇品種間色彩參數(shù)差異顯著。對(duì)6個(gè)紫薇品種葉片的色彩特性進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)在生長(zhǎng)周期內(nèi)，紫薇品種葉片明度L*變化不明顯，故對(duì)a*和b*進(jìn)行分析比較。在嫩芽時(shí)期，紫葉品種和綠葉品種的紫薇表現(xiàn)出差異性，‘紫精靈’‘玲瓏紅’皆呈現(xiàn)出綠色，而‘紅火箭’為紅色，其a*最大為8.7，‘紫精靈’a*僅次于‘紅火箭’為8.43，而‘玲瓏紅’在此時(shí)期的a*最小，為-2.37，表明不同紫薇品種在同一時(shí)期具有個(gè)體差異性，其中紫葉品種‘赤紅’的a*最小，‘丹紅’的b*最小，表明a*可作為紫薇葉色呈現(xiàn)的主要值，b*是紫薇葉色變化的輔助值。在幼葉時(shí)期，‘紫精靈’‘紅火箭’‘玲瓏紅’3個(gè)品種葉片a*在-4.91～0.51，b*在7.02～9.81，且隨著試驗(yàn)階段的變化，b*遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于a*，即葉片的紅色漸退，呈現(xiàn)黃綠色?！犀摗ぜt’‘赤紅’3個(gè)品種的a*在0.79～3.1，b*在2.01～4.37，表明紫葉品種的a*和b*小于綠葉品種，則其葉片色彩鮮艷程度較低，其葉片以深紫色為主。在新葉時(shí)期，‘紫精靈’‘紅火箭’‘玲瓏紅’3個(gè)品種紅綠色相a*在-6.76～-3.75，黃綠色相b*在8.24～21.24，即a*較低，b*較高，葉片呈現(xiàn)綠色。‘紫瑩’‘丹紅’‘赤紅’3個(gè)品種a*在0.47～1,b*在0.43～1.28，即a*和b*越低，葉片色彩鮮艷程度越低。

圖1 6個(gè)紫薇品種葉片發(fā)育過(guò)程中葉片顏色的變化

表1 6個(gè)紫薇品種的RHSCC色卡測(cè)量值

2.2 不同時(shí)期葉色參數(shù)規(guī)律變化

從圖2A中可以看出，隨著試驗(yàn)階段的變化，不同紫薇葉片的明度變化幅度不大，表現(xiàn)較為穩(wěn)定，其中‘紫精靈’‘紅火箭’明度變化幅度較小，穩(wěn)定性較好，而‘紫瑩’‘丹紅’‘赤紅’3個(gè)品種均表現(xiàn)為幼葉時(shí)期明度增加，新葉時(shí)期明度呈顯著降低趨勢(shì)，‘玲瓏紅’明度顯著增加。

注：圖2A表示L*變化，圖2B表示a*變化，圖2C表示b*變化。短?hào)派喜煌?xiě)字母表示同一品種于不同發(fā)育時(shí)期在P<0.05水平差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，下同。

由圖2B可知，6個(gè)紫薇品種葉片的a*差異明顯，且在各自的生長(zhǎng)周期中，紅綠色相a*均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，其中在幼芽時(shí)期‘紫精靈’‘紅火箭’‘玲瓏紅’3個(gè)綠葉品種的a*均比紫葉品種紫薇高，而隨著葉片的生長(zhǎng)，紫精靈’‘紅火箭’的a*隨著試驗(yàn)階段的變化大幅度降低，并于新葉時(shí)期表現(xiàn)為負(fù)值，即葉片的紅色程度大幅度下降，綠色程度顯著增強(qiáng)，表明在生長(zhǎng)過(guò)程中由嫩芽時(shí)期的紅色轉(zhuǎn)變?yōu)樾氯~時(shí)期的綠色，‘紫瑩’‘丹紅’‘赤紅’3個(gè)紫葉品種的a*變化幅度不明顯，且a*均為正值，說(shuō)明其紅色程度強(qiáng)于綠葉品種由圖2C可以看出，6個(gè)紫薇品種除了‘紫瑩’和‘赤紅’以外其余皆表現(xiàn)為顯著性差異，不同品種的b*差異變化各不相同，‘紫精靈’‘紅火箭’‘玲瓏紅’b*3個(gè)時(shí)期內(nèi)均為正值，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于紫葉品種，表明其綠色程度強(qiáng)于紫葉品種。

2.3 6個(gè)紫薇光合色素含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)規(guī)律變化分析

不同紫薇品種的葉片不同生長(zhǎng)時(shí)期的葉綠素含量不同。6個(gè)品種在嫩芽和幼葉時(shí)期色素含量變化明顯，新葉時(shí)期呈現(xiàn)大幅度的增加，其中3個(gè)綠葉品種的葉綠素含量上升幅度最大。由圖3看出葉綠素含量與生長(zhǎng)時(shí)期呈現(xiàn)顯著正相關(guān)。葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素色素含量變化總體呈上升趨勢(shì)。

注：圖3A為葉綠素a含量變化，圖3B為葉綠素b含量變化，圖3C為葉綠素總含量變化，圖3D為類胡蘿卜素含量變化,圖3E為類胡蘿卜素與葉綠素含量比值，圖3F為葉綠素a與葉綠素b含量比值。

不同的紫薇葉片中葉綠素和類胡蘿卜素含量均逐步上升，受試單株葉綠素含量和類胡蘿卜素含量均表現(xiàn)為紫葉品種>綠葉品種。

幼葉時(shí)期，綠葉品種‘紫精靈’葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總含量和類胡蘿卜素含量分別上升了0.17%、-20.61%、-4.67%和2.37%，紫葉品種丹紅葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總含量和類胡蘿卜素含量分別上升了33.67%、24.23%、31.31%和34.42%。在新葉時(shí)期，綠葉品種 ‘紫精靈’葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總含量和類胡蘿卜素含量分別上升了46.39%、54.77%、49.87%和44.12%，紫葉品種‘丹紅’葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總含量和類胡蘿卜素含量分別上升了14.8%、24.6%、17.5%和7.26%。

綜合比較葉片色素含量變化及其規(guī)律，在整個(gè)試驗(yàn)階段，綠葉品種的葉綠素和類胡蘿卜含量上升幅度最大，紫葉品種葉綠素和類胡蘿卜含量上升幅度最小。因此，對(duì)于不同紫薇品種來(lái)說(shuō)，葉色并不是由葉綠素含量決定的，而是由類胡蘿卜素、葉綠素a和葉綠素b共同決定。

‘紫精靈’‘丹紅’‘赤紅’的比值隨著時(shí)間的推移變化趨勢(shì)相同，呈現(xiàn)為先升高后降低，Chla/Chlb值除赤紅品種表現(xiàn)差異顯著以外，其余品種均差異不明顯?！t火箭’和‘玲瓏紅’的類胡蘿卜素和花色素苷含量比值均呈明顯的差異變化，在嫩芽時(shí)期達(dá)到最高值，分別是幼葉時(shí)期的1.87倍和1.37倍，具有顯著性差異。相對(duì)來(lái)說(shuō)，綠葉品種較紫葉品種的比值變化波動(dòng)明顯，紫葉品種相對(duì)表現(xiàn)平穩(wěn)。其中‘紫精靈’‘玲瓏紅’隨著時(shí)間的變化，類胡蘿卜素與葉綠素比值顯著降低。表明隨著葉片的生長(zhǎng)，葉綠素對(duì)葉色的調(diào)控起到主要作用，而類胡蘿卜素起輔助性作用。

2.4 6個(gè)紫薇品種葉片花色素苷含量分析

6個(gè)品種紫薇的花色素苷含量隨著時(shí)間的變化而增加，呈現(xiàn)先下降再上升的趨勢(shì)，‘紫精靈’‘紅火箭’‘玲瓏紅’的花色素苷含量未發(fā)生顯著性變化，表明花色素苷在調(diào)控紫薇葉色中起重要的作用。紫葉品種的花色素苷含量呈顯著性增加，且‘赤紅’的花色素苷含量最高，其次是‘丹紅’和‘紫瑩’。在新葉時(shí)期，‘紫瑩’‘丹紅’‘赤紅’分別增加了21.04%、42.37%和63.56%，而‘紫精靈’‘紅火箭’‘玲瓏紅’分別增加了-11.88%、15.68%和27.49%，整體而言紫葉品種的花色素苷含量大幅度高于綠葉品種。

綜合分析比較6個(gè)品種紫薇的色素苷含量變化，綠葉品種的色素苷增量幅度較高，而紫葉品種的花色素苷含量增長(zhǎng)幅度較高，并具有顯著性差異，表明花色素苷含量在紫薇葉片顏色變化中產(chǎn)生很大的影響。

2.5 6個(gè)紫薇品種色彩參數(shù)與色素含量的相關(guān)性分析

為研究紫薇葉片色素含量對(duì)其葉片顏色的影響，將6個(gè)紫薇品種葉片色彩參數(shù)和葉綠素含量、花色素苷含量、類胡蘿卜素含量進(jìn)行相關(guān)性分析，從表可以看出‘紫精靈’‘紅火箭’‘玲瓏紅’總?cè)~綠素含量與a*負(fù)相關(guān)，而其余3個(gè)紫葉表現(xiàn)相反，‘丹紅’葉綠素a含量與a*顯著正相關(guān)，表明紫薇葉片的葉綠素含量對(duì)其紅綠色相呈現(xiàn)具有正向作用。葉片的類胡蘿卜素與a*在紫葉與綠葉紫薇中表現(xiàn)不同，在綠葉紫薇中，類胡蘿卜素含量與a*呈現(xiàn)正相關(guān)，而紫葉紫薇中則為負(fù)相關(guān)，由此表明，葉綠素和類胡蘿卜素同時(shí)對(duì)葉片的顏色產(chǎn)生了影響，并且這兩者起到的作用相反。綠葉紫薇花色素苷含量對(duì)a*呈顯著負(fù)相關(guān)：其中‘紅火箭’的花色素苷含量與a*呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),‘紫精靈’的花色素苷含量與a*呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，紫葉紫薇的花色素苷含量與a*呈現(xiàn)為正相關(guān)：‘丹紅’與其為顯著正相關(guān)，而‘赤紅’為極顯著相關(guān)。由表可以看出，3個(gè)綠葉紫薇品種的葉綠素含量和類胡蘿卜素含量與其b*呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)或極顯著負(fù)相關(guān)：‘紫精靈’的總?cè)~綠素含量與b*為顯著負(fù)相關(guān)，‘紅火箭’則為極顯著負(fù)相關(guān)。色彩明亮程度對(duì)紫葉紫薇品種影響較大，從表得出，葉綠素含量、類胡蘿卜素含量在紫葉紫薇品種均表現(xiàn)為顯著正相關(guān)。綜上所述，6個(gè)紫薇品種的葉片顏色受葉綠素、花色素苷、類胡蘿卜素共同影響。

圖4 為6個(gè)紫薇品種在不同時(shí)期下的花色素苷含量動(dòng)態(tài)變化

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

研究表明不同品種的紫薇葉色，其色素含量及色彩參數(shù)也不相同，楊小鑫[35]等的研究結(jié)果表明色素類型和含量是影響植物葉色的最主要和最直接的因子，其中3個(gè)綠葉紫薇品種‘紫精靈’‘玲瓏紅’‘紅火箭’葉綠素的合成主要參與調(diào)控葉色的變化，類胡蘿卜素起輔助作用，而在紫葉品種的紫薇則相反。對(duì)紫薇葉色參數(shù)與葉片色素含量相關(guān)性分析中發(fā)現(xiàn)，花色素苷含量和a*呈顯著正相關(guān)，紫葉紫薇的呈色要受葉綠素和類胡蘿卜素、花色素苷大量合成影響，花色素苷含量對(duì)紫葉呈色起主導(dǎo)作用。

3.2 討論

3.2.1 6個(gè)紫薇品種的葉片色素含量生長(zhǎng)變化特征 我國(guó)彩葉植物資源豐富，種類繁多，在園林景觀的諸多構(gòu)成要素中，植物占據(jù)著重要地位[15]。彩葉植物具有鮮艷動(dòng)人的色彩[17]，園林應(yīng)用最多的是常色葉植物[16]，園林植物的色彩在園林中是第一性的[18]，彩葉植物呈現(xiàn)彩色的直接原因就是葉片中的色素種類和比例發(fā)生了變化[19]，葉色變化的直接原因是葉綠素、類胡蘿卜素和花色素苷含量的時(shí)空分布變化[20]，植物葉片色素組成是決定顏色的重要因素[21]，不同彩葉植物表達(dá)機(jī)理可能有所不同[22]，本研究采用了3個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期6個(gè)紫薇品種并測(cè)定了葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和花色素苷等色素含量，研究發(fā)現(xiàn)其中綠葉品種從幼葉至新葉轉(zhuǎn)變過(guò)程中，葉綠素含量顯著增加，測(cè)定期間6個(gè)紫薇品種葉綠素a、葉綠素b與總?cè)~綠素含量的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)相似，均呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，這與崔舜等[11]對(duì)紫薇葉色變化研究結(jié)果一致。葉片中色素含量的變化是造成植物葉片顏色差異的直接原因[23]，類胡蘿卜素在綠葉和紫葉品種中的表達(dá)具有顯著性差異。葉綠素不能直接決定葉片顏色變化[24]，類胡蘿卜素在調(diào)控紫薇葉片顏色的變化中也起重要的作用，而在花色素苷含量的分析比較中[25]，紫葉品種和綠葉品種表現(xiàn)出顯著性差異，李云飛[26]在彩葉植物組織的解剖研究中發(fā)現(xiàn),花色素苷在植物細(xì)胞中的分布也是造成葉片呈色差異的因素之一[27]，葉色是多種因素綜合影響的結(jié)果[28]，這與馮露等[29]研究結(jié)果一致，因此，花色素苷、類胡蘿卜素、葉綠素的合成與紫薇葉片顏色變化有重要關(guān)系，葉綠素決定紫薇葉片基調(diào)色[30]，而類胡蘿卜素和花色素苷是調(diào)控葉片由綠色轉(zhuǎn)變成紫色的重要因素，彩葉植物的色彩變化受色素含量影響，齊睿等[31]對(duì)紅葉石楠葉色轉(zhuǎn)變的研究表明葉綠素含量占主導(dǎo),葉片始終呈現(xiàn)出綠色，如果非綠色色素含量發(fā)生變化,引起了色素含量比例的變化,則會(huì)呈現(xiàn)出五彩斑斕的葉色，與本研究結(jié)果相似。

表2 紫薇葉片色彩參數(shù)與色素含量變化的相關(guān)性

3.2.2 6個(gè)紫薇品種的葉色參數(shù)與葉色色素含量相關(guān)關(guān)系 研究表明，彩色植物葉色參數(shù)與色素種類及含量存在相關(guān)關(guān)系，但不同植物的葉色參數(shù)與其含量變化表現(xiàn)不相同。在本研究中，3個(gè)綠葉紫薇和3個(gè)紫葉紫薇的葉片色素含量變化與L*、a*、b*呈現(xiàn)出一定的相關(guān)性。其中紫葉紫薇的a*與花色素苷含量呈正相關(guān)，表明花色素苷含量越高，a*越大，與韓文學(xué)等[30]對(duì)海棠的葉片色彩變化和朱書(shū)香等[27]對(duì)紫葉李、紫葉矮櫻、黑桿櫻李和美人梅4種彩葉植物葉色和色素的關(guān)系研究結(jié)果相似。新葉時(shí)期，紫葉紫薇品種的光合色素含量均比其高，a*中的紫葉紫薇品種均比綠葉紫薇品種高，而b*則相反。因此，光合色素含量越高，a*則越高，則葉片色相偏紫，反之b*則越高，葉片色相則偏綠。

3.2.3 6個(gè)紫薇品種的色彩變化特征 本研究基于量化的色彩參數(shù)對(duì)6個(gè)紫薇品種葉色進(jìn)行發(fā)現(xiàn)：隨著葉片的生長(zhǎng)，‘紫精靈’‘玲瓏紅’從嫩芽時(shí)期至新葉時(shí)期均為綠色，‘紫瑩’‘丹紅’‘赤紅’嫩芽時(shí)期至新葉時(shí)期均為紫色[24,32]，‘紅火箭’則是嫩芽時(shí)期至新葉時(shí)期由紅變綠的過(guò)程，說(shuō)明不同種紫薇存在差異，這與崔舜等[11]、王珂等[33]研究結(jié)果相似，對(duì)彩葉植物的良種選育具有重要意義[34]。

西北林學(xué)院學(xué)報(bào)2022,37(5):124-128Journal of Northwest Forestry University