自然条件下美国红栌的叶色表达

2013-09-15张超

山西农业科学 2013年2期

张超

（太原大学外语师范学院，山西太原030012）

美国红栌（ Cotinus coggygria‘ Royal purple’）是漆树科黄栌属美国黄栌（C.coggygria）的变种。春季，叶色鲜红或紫红；夏季新生叶红紫色，下部叶转绿；秋季叶片鲜红。其作为园林建设中的彩叶植物，被北京等城市列为5大主要栽培树种之一[1]。由于彩叶植物的叶色表达较为复杂，不同于普通绿叶植物，在养护中常常出现彩叶植物“没色彩”的现象，如北京香山彩叶植物在养护中常出现此类问题[2]。

本试验在借鉴姚砚武等[3-5]研究的基础上，以自然条件下露地栽培的美国红栌为试材，对其叶片的色素含量、可溶性糖含量的季节变化情况及叶片色素分布、叶片各组织厚度分别进行了观察和测定，旨在为彩叶植物生长季的养护，尤其是肥料施用以及保证叶色的良好表达提供一定的参考依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验以露地栽培的2年生美国红栌为试材，于2009年5—6月在山西农业大学林学院苗圃进行。试验地位于山西省中部，海拔790 m，属温带大陆性季风气候，春季多干旱风，夏季炎热，秋季凉爽，冬季寒冷。昼夜温差大，年均气温9℃左右，1月均温约7℃，7月均温约为23℃。年降水量540 mm左右，无霜期140～180 d。

1.2 测定项目及方法

2009年5—9月，分别于每月中旬在植株向阳面选取发育成熟的叶片进行测定。

1.2.1 叶绿素含量的测定叶绿素含量的测定使用722型分光光度计参照文献[2]中乙醇比色法进行[6]。

1.2.2 花色素苷的测定[7]使用酸性甲醇提取叶片色素，再加入氯仿，将叶绿素与花色素苷分开，取上层液体，用722型分光光度计分别在530，657 nm处测定吸光值，计算花色素苷含量。

1.2.3 可溶性糖的测定[6]（1）称取2.00 g新鲜叶片，加乙醚研磨至浆状物；将研磨物用70℃蒸馏水洗涤至25 mL刻度试管中（约15 mL），置于70～80℃水浴锅中加热30 min；待冷却后滴入饱和醋酸铅，振动（除去蛋白质）直至没有白色沉淀产生为止，并加少许草酸钠粉末，以除去多余的铅；定容至25 mL，过滤。（2）吸取上述糖提取液1 mL放入一洁净试管中，加5 mL蒽酮试剂，混匀后置于沸水浴中煮沸10 min；待冷却后，使用DU640型紫外可见光分光光度计测定600 nm处的吸光值；从标准曲线上查得滤液中所含糖量，计算样品中可溶性糖的质量分数。

1.2.4 叶片解剖结构的观测 6月中旬，选取成熟、无病虫害的叶片，在叶片中脉基部1/3处取样5 mm×5 mm进行徒手切片，使用麦克奥迪实业集团有限公司生产的BA450型显微镜在放大360×条件下观测花色素苷的分布情况，并进行显微摄影和测量。

2 结果与分析

2.1 美国红栌叶片花色素苷含量的季节变化

花色素苷是植物中一大类次生代谢产物，为多酚类黄酮化合物。它溶于水，无毒性，以糖苷的形式广泛存在于植物器官的液泡中，在不同条件下会分别呈现红、紫红、蓝等颜色。花色素苷不仅被视为一类广谱而有效的植物保护因子，同时也参与植物的叶色表达[8]，是影响彩叶植物叶色表达的重要色素[9]。各月份红栌叶片花色素苷含量测定结果如图1所示。

由图1可知，5月份正值春季，叶片开始发育，此时花色素苷含量极高；5—7月逐渐进入夏季，气温迅速上升，叶片基本发育成熟，叶片中花色素苷逐渐降低；7—9月进入秋季，气温有所下降，花色素苷含量又出现较大幅度上升。这是由于在春季叶片刚刚开始发育，各组织结构发育不完善，叶绿素含量较少，花色素苷的含量相对较高，美国红栌春季叶片呈现鲜嫩或亮丽的红色。在进入夏季以后，温度升高，叶片组织逐渐成熟，叶绿体发育完善，使得叶绿素占优势，花色素苷含量下降，树体上部叶片呈现深红色，下部叶片会出现返青现象。夏末秋初，叶片衰老，叶绿素逐渐分解，此时花色素苷含量又占主导，整株叶片均呈现深红色。

2.2 美国红栌质体色素的季节变化

2.2.1 叶绿素含量的季节变化叶绿素是光合作用中的绿色色素，是光合作用中捕获光的主要成分。在高等植物叶绿体中，叶绿素主要包括叶绿素a和叶绿素b，由于结构差别，叶绿素a在叶片中呈蓝绿色，叶绿素b在叶片中呈黄绿色。叶绿素a，b的含量与比例影响着叶色的表达[10]。各月份美国红栌叶片的叶绿素含量测定结果如图2所示。

从图2可以看出，在5—9月，叶绿素a和叶绿素b含量变化趋势相同，均为单峰曲线；5—7月呈上升趋势，7月份叶绿素a，b的含量达到最高峰，随后呈下降趋势。

结合图1，2可以看出，叶片花色素苷与叶绿素含量的季节变化呈现完全相反的趋势。春季（5—6月）叶片开始生长，叶片内质体发育不完善，所以叶绿素含量较低；进入夏季后，叶片逐渐发育完整，各细胞器充分发育，此时叶绿素含量达到整个生长期的最高峰；进入秋季（8—9月）后，天气渐凉，叶片开始衰老，叶绿素分解，其含量呈下降趋势。叶片从刚刚展开到完全成熟这一过程中，都在不断地积累同化产物和完善内部结构，同化产物包括谷氨酸以及矿质元素等合成叶绿素所需的一切物质[11]。所以，叶片越成熟，合成的叶绿素也越多。随着季节推移，叶绿素含量呈上升趋势，入秋后，叶片逐渐停止生长并开始衰老，叶片细胞逐步表现出一系列的老化特征：质膜变性，新陈代谢受影响，线粒体减少，DNA变性失活等[12]，这些都减少了叶绿素的合成。

2.2.2 类胡萝卜素含量的季节变化类胡萝卜素是一类普遍存在于高等植物中的天然化合物，不溶于水而溶于有机溶剂。在叶绿体中类胡萝卜素含有2种色素，即胡萝卜素和叶黄素，前者呈橙黄色，后者为黄色，主要功能为吸收和传递光能，保护叶绿素，是光合作用中不可缺少的光合色素[13]。

从图3可以看出，5—9月美国红栌叶片的类胡萝卜素含量变化趋势呈单峰曲线，5—7月上升，7月达到顶峰随后下降。类胡萝卜素作为存在于叶绿体中一种比较稳定的辅助色素，它的合成也受到叶片发育阶段的影响，其含量变化趋势与叶绿素相同，这是由于随着季节更替，叶片从生长发育到成熟衰老这一过程所导致。

2.3 美国红栌叶片中可溶性糖的季节变化

可溶性糖主要指可溶于水和乙醇的单糖和寡聚糖，它们是参与植物新陈代谢的重要底物。植物在不同发育时期，其代谢活动也发生不同变化，碳水化合物的代谢也是如此，其含量也会随之发生改变。

从图4可以看出，5—9月，红栌叶片的可溶性糖含量变化趋势为单峰曲线。可溶性糖含量大幅度的上升阶段出现在5—7月，7月后逐渐下降。从图2、4还可以看出，叶绿素含量与可溶性糖含量的变化趋势相同，叶绿素增加的同时可溶性糖也在增加，因为叶绿素含量增加，光合作用增强，碳水化合物产量也随之提高。

2.4 美国红栌叶片中色素分布和各组织厚度的变化

植物中的花色素苷主要存在于液泡中，显花植物的花色素苷可以吸引昆虫，帮助传粉受精，间接地促成植物种子的形成[14]。

植物叶片的组织结构是反映其逆境耐受力的因素之一[15]，由叶片的显微观察（图5）可知，红栌叶片中的花色素苷主要分布在叶片的上表皮细胞中，在光学显微镜下呈现明显的红紫色，而在栅栏与海绵组织细胞中基本没有分布。通过微观测量可知，栅栏组织厚度约占叶片厚度的39.7%，海绵组织厚度约占叶片厚度的37.8%；叶片上下表皮厚度约占叶片厚度的22.5%。

3 结论与讨论

本研究通过对自然条件下红栌叶片中叶绿素、类胡萝卜素及花色素苷的测定分析可以看出，叶片在春、夏、秋3个季节中呈现不同叶色，直接原因是叶绿素、胡萝卜素、花色素苷含量发生变化，各色素之间的比例随之发生改变，从而导致了红栌在不同季节呈现出不同的叶色。美国红栌叶片解剖观察表明，其栅栏组织发达，有较强的光合能力。

在实际的栽培和应用中，园林工作者常会不加区别地施用各种肥料，氮肥会促进植物叶片的生长，但施用氮肥过量会导致叶片中叶绿素含量增高[16]，从而抑制彩叶植物独特的叶色表达，所以追肥时要控制氮磷钾肥料的比例。此外，彩叶植物叶色能够正常表达的前提之一是充足的光照，因此，在美国红栌的栽培修剪中要开光路，即保证树冠下部的叶片能够得到光照，通过修剪下垂枝、徒长枝、重叠枝等措施保证红栌整体叶色的均匀表达。

［1］吴晓星，李成，王翠香，等.美国红栌的栽植技术[J].山东林业科技，2005（ 2）：51.

［2］宋立洲.香山公园黄栌养护和管理浅议 [M]//2008北京奥运园林绿化的理论与实践.北京：中国林业出版社，2009：410-415.

［3］姚砚武，周连第，李淑英，等.美国红栌光合作用季节性变化的研究[J].北京农业科学，2000（ 5）：32-34.

［4］张超.不同光质对美国红栌光合特性的影响[J].山西农业科学，2012，40（ 4）：348-352.

［5］张超.不同光强对美国红栌叶片结构的影响[J].山西农业科学，2013，41（ 1）：40-42.

［6］乔富廉.植物生理学实验分析测定技术[M].北京：中国农业科技出版社，2002.

［7］张志良，瞿伟菁.植物生理学实验指导[M].北京：高等教育出版社，2004.

［8］孙明霞，王宝增，范海，等.叶片中的花色素苷及其对植物适应环境的意义[J].植物生理学通讯，2003，39（ 6）：688-694.

［9］于晓南，张启翔.观赏植物的花色素苷与花色[J].林业科学，2002（ 3）：147-153.

［10］尚莉，武继承，管秀娟，等.河南主栽小麦品种叶绿素含量的变化特征[J].河南农业科学，2009（ 2）：25-27.

［11］潘瑞炽，董愚得.植物生理学[M].北京：高等教育出版社，1995.

［12］鲁润龙，顾月华.植物细胞学[M].北京：中国科学技术大学出版社，1992.