朱 婷， 章陸楊， 許志敏， 郝 亮， 陳 琳， 劉燕珍， 丁國昌

(福建農林大學藝術園林學院， 福建 福州 350000)

紫葉狼尾草(Pennisetumsetaceum‘Rubrum’)是禾本科狼尾草的栽培變種[1]，暖季型觀賞草，喜溫。簇生株型狀盡顯飄逸，圓錐花序輕盈精致，尤其整株紫紅色給人帶來視覺的沖擊，其自然質樸的氣質為園林景觀帶來獨特的美感和趣味。顏色作為感官品質的重要影響因子，對觀賞價值的影響較為明顯[2]。光照強度是影響彩葉植物葉色變化最關鍵的外部環(huán)境因素[3]，不同光強條件下，使植物葉片光合色素和花色素苷的含量發(fā)生變化，從而影響葉片呈色[4]。光照也是植物進行光合作用的基礎[5]，同時影響植物生長、存活和分布的重要生態(tài)因子，它以環(huán)境信號的形式作用于植物，通過光敏色素等作用途徑調節(jié)植物生長、發(fā)育和形態(tài)建成，使植物更好地適應外界環(huán)境[6-8]。

目前，我國在彩葉植物的葉色研究中，研究對象多集中于喬木、灌木等非草本植物[9]的生理研究。在彩葉觀賞草的葉色報道中，有前人基于Lab模型對葉色進行研究[10]，但總體關于彩葉觀賞草的葉色報道較少。因此，本研究以紫葉狼尾草為研究對象，通過遮光及復光處理，測定處理后的葉色參數及關鍵生理指標的變化動態(tài)，研究各指標的變化規(guī)律及之間的相關性。從生理學角度探討光照對紫葉狼尾草葉色的影響，揭示引起紫葉狼尾草葉色變化的直接原因，最終為紫葉狼尾草的栽培管理和推廣奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

實驗地位于福建省福州市福建農林大學中華園試驗基地。福州市位于福建省東部沿海閩江下游，地理位置為25°15' N～26°39' N，118°08' E～120°31' E。年平均日照數為1 700～1 980 h，年降水量為1 400～2 000 mm，年平均氣溫為17～22℃[11]。

1.2 試驗材料

對紫葉狼尾草露天盆栽，于2018年6月上旬進行預實驗，6月下旬夏季正式試驗。用遮陽網搭建遮陰棚，用照度計測得遮光率為10%(遮光率=棚內照度/露天照度)，對植株進行遮光處理，待新葉成熟后完全變綠時撤去遮陽網進行復光處理，直至葉色恢復到紫色。根據預實驗的葉色變化情況，共選擇5個時間點采樣，進行色差及生理指標的測定。T0表示未經處理的狀態(tài)；T1表示經過12 d遮光處理后新葉完全變綠；T2表示復光處理1 d后；T3表示復光處理3 d后；T4表示復光處理6 d后葉色完全變返紫。試驗共18株供試材料，分3組，每組6盆，混合采樣。取樣于每天早9:00時左右，采樣葉片為植株自上而下第3或第4片葉。

1.3 測定項目與方法

葉色參數測定參照丁廷發(fā)[12]的方法，葉色取點參照朱婷[10]的方法。其中，L表示光澤明亮度，L值越大，亮度越高；a值表示紅/綠，a值越大，紅色越深，a值越小，綠色越深；b值表示黃/藍，b值越大，黃色越深，b值越小，藍色越深[13]。葉片顏色指數(color index)計算[14]和等級劃分[15]參照J Carreno對葡萄果實顏色的研究方法。

葉綠素含量的測定參照張秀君[16]的方法略有改動，計算參照李合生[17]的方法。花色素苷的測定參照Pirie等[18]的方法，計算參照徐金瑞[19]的方法。類黃酮、可溶性糖、苯丙氨酸解氨酶(phenylalnine ammonialyase，PAL)的檢測均采用南京建成生物工程研究所研制的試劑盒進行測定。查爾酮異構酶(chalcone isomerase，CHI)的提取參照王惠聰[20]的方法，測定參照Lister[21]的方法。多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)和過氧化物酶(peroxidase，POD)的檢測均采用上海仁捷生物科技有限公司研制的試劑盒進行測定。測定每種指標樣品均重復3次。

1.4 數據處理

采用Excel 2013軟件進行數據整理和繪圖。采用SPSS22. 0軟件進數據分析。

2 結果與分析

2.1 遮光及復光處理對葉色參數的影響

葉片顏色狀態(tài)記錄如圖1，葉色變化的L值為24.38～34.10，a值為-7.60～5.48，b值為1.59～15.74，顏色指數為1.37～4.17。結果表明，遮光及復光處理對紫葉狼尾草的葉色表達有顯著影響(表1)，T0到T1階段，T1的明度和變黃度顯著增加(P<0.05)，而變紅度和顏色指數顯著降低(P<0.05)，葉色達到黃綠級別。隨著復光處理時間的增加，葉色明度和變黃度顯著降低(P<0.05)，葉色變紅度和顏色指數顯著增大(P<0.05)。參照葡萄果實顏色指數的方法，T0和T4階段均達到紅色級別，T1和T2階段均達到黃綠級別，T3階段達到粉紅級別。復光處理6 d后T4階段與未遮光的T0階段所有指標均無顯著性差異。可見，光照對紫葉狼尾草葉色的影響極為明顯，經過遮光處理的新葉均為綠色，在恢復自然光后，綠色葉色又迅速轉紫直至恢復到原來的狀態(tài)。

圖1 不同階段紫葉狼尾草的葉色變化動態(tài)圖Fig.1 Dynamic changes of leaf color of P.setaceum ‘Rubrum’ in different stages

表1 不同階段紫葉狼尾草的葉色參數變化Tab.1 Changes of leaf color parameters of Pennisetum setaceum ‘Rubrum’ in different stages

處理階段Processing Phase明度L變紅度a變黃度b顏色指數Color index葉色ColorT024.38±0.22c5.48±0.43a1.77±0.19d4.17±0.22a紅T134.10±0.62a-7.60±0.54c15.74±0.75a1.37±0.13d黃綠T228.59±0.49b2.84±0.52b7.05±0.94b1.99±0.19c黃綠T325.74±0.38c3.88±0.57b4.15±0.17c3.12±0.14b粉紅T424.67±0.39c5.14±0.05a1.59±0.13d4.17±0.13a紅

注:表中同列間不同字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

Note:Different letters in same column indicate significant difference at the 0.05 level,the same as below

2.2 遮光及復光處理對光合色素的影響

葉片中葉綠素的含量是維持苗木正常光合作用以及葉片色澤、彩化度的主要指標[22]，其中葉綠素包括葉綠素a和葉綠素b。遮光及復光處理對紫葉狼尾草的葉綠素含量有顯著影響(圖2)。從T0到T1階段，葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量顯著增加。去除遮陽網后，隨著復光處理時間的增加，葉綠素a含量逐漸降低，且各階段間達差異顯著水平(P<0.05)；葉綠素b含量無明顯變化；總葉綠素含量降低，且T1到T4各階段間差異顯著(P<0.05)，與葉綠素a含量變化一致?？梢娍側~綠素下降是由于葉綠素a含量的下降而引起的。

圖2 不同階段紫葉狼尾草的葉綠素含量Fig.2 Changes of leaf chlorophyll content of P.setaceum ‘Rubrum’ in different stages

2.3 遮光及復光處理對花色素苷和類黃酮含量的影響

花色素苷是一類主要的類黃酮色素，廣泛存在于植物細胞的液泡中，是葉片的重要呈色物質[23]；類黃酮在植物體中以黃酮苷或黃酮苷元的形式存在，苷元的糖基化對植物花色及葉色有不同程度的影響[24]。結果表明，遮光及復光處理對紫葉狼尾草的花色素苷和類黃酮含量均影響顯著，且兩者變化趨勢一致(圖3)。遮光處理后，從T0到T1階段花色素苷和類黃酮含量快速下降且差異顯著。去除遮陽網后，兩種指標逐漸增加。最終，花色素苷含量T4與T0階段無顯著差異，類黃酮含量T4與T0階段差異顯著(P<0.05)且小于T0階段?？梢?，隨著花色素苷與類黃酮含量的增加，葉色逐漸變紫。

圖3 不同階段紫葉狼尾草的花色素苷和類黃酮含量Fig.3 Changes of leaf anthocyanin and flavonoid content of P.setaceum ‘Rubrum’ in different stages

2.4 遮光及復光處理對可溶性糖含量的影響

由方差分析可得，從T0到T1階段，紫葉狼尾草的可溶性糖含量急劇下降(圖4)。復光處理后，隨著時間的增加，可溶性糖含量逐步增加，且各階段間達到顯著差異水平(P<0.05)，最終T4階段的含量與未處理前T0階段的含量無顯著性差異?？扇苄蕴桥c花色素苷和類黃酮含量變化趨勢一致，說明可溶性糖可能對花色素苷的合成有一定的促進作用。可見可溶性糖含量會影響紫葉狼尾草的呈色。

圖4 不同階段紫葉狼尾草的可溶性糖含量Fig.4 Changes of leaf soluble sugar content content of P. setaceum ‘Rubrum’ in different stages

2.5 遮光及復光處理對PAL,CHI,PPO,POD活性的影響

葉色表現的關鍵酶活性與處理階段的方差結果如表2。PAL是催化苯丙烷類代謝途徑(花色素苷)的代謝途徑反應的第一酶，其活性高低決定花色素苷含量高低，間接決定植物葉色的呈現[25]，從T0到T1階段，PAL活性顯著降低，T1到T4階段，PAL活性逐步增加，且各階段達到顯著差異水平(P<0.05)，最終T4與T0階段的酶活性無顯著性差異，其變化趨勢與花色素苷一致。CHI是花色素苷合成的關鍵酶[26]，T0階段的CHI活性最高，T1到T4階段的CHI活性逐漸增加。PPO具有催化酚類物質氧化的作用，與花色素苷的降解有關[27]，但本試驗結果顯示T0到T4階段的PPO活性間均無顯著性差異。POD與植物的抗氧化系統有關，與次生代謝密切相關[28]，本試驗結果顯示T2階段POD活性最高且與T0和T3階段差異顯著(P<0.05)；T3階段POD活性最低；5個階段的POD活性變化無明顯規(guī)律。

2.6 各指標間相關性分析

通過分析葉色參數與生理指標之間的相關性，可推斷出各生理指標對紫葉狼尾草的葉色影響程度。表3顯示，a值與葉綠素a、葉綠素b呈顯著或極顯著負相關性，與花色素苷、類黃酮、可溶性糖、PAL和CHI活性呈極顯著正相關。L值、b值與葉綠素a、葉綠素b呈極顯著正相關性，與花色素苷、類黃酮、可溶性糖、PAL和CHI活性呈極顯著負相關。PPO、POD活性與葉色參數無顯著相關性。花色素苷、類黃酮、可溶性糖與葉綠素a、葉綠素b呈極顯著負相關，與PAL和CHI活性呈極顯著正相關。由此可推斷，葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素、花色素苷、類黃酮、可溶性糖、PAL和CHI活性是影響紫葉狼尾草葉色的重要生理指標，PPO、POD活性對紫葉狼尾草的葉色無直接影響。

3 結論與討論

植物葉色是由內部與外部環(huán)境共同作用的結果[4]，光照條件是影響植物生長發(fā)育最重要的環(huán)境因子[3]，光照強弱直接影響植物葉片各色素的含量及比例，從而影響彩葉植物的呈色[4]。研究各色素含量可充分掌握葉色表現的變化動態(tài)。本試驗結果顯示：5個階段的葉色變化都是以花色素苷和葉綠素的含量不同而導致的結果。遮光后的紫葉狼尾草新葉為綠色，總葉綠素、葉綠素a、葉綠素b含量均上升，花色素苷含量下降，可能是由于紫葉狼尾草在低光強的環(huán)境中通過增加葉綠素以提高葉片的捕光能力，為了更好地吸收利用光能進行光合作用；復光后葉色由綠逐漸轉紫，色素含量與遮陰處理后變化相反。這與崔曉靜等對紅葉石楠(Photinia×fraseri‘Red Robin’)[29]、肖婷婷等對美國紅楓(Acer×freemanii‘Autumn Blaze’)[30]等的研究結果相一致。

表2 不同階段紫葉狼尾草的PAL,CHI,PPO,POD酶活性變化Tab.2 Changes of PAL,CHI,PPO,POD activities of P. setaceum ‘Rubrum’ in different stages

表3 不同階段紫葉狼尾草的葉色參數及各生理指標相關性系數Tab.3 The correlation coefficient between leaf color parameters and the physiological indexes of P. setaceum ‘Rubrum’ in different stages

注：*表示在α=0.05水平下相關性顯著；**表示在α=0.01水平下相關性顯著

Note：*Correlation is significant at the 0.05 level;**Correlation is significant at the 0.01 level

有研究發(fā)現，可溶性糖和類黃酮均是花色素苷合成過程中的能源物質，促進花色素苷的合成[31]。本試驗結果顯示，遮光后使得紫葉狼尾草花色素苷、類黃酮和可溶性糖含量下降，而復光后含量逐漸上升，三者變化趨勢一致并呈極顯著正相關。這可能是由于遮光使得紫葉狼尾草代謝能力減弱，影響碳水化合物的積累，降低了可溶性糖的含量，進一步影響花色素苷的合成，復光后則相反。這表明遮光及復光處理對紫葉狼尾草葉色轉變的影響過程中，全光照條件較有利于可溶性糖和花色素苷的積累。這與王永格對麗紅元寶楓(Acertrunceatum‘Lihong’)[32]的研究結果一致。

花色素苷的合成是在一系列酶的催化下形成的，而PAL活性是花色素苷合成的第一個關鍵酶[25]。本試驗中發(fā)現遮光后PAL活性降低，隨著復光時間增加PAL活性逐漸升高，這與卓啟苗等對歐洲衛(wèi)矛(Euonymuseuropaea)[33]的研究結果一致。可見PAL活性的升高有利于紫葉狼尾草葉色變紫。有研究表明，CHI廣泛參與類黃酮代謝過程，對植物器官顏色的形成中起作用[34]。本研究結果發(fā)現遮光處理可顯著降低CHI活性，隨著復光處理時間增加，CHI活性逐漸升高且與類黃酮呈極顯著正相關，這與Kim等對洋蔥(Alliumcepa)[35]的研究結果一致，在紫葉狼尾草葉色變化的5個階段中PAL和CHI活性變化一致。PPO，POD活性與花色素苷的降解有關，兩種酶首先催化氧化其他酚類物質轉變成相應的醌類物質，醌類物質進一步氧化花色素苷，導致花色素苷含量降低[27]。本研究結果表明，PPO和POD活性與光照時間之間變化規(guī)律不明顯，與花色素苷呈負相關但不顯著，POD活性與類黃酮呈顯著負相關。在Zhang對荔枝(LitchichinensisSonn.)[36]的報道中，POD活性與花色苷含量呈負相關，這可能因為花色素苷是一類主要的類黃酮色素[23]，所以兩者間存在顯著負相關。由此可知在紫葉狼尾草中PPO、POD活性對于花色素苷合成的調控較為復雜，今后有待進一步的探究。