柳树杂种无性系苗期生长与枝条观赏特性研究

崔胜佳　王旭敏　郭欢欢　刘兴菊　梁海永

摘要：  为了研究白柳×旱柳的杂交后代在枝条和叶片上的观赏性特点以及其呈色原理，本研究以枝条颜色差异明显的白柳和旱柳的杂交后代作为研究对象，分为R组（红枝）（R1、R2、R3）和Y组（黄枝）（Y1、Y2、Y3），‘普通旱柳（HL，绿色）作为对照，对其枝条颜色、形态、花青素含量以及叶片形态、颜色、叶绿素含量等指标进行测定和分析。结果表明：R组的枝条花青素的含量高于Y组和HL，具有极显著差异。R组、Y组的叶片叶绿素含量均与HL存在显著差异，叶绿素与类胡萝卜素的比值在R组和HL之间存在显著差异，R组的比值更高，叶绿素占比高。Y组的比值偏小，类胡萝卜素所占的比例较高。这些因素综合作用使得R组叶片和枝条颜色的a值均较高，叶片颜色更绿，枝条颜色呈现红色；Y组叶片和枝条的颜色b值均高于对照组，叶片颜色呈现黄绿色，枝条颜色为黄色。R组和Y组叶片的宽长比均和HL存在着显著差异，叶片形态大致区分阔披针形、窄披针形和披针形。综合分析得出：杂交后代的表现型与普通品种之间存在显著的差别，存在更丰富的遗传多样性，具有高于普通旱柳更多的观赏特性。

关键词：  杂种柳树;  花青素;  观赏特性

中图分类号：   S 792. 12               文献标识码：   A                文章编号：１００1 － 9499（２０24）02 － 0001 － 06

柳树是人们对杨柳科（Salicaceae）柳属（Salix）植物的通称。柳树适应性较强，主要分布在北半球的温带地区，栽植范围广泛，高山、平原、沙丘等地区均有栽培。旱柳（Salix matsudana）主要产自中国，多分布在中国华北、东北、西北等地区。白柳（Salix alba）主要分布于我国的西藏、新疆、青海、甘肃等地，多数生长于河边，在海拔 3100 m处也可正常生长[ 1 ， 2 ]。旱柳枝条形态常为直立或斜展，叶片最宽部位在中间，基部多为圆形或宽楔形[ 19 ]。白柳树冠宽广，枝条、叶片颜色鲜亮且柔软，具有极高的观赏性[ 3 ， 4 ]。目前我国在观赏性柳树的选育方面已经有较为成熟的体系，但是还少有学者将红枝白柳和旱柳的杂交后代进行系统的选育和研究。通过红枝白柳和旱柳进行杂交，可以培育出适应性更强，观赏性更高，更易于本土化的柳树品种，对柳树杂交以及培育与改良方面的研究拓展有深远意义。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

试验所用材料均定植于河北农业大学西校区试验苗圃内，位于115°26′29″E，38°49′22″N，海拔22 m，选用6个白柳和旱柳的杂种无性系作为试验材料，以普通旱柳为对照。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 枝条形态的调查与测定

选取杂交无性系后代中长势均匀、优良、无折断、无病害的枝条为研究对象。观测柳树枝条的下垂弯曲程度并进行记录[ 5 ]，每组重复3次。

1. 2. 2 枝条色度参数的测定

选取杂交后代无性系苗，在明亮的自然光线下进行拍照记录，每组枝条重复3次。记录完成后，测定其a、b值并记录。a值代表颜色的红绿程度，显示“＋”表示在红绿分析中颜色偏向红色，显示“－”表示在红绿分析中颜色偏向绿色，所显示数值的绝对值越高表明枝条所表现出的红色程度或绿色程度更高。b值代表颜色的黄蓝度，显示“＋”表示颜色在黄蓝颜色分析中偏向黄色，显示“－”表示颜色在黄蓝颜色分析中偏向蓝色，所显示数值的绝对值越高表明枝条所表现的黄色程度或蓝色程度更高[ 6 ]。

1. 2. 3 枝条花青素含量的测定

剪取杂交无性系后代苗木上生长状况良好的枝条，称取枝条表皮0.5 g放入10 mL的离心管中。使用浓度为1%的盐酸甲醇溶液浸提48 h，期间摇匀2次，使用分光光度计分别在波长530 nm和657 nm下测定吸光光度值，每组重复3次。计算花青素含量并记录[ 7 ]。

花青素含量（mg/g）=

式中，ΔA=A530-A657；0.005为浸提液体积（L）；445.2为矢车菊素3-半乳糖苷分子的摩尔质量；30 200为矢车菊素3-半乳糖苷的摩尔比吸收系数；0.5为枝條表皮质量（g）。

1. 2. 4 叶片形态的调查与测定

剪取无性系苗枝条顶端的4～7片生长良好、无虫洞、无破损的成熟叶片，采用Lamina软件测定叶片的长度、宽度、宽长比和叶面积等形态指标[ 8 ， 9 ]，每组3次重复。

1. 2. 5 叶片色度参数的测定

操作与测定枝条颜色a、b值时相同，在吸取叶片颜色时要避开叶片上的主叶脉部分，得到叶片的a、b值并记录。每组重复3次。

1. 2. 6 叶片光合色素的调查与测定

叶绿素含量测定采用95%乙醇浸提法，选取健壮正常生长的叶片，避开主叶脉剪碎，称取0.05 g，每组进行3次重复，随后加入95%乙醇10 ml，浸提24 h，浸提时进行避光处理，期间摇匀2次，至叶片组织完全变白，取上清液，在分光光度计波长为665、649 nm以及470 nm下测定吸光度值（OD）。分别计算叶绿素a、b、类胡萝卜素以及叶绿素总浓度（ml/L），公式参照李合生法[ 10 ]。

CT=Ca+Cb

2 结果与分析

2. 1 柳树杂种无性系枝条形态

枝条形态情况见表1。

2. 2 柳树杂种无性系枝条颜色及色素组成分析

颜色是评判枝条观赏性特征的重要依据。一般情况下认为，彩色植物要比普通的植物具有更高的观赏性价值[ 11 ]。

2. 2. 1 枝条色度参数的测定与分析

由表2所示：R1、R2、R3的a值较高，在红绿分析中呈红色，而HL的a值呈现负值，枝条的颜色更加接近浅绿色。通过对各组枝条颜色的b值进行分析可以得出，Y1、Y2、Y3枝条颜色的b值明显高于HL和R1、R2、R3，说明在黄蓝颜色分析中呈现出明显的黄色或金色。综合数据可以发现：Y组枝条颜色为明亮的黄色或金黄色，R组的枝条为鲜艳的红色，HL枝条为浅绿色。在a值和b值上R组、Y组和HL之间均存在极显著差异（P<0.01）。

2. 2. 2 枝条花青素含量的测定与分析

枝条的颜色呈现主要是由于色素含量不同造成的[ 20 ]。通过对各无性系后代的枝条所含有的花青素含量进行测定和分析，可以较准确的给出R组无性系其枝条呈红色的原因，为彩色枝条植物的培育提供理论依据。由图2可知，R组的花青素含量远高于HL和Y组， HL和Y组花青素含量极少，R组枝条花青素含量为HL组和Y组枝条花青素含量的10～17倍。同时结合各无性系枝条花青素含量的显著性分析，可以得出R组的枝条花青素含量与HL组、Y组均存在极显著差异（P<0.01），Y组和HL组之间无显著差异。结果表明花青素含量的差异是R组枝条颜色呈现红色的重要原因之一。

2. 3 柳树杂种无性系叶片形态分析

为了得出杂种无性系的叶片形态是否与普通旱柳之间存在差异，是否在叶片上杂交后代会具有更高的观赏价值。本研究通过测定叶片的长、宽、表面积、周长、宽长比等形态指标来分析杂交后代与普通品种的旱柳叶片的具体形态，从而得出两者之间的遗传特性以及表现型的区别。

通过表3可以分析得出：Y3和R3的叶面积比偏大，叶长更长、叶宽也处于较高水平，整体的宽长比处于平均水平。HL组叶片长最短，但是叶宽却在较高的水平，仅次于Y3和R3，即表现出HL组的叶片宽长比的比值较大。R2与HL在叶片较短的基础上，叶宽较大，宽长比的比值较大。白柳×旱柳杂交无性系后代的叶片形态指标中，R组和Y组的叶周长、叶长、叶宽、叶面积、宽长比等指标与HL均存在极显著差异（P<0.01）。

叶片的面积即代表叶片的大小，叶片的宽长比代表了叶片的具体形态。由表4所示：Y1、R1的叶片长处于中间水平，宽长比的比值较小，叶片整体细长，属于披针形。HL、R2的叶片叶面积处于均值，宽长比的比值大，叶片整体短而宽，上窄下宽的表现较为明显，属于阔披针形。R3、Y2、Y3的叶片叶面积大小不一，虽然叶片的宽长比处于一个较为平均的水平，但是结合叶片实际形态观察发现，叶片中部和尾部的宽度相差不大，为卵状披针形，实际叶片形态如图3所示。

2. 4 柳树杂种无性系叶片的颜色及色素组成

2. 4. 1 叶片色度参数的分析

叶片的观赏特征主要分为形态和颜色，测定叶片颜色时使用Photoshop软件测定。由表5分析得出，各无性系后代的叶片颜色a值均小于0，且绝对值相差较小，在红绿分析中R组、Y组、HL组均呈现绿色，其中Y3的叶片颜色a值相比较于其他组偏小，与其他组叶片颜色a值存在显著差异（P<0.05），与HL存在极显著差异（P<0.01）。在叶片颜色的b值测定中仅出现Y3的叶片颜色b值较高，在黄蓝颜色分析中呈现出黄色。R组的叶片颜色b值较小，叶片所表现的黄色不明显。Y3的叶片颜色b值与HL均存在极显著差异（P<0.01），Y组的Y1、Y2叶片颜色b值与HL没有显著差异。

2. 4. 2 叶片内光合色素含量的分析

叶片的颜色呈现与叶片内所含的各种色素有关[ 21 ]。在探究叶片颜色的呈现和叶片内光合色素的种类与含量的关系试验中，以普通旱柳（HL）作为对照。由图4可知，R组的叶片叶绿素a和叶绿素b含量均高于对照组HL的叶片叶绿素a和叶绿素b含量。Y组的Y1叶片叶绿素a和叶绿素b的含量与略微高于对照组HL的叶片叶绿素a和叶绿素b的含量相差不大，Y2、Y3的叶片叶绿素a和叶绿素b的含量均低于HL，且Y3叶绿素a、b含量与HL组差距较大，小于HL组约1倍。R组R1、R2的叶片类胡萝卜素含量均低于对照组HL，R3略微高于对照组HL的叶片类胡萝卜素含量，但相差不大。Y组的Y1、Y2叶片类胡萝卜素的含量均高于HL组，Y3的叶片类胡萝卜素含量低于HL但差距不大。从整体的叶绿素含量来看，R组的叶片叶绿素含量较高，而Y组叶片YI、Y2叶片叶绿素含量与对照组HL基本持平，但也低于R组，Y3叶片的叶绿素含量较少，要远低于对照组HL和R组，小于HL组叶片叶绿素含量约2.5倍，小于R组叶片叶绿素含量约2.5～3倍。

叶片不同的颜色呈现不仅与其光合色素的含量有关，同时不同色素之间的比例也是影响叶片呈色的重要因素。由图5对比可以发现，R组的叶片所含叶绿素与类胡萝卜素的比值较高，高于HL组约0.2～0.5倍。Y组的叶片所含叶绿素与类胡萝卜素比值较低，低于HL组约0.1～0.3倍。R1和R2的色素比值与其他组存在極显著差异（P<0.01），虽然R3的叶绿素与类胡萝卜素的比值也高于HL组，但并无显著差异。同时Y组中Y3的叶片叶绿素与类胡萝卜素的比值最低，与HL组存在显著差异（P<0.05），而Y1、Y2与HL组之间的叶绿素与类胡萝卜素的比值并无显著差异。

3 讨论与结论

植物的观赏性是重要基础。本研究以旱柳作为对照，通过对枝条、叶片两方面进行分析，综合探究柳树的观赏价值[ 12 ]。通过对杂交子代的叶片形态及枝条的颜色、形态等观赏性指标与普通旱柳的指标进行对比，通过对不同的无性系后代的观赏性进行评估，选出差异性较大，观赏性更高的柳树杂交品种[ 13 ]。

枝条颜色是植物体内所含叶绿素含量和花青素含量的直接体现，植物体的颜色主要受其组织内的化学物质组成，受叶绿素、类胡萝卜素以及花青素等的共同影响[ 22 ]。综合各组花青素含量和枝条颜色的Lab值的结果可以证明，R组枝条呈红色的原因是因为花青素的含量较高。冉浩[ 14 ]在分析香椿芽的呈色机理时也得出结论，花青素的含量变化是导致颜色变化的重要因素，与本试验所得出的枝条呈色机理相符合。李力[ 15 ]通过对美国红枫叶片转色期的色素含量的分析，阐述了北美红枫叶色变红的机理，其结果表明花青素含量是影响叶片颜色的主要因素，与本试验得出的枝条的呈色机理相符合。所以花青素含量的不同与其枝条表观特征的体现相符。

树木的冠型呈现对于整体的观赏性影响是巨大的。同时枝条的形状与树木冠型的形成也具有密切的关系。由于试验用材料还没有形成完整的冠型，所以通过研究枝条的形态来代替。HL为直立型，在R组和Y组中各有直立型、微垂型和下垂型。通过费英杰[ 16 ]在柳树优良无性系在北京地区的观赏和用在价值评价的研究中所提出的对柳树枝型的评分标准进行评判发现，直立型、微垂型、下垂型的评分依次为1、2、3分，所以得出下垂型枝条的柳树观赏性最高的结论。

叶片的颜色和形态特征也是挑选园林绿化树种的重要指标[ 17 ]。综合宽长比与叶片面积来看，将叶片的形状大致可以分为披针形、卵状披针形、阔披针形3类。叶片的颜色对观赏性的影响也有重要作用，在得出各组叶片的颜色Lab值后，通过测定叶片叶绿素的含量以及类型来探究叶片的呈色机理。本研究证明了叶片的呈色机理与叶片内色素的含量和比例密切相关。

在张少伟[ 18 ]对8个柳树无性系的观赏价值与适应性的研究中，通过层次分析法建立了对柳树观赏性价值的层次结果模型，同时给出了各评定因子的权重值。科学地提出了对柳树观赏价值进行评判的评分标准。因子层所占权重依次为：树姿（此处以枝条形态代替）>枝条颜色>秋色叶有无>叶片形状>叶面积。将HL、R组和Y组的形态指标代入评分标准中得出的得分排序为：R1>R2>R3>  Y3>Y2>Y1>HL。

本研究通过观测和记录种间杂交无性系后代的相关性状得出，杂种后代的遗传丰富性更高，具有更多的高观赏性的性状特征。在枝条颜色、枝条形态等方面与杂交亲本具有较强的遗传性，表现出比亲本更高的观赏性价值。而在叶片颜色以及叶片形态方面差异性不大，在观赏性的评判上一般认为，红色枝条的观赏性要高于黄色枝条和绿色枝条。枝条的形态下垂程度高的观赏性价值更高。据此可以为选育柳树杂交新品种、研究柳树观赏性状以及评定评级等提供参考价值。

参考文献

［1］ 崔华蕾，  米昊雨，  马小欣，  等.  白柳和旱柳种间杂交后代性状分析［J］.  绿色科技， 2022， 24（23）： 113 - 119.

［2］ 何旭东，  隋德宗，  王红玲，  等.  中国柳树遗传育种研究进展［J］.  南京林业大学学报（自然科学版）， 2022， 46（6）： 51 - 63.

［3］ 张博.  旱柳育苗造林技术研究［J］.  特种经济动植物， 2023， 26（1）： 145 - 147.

［4］ 王晓，  冉馨，  高小宽，  等.  碱胁迫对白柳根系生长及光合特征参数的影响［J］.  甘肃农业大学学报， 2021， 56（6）： 119 - 126.

［5］ 郭群，  闻朝鲜.  8个柳树无性系冠形、  主干分枝结构及生长比较研究［J］.  南方林业科学， 2016， 44（2）： 48 - 51.

［6］ 刘晶芳，  王志彬，  梁海永.  绚丽海棠实生后代叶色及形态研究［J］.  河北林业科技， 2018（1）： 1 - 6.

［7］ 母梓均.  ‘紫枝玫瑰枝條成色的理化分析［D］.  泰安：  山东农业大学， 2021.

［8］ 许易梅，  刘红昌，  徐松，  等.  白木通4份种质叶片形态差异及叶面积反演模型研究［J］.  西部林业科学， 2022， 51（4）： 116 - 124.

［9］ 庞丁玮，  王军，原阳晨，  等.  “冀洪1号”黑枣与普通黑枣叶形性状差异研究［J］.  林业与生态科学， 2021， 36（2）： 132 - 137.

［10］ 盛璐，  黄媛媛，  张茜茹，  等.  不同提取液对铁线莲“亲爱的”叶绿素含量测定的影响［J］.  赤峰学院学报（自然科学版）， 2020， 36（8）： 13 - 16.

［11］ 李静.  彩色植物景观分析——以北京植物园为例［C］.  2020年中国植物园学术年会论文集， 2020 - 10 - 11.

［12］ 刘丽.  基于叶、  枝特性的柳树观赏性评判及倍性鉴定研究［D］.北京：  中国林业科学研究院， 2016.

［13］ 扈惠灵，  刘遵春，  苗卫东，  等.  柿树种质资源叶片形态多样性研究及聚类分析［J］.  河南农业科学， 2012， 41（6）： 137 - 139.

［14］ 冉浩.  香椿嫩芽花青素成分分析及其呈色機理研究［D］.  天津：  天津科技大学， 2021.

［15］ 李力.  北美红枫呈色生理机制及叶色调控［D］.  重庆：  西南大学， 2016.

［16］ 费英杰.  柳树优良无性系在北京地区的观赏和用材价值评价［D］.  北京：  中国林业科学研究院， 2014.

［17］ 郭占魁.  南方红豆杉观赏特性及在园林中的应用［J］.  山西林业， 2020（6）： 38 - 39.

［18］ 张少伟，  翟飞飞，  费英杰，  等.  8个柳树无性系的观赏价值与适应性研究［J］.  西南林业大学学报（自然科学）， 2017， 37（4）：41 - 46.

［19］ Chen Z， Gao H， Wu H， et al. Comparative Transcriptome Analysis Reveals the Molecular Mechanism of Salt Combined with Flooding Tolerance in Hybrid Willow （ Salix matsudana × alba ）［J］. Forests， 2023， 14（9）： 1858.

［20］ Mengjiao C， Hui L， Wan Z， et al. Transcriptomic Analysis of the Differences in Leaf Color Formation during Stage Transitions in Populus×euramericana‘Zhonghuahongye［J］. Agronomy， 2022， 12（10）： 2396 - 2396.

［21］ Sujing S， Qiang Z， Yongfan Y， et al. Leaf Coloration in Acer palmatum Is Associated with a Positive Regulator ApMYB1 with Potential for Breeding Color～Leafed Plants［J］. Plants， 2022， 11（6）：759 - 759.

［22］ Xuzixin Zhou， Yanbin Xue， Meiqin Mao， et al. Metabolome and transcriptome profiling reveals anthocyanin contents and anthocyanin～related genes of chimeric leaves in Ananas comosus var. bracteatus［J］. BMC Genomics， 2021， 22（1）： 331 - 331.