祁连圆柏叶片内含物季节性变化和对环境的适应性研究

2022-07-02王菊萍

防护林科技 2022年4期

王菊萍

摘要为了解不同季节祁连圆柏叶片内含物差异，测定了同一植株不同季节叶片中不同色素含量、酶活性和可溶性有机物的含量。结果表明：叶片内含物叶绿素、总酚含量由春季到冬季先升高后降低，类胡萝卜素、花色苷、类黄酮含量、PAL酶、POD酶活性、可溶性糖、可溶性蛋白质含量由春季到冬季先降低后升高。这些内含物的季节性变化使祁连圆柏叶片呈现出不同的绿色，提高了叶片适应低温的能力。

关键词祁连圆柏;内含物;季节;叶片

中图分类号：S791.44文献标识码：Adoi：10.13601/j.issn.1005-5215.2022.04.010

Seasonal Variation of Leaf Components and Adaptability to Environment of Sabina przewalskii

Wang Juping

（Gucheng Nature Conservation Station of Gansu Qilianshan National Nature Reserve Management and Protection Center，Zhangye 733211，Gansu）

AbstractIn order to clarify the leaves inclusion contents difference of Sabina przewalskii in different seasons，the pigment contents，enzyme activity and soluble organic matter contents of leaves of the same plant were measured in different seasons. The result showed that the chlorophyll，total phenol contents were increased then decreased from spring to winter;the carotenoid，anthocyanin and flavonoid contents，PAL and POD activities，soluble sugar and protein contents were decreased first then increased from spring to winter. The seasonal change of inclusion contents makes S. przewalskii leaves showing the different green colors，and increases the adaptability of leaves to low temperature.

Key words Sabina przewalskii Kom;inclusion content;change;season;leaf

隨着我国生态建设力度的加大和园林城市建设的高质量发展，四季常绿树种越来越多地被应用于各类绿化工程中，并在树种配置上占据着重要的地位。常绿树种叶片的色泽和适应能力随着光照、温度和水分的变化呈季节性变化。叶色变化主要由叶绿素、类胡萝卜素等色素含量和比例的变化引起;抗寒等适应能力与叶片内可溶性糖、可溶性蛋白质含量及相关酶类的活性相关[1，2]。常绿树种叶片内含物的季节性动态变化是为了适应不同季节生长环境的变化，是植物适应环境能力的物质基础。

祁连圆柏（Sabina przewalskii ）为圆柏属小乔木，是我国特有种，主要分布在青藏高原东北部和黄土高原西部边缘地带，在祁连山地区主要分布于2 600～3 400 m阳坡地带，是祁连山天然林继青海云杉（Picea crassifolia）之后的第二大建群树种。由于其树形美观、四季常绿，耐寒、耐旱、耐瘠薄，被广泛应用到各类国土绿化工程中。目前，对祁连圆柏的研究主要集中在地理分布、引种繁殖、病虫害防治等方面[3-5]，对其叶色、抗寒能力的季节性变化和适应性研究尚未见报道。为了了解不同季节祁连圆柏叶片内含物差异，本试验以同一株上同一部位不同季节的叶片为试材，对比研究了不同季节叶片内含物色素、酶活性和可溶性有机物含量的变化。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

样品采于甘肃省天祝藏族自治县华藏寺镇城区，该区位于甘肃省中部，祁连山东段北麓，海拔2 450 m，大陆性高原季风气候，年均气温1.8 ℃，无霜期90～120 d，年降雨量400～500 mm，60%降雨分布在6—9月，雨热同季。夏季气温冷凉，短暂，冬季寒冷漫长，是典型的高原高寒冷凉区。近年来，天祝藏族自治县针对低海拔地区常见绿化树种无法安全越冬等问题，就近引进乡土树种祁连圆柏作为城区主栽树种，通过孤植、片植等栽植方式和整形修剪措施，建成了以祁连圆柏球、祁连圆柏绿篱和祁连圆柏立体造型为景观的公园多处，极大美化了城区环境，提高了绿化质量。

1.2 试验材料

2021年，在天祝藏族自治县华藏寺镇城区团结路绿化带随机选取10年生祁连圆柏自然生长植株，挂牌标记，春季（2月中旬）、夏季（5月中旬）、秋季（8月中旬）和冬季（11月中旬）分别采集同一植株同一着生部位叶龄相同的叶片。叶片采集后用冰盒带回试验室，用蒸馏水冲洗叶片外表，用滤纸吸干水珠后，用液氮速冻，置于-80 ℃冰箱保存待测，3次重复。

1.3 测定方法

叶绿素和类胡萝卜素含量参照仝月澳等[6]的方法测定，花色苷、类黄酮、总酚含量参照Pirie等[7]的方法测定，苯丙氨酸解氨酶（PAL）和过氧化物酶（POD）活性参照高俊凤[8]的方法测定，可溶性糖和可溶性蛋白质含量参照朱广廉等[9]的方法测定。试验数据采用Excel2003、DPS6.01软件进行统计分析。073338A2-ABD6-4819-8ACD-7AE2FED2902A

2 结果与分析

2.1 不同季节叶片叶绿素和类胡萝卜素含量变化

图1不同季节叶片叶绿素含量叶绿素是植物呈现绿色的主要色素类物质，类胡萝卜素是植物呈现黄色、橙红色或红色的主要色素类物质。由图1可知，祁连圆柏叶片叶绿素含量由春季到冬季先升高后降低，秋季叶绿素含量最高，为9.62 mg·g^-1，较春季最低值3.17 mg·g^-1提高了200.32%。由图2可知，叶片类胡萝卜素含量由春季到冬季先降低后升高，秋季类胡萝卜素含量最低，为0.14 mg·g^-1，较春季最高值0.25 mg·g^-1降低了44.00%。不同季节叶片叶绿素和类胡萝卜素含量差异均达到极显著水平（P<0.01）。

2.2 不同季节叶片花色苷、类黄酮和总酚含量变化

花色苷是一类水溶性植物色素，属于类黄酮的一个亚类，花色苷具有特性很强的C₆-C₃-C₆骨架和与其他天然黄酮类化合物相同的生物合成来源[10]。花色苷不同含量和比例构成了植物器官五彩缤纷的外观色彩[11]。

由图3、图4可知，祁连圆柏叶片花色苷和类黄酮含量由春季到冬季先降低后升高，秋季花色苷和类黄酮含量均最低，分别为6.48 U·g^-1和39.16 U·g^-1，花色苷较春季最高值15.02 U·g^-1降低了56.86%，类黄酮较冬季最高值45.62 U·g^-1降低了14.16%。由图5可知，总酚含量由春季到冬季先升高后降低，秋季总酚含量最高，为38.64 U·g^-1，较春季最低值36.75 U·g^-1降低了4.89%。不同季节叶片叶花色苷含量差异均达到极显著水平（P<0.01），类黄酮含量差异均达到显著水平（P<0.05），但叶片总酚含量差异未达到显著水平（P>0.05）。

2.3 不同季节叶片PAL和POD酶活性变化

苯丙氨酸解氨酶（PAL）催化花色苷合成前体物质L-苯丙氨酸解氨酸解氨生成反式肉桂酸，是催化花色苷生物合成反应的第一个酶[12]。过氧化物酶（POD）是以血红素为辅基的氧化酶，参与多种代谢活动，并能氧化成酚类[13]。由图6和图7可知，祁连圆柏叶片PAL酶活性和POD酶活性由春季到冬季先降低后升高，秋季PAL酶活性和POD酶活性均最低，分别为64.29和95.44 U·g^-1，较春季PAL酶活性最高值188.82 U·g^-1和POD酶活性最高值226.53 U·g^-1分别降低了65.95%和57.87%。不同季节叶片PAL活性和POD活性差异均达到极显著水平（P<0.01）。

2.4 不同季节叶片可溶性糖和可溶性蛋白质含量变化可溶性糖和可溶性蛋白质含量是植物体内重要的有机物质，是合成其他有机物质不可缺少的成分，也是重要的细胞渗透调节物质之一[14]。

由图8、图9可知，祁连圆柏叶片可溶性糖和可溶性蛋白质含量由春季到冬季先降低后升高，秋季可溶性糖含量和可溶性蛋白质含量均最低，分别为0.032%和83.85 mg·g^-1，较春季可溶性糖含量最高值0.045%和可溶性蛋白质含量最高值91.38 mg·g^-1分别降低了28.89%和8.24%。不同季节叶片可溶性糖含量差异达到极显著水平（P<0.01），不同季节叶片可溶性蛋白质含量春季、冬季和夏季、秋季之间均达到极显著水平（P<0.01），夏季和秋季之间均未达到显著水平（P>0.05）。

3 结论与讨论

本试验结果表明，祁连山东段北麓祁连圆柏叶片内含物叶绿素、总酚含量由春季到冬季先升高后降低，类胡萝卜素、花色苷和类黄酮含量，PAL酶和POD酶活性，可溶性糖和可溶性蛋白质含量由春季到冬季先降低后升高。祁连圆柏叶片叶色随着内含物色素含量的变化，春季呈紫绿逐渐转为翠绿，夏季转为深绿，冬季来临时逐渐转为黄绿。

在所有影响色素合成的外部因子中，光照是最重要的，它可以激活光敏色素，促进酶的合成或活化，通过光合作用提供反应产物，促进花色苷的合成[15]。温度是影响花色苷合成的又一重要因子，生产实践中发现，葡萄着色期温度高的年份，即使果实已经成熟，但因可溶性固形物含量很高，果实着色困难，严重影响果实的商品性[16]。水分通过不同形态、数量和持续时间的变化影响果实着色。苏淑钗研究发现，一般干旱地上生长的葡萄着色较好[17]。植物叶片呈现的颜色是不同色素含量和比例的综合反映。采样因海拔高、气温冷凉，冬季气温更低，光照变短，土壤结冰，水分供应受限等，在春季和冬季叶绿素含量降低，花色苷等其他色素含量提高，叶片呈现紫绿或黄绿;相反，在春季和夏季，气温较高，光照充足，叶片叶绿素含量提高，叶片呈现翠绿或深绿。

常绿树种冬季叶片不脱落，为了适应低温环境，防止低温冷害造成的生物膜透性改变和冻害造成的组织结冰，需增加细胞内溶质降低渗透势，细胞自身合成的可溶性糖和可溶性蛋白质是重要的渗透调节物质之一[18]。PAL酶在催化合成水溶性花色苷类色素中有重要作用，可能除影响花色苷的含量外，也影響细胞渗透调节物质的含量。POD酶参与多种物质的代谢活动，也可能从氧化反应层面影响调节物质的合成。对祁连圆柏叶片内色素、可溶性糖、可溶性蛋白质含量的季节性变化研究，为今后抗寒引种、提高植物抗寒能力和通过栽培管理调控植物叶色、提高景观效果等方面都有一定指导意义。

参考文献：

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