不同土壤pH对银红槭叶色变化的影响

沈 馨，王开勇，周晓杰，刘 勇*

(1.北京林业大学 林学院,省部共建森林培育与保护教育部重点实验室,北京 100083；2.北京市京彩燕园苗圃,北京 101109)

随着人们对景观绿化鉴赏能力的提升，对植物叶片色泽、呈色时长也有更多的要求。彩叶植物是提升景观品质的基础，原产于北美洲的秋火焰银红槭(Acer×freemanii‘Sienna Glen’)因色彩醒目、叶形美丽、树木高大而深受人们喜爱。引进我国后在北京、山东、四川和云南等均有栽植，多用于园林景观和行道树，以增加景观色彩。但在北京地区的秋火焰银红槭呈色时间短，叶色不红等现象，极大地影响了其观赏效果和在园林绿化中的推广。因此，研究秋火焰银红槭叶色变化的影响因素，对延长观赏期、提高观赏价值具有重要意义。

彩叶树种叶色的改变受色素的影响，色素则受光照、温度、土壤等多种因素的调控。前人主要通过比较不同温度、水分及光照条件等对色素合成的影响研究叶色变化，而不同土壤pH对彩叶树种叶片变色的影响研究较少。土壤pH通过影响植物体中主要显色物质花青苷的结构来改变叶片颜色。pH<2时，花色素苷以红色的花色阳离子存在；3

本研究以6年生秋火焰银红槭容器苗为试验材料，研究不同土壤pH水平下苗木的叶色和生理表现，分析银红槭叶色参数与各种指标之间的关系，探究不同土壤pH对银红槭叶色变化的影响，以期为促进银红槭最佳叶色表达提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及研究对象

试验地位于北京市通州区漷县镇京彩燕园规模化苗圃(116°46′56″E，39°43′27″N)，属于暖温带大陆性半湿润季风气候，四季分明，雨热同季：春旱多风，夏热多雨，秋高气爽，冬寒干燥。年平均温度13.4 ℃，最高月平均温度7月31.2 ℃，最低月平均温度1月5.3 ℃，全年降水量408.9 mm。土壤经粉碎过筛后测得砂砾含量62.8%，黏粒含量5.4%，粉粒含量31.8%，质地为砂壤土，碱解N0.052 94 g/kg，有效P 0.010 6 g/kg，速效K 0.106 g/kg，有机质12.4 g/kg。

研究对象为长势一致、生长良好的秋火焰银红槭6年生容器苗(平均胸径11.4 cm、平均株高7.6 m)，容器苗供试土壤平均pH 8.87。

1.2 试验设计

试验采用随机设计，按照农科院测土配方试验数据要求，碱性土壤以耕地深度20 cm/m2为标准，每降低1单位pH需150 g/m2硫磺粉并配合180 g/m2脱硫石膏可有效改良碱性土壤[7]，施入土壤改良剂后测定土壤实际pH。以不施土壤改良剂处理CK为对照，共设置2个水平施加1.26 kg硫磺粉+1.52 kg脱硫石膏的土壤和施加1.60 kg硫磺粉+1.92 kg脱硫石膏的土壤。试验所用双容器内盆上口直径1.3 m，下口直径1.1 m，高0.9 m，每盆装土体积约为0.9 m3。每个水平6株苗，重复4次，共大容器苗72株。

3个水平土壤pH总体呈下降趋势(表1)，其中未施改良剂的CK处理土壤pH最高，达到8.36，施加1.6 kg硫磺粉+1.92 kg脱硫石膏的土壤pH最低，为7.62。施加1.26 kg硫磺粉+1.52 kg脱硫石膏的土壤pH介于中间，为8.04。3个处理的土壤pH差异达到显著水平(P<0.05)。

表1 不同处理土壤pH的变化情况

2020年4月11日将土壤酸碱度调控剂均匀施于露天条件下容器土0～10 cm浅表层，每隔10 d采用滴灌的方式灌溉2 h，试验期间不追肥。从9月开始每隔15 d，随机选取每个处理3株苗木的树冠外围南侧中部枝条的中上部叶20片，用打孔器取叶片中部的叶肉组织，除去叶脉，测定叶绿素含量、类胡萝卜素含量、花色素苷含量、叶色参数，可溶性糖和可溶性蛋白含量。银红槭变色从9月开始，本试验旨在研究银红槭变色期间不同土壤pH对其叶色变化的影响，故采样时间分别为2020年9月3日、9月18日、10月3日、10月18日和11月2日，共测定5次。

叶绿素含量、类胡萝卜素含量的测定和计算参照Lichtenthaler的方法[8]。

花色素苷含量测定采用盐酸乙醇浸提法[9]，每个样品重复3次。称取0.5 g的新鲜叶片，剪碎置于10 mL离心管中，加入5 mL的1%盐酸乙醇提取液，用保鲜膜密封好防止水分蒸发，32 ℃浸提24 h。取上清液测定520 nm处的吸光度，3次重复。计算参照徐金瑞方法[10]。

叶色参数的测定参照Wang方法[11]。采用日产柯尼卡美能达CR-10色差仪测定叶片颜色，该色差计采用8° 方向照明扩散受光方式，测量口径为8 mm，探头为ND120。选取不同培养温度下叶色及长势相近的7片叶片,在每片叶子的中部正反两面分别进行测定,记录L*、a*、b*表示叶片颜色(三维色空间用L*、a*、b*和空间直角坐标系来表示)，其中L*表示光泽明亮度，L*越大，亮度越高，范围从黑(0)到白(100)；a*表示红/绿，a*越大，红色越深；b*的正值表示黄/蓝，b*越大，黄色越深。

可溶性糖和可溶性蛋白含量测定方法参照《植物生理生化实验原理与技术》[12]，分别采用蒽酮比色法和考马斯亮蓝G-250染色法。

1.3 数据分析

本试验数据采用Excel 2016进行初步整理，然后用SPSS 20.0对不同土壤pH下叶绿素含量、类胡萝卜素含量、花色素苷含量、叶色参数，可溶性糖、可溶性蛋白含量进行方差分析，差异显著(P<0.05)，则采用Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 土壤pH对银红槭色素含量的变化特征

2.1.1 对叶绿素含量影响 9-11月，3个处理银红槭的叶绿素含量均呈下降趋势(图1)，pH 8.36的银红槭叶绿素含量始终处于最高值。9月18日pH 8.36和pH 7.62银红槭叶绿素含量分别是pH 8.04的1.17倍和1.16倍，10月3日-11月2日pH 8.36银红槭叶绿素含量显著高于pH 8.04和pH 7.62。pH 8.36和pH 8.04银红槭叶绿素含量在10月3日后出现最大降幅，为35.3%和47.1%；pH 7.62银红槭叶绿素含量则在9月18日后出现最大降幅为39.4%，比pH 8.36和pH 8.04提前半个月迅速下降，这与pH 7.62银红槭叶色提前由绿变黄表现相一致。

叶绿素a为蓝绿色,叶绿素b为黄绿色，两者是叶片呈现绿色的主要原因。图2和图3显示，3个处理银红槭的叶绿素a和叶绿素b含量在9-11月随时间均呈下降趋势。在9月3-18日，3个处理叶绿素a含量下降缓慢，pH 7.62在9月18日后开始迅速下降；pH 8.36和pH 8.04则在10月3日后下降迅速。9月18日pH 8.36和pH 7.62叶绿素a含量分别是pH 8.04的1.15倍和1.09倍，10月3日-11月2日pH 8.36叶绿素a含量显著高于pH 8.04和pH 7.62。9月3-18日，3个处理叶绿素b含量下降缓慢，pH 8.04和pH 7.62在9月18日后开始迅速下降；pH 8.36则在10月3日后下降迅速。9月18日pH 8.36叶绿素b含量是pH 8.04和pH 7.62的1.09倍和1.04倍，pH 8.04和pH 7.62的叶绿素b含量在9月18日-10月3日与pH 8.36差异显著(P<0.05)。

2.1.2 对类胡萝卜素含量影响 整个变色期，3个不同土壤pH处理下的银红槭类胡萝卜素含量均呈下降趋势(图4)。pH 8.04和pH 7.62的类胡萝卜素含量在9月18日与10月3日与pH 8.36差异显著(P<0.05)。整个变色期间3个处理的类胡萝卜素含量分别下降了50.94、103.35、155.63 μg/g。

2.1.3 对花色素苷含量影响 3个处理银红槭的花色素苷含量均随时间呈总体上升趋势，除9月18日pH 8.04和pH 7.62银红槭花色素苷含量差异不显著外，其余时间3个处理间银红槭花色素苷含量均存在显著差异，pH 7.62的花色素苷含量一直显著大于pH 8.04和pH 8.36(P<0.05)(图5)。3个处理银红槭的花色素苷最大上升速率均在10月18日达到，分别为39%、67%和83%。

2.1.4 对色素比影响 整个秋季变色期，3个处理银红槭的叶绿素与花色素苷含量之比、类胡萝卜素与花色素苷含量均呈下降趋势(图6、图7)，11月2日，3个处理银红槭的叶绿素与花色素苷含量之比，较9月3日分别下降了92.7%、94.6%和92.9%。在9-11月，叶绿素与花色素苷含量之比始终都是pH 8.36>pH 8.04>pH 7.62，pH 8.36银红槭的叶绿素与花色素苷含量之比均与pH 8.04和pH 7.62差异显著(P<0.05)。

11月2日，3个处理银红槭的类胡萝卜素与花色素苷含量之比较9月3日分别下降了82.8%、91%和92%。在9-11月，pH 8.04类胡萝卜素与花色素苷含量之比一直大于pH 7.62。pH 8.04和pH 7.62银红槭的类胡萝卜素与花色素苷含量之比在9月3日、9月18日和10月18日与pH 8.36差异显著(P<0.05)。

2.2 土壤pH对银红槭叶色参数的秋季变化特征

叶色参数是利用L*、a*和b*值来定量表征色泽在三维空间中变化的变量值，3个处理银红槭的叶色参数秋季变化如图8-图10所示。pH 8.36的叶色变化过程为绿色—黄色—橙黄色；pH 8.04的为绿色—黄色—橘黄色；pH 7.62的为绿色—黄色—红色。在银红槭叶色变化过程中3个处理的L*和b*均呈先上升后下降的趋势，a*则呈明显增大趋势。pH 7.62的L*在9月18日达到最大值为50，显著高于pH 8.36(P<0.05)。pH 8.36和pH 8.04的L*则在10月3日达到最大。最晚两次测定，pH 8.04和pH 7.62的明度L*与pH 8.36有显著差异(P<0.05)。

变色初期绿色逐渐褪去，黄色逐渐出现，随后叶片变红，a*逐渐升高。11月2日3个处理a*较9月3日分别增加了1.18、1.84倍和2.13倍，在9月18日变色初期，3个处理的a*之间差异显著(P<0.05)。10月3日-11月2日，pH 8.04和pH 7.62的a*显著高于pH 8.36(P<0.05)。

b*整个变色期间整体表现为先升高后降低的趋势。在9月3日pH 8.04和pH 7.62的b*差异显著(P<0.05)，9月18日-10月3日，pH 8.04和pH 7.62的b*均显著大于pH 8.36(P<0.05)。10月3日3个处理均达到最高值，较9月3日涨幅分别为22.1%、68.1%和103%。随着a*的转正，3个处理的b*10月3日后均开始下降，10月18日pH 7.62的b*显著小于pH 8.36和pH 8.04。

2.3 土壤pH对银红槭秋季叶片碳水化合物含量的影响

在9-11月银红槭变色期，3个处理的可溶性糖和可溶性蛋白含量均呈先升高后降低的趋势，变色末期可溶性糖和可溶性蛋白含量较变色前均有小幅增长(图11、图12)。9-11月，pH 8.36与pH 7.62的可溶性糖含量均呈显著差异(P<0.05)，pH 8.04和pH 7.62在10月3日和11月2日差异显著(P<0.05)。pH 8.36在10月18日达到最高值9.9 mg/g，pH 8.04和pH 7.62则在10月3日达到最高值9.69 mg/g和10.73 mg/g。整个变色期间pH 7.62的可溶性糖含量始终大于pH 8.36和pH 8.04。

9月18日-11月2日，pH 8.36和pH 7.62可溶性蛋白含量始终差异显著(P<0.05)，pH 8.36在9月18日、10月3日和11月2日与pH 8.04可溶性蛋白含量差异显著(P<0.05)。pH 8.36在10月18日达到最高值3.63 mg/g，pH 8.04和pH 7.62则在10月3日达到最高值3.8 mg/g和5.79 mg/g。整个变色期间pH 8.36的可溶性蛋白含量始终小于pH 8.04和pH 7.62。

3 讨论

叶绿素、类胡萝卜素、花色素苷等色素都是影响北美红枫叶色转变的重要因素[13]。秋季温度降低，光合作用受阻，叶绿素含量下降，花色素苷逐渐上升，随着叶绿素与花色素苷比值降低，叶片呈现红色[14-15]。本试验中，不同pH处理土壤下的银红槭在秋季变色的不同时期，叶绿素、类胡萝卜素和花色素苷的比例不同，叶片呈色也不相同，这与王燕龙等[16]在对银杏秋季叶色参数及色素含量的变化研究结果一致。在银红槭叶色参数及生理指标的相关性分析中发现(表2)，光合色素含量与叶色参数a呈显著负相关，花色素苷含量与叶色参数a呈极显著正相关。银红槭变色初期叶片呈绿色，a为负值；变色后期叶片呈红色，a转为正值，表明光合色素与花色素苷是银红槭变色的直接原因，这与李力等[12]对北美红枫呈色生理因素探究以及郝峰鸽对4种彩叶植物生长色素含量[17]的研究结果一致。在pH 8.36土壤下的银红槭随时间推移，叶绿素含量下降，花色素苷升高，从9-11月，其叶绿素含量始终最高，因此变色前pH 8.36银红槭的叶片比pH 8.04和pH 7.62颜色更绿。10月18之后，pH 8.04的银红槭类胡萝卜素含量始终高于pH 8.36和pH 7.62，因此pH 8.04的叶片在变色后期颜色偏黄。pH 7.62土壤下的银红槭叶绿素含量出现最大降幅的日期比pH 8.36和pH 8.04提前半个月，10月3日之前，类胡萝卜素含量也始终高于pH 8.36和pH 8.04，这与pH 7.62银红槭的叶色提前由绿变黄表现相一致。3个处理银红槭的花色素苷在10月18日后均开始大幅上升，pH 7.62的花色素苷含量一直显著大于pH 8.04和pH 8.36的花色素苷含量，因此pH 7.62的银红槭秋色更艳。

可溶性糖是植物进行新陈代谢的重要物质，在花色素苷的合成过程中起到信号作用[18]。有研究表明，可溶性糖是促进花色素苷合成[19]，叶片变红的重要因素[20]。吴琰琰等[21]却认为可溶性糖会抑制相关基因的表达，影响花色素苷的合成。郭卫珍[22]在山茶叶色变化的研究中也得出可溶性糖与花色素苷含量之间存在极显著的负相关的结论。本试验在银红槭叶色参数及生理指标的相关性分析中发现(表2)，可溶性糖含量与叶色参数a呈极显著正相关，表明可溶性糖对叶片变色有一定积极影响，与楚爱香等[23]对槭属植物的研究结果一致。在银红槭叶色变化期间，3个处理的可溶性糖均呈先升高后降低的趋势，可能与温度回升有关，昼夜温差大会促进可溶性糖的积累[24]。pH 8.04和pH 7.62的可溶性糖含量比pH 8.36提前半个月达到增长高峰，且整个变色期间pH 7.62的可溶性糖含量始终大于pH 8.36和pH 8.04。说明pH 8.04和pH 7.62较早进入变色期，同时pH 7.62的变色效果优于pH 8.36和pH 8.04。

可溶性蛋白是大多数酶的组成成分，易受外界环境影响，在植物体生物催化、物质运输方面起着重要作用。对于可溶性蛋白与叶色之间的关系，前人已做了很多研究。聂庆娟等[25]认为可溶性蛋白与叶色呈显著正相关，程龙霞等[26]认为可溶性蛋白与叶色呈显著负相关，唐生森等[27]则认为可溶性蛋白与叶色无显著相关性。本试验在银红槭叶色参数及生理指标的相关性分析中发现(表2)，可溶性蛋白含量与叶色参数a呈极显著或显著正相关，表明可溶性蛋白对叶片变色有一定积极作用，这与郭卫珍[22]的研究结果一致。pH 8.04和pH 7.62的可溶性蛋白含量比pH 8.36提前半个月达到最大值，且整个变色期间pH 8.36的可溶性蛋白含量始终小于pH 8.04和pH 7.62。说明pH 8.04和pH 7.62银红槭叶片变色效果比pH 8.36更佳。

表2 不同土壤处理下银红槭叶色参数与各生理指标的相关性分析

整个秋季变色期，叶色参数L*和b*变化趋势不明显，而a*显著增大趋势与叶色转变相一致，故用a作为描述叶片由绿转红的关键参数。通过对3个处理银红槭叶色参数及生理指标的相关性分析中发现(表2)，光合色素、花色素苷、可溶性糖与可溶性蛋白均是影响银红槭叶片转色的重要因素。通过对a*与生理指标相关性的比较分析后得出pH 8.36银红槭的叶绿素含量较高，叶片呈现绿色时间最长，pH 7.62花色素苷含量较高，叶片呈现红色时间最长，色泽最红润，而pH 8.04叶色表达的效果与时长均介于两者之间，故pH 7.62的3号土壤最适于银红槭的叶色表达，即在一定范围内随着土壤pH的降低，银红槭叶色越红，持续时间越长。本试验在进行土壤酸化处理时施入的脱硫石膏和硫磺粉均是含硫化合物，硫对植物叶片颜色影响很大。日后进一步开展试验时可考虑用木醋液代替硫磺粉进行土壤酸化，不但可以技术上剔除硫的营养作用，而且比硫磺粉见效快且易于施用[28]。

4 结论

本试验以6年生秋火焰银红槭容器苗为对象，从叶绿素、类胡萝卜素、花色素苷、叶色参数(L*,a*,b*)、可溶性糖、可溶性蛋白含量对其在pH 8.36、pH 8.04和pH 7.62不同土壤pH水平下叶色变化和生理表现进行比较研究，旨在探究不同土壤pH对银红槭叶色变化的影响，以期为人工调控银红槭叶色表达提供理论依据。

随着秋季时间推移，3个处理银红槭的光合色素与花色素苷含量变化趋势不同。土壤pH 8.36下银红槭的叶绿素含量较高，叶片呈现绿色时间较长；pH 7.62下银红槭的花色素苷含量较高，叶色更加红艳；pH 8.04下的呈色效果介于两者之间。

各个处理银红槭叶片a*均与叶绿素和类胡萝卜素含量呈极显著负相关，与可溶性糖、可溶性蛋白和花色素苷含量呈极显著或显著正相关(P<0.05)。

在一定范围内，银红槭叶片呈色随着土壤pH降低而愈发红艳，pH 7.62土壤利于秋火焰银红槭的叶色表达。