彩叶紫薇新品种红火球与仑山1号的叶色及生理变化特性

崔 舜， 邱国金*， 吴 茜， 戴 静， 徐 炅， 夏爱华

(1.江苏农林职业技术学院，江苏 句容 212400； 2.江苏绿苑园林建设有限公司， 江苏 句容 212400； 3.镇江润祥园林科技发展有限公司， 江苏 句容 212400)

紫薇(Lagerstroemiaindica)是千屈菜科(Lythraceae)紫薇属(Lagerstroemia)落叶小乔木，具有花繁色艳、花色多变、花期长等特点，是我国乃至世界著名的夏季观花树种[1]。我国园林中广泛应用的红火球紫薇(L.indicaDynamite)和仑山1号紫薇(L.indicaLunshan 1)新品种，其叶色一年四季的变化进一步增添了紫薇的观叶价值。红火球紫薇是由美国著名植物育种家Dr.Carl E Whitcomb经过20多年研究，成功培育出花色红艳的紫薇新品种，我国园林引种后具有生长健壮、适应性强等特点，其新叶深红色，老叶绿色，花量大，花色鲜红，花期长[2]。仑山1号紫薇是由江苏农林职业技术学院选育并通过国家林业局审定的新品种(品种权号：20180075)，该品种春季嫩叶红色，6月下旬后枝条1/2以下部分叶片转变为墨绿色，上部暗红色；枝条上部中等橄榄灰(RHS N199A)；花深粉色(RHS H80B)，萌芽力和成枝力强，适应性广，对高温、干旱、短时间积水抗性强，抗病虫害(白粉病、天牛)能力较强[3]。目前，国内外关于紫薇的研究主要集中在种质资源、育种、抗病性、花色、株型、药用价值等方面,对叶色变化的系统研究甚少[4-6]。鉴于此，通过观测红火球紫薇和仑山1号紫薇叶色变化，测定叶片含水量、总酚、类黄酮、花色素苷、色素、可溶性糖含量及苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性，分析2个紫薇新品种的叶色时序性变化过程中叶片的生理变化，以期为紫薇优良彩叶品种的选育及其园林栽培配置提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2018年4—10月进行，在江苏农林职业技术学院国家彩叶树种良种基地采穗圃中选择生长健壮、长势一致的5年生红火球和仑山1号紫薇，4-10月期间，每月30日上午8点，采集树冠南向正常的枝稍功能叶(从枝顶往下第4～8片叶)，用冰盒保存送回实验室，部分用于叶色观察和含水量测定；其余部分冷冻保存于-80℃的超低温冰箱中，备生理指标测定。

1.2 试验方法

将被测叶片洗净擦干，去掉叶脉和叶柄，剪碎后混合均匀作为样品备后续试验。每组试验测量3次。测定指标包括叶色、含水量、叶绿素及类胡萝卜素含量，花色素苷、类黄酮和总酚含量，可溶性糖含量和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性。

1) 叶色观察。将采集的叶片及时使用RHS Colour Chart进行比对，读取颜色并记录。

2) 含水量(RWC)。称取样品的鲜重(FW)，105℃烘箱内烘烤8 h后称干重(DW)。

RWC=(FW-DW)/FW×100%

3) 叶绿素及类胡萝卜素含量。精准称取0.2 g样品研磨，加10 mL 95%无水乙醇提取[7]，直至叶片组织发白，静置3～5 min后过滤，定容在25 mL的棕色容量瓶中，测定665 nm、649 nm和470 nm下的吸光度，95%乙醇作为对照组。计算叶绿素a(Ca)、叶绿素b(Cb)、叶绿素总含量(GT)及类胡萝卜素含量(Cx.c)。

Ca=13.95A665-6.8A649

Cb=24.96A649-7.32A665

CT=Ca+Cb=18.16 A649+6.63 A665

Cx.c=(1000A470-2.05Ca-114.8Cb)/248

式中，A665、A649、A470分别表示665 nm、649 nm和470 nm下的吸光度值。

4) 花色素苷、类黄酮和总酚含量。精准称取0.1 g样品烘干，加5 mL 0.1%盐酸乙醇混合液提取[8]，以提取液作对照，4℃下浸提24 h后,分别测定530 nm、320 nm、280 nm处的吸光度,计算花色素苷相对含量、类黄酮相对含量和总酚相对含量。相对含量则A=吸光度×0.01(色素单位)，以1 g鲜重在10 mL提取液0.1OD为1个色素单位。

花色素苷相对含量(mg/g)= OD530/g·FW

类黄酮相对含量(mg/g)=OD320/g·FW

总酚相对含量(mg/g)=OD280/g·FW

5) 可溶性糖含量。采用蒽酮比色法[9]，精准称取叶片0.1 g，加入10 mL蒸馏水，研磨成匀浆，倒入离心管，沸水浴10 min后冷却至室温，4 000 r/min，离心10 min，上清液蒸馏水稀释10倍，摇匀。按照说明书依次完成空白管、标准管及测定管的试剂添加，充分摇匀，沸水浴反应10 min，流水冷却，测定试管试剂在620 nm下的吸光值，计算可溶性糖含量。

可溶性糖含量(mg/g·FW)= 从标准曲线查得糖的量(μg)×提取液体积(mL)×稀释倍数/测定用样品液的体积(mL)×样品重量(g)×106×100%

6) 苯丙氨酸解氨酶( PAL)活性。采用分光光度计法。准确称取0.1 g叶片，加入0.9 mL提取液，冰水浴研磨成匀浆状态，倒入离心管中，10 000 r/min离心10 min，取上清液待测，依次在测定管和空白管中加入缓冲液、底物液，摇匀，30℃水浴30 min，检测290 nm处的吸光度。以测定管反应液 0.01 OD290/g.Fw.hr为1个酶活性单位(U)。

PAL活性(U/g FW·hr)=A290×Vt×

V/0.01×VS×FW×T

式中，Vt为酶液总体积(mL)，FW为样品鲜重(g)，VS为测定时取酶液的量(mL)，V为反应液总体积(mL)，T为反应时间(h)。

1.3 数据统计

利用SPSS 19.0对数据进行统计分析，用Origin 9.1.1对数据进行制图。

2 结果与分析

2.1 不同时期红火球与仑山1号紫薇的叶色变化

由表1看出，在4—10月，红火球紫薇叶色变化过程为中等橄榄绿色-灰橄榄绿色-深黄绿色；仑山1号紫薇叶色变化过程为灰橄榄绿色-暗红色-灰橄榄绿色-中等橄榄绿色-灰橄榄绿色-中等橄榄绿色。观察发现，红火球与仑山1号紫薇2个紫薇品种在相同时段内叶片颜色存在差异，但二者在同一区域种植，且形态和健康条件相似。因此认为，2个紫薇品种的叶色差异主要是由于其自身生理差异所致。

表1 不同时期红火球与仑山1号紫薇的叶色变化Table 1 Color variation of Honghuoqiu and Lunshan 1 in different periods

2.2 不同时期红火球与仑山1号紫薇叶片的含水量

由图1看出，红火球和仑山1号紫薇叶片含水量在4—10月期间变化呈先降后升趋势，4月为最高值，2个紫薇品种分别为74.95%和74.80%，5—7月下降速度加快，7月降至最低，分别为60.54%和53.97%。红火球紫薇4月含水量与除10月外的其他月份均达显著差异；仑山1号紫薇4月含水量显著高于7月和8月，与其他月差异不显著。

含水量反映植物组织水分生理状况，直接影响植物生长。7月是江苏高温季节，紫薇叶片含水量低于其他月份。红火球紫薇含水量稍高于仑山1号紫薇，结合比色卡信息及叶色观察结果，红火球紫薇叶色较仑山1号偏绿。因此推断，当叶片含水量较高时，紫薇叶色偏绿色；反之，偏红。

2.3 不同时期红火球与仑山1号紫薇叶片的叶绿素含量

从图2看出，不同时期红火球与仑山1号紫薇叶片的叶绿素含量变化。

2.3.1 叶绿素a 红火球紫薇和仑山1号紫薇叶片在4—10月期间叶绿素a相对含量随时间推延呈先上升后下降趋势，8月达最高值，分别为11.92 mg/g和13.29 mg/g。红火球紫薇10月最低，为5.72 mg/g；仑山1号紫薇4月最低，为5.80 mg/g。红火球和仑山1号紫薇8月叶绿素a相对含量与其他月均呈显著差异。

2.3.2 叶绿素b 仑山1号紫薇叶绿素b相对含量整体高于红火球紫薇。红火球紫薇叶绿素b相对含量随时间推延呈先升后降趋势，8月最高，为4.80 mg/g，10月最低，为2.57 mg/g。仑山1号紫薇叶绿素b相对含量随时间推延呈上升-下降-上升-下降趋势，9月最高，为6.00 mg/g，4月最低，为3.24 mg/g。8月、9月红火球紫薇叶绿素b的含量与其他月有显著差异；6月、9月仑山1号紫薇与除8月外的其他月有显著差异。

2.3.3 叶绿素 红火球紫薇叶绿素相对含量随时间推延呈上升-下降趋势，8月含量最高，为17.6 mg/g，4月最低，为8.5 mg/g；仑山1号紫薇随时间推延呈上升-下降-上升-下降趋势，8月含量最高，为18.2 mg/g，4月最低，为7.4 mg/g。红火球紫薇8月与其他月差异显著；仑山1号紫薇8月与除9月外的其他月差异显著。

2.3.4 类胡萝卜素 2个紫薇品种的类胡萝卜素相对含量随时间推延均呈上升-下降趋势。红火球紫薇5月含量最高，达1.85 mg/g，8月最低，为1.08 mg/g；仑山1号紫薇6月含量最高，达1.52 mg/g，9月最低，为0.81 mg/g。红火球紫薇5月与其他月差异显著；仑山1号紫薇6月、7月与其他月差异显著。

2.4 不同时期红火球与仑山1号紫薇叶片的花色素苷、类黄酮与总酚含量

从图3看出，不同时期红火球与仑山1号紫薇叶片的花色素苷、类黄酮和总酚含量变化。

2.4.1 花色素苷 红火球紫薇花色素苷相对含量随时间推延呈下降-上升-下降趋势，仑山1号紫薇呈上升-下降-上升趋势。红火球紫薇8月含量最高，达2.2 mg/g，7月最低，为1.3 mg/g；仑山1号紫薇5月含量最高，达3.2 mg/g，7月含量最低，为1.8 mg/g。红火球紫薇8月与除9月外的其他月差异显著；仑山1号紫薇5月含量与除9月、10月外的其他月份差异显著。

2.4.2 花色素苷/叶绿素 2个紫薇花色素苷/叶绿素比值随时间推延呈下降-上升趋势。红火球紫薇最高值在10月，达0.21，最低值在7月，为0.09；仑山1号紫薇最高值在5月，达0.26，最低值在8月，为0.11。红火球紫薇10月与除4月和5月外的其他月差异显著；仑山1号紫薇5月与除4月和10月外其他月差异显著。

2.4.3 花色素苷/类胡萝卜素 红火球紫薇的花色素苷/类胡萝卜素比值基本小于仑山1号紫薇。红火球紫薇最高值出现在8月，达2.1，最低值在5月，为1.0；仑山1号紫薇最高值在9月，达3.3，最低值在7月，为1.4。红火球紫薇8月与除9月外其他月差异显著；仑山1号紫薇9月与除10月外其他月差异显著。

2.4.4 类黄酮 红火球紫薇和仑山1号紫薇类黄酮相对含量随时间推延呈上升-下降趋势，但变化比较平缓。红火球紫薇5月最高，达1.18 mg/g，7月最低，为1.08 mg/g。仑山1号紫薇5月最高，达1.09 mg/g，4月最低，为0.88 mg/g。红火球紫薇5月与除4月和6月外的其他月差异显著；仑山1号紫薇5月与除7月、8月、9月外的其他月差异显著。

2.4.5 总酚 红火球和仑山1号紫薇总酚相对含量随时间推延呈上升-下降趋势，4月含量最低，分别为1.11 mg/g和1.09 mg/g；红火球紫薇5月最高，达1.34 mg/g，仑山1号紫薇7月最高，达1.31 mg/g。红火球紫薇5月与其他月差异显著；仑山1号7月与除10月外的其他月差异显著。

2.5 不同时期红火球与仑山1号紫薇叶片的可溶性糖含量和苯丙氨酸解氨酶活性

2.5.1 可溶性糖含量 由图4可知，红火球紫薇可溶性糖含量随时间推延总体呈上升-下降-上升趋势，9月最高，达10.4 mg/g；4月最低，为7.1 mg/g。仑山1号随时间推延呈先下降后上升趋势，10月最高，达12.2 mg/g；7月最低，为6.1 mg/g。红火球紫薇9月与4月、7月存在显著差异；仑山1号紫薇10月与除4月外的其他月差异显著。

2.5.2 苯丙氨酸解氨酶活性 红火球紫薇和仑山1号紫薇的苯丙氨酸解氨酶活性随时间推延变化平缓，5月最高，分别达180.4 mg/g和179.2 mg/g。红火球紫薇8月最低，为165.1 mg/g；仑山1号紫薇4月最低，为167.4 mg/g。红火球紫薇5月、6月与7月、8月和10月差异显著；仑山1号紫薇5月与4月、9月和10月差异显著。

3 结论与讨论

紫薇适应性强，在我国广泛栽培，但国内外紫薇品种繁多，且表现出高度的差异性，如抗逆性、生长速率、叶片着色等[10]。红火球紫薇与仑山1号紫薇是彩叶植物新品种，研究其叶色变化过程中的生理变化，可为彩叶植物的应用与育种提供思路及借鉴。研究表明，在4—10月，红火球紫薇叶色变化过程为中等橄榄绿色-灰橄榄绿色-深黄绿色，仑山1号为灰橄榄绿色-暗红色-灰橄榄绿色-中等橄榄绿色-灰橄榄绿色-中等橄榄绿色。2个紫薇品种叶色差异主要由其自身生理差异所致，不同时期其生理指标存在明显差异。叶片含水量2个品种均为4月最高，接近75%；叶绿素含量2个品种均为8月最高，在18 mg/g左右；类胡萝卜素红火球5月最高(1.85 mg/g)，仑山1号6月最高(1.52 mg/g)；红火球与仑山1号花色素苷、类黄酮及总酚的最高含量分别为2.2 mg/g、1.18 mg/g、1.34 mg/g和3.2 mg/g、1.09 mg/g、1.31 mg/g，可溶性糖和含量和苯丙氨酸解氨酸活性最高值分别为10.4 mg/g、180.4 mg/g和12.2 mg/g、179.2 mg/g。

彩叶植物叶色变化受内外因素共同作用，是植物应激反应之一[11]。外部因素主要表现为光照、温度、湿度和土壤等方面，内部因素包括形态学、生态学和生化防御机制。研究发现，叶片含水量、叶绿素含量、可溶性糖含量等均在一定程度上影响了叶色的变化。含水量反映植物组织水分生理状况，直接影响植物的生长。研究表明，当叶片含水量较高时，紫薇叶色偏绿色；反之，偏红。植物叶片颜色一般由叶绿素和花色素苷的含量和分布决定[12]。叶绿素是植物进行光合作用的重要参与色素，叶色的变化与其含量的变化密切相关，当叶片中叶绿素含量占绝对优势时( 约60%以上) ，叶片呈绿色[8]。研究发现，随着紫薇叶片中叶绿素含量增加，叶色偏翠绿色；反之，偏灰绿色；而类胡萝卜素含量对叶色的影响机制则相反，即类胡萝卜素含量越高，叶色偏灰绿色，可能叶绿素和胡萝卜素含量对呈色起到辅助作用[13]，与李利霞[14]对鸡爪槭叶色变化中得出叶绿素含量与叶色偏绿呈正相关的结论一致。

色素是植物叶色形成的决定性物质，对于红(紫)叶植物来说，花色素苷的含量及花色素苷与叶绿素的比值是评价叶色变化的标准[15]。研究中红火球紫薇除在4月和10月花色素苷和叶绿素的比值稍高外，其他月比值趋于平稳，而仑山1号紫薇的比值除8月和10月外其他月都高于红火球紫薇。对照比色卡颜色和叶色物候观察，紫薇叶片变红程度与花色素苷含量与叶绿素含量比值呈正相关关系，与陈延惠等[15]的研究结果一致。有研究表明，红(紫)叶观赏植物呈现彩叶的原因主要是叶片中含有大量的花色素苷，叶色的变化与叶片花色素苷的代谢息息相关[16]。研究发现，同一采样时期，仑山1号的叶片中花色素苷含量均高于红火球。花色素苷在多酚氧化酶、过氧化物酶、花色素苷酶等的作用下可以降解成酚类物质[12-13，17]，总酚是所有酚类物质，类黄酮也属于酚类，理论上总酚、类黄酮的含量对叶色的影响与花色素苷含量对叶色的影响呈一致性，但研究发现，同一采样时期，仑山1号花色素苷的含量高于红火球，而总酚含量及类黄酮含量均低于红火球，且2个品种间花色素苷含量、类黄酮含量均差异不显著。推测在花色素苷分解过程中，其分解的酚类物质(类黄酮、总酚)对紫薇的叶色影响较小。

可溶性糖是植物组织中所存储的营养物质，供植物生长发育使用，是植物代谢活动的主要参与者。林植芳等[18]研究发现，秋季植物体内一些复杂的有机物转化为糖类，直接促进花青素的累积，叶片呈现红色。研究发现，仑山1号紫薇的可溶性糖含量随叶片变红而逐渐增加，表明可溶性糖含量的增加可显著促进叶片中花色素苷的积累，进而影响叶片颜色变化，与李倩等[19]研究早熟桃叶叶色变化的结果相同。苯丙氨酸解氨酶是控制初级代谢转变为次级代谢的分支点，是形成酚类化合物中的一个重要调节酶[20]，而酚类物质的含量与花色素苷的降解有关。红火球紫薇的苯丙氨酸解氨酶活性随时间推延呈下降-上升-下降变化趋势，仑山1号紫薇则呈上升-降的变化趋势，这可能是由于秋季花色素苷的大量合成消耗了大量的苯丙氨酸解氨酶所致[21-22]。