孫 健 張鴻翎 韓 濤

（1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019）

彩葉植物是指秋色葉植物之外的植物，在春季、夏季和秋季均呈現(xiàn)出不同于綠色的顏色，部分彩葉植物終年均呈現(xiàn)為彩色[1]。彩葉植物獨(dú)特的顏色變化、可自由搭配的園林景觀效果和觀賞期較長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)可以很大程度上滿(mǎn)足人們?cè)谝曈X(jué)上對(duì)于美的追求[2-3]。在國(guó)土綠化、建設(shè)生態(tài)文明的實(shí)踐中，彩葉化和珍貴化是樹(shù)種選擇的關(guān)鍵指標(biāo)，被許多地方認(rèn)定為生態(tài)功能和景觀價(jià)值的重要元素[4]。紅葉石楠（Photinia serrulata）在春季葉綠素含量低，花色素苷含量高，葉色為紅色；葉片由紅轉(zhuǎn)綠過(guò)程中花色素苷含量逐漸減少，而光合色素含量則逐漸增多[5]。柳葉櫟（Quercus phellos）在轉(zhuǎn)色期以黃色為主，葉片內(nèi)花色素苷含量增加變化幅度較小，類(lèi)胡蘿卜素含量增加幅度較大[6]。張振宇等[7]研究表明，‘金薇’（Lagerstroemiaindica）總?cè)~綠素/類(lèi)胡蘿卜素的變化是導(dǎo)致其黃葉形成的直接原因。植物色彩作為園林植物景觀的重要觀賞特征之一，其搭配運(yùn)用的和諧、美觀，直接影響著景觀質(zhì)量的高低[8]。在以往園林景觀植物配置中多傾向于不同樹(shù)種生長(zhǎng)習(xí)性方面的搭配，忽略了色彩的重要性，整體園林景觀觀賞效果較差。因此，為更好的將彩葉植物應(yīng)用于園林景觀中，探究其呈色機(jī)理顯得極為重要。

本研究以在內(nèi)蒙古呼和浩特地區(qū)4種不同彩葉樹(shù)種金葉復(fù)葉槭（Acer negundo）、紅葉榆葉梅（Amygdalustriloba）、金葉榆（Ulmus pumila）和紫葉李（Prunuscerasifera）為研究對(duì)象，對(duì)其春季葉片變色情況進(jìn)行觀測(cè)記錄，并對(duì)變色過(guò)程中葉片內(nèi)的色素含量進(jìn)行測(cè)量，比較并分析了葉綠素、類(lèi)胡蘿卜素、花色素苷含量、細(xì)胞液pH的變化以及各觀測(cè)時(shí)段的葉色參數(shù)與葉片呈色的關(guān)系。該研究為進(jìn)一步研究彩葉植物的呈色機(jī)理并為園林景觀設(shè)計(jì)中的合理應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究材料

所選取的研究材料為2021年內(nèi)蒙古呼和浩特市春季5—6月生長(zhǎng)良好、長(zhǎng)勢(shì)一致、無(wú)明顯病蟲(chóng)害的樹(shù)種各10株。取樣周期為7～9 d，晴天采樣，每樹(shù)種隨機(jī)選取向陽(yáng)面的完整葉片（約30片），將其置于-80℃超低溫冰箱保存待測(cè)。

1.2 測(cè)定指標(biāo)和方法

1.2.1 葉綠素a/b及類(lèi)胡蘿卜素測(cè)定方法

用95%乙醇溶液室溫避光條件下浸提24 h后用分光光度計(jì)測(cè)定665、649、470 nm處的吸光值，分別用OD665、OD649和OD470表示[9]。重復(fù)3次測(cè)定。按公式（1）～（5）計(jì)算葉綠素a濃度（Chl a）、葉綠素b濃度（Chl b）、葉綠素濃度（Chl）、類(lèi)胡蘿卜素濃度（Car）。

式中：A為色素含量、V為提取液總體積、W為樣品質(zhì)量。

1.2.2 花色素苷測(cè)量方法

用0.1 mg/L鹽酸溶液室溫避光條件下浸提24 h，分光光度計(jì)測(cè)定在530 nm處的吸光度值OD530[9]，重復(fù)3次測(cè)定。以O(shè)D530值為0.1時(shí)的花色素苷濃度為1個(gè)單位，按公式（6）計(jì)算花色素苷含量（B）。

1.2.3 葉色參數(shù)測(cè)量方法

測(cè)定葉色參數(shù)的值參照白新祥等[10]、Tatsuzawa等[11]的方法。將采集的葉片掃描在Adobe Photoshop CS 6中，并在拾色器中調(diào)至Lab模式，記錄葉片L*（光澤明亮度，L*值越大則亮度越高）、a*（紅、綠2種顏色，a*值越大，表示紅色越深，反之表示綠色越深）、b*（黃、藍(lán)2種顏色，b*值越大，表示黃色越深，反之藍(lán)色越深）的值。

1.2.4 細(xì)胞液pH值測(cè)定

準(zhǔn)確稱(chēng)取0.1 g葉片，加入10 mL蒸餾水研磨成勻漿，以該勻漿pH值代表葉片細(xì)胞液的pH值，并用pH計(jì)測(cè)定，重復(fù)3次試驗(yàn)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel軟件進(jìn)行圖表整理分析，用SPSS 25.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉片光合色素含量變化特征

由圖1可知，紅葉榆葉梅和紫葉李的葉綠素a含量整體變化趨勢(shì)大致相同，呈升高—降低—升高的趨勢(shì)。5月初期上升幅度較大且都在生長(zhǎng)初期葉綠素a含量最低，分別為0.53 mg/g和0.24 mg/g；5月中旬到6月上旬葉綠素a下降較明顯，均下降30%。金葉復(fù)葉槭和金葉榆葉綠素a含量變化幅度均較小，5—6月呈緩慢上升趨勢(shì)，均在6月初期達(dá)到最高值，葉綠素a含量分別為0.29 mg/g和0.13 mg/g，整體差異不顯著。

圖1 葉綠素a含量隨時(shí)間變化Fig.1 Variation of chlorophyll a content with time

由圖2可知，所測(cè)的4種彩葉樹(shù)種的葉綠素b含量變化與葉綠素a含量變化有大致相同的趨勢(shì)，但其含量相對(duì)較低。紅葉榆葉梅和紫葉李變化趨勢(shì)基本相同，但紅葉榆葉梅整體含量高于紫葉李，且二者同樣在生長(zhǎng)初期葉綠素b含量最低，分別為0.17 mg/g和0.13 mg/g，6月后都呈上升趨勢(shì)；金葉復(fù)葉槭和金葉榆5—6月整體都呈緩慢下降趨勢(shì)，均在6月初期出現(xiàn)最低值為0.01 mg/g，6月下旬二者葉綠素b含量呈緩慢上升趨勢(shì)，總體變化不明顯。

圖2 葉綠素b含量隨時(shí)間變化Fig.2 Variation of chlorophyll b content with time

由圖3可知，4種彩葉樹(shù)種的類(lèi)胡蘿卜素含量均在生長(zhǎng)初期出現(xiàn)最低值，金葉復(fù)葉槭為0.06 mg/g，紅葉榆葉梅為0.05 mg/g，金葉榆為0.04 mg/g，紫葉李為0.06 mg/g。4種樹(shù)種類(lèi)胡蘿卜素含量均在5月初期長(zhǎng)勢(shì)迅速，金葉復(fù)葉槭較生長(zhǎng)初期類(lèi)胡蘿卜素含量上升了283.3%；紅葉榆葉梅含量上升了825.0%；金葉榆上升了500.0%；紫葉李上升了450.0%。紅葉榆葉梅與紫葉李含量變化趨勢(shì)相似，5月上旬到6月上旬緩慢下降，并在6月下旬呈上升趨勢(shì)。金葉復(fù)葉槭與金葉榆的含量變化趨勢(shì)相似，自生長(zhǎng)初期含量上升達(dá)到最高值后，隨時(shí)間變化二者類(lèi)胡蘿卜素含量均平緩下降。

圖3 類(lèi)胡蘿卜素含量隨時(shí)間變化Fig.3 Change of carotenoid content with time

由圖4可知，所測(cè)的4種樹(shù)種葉綠素總量與葉綠素a含量變化同步。紅葉榆葉梅與紫葉李葉綠素總量均呈低—高—低—高變化，且在生長(zhǎng)初期總量最低，分別為0.70 mg/g和0.38 mg/g；其中紅葉榆葉梅在6月末葉綠素總量達(dá)到最高值為1.48 mg/g，紫葉李則在5月上旬達(dá)到最高值為1.11 mg/g，二者的最高值比最低值分別增加了114.2%和192.1%。金葉復(fù)葉槭與金葉榆葉綠素總量在5月均平緩下降，6月上旬上升且出現(xiàn)最高值，分別為0.32 mg/g和0.14 mg/g；6月中下旬開(kāi)始緩慢下降，整體變化幅度不大。

圖4 葉綠素總量隨時(shí)間變化Fig.4 Variation of total chlorophyll with time

2.2 花色素苷含量變化特征

由圖5可知，紅葉樹(shù)種的花色素苷相對(duì)含量整體高于金葉樹(shù)種。其中金葉復(fù)葉槭和金葉榆的花色素苷含量雖整體變化不大，但也一直處于平緩下降趨勢(shì)，金葉復(fù)葉槭最高值出現(xiàn)在5月下旬為2.7 mg/g，最低值出現(xiàn)在6月末為0.8 mg/g。金葉榆最高值出現(xiàn)在6月初為2.6 mg/g，最低值在6月末，為1.1 mg/g。紅葉樹(shù)種花色素苷含量整體呈高—低—高—低的‘M’型走勢(shì)；紅葉榆葉梅2次最高值出現(xiàn)在5月初和6月中旬，分別為8.1mg/g和8.0 mg/g；紫葉李2次峰值出現(xiàn)在5月中旬和6月下旬，分別為16.8 mg/g和14.5 mg/g。

圖5 花色素苷相對(duì)含量隨時(shí)間變化Fig.5 Variation of anthocyanin relative content with time

2.3 葉色參數(shù)隨時(shí)間變化的特征

由圖6 a可知，金葉樹(shù)種在生長(zhǎng)季L*值處于下降趨勢(shì)，亮度逐漸變暗，5月初期剛剛萌發(fā)，葉片較為幼嫩，二者葉片均為金黃色，此時(shí)的L*值最大，分別為69和67，而后5月中下旬及6月二者葉片顏色變化較小，L*值下降平緩，趨勢(shì)平穩(wěn)，金葉榆L*值穩(wěn)定在60左右，金葉復(fù)葉槭L*值則穩(wěn)定在55左右。紅葉樹(shù)種變化差異不顯著，變化幅度小較為穩(wěn)定，呈現(xiàn)高—低—高—低的變化趨勢(shì)，紅葉榆葉梅在5月下旬L*值最大為27，紫葉李則在5月上旬出現(xiàn)最大值為35，二者L*值均在5月下旬開(kāi)始緩慢下降，穩(wěn)定在22左右。

由圖6 b可知，金葉復(fù)葉槭的a*值在變色期間變化幅度較小，在-5左右浮動(dòng)變化，最低值為-8。金葉榆a*值變化呈緩慢上升趨勢(shì)，由于在生長(zhǎng)初期葉片顏色為亮黃色，其a*值在初期出現(xiàn)最低值為-12，而后隨著時(shí)間變化，葉片顏色由明黃逐漸變暗a*值也呈現(xiàn)出平緩上升趨勢(shì)，最高值出現(xiàn)在6月下旬為-4。紅葉榆葉梅在生長(zhǎng)初期嫩葉的葉色為鮮紅色，所以a*值在初期達(dá)到最高值為16，隨著葉色加深，a*值緩慢下降，在6月中旬出現(xiàn)最低值為3。紫葉李的a*值較其他3種植物變化幅度較大呈先上升后下降的趨勢(shì)，最高值17出現(xiàn)在葉色呈現(xiàn)最紅的5月下旬，6月末出現(xiàn)最低值為3。

由圖6 c可知，金葉復(fù)葉槭葉片生長(zhǎng)初期黃色程度較深，所以在生長(zhǎng)初期其b*值達(dá)到最大值為70，在生長(zhǎng)季過(guò)程中，金葉復(fù)葉槭的b*值一直處于緩慢下降趨勢(shì)，在6月末達(dá)到最低值50，較最高值下降28.5%。金葉榆b*值走勢(shì)與金葉復(fù)葉槭基本相同，都呈緩慢下降趨勢(shì)。金葉榆在5月中旬出現(xiàn)最高值為73，同時(shí)也在6月末達(dá)到最低值60，較最高值下降17.8%。紅葉榆葉梅b*值走勢(shì)呈先降低后平緩上升，但變化程度不明顯，其最大值出現(xiàn)在在生長(zhǎng)初期為13，而后一直穩(wěn)定在10左右。紫葉李b*值走勢(shì)先升高后下降，最低值出現(xiàn)在生長(zhǎng)初期為6，最高值15出現(xiàn)在6月初，比最低值升高150%，6月下旬又出現(xiàn)升高趨勢(shì)，整個(gè)變色期b*值也較為穩(wěn)定。

圖6 葉色參數(shù)隨時(shí)間變化Fig.6 Variation of leaf color parameterswith time

2.4 細(xì)胞液p H值隨時(shí)間變化的特征

由圖7可知，隨時(shí)間變化金葉復(fù)葉槭在春季變色期間pH值先升高后降低，之后趨于平穩(wěn)，在6月末有上升趨勢(shì)，其最高值出現(xiàn)在5月上旬為4.86，最低值在6月上旬為3.35，較最高值下降31.1%。金葉榆整體pH值比金葉復(fù)葉槭的高，但細(xì)胞液也都呈酸性，呈先下降后上升的趨勢(shì)，6月中旬達(dá)到最低值為5.59，較5月初出現(xiàn)最高值6.96下降了19.7%。紅葉榆葉梅整個(gè)變色期間細(xì)胞液pH都呈緩慢下降的變化趨勢(shì)，5月份下降最顯著出現(xiàn)最高值為6.30，最低值為4.55。紫葉李細(xì)胞液pH呈先降低后升高變化趨勢(shì)，5月初出現(xiàn)最高值為5.38，最低值3.87出在6月初出，較最高值下降28.1%。

圖7 細(xì)胞液p H值隨時(shí)間變化Fig.7 Changes of pH valueof cell fluid with time

2.5 4種植物葉片轉(zhuǎn)色期葉色參數(shù)與各指標(biāo)間的相關(guān)性分析

由表1可知，2種金葉植物的L*值與葉綠素總量表現(xiàn)出極明顯負(fù)相關(guān)性（P＜0.01）且與類(lèi)胡蘿卜素、花色素苷和細(xì)胞液pH表現(xiàn)出極明顯的正相關(guān)性（P＜0.01），a*值與各生理指標(biāo)無(wú)明顯相關(guān)性，b*值與葉綠素總量、類(lèi)胡蘿卜素和細(xì)胞液pH也呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)（P＜0.05），說(shuō)明在春季葉片轉(zhuǎn)色初期金葉復(fù)葉槭和金葉榆的葉綠素含量低，而類(lèi)胡蘿卜素和花色素苷的含量高，在它們共同作用下使得這2種金葉樹(shù)種在生長(zhǎng)初期的葉片呈現(xiàn)出金黃色，L*和b*也出現(xiàn)最大值。2種紅葉樹(shù)種的a*值與葉綠素總量呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），紅葉榆葉梅a*與花色素苷呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），與細(xì)胞液pH呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；紫葉李a*與花色素苷呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），L*和b*均與細(xì)胞液pH呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），其余各項(xiàng)指標(biāo)與葉色參數(shù)均沒(méi)有顯示出明顯的相關(guān)性。由此可見(jiàn)，2種紅葉樹(shù)種的呈色與花色素苷含量和葉綠素含量有關(guān)系，其呈色決定著a*值的大小。

表1 轉(zhuǎn)色期葉色參數(shù)與各指標(biāo)間皮爾遜相關(guān)系數(shù)Table1 Pearson correlation coefficient between leaf color parametersand indexesat color transition stage

3 結(jié)論與討論

植物葉片中含有不同色素種類(lèi)、各色素含量的變化和不同比例分布，使得葉片形成了不同的顏色[12]。本研究中，從5—6月期間4種彩葉植物的葉綠素、類(lèi)胡蘿卜素和花色素苷含量均呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。金葉復(fù)葉槭和金葉榆在春季生長(zhǎng)初期類(lèi)胡蘿卜素含量較高，葉綠素含量低，使葉片呈現(xiàn)出金黃色。隨時(shí)間推移，類(lèi)胡蘿卜素含量逐漸降低而葉綠素含量逐漸增加，使葉色明亮度和葉片黃色程度逐漸減弱。并且，春秋晝夜溫差大加快花色素苷的合成，由于葉綠素含量較低且合成能力弱，此時(shí)花色素苷含量占據(jù)主導(dǎo)地位，使葉片表現(xiàn)出紫紅色，而夏季氣溫高，光照強(qiáng)，花色素苷降解快，紫紅色也逐漸減弱[13-14]。姜晶等研究的紫雨樺在5月初新生葉片呈暗紫色，與葉片高含量的花色素苷有關(guān)[15]。本研究中紅葉榆葉梅和紫葉李在春季生長(zhǎng)初期葉片呈現(xiàn)出紅色是由于花色素苷含量增加和葉綠素與類(lèi)胡蘿卜素含量降低而導(dǎo)致的，而后隨時(shí)間推移花色素苷合成能力減弱，其含量呈下降趨勢(shì)，所以2種紅葉樹(shù)種的紫紅色都逐漸減弱且紅葉榆葉梅出現(xiàn)復(fù)綠現(xiàn)象。這與Luo等[16]研究的牡丹品種‘滿(mǎn)園春色’的結(jié)果一致。本研究用L*、a*和b*值表示葉色的變化情況，研究發(fā)現(xiàn)在春季2種金葉樹(shù)種具有較高的類(lèi)胡蘿卜素才會(huì)使葉片呈現(xiàn)黃色，L*與b*值也隨之升高，而各色素含量與a*沒(méi)有相關(guān)性。2種紅葉樹(shù)種呈現(xiàn)出紫紅色與花色素苷和葉綠素含量有關(guān)系且影響著a*值的大小，色素含量與L*和b*值均無(wú)明顯相關(guān)性。因此，色素含量的多少是影響葉片呈色的主要因素。

本研究同時(shí)對(duì)前人研究較少的細(xì)胞液pH值進(jìn)行研究。細(xì)胞液pH值影響花色素苷表現(xiàn)[17-19]?；ㄉ剀赵诩?xì)胞液pH值小于7時(shí)呈現(xiàn)紅色，pH值大于7時(shí)呈現(xiàn)藍(lán)色，只有當(dāng)其含量占主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)時(shí)，才會(huì)呈現(xiàn)出花色素苷的顏色[20]。雖然2種金葉樹(shù)種的細(xì)胞液pH始終小于7，但葉片均未呈現(xiàn)出紅色，表明花色素苷含量在各色素含量中沒(méi)有占據(jù)主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而未起到主導(dǎo)作用，但其含量升高對(duì)于金葉樹(shù)種呈現(xiàn)出黃色有抑制作用。紫葉李花色素苷含量始終大于紅葉榆葉梅，所以紫葉李葉片顏色較深，而紅葉榆葉梅葉片紫紅色相對(duì)較淺且出現(xiàn)復(fù)綠現(xiàn)象，而2種紅葉樹(shù)種的細(xì)胞液pH值始終小于7，葉綠素合成較低，由此可以看出，花色素苷占主導(dǎo)地位，使葉片呈現(xiàn)出紫紅色。

本研究就4種彩葉樹(shù)種在春季葉色轉(zhuǎn)色期的葉色表現(xiàn)、相關(guān)色素含量變化及其相關(guān)性比較分析可知，葉色發(fā)生變化是由于葉片內(nèi)各色素含量的比例發(fā)生了改變，其中，葉綠素、類(lèi)胡蘿卜素和花色素苷的含量變化對(duì)于葉片呈色都有直接的影響，并且，細(xì)胞液pH影響花色素苷顏色表現(xiàn)，進(jìn)而影響植物葉片呈色。

綜上可知，金葉復(fù)葉槭和金葉榆最佳觀賞期為5—6月，春季長(zhǎng)出葉芽嫩黃色，至夏初葉片金黃色加深，后期葉片均有復(fù)綠趨勢(shì)，觀賞度降低；紅葉榆葉梅初生嫩葉為紫紅色，春季觀賞效果最佳，而后有些葉片變綠，觀賞效果降低；紫葉李為彩葉常色樹(shù)種，隨時(shí)間推移葉片顏色逐漸加深，觀賞價(jià)值較高。此外，植物葉片呈色還受植物葉片結(jié)構(gòu)、葉綠體發(fā)育活動(dòng)[21]、植物光合特性[22]以及外界環(huán)境[23]的影響，后期試驗(yàn)可以進(jìn)一步探究這些因素影響彩葉植物的呈色機(jī)理，以期為延長(zhǎng)彩葉植物觀賞期與增強(qiáng)植物配置中的色彩豐富度，提供技術(shù)支持與理論依據(jù)。