10种彩叶树光合色素含量的研究

黄石德，曾建新，高伟，黄雍容，游惠明，林捷

(1.福建省林业科学研究院，福建 福州 350012；2.大田县林业局，福建 三明 366100)

彩叶树种是指在生长季或生长季某一阶段，叶片颜色可以较稳定地呈现非绿色的一类树种的总称[1]。光合色素是光合作用的重要因素，植物体内叶绿素含量的高低直接影响植物的光合速率，在光合作用过程中起到接受和转换能量的作用[2]。叶片呈现出不同色彩的原因是由于叶片色素种类及其比例的差异引起的[3]。近年来，彩叶树种由于其独特的叶色景观在园林绿化中得到越来越广泛的应用。然而，由于气候等环境因素导致彩叶树种呈色效果不佳，极大制约彩叶树种的引种和栽培[4]。因此，本研究以10种彩叶树为材料，研究生长季和非生长季叶片色素含量的差异，旨在为进一步探索彩叶树种的呈色机理奠定基础。

1 试验地概况

试验区选在福建省沙县，福建省中北部，位于南平和三明市之间，介于26°06′—26°41′ N，117°32′—118°06′ E，属中亚热带季风气候区，温暖湿润，年均温度15.6～19.6 ℃，年均降水量1 510～1 840 mm。

2 试验材料和研究方法

2.1 试验材料

选取10种彩叶树作为研究对象，分别为银杏(Ginkgobiloba)、半枫荷(Semiliquidambarcathayensis)、枫香(Liquidambarformosana)、黄山栾树(Koelreuteriabipinnata)、蓝果树(Nyssasinensis)、北美红枫(Acerrubrum)、紫叶李(PrunusCerasifera)、无患子(Sapindusmukorossi)、海棠(Malusspectabilis)和碧桃(Amygdaluspersica)，参试树种生长情况见表1。

表1 试验树种生长概况

2.2 色素含量的测定

分别于2017年5月(生长季)和11月(非生长季)选择8:00—9:00，随机采集长势基本一致、无病虫害位于枝条中部位置的成熟叶片。每株树木采摘20～30片在实验室将叶片洗净、吸干、去中脉，剪成细条，准确称取0.1 g，放入研钵中，加少量石英砂和碳酸钙粉及无水乙醇2～3 mL研成匀浆，再加无水乙醇10 mL，继续研磨直至组织变白，过滤到25 mL棕色容量瓶中，定容。将上述提取液摇匀后用紫外分光光度计于波长663、646和470 nm下测定吸光值，按下列公式计算叶绿素a、b和类胡萝卜素含量[3]，均重复3次。

叶绿素a：Ca(mg·L-1)=12.21×A663-2.81×A646

叶绿素b：Cb(mg·L-1)=20.13×A646-5.03×A663

叶绿素总含量=叶绿素a+叶绿素b

类胡萝卜素：Cx·c(mg·L-1)=(1 000×A470-3.27×Ca-104×Cb)/229

其中A663、A646和A470分别为波长663、646和470 nm处的吸光度值。

2.3 数据处理

采用单因素方差分析检验不同彩叶树种生长季和非生长季色素含量、色素比的差异，显著性差异水平为α = 0.05。所有数据处理和统计分析基于Excel 2007、SPSS 19.0软件，采用Origin 8.5软件作图。

3 结果与分析

3.1 叶绿素a含量的变化

如图1所示，不同彩叶树种叶片中叶绿素a含量不同。其中，银杏、黄山栾树、蓝果树、北美红枫、紫叶李、无患子和海棠生长季的叶绿素a显著高于非生长季(P<0.05)；而半枫荷、枫香和碧桃叶绿素a含量在生长季和非生长季差异不显著(P>0.05)。10种彩叶树叶绿素a的平均含量由大到小的顺序为：紫叶李、碧桃、海棠、银杏、黄山栾树、北美红枫、无患子、蓝果树、半枫荷和枫香。枫香的平均含量最小为0.546 mg·g-1，紫叶李的平均含量最大为1.251 mg·g-1，是枫香的2.3倍。

图1 生长季和非生长季10种彩叶树叶片中叶绿素a含量变化

注:ns表示生长季和非生长季差异不显著；*表示P<0.05；**表示P<0.01；下同

3.2 叶绿素b含量的变化

如图2所示，无论是生长季还是非生长季，叶绿素b含量均低于叶绿素a含量，其值均低于1 mg·g-1。生长季节是影响叶片叶绿素含量的重要因素，银杏、黄山栾树、蓝果树、美国红枫、紫叶李、无患子和海棠生长季的叶绿素b显著高于非生长季(P<0.05)；而半枫荷、枫香和碧桃叶绿素a含量在生长季和非生长季差异不显著(P>0.05)。10种彩叶树叶绿素b的平均含量由大到小的顺序为：紫叶李、碧桃、北美红枫、银杏、海棠、黄山栾树、无患子、蓝果树、半枫荷和枫香。枫香的平均含量最小为0.243 mg·g-1，紫叶李的平均含量最大为0.727 mg·g-1，是枫香的3.0倍。

图2 生长季和非生长季10种彩叶树叶片中叶绿素b含量变化

3.3 总叶绿素含量的变化

如图3所示，银杏、黄山栾树、蓝果树、北美红枫、紫叶李、无患子和海棠生长季的总叶绿素含量显著高于非生长季(P<0.05)；而半枫荷、枫香和碧桃总叶绿素含量在生长季和非生长季差异不显著(P>0.05)。10种彩叶树总叶绿素含量由大到小的顺序为：紫叶李、碧桃、海棠、北美红枫、银杏、黄山栾树、无患子、蓝果树、半枫荷和枫香。枫香的平均含量最小为0.789 mg·g-1，紫叶李的平均含量最大为1.977 mg·g-1，是枫香的2.5倍。

图3 生长季和非生长季10种彩叶树叶片中总叶绿素含量变化

3.4 类胡萝卜素含量的变化

类胡萝卜素是树种叶片中一种很重要的色素，是嵌于叶绿体和有色体膜中的脂溶性色素[5]。在园林树种中，类胡萝卜素担当叶绿体光合作用的辅助色素和保护叶绿素免受强光破坏，是很强的抗氧化剂，具有保护氧化损伤的作用[3]。如图4所示，银杏、半枫荷、蓝果树非生长季类胡萝卜素含量显著高于生长季，而黄山栾树、北美红枫和无患子则表现为生长季显著高于非生长季。枫香、紫叶李、海棠和碧桃生长季和非生长季差异不显著(P>0.05)。10种彩叶树类胡萝卜素的平均含量由大到小的顺序为：紫叶李、银杏、碧桃、蓝果树、海棠、黄山栾树、无患子、北美红枫、枫香和半枫荷。半枫荷的平均含量最小，为0.243 mg·g-1，紫叶李的平均含量最大为0.623 mg·g-1，是枫香的2.6倍。

图4 生长季和非生长季10种彩叶树叶片中类胡萝卜素含量变化

3.5 色素比的变化

由图5所示，生长季10种彩叶树叶绿素与类胡萝卜素含量的比值在3.20～3.61之间，差异不明显；而非生长季则在1.21～3.42之间，有明显的改变。银杏、黄山栾树、蓝果树、北美红枫和无患子叶绿素与类胡萝卜素含量的比值在生长季均显著高于非生长季，如蓝果树从3.31变为1.21，银杏从3.61变为1.40；而半枫荷、枫香、红叶李、海棠和碧桃则在生长季和非生长季无显著差异(P>0.05)，如半枫荷从3.54变为3.42。

图5 生长季和非生长季10种彩叶树叶片总叶绿素/类胡萝卜素变化

4 小结与讨论

叶绿素含量较高的为紫叶李、碧桃和海棠，类胡萝卜素含量较高的为紫叶李、银杏和碧桃。除半枫荷、枫香和碧桃叶绿素含量在生长季和非生长差异不显著外，其他树种均表现为生长季大于非生长季，这与多数研究报道夏季有较高的叶绿素含量结论一致[6]。而不同彩叶树种类胡萝卜素生长季和非生长季的差异无明显规律，这与许丽颖等[7]报道认为彩叶树种类胡萝卜素季节变化不稳定的结论一致。