不同海棠品种不同叶位叶片3种色素含量的研究

（1. 南京林业大学林学院，江苏 南京 210037；2. 扬州小苹果园艺有限公司，江苏 扬州 225200）

龚洪泳1，赵明明1,2，范俊俊1,2，张往祥1,2*，卫紫星1，张 洋1

不同海棠品种不同叶位叶片3种色素含量的研究

（1. 南京林业大学林学院，江苏 南京 210037；2. 扬州小苹果园艺有限公司，江苏 扬州 225200）

龚洪泳1，赵明明1,2，范俊俊1,2，张往祥1,2*，卫紫星1，张 洋1

以34个海棠（Malus spp.）品种为试材，从中选取叶片色彩跨度较大的5个品种（冬红M. ‘W inter Red’、阿迪荣M. ‘Addirondack’、亚当M. ‘Adams’、鲁道夫M. ‘Rudolph’和完美紫M. ‘Perfect Purple’），用光谱法与溶液法对叶绿素、类胡萝卜素、花青素3种叶片色素相对含量及绝对含量进行测定、耦合，通过耦合函数计算其余29个海棠品种叶片色素的绝对含量。结果表明，3种色素绝对含量与相对含量拟合的相关系数分别为R2= 0.987 5（叶绿素）、R2= 0.999 4（类胡萝卜素）、R2= 0.990 5（花青素），方程拟合度较好；在海棠的不同叶位中，各品种上位叶的叶绿素含量比中、下位叶低，上中位叶类胡萝卜素和花青素比下位叶高。

海棠叶片；叶位；色素含量；耦合函数

海棠花（Malus spectabilis）是蔷薇科苹果属（Malus）的乔木[1]，品种丰富，树姿优美，花开似锦，入秋后金果满树，芳香袭人，自古以来是我国著名观赏树种[2]。海棠叶色多样（红色、紫色、绿色等），具有极高的观叶价值，在公园绿化以及建筑装饰中已获得广泛关注[3]。叶色是各种色素综合作用所表现出来的结果，不同色素种类及其含量的时空组合最终决定叶色[4]。对于不同海棠品种色素含量的研究已有报道，如张往祥等[5]对于观赏海棠品种群开花进程中色素组分动态特征的研究，韩振云等[6]在探讨UFGT基因在观赏海棠叶片呈色过程中的作用时研究了其花色素苷的含量，李玲[7]对王族海棠（Malus‘Royalty’）叶片内色素进行了定性分析，孙方行等[8]研究了盐胁迫下两种海棠光合能力及色素含量的变化。但是，这些研究多重点围绕海棠花朵色素含量进行，或者是少部分海棠叶片色素含量的研究，没有形成针对海棠品种群叶片色素含量的研究体系。此外，传统的植物色素含量的测定多用比色法[9～13]或液相色谱法[14～15]，但是，这两种方法均需破坏性取样，且测定时间长、成本高，无法对叶片生长过程中的色素含量进行动态观测。目前，随着高光谱遥感技术的发展，越来越多的研究人员开始利用光谱分析系统进行色素含量监测[16～17]，且已有学者发现通过比色法测定的色素绝对含量与光谱分析系统测定的相对含量具有一定的相关性[18]。

本研究将比色法测得的海棠叶片色素绝对含量与光谱法测得的相对含量进行耦合，并计算其他海棠色素含量，进而分析观赏海棠上、中、下位叶片色素含量的差异，为海棠叶片色素定性评价体系提供支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于江苏省扬州市江都区仙女镇，119°55′ E，32°42′ N，亚热带季风气候，年平均气温14.9℃，年平均降水量1 000 mm，无霜期较长。试验地土壤肥沃，地势平坦，灌排条件良好。

1.2 试验材料

试验材料有34个海棠品种，均为1年生嫁接苗，多引自欧美地区，在长三角地区生长适应，叶色丰富，表现良好（见表1）。

表1 试验品种Table 1 Name of cultivars

1.3 试验方法

1.3.1 溶液法测定叶片色素绝对含量

（1）样品采集 从供试样品选取叶片色彩差异较大的5个品种（冬红、阿迪荣、亚当、鲁道夫、完美紫），利用比色法进行色素含量的测定。每个品种随机采集10片叶，立即放入冰盒中，带回实验室，测定其色素含量。

（2）测定方法 叶绿素与类胡萝卜素含量的测定参考李合生的方法[19]。计算方法为：叶绿素a，Ca=13.95A665-6.88A649；叶绿素b，Cb=24.96A649-7.32A665，两者相加为叶绿素总浓度；类胡萝卜素为 1 000A470-2.05Ca-114.8Cb/245。求得色素浓度后，再按下式计算叶片中单位鲜重各色素含量。叶绿体色素含量（mg/g）为色素浓度、提取液体积、稀释倍数乘积与样品鲜质量的比值。

叶片中花青素的含量使用盐酸乙醇法测定[20]。依据公式λ=来计算花青素光密度值，再依据下式计算花青素含量（Y，nmol/g）：

Y =λ/ε×V/M×100 000 0

式中，λ表示花青素在530nm波长下的光密度；ε表示花青素摩尔消光系数，为4.62×106；V表示提取液总体积（m L）；M表示取样质量（g）；100 000 0表示计算结果换算成nmol的倍数。

1.3.2 光谱法测定叶片色素相对含量

（1）样品采集 所取试材为试验苗木地向阳处同一方位，取植株上位叶（顶端叶片）、中位叶（二级枝条顶端第2、第3片叶片）、下位叶（二级枝条第5、第6片叶）各5片，保持所采集叶片健康无虫害、长势相同、颜色均匀一致。于6：00-8：00采集试验材料，即刻分别放入样品保鲜袋，封口后置于装有冰块的保鲜箱中带回室内，6 h内完成测量[21]。

（2）测定方法 利用叶片中各种色素对光谱反射特性不同，测定样品对不同光谱的反射特性便能测出其中多种不同色素的含量，如叶绿素、类胡萝卜素以及花青素循环库的大小等指标[22]。所用仪器为Unispec光谱仪（英国PPSystems公司），通过测定叶片的反射光谱值，计算出叶片中色素的相对含量。计算公式叶绿素为（R750-R445）/（R705-R445），类胡萝卜素为R800（1/R520-1/R700），花青素为R800（1/R550-1/R700）[23]。

1.3.3 拟合耦合函数及数据处理 构建拟合耦合函数[24]，将色彩跨度较大的5个海棠品种色素的绝对含量和相对含量进行拟合，得到耦合函数，并应用于其他海棠品种叶片色素绝对含量的换算，得出运用光谱分析仪测定植物叶片色素含量的新方法[23]。

利用Excel软件绘制叶绿素、类胡萝卜素、花青素柱状图，利用Matlab 7.0软件绘制其三维图。

2 结果与分析

2.1 5个海棠品种叶绿素等3种色素的相对含量和绝对含量

表2为叶片色彩梯度较大的5个海棠品种的色素含量。对于叶片色素绝对含量而言，在这5个海棠品种中，叶绿素、类胡萝卜素、花青素最高的均为鲁道夫；叶绿素最低为亚当；类胡萝卜素和花青素最低为冬红。对于叶片色素相对含量而言，在这5个海棠品种中，叶绿素最高的为完美紫，类胡萝卜素和花青素最高的均为鲁道夫；叶片中叶绿素最低的为鲁道夫，类胡萝卜素和花青素最低的均为冬红。

表2 叶绿素、类胡萝卜素、花青素的绝对含量和相对含量Table 2 Absolute and relation content of chlorophyll， carotenoid and anthocyanidin in leaves of 5 cultivars

2.2 色素绝对含量与相对含量的函数耦合

观赏海棠叶片各色素含量的耦合函数中，叶绿素为y = 1.64 x2-7.53 x+10.67（R2= 0.987 5），类胡萝卜素为y = 0.28 x+0.24（R2= 0.999 4），花青素为y = 0.002 5 x+0.001 5（R2= 0.9905）。3种色素拟合效果较好（图1），可适用于29种海棠叶片色素绝对含量的计算。

图1 3种色素绝对含量与相对含量的耦合函数Figure 1 Coupling function for absolute and relative content of 3 pigments

2.3 海棠叶片色素含量分析

基于29个海棠品种叶片的3种色素建立三维图，见图2。

从上位叶到下位叶，叶绿素维度方向出现位点总体右移趋势（叶绿素含量增加），高叶绿素含量的品种比例增加。上位叶叶绿素含量在 2.04～7.37，罗宾逊的叶绿素含量最低，紫宝石的叶绿素含量最高；中位叶叶绿素含量在2.04～8.62，亚瑟王的叶绿素含量最低，紫宝石的叶绿素含量最高；下位叶中叶绿素含量在2.03～6.15，阿美的叶绿素含量最低，紫宝石的叶绿素含量最高。

在类胡萝卜素维度方向随着叶位的下移，出现位点总体右移趋势（类胡萝卜素含量下降），高类胡萝卜素含量的品种比例减少。上位叶类胡萝卜素含量在 0.25～2.33，亚瑟王类胡萝卜素含量最低，皇家类胡萝卜素含量最高；中位叶类胡萝卜素含量范围在0.31～1.11，紫宝石类胡萝卜素含量最低，时光秀类胡萝卜素含量最高；下位叶类胡萝卜素含量范围在0.28～1.02，紫宝石类胡萝卜素含量最低，皇家类胡萝卜素含量最高。

从上位叶到下位叶，在花青素维度方向出现位点总体下移趋势（花青素含量下降），花青素含量的叶片比例减少，上位叶花青素含量范围在0.01～0.017，绚丽花青素含量最低，时光秀花青素含量最高；中位叶花青素含量范围在0.001～0.007，冬金花青素含量最低，皇家花青素含量最高；下位叶花青素含量范围在0.001～0.004之间，黄玉花青素含量最低，天鹅绒住花青素含量最高。

图2 不同叶位海棠叶片色素含量Figure 2 Pigment content in leaves of different position

3 结论与讨论

3.1 植物叶片色素含量的无损伤测定

传统的色素提取过程和测定过程都比较费时耗力，并且操作步骤繁琐，测定过程还需要破坏大量的植物材料。在可见光波段内，利用植被高光谱信息估测色素含量具有可行性[24～25]，因此，色素测定的新方法是选择 5个色彩跨度较大的品种作为梯度标准，利用光谱仪测定其色素相对含量，比色法测定其绝对含量，构建色素相对含量和绝对含量的耦合关系，得出两者的换算公式[26]。该方程只能应用于蔷薇科苹果属不同海棠品种叶片的色素含量测定[27]。这种新方法优于传统方法，操作简单，降低了对材料的浪费，避免了对植株造成机械损伤，可以用于不同海棠叶片色素含量测定[26]。

3.2 观赏海棠不同叶位色素含量差异分析

植物不同叶位间色素含量是有差异的，王美玲等[28]研究显示两个紫甘蓝品种叶绿素含量在上位叶中最低，中位叶和下位叶差异不明显；花青素含量在上位叶中含量最高，中位叶中含量最低。

本研究通过溶液法及光谱法测得数据进行耦合后，计算得出29个观赏海棠品种的色素含量，结果显示，观赏海棠叶片的叶绿素、类胡萝卜素及花青素含量在不同叶位上是有差别的。上位叶的叶绿素含量比中、下位叶低，这是由于上位叶多为嫩叶，中位叶和下位叶多为老叶，随着叶片的逐渐成熟，叶绿素含量也逐渐增加，这与郝峰鸽[29]的研究结果一致。此外，上位叶及中位叶比下位叶的光照时间长，光照强度大，且不同光照强度下叶片的净光合速率、蒸腾速率不同[30]，所以海棠叶片上、中位叶类胡萝卜素含量和花青素含量比下位叶高。

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Determ ination of Pigment Content in Different Cultivars of Malus spp. Leaves at Different Position

GONG Hong-yong1，ZHAO M ing-ming1,2，FAN Jun-jun1,2，ZHANG Wang-xiang1,2*，WEI Zi-xing1，ZHANG Yang1
（1. Forestry College of Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China; 2. Yangzhou Small Apple Horticulture Co.，Ltd. Yangzhou 225200，China）

Five cultivars of Malus spp. （namely ‘W inter Red’， ‘Addirondack’， ‘Adams’， ‘Rudolph’ and ‘Perfect Purple’） with different color in leaf were selected from a total of 34 cultivars for measuring their pigment content at upper， middle and lower leaf position by spectral reflectance and solution method. Absolute and relative contents of chlorophyll， carotenoids and anthocyanins of determined cultivars were coupled function to calculate absolute pigment content in leaves of the left 29 cultivars. The result demonstrated that correlation coefficient R2was 0.9875 for chlorophyll， 0.9994 for carotenoids and 0.9905 for anthocyanins. Chlorophyll content in leaves at upper position was lower than that at m iddle and lower position， but carotenoids and anthocyanins content was the opposite.

leaf of Malus spp.; leaf position; pigment content; coupling function

S718.43；S661.4中文标识码：A

1001-3776（2016）02-0044-05

2015-11-18；

：2016-01-13

江苏省大学生实践创新训练计划项目："彩叶观赏海棠新品种选育"201410298067Y

龚洪泳（1993- ），女，本科生，从事观赏植物栽培研究；*通讯作者。