觀賞型文冠果新品種花期顏色特征及其表型穩(wěn)定性研究

侯瑞麗，武 倩，閆星蓉，張蕓香，郭晉平

(1.山西農(nóng)業(yè)大學 林學院，山西太谷 030801; 2.北方功能油料樹種培育與研發(fā)山西省重點實驗室，山西太谷 030801)

隨著中國城市建設(shè)綠化水平的提高，對城市綠化景觀美化的要求越來越高，選育和應用生態(tài)適宜性好、觀賞特性佳、品種特性穩(wěn)定的彩色觀賞型樹種，充實城市觀賞植物樹種資源，已經(jīng)成為加快城市園林綠化和美化的迫切需要，也是園林綠化樹種新品種選育的重要目標[1]。文冠果(XanthocerassorbifoliumBunge)屬無患子科文冠果屬，小喬木或大灌木[2]，是中國特有木本油料樹種[3]，也是重要的園林綠化樹種[4-5]，對選育具有更高觀賞價值的品系和種質(zhì)資源具有重要意義。近年來，以培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)木本油料樹種為目標的品種選育工作取得了不少成果，選出一些優(yōu)良品種[6-8]，觀賞型文冠果新品種的選育也受到一些研究團隊的重視。敖妍等[9]從內(nèi)蒙古文冠果實生群體中選出了花色為檸檬黃色的新品種并進行了區(qū)域試驗，初步命名為‘妍華’；張秀麗等[10]對北京八達嶺國家森林公園12林班內(nèi)文冠果進行優(yōu)選和復選，選出了優(yōu)良種質(zhì)樹15株，分為3個花系，3種花色和6個觀賞類型；李斌等[11]從臨沂市坤厚文冠果研究中心基地、二龍山文冠果基地選出5個觀賞類型植株。

筆者課題組從108個初選文冠果無性系中發(fā)現(xiàn)，初始編號為A283的文冠果，其花期長，落葉晚，花序和葉色早期均呈金黃色，具有較高的觀賞價值，暫定為‘金花文冠’。但是其花色表型是否具有穩(wěn)定的內(nèi)在呈色機理，嫁接繁殖后是否仍具有表型穩(wěn)定性還需進一步研究確定。為此，本試驗以‘金花文冠’母株和嫁接繁殖無性系植株為材料，以山西太谷當?shù)貙嵣仓?‘G13’)為對照，在物候期特征和形態(tài)特征觀測的基礎(chǔ)上，通過對開花展葉不同時期光譜反射特征、花瓣和幼葉色素含量測定，鑒定‘金花文冠’的花色特征及其表型穩(wěn)定性，為文冠果優(yōu)良觀賞品種選育提供依據(jù)，旨在發(fā)揮文冠果在園林生態(tài)綠化中的高價值作用。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地設(shè)在功能油料樹種培育與應用山西省重點實驗室山西農(nóng)業(yè)大學校內(nèi)基地(112 °18 ′12 ″ E，37 °15 ′36 ″ N[12])，位于山西晉中盆地太谷縣侯城鄉(xiāng)，海拔870 m，屬暖溫帶大陸性氣候，年降水量462.9 mm，主要集中在7月下旬至9月上旬，年平均氣溫9.8 ℃，最高氣溫38.2 ℃，最低氣溫-25.3 ℃，無霜期175 d[13]，圃地土壤以褐壤為主，pH 7.6～7.8，土壤有機質(zhì)1.79 g/kg，全氮 2.4 g/kg，全磷1.5 g/kg，田間最大持水量 26.94%[14]。

(1)‘金花文冠’母株：于2006年將來自陜西的一批‘文冠1號’商品文冠果2 a生實生苗，在試驗基地內(nèi)定植3 a后開始開花，發(fā)現(xiàn)一個花色保持金黃色的特異性單株，連續(xù)觀察表型穩(wěn)定，暫定名‘金花文冠’，初始編號A283，本研究實施時樹齡2+12 a。

(2)嫁接繁殖無性系植株：以‘金花文冠’母株的萌生枝條剪取接穗，采用枝接法，在基地內(nèi) 2 m × 3 m定植的3 a生實生苗上嫁接，成活后培育成到第3年，樹齡3+3 a，選取生長狀態(tài)良好的重復樣株3株。

(3)對照植株：來自以本基地內(nèi)初始編號G的單株種源的8 a生實生苗定植植株(‘G13’)。

分期取樣時每次分別在‘金花文冠’母株、嫁接繁殖無性系植株和對照植株上取3份樣品。

1.2 物候觀測和取樣

從3月底到10月底，連續(xù)觀測并記錄各個物候期的起始時間及時長，期間對花、幼葉和枝條的形態(tài)特征進行觀察記錄。

在定植園選定分別在初花期(5%的花開放)、盛花期(70%的花開放)、末花期(大部分的柱頭枯萎，開始落花)、展葉初期(新梢第1個葉序的葉片完全展開)、展葉盛期(半數(shù)枝條小葉完全展開)和葉成熟期(所有葉片全部展開)，在確定樣株的樹冠向陽面，分別在上、中、下3層健康枝條的頂生花序采集花瓣和幼葉樣品，按不少于3個樣品的數(shù)量取樣，分別裝入自封袋，作好記錄，貼好標簽，放入預置冰袋的低溫泡沫箱中帶回實驗室，新鮮樣品立即進行高光譜反射率測定，部分樣品用錫箔紙包好，在液氮中速凍后放入-80 ℃超低溫冰箱，翌日開始色素含量的測定。

1.3 高光譜反射率和色素含量測定

每個樣品取3個重復測定，樣品分別按以下方法進行高光譜反射率和色素含量測定。

(1)高光譜反射率測定在實驗室用ASD Field Spec 3型高光譜儀。

(2)葉綠素含量的測定，參照周小理等[15]的方法略作改動，均勻稱取0.2 g樣品于研缽中，添加少量石英砂(0.5～1 g)，充分研磨后倒入50 mL容量瓶內(nèi)，然后用丙酮數(shù)次清洗研缽倒入容量瓶內(nèi)，用丙酮定容至50 mL，完全振搖后，用濾紙過濾，取濾液，用紫外可見-分光光度計分別于645 nm和663 nm波長下測定其光密度。

(3)黃酮含量的測定，參照李娟等[16]的方法，先根據(jù)劉飛等[17]的方法制作蘆丁標準溶液的工作曲線，獲得吸光值與蘆丁標準溶液濃度之間的回歸方程，稱取樣品0.2 g，加φ=75%的甲醇研磨，定容15 mL后置于50 mL試管中，密封多層，水浴(55 ℃)浸提3 h，冷卻，4 000 r/min離心20 min，取上清液75%甲醇定容至25 mL，得到樣品液。取1 mL樣品液，加4 mLφ=30%乙醇，加0.3 mL亞硝酸鈉(5%)，混合均勻后靜置5 min，加 0.3 mL硝酸鋁(10%)后靜置6 min，加4 mL氫氧化鈉(1 mol/L)、0.4 mLφ=30%乙醇，混勻后靜置10 min，于510 nm波長下測定光密度。

(4)花青素含量的測定，參照林蓓蓓等[18]的方法略作改動，均勻稱取0.2 g樣品于研缽中，充分研磨后轉(zhuǎn)移至2 mL離心管中，3 500 r/min離心10 min，吸取上清液至10 mL容量瓶中，殘渣重復研磨離心一次，吸取上清，合并兩次上清液并定容至10 mL后，兩支10 mL試管中各吸取1 mL上清液，分別加入9 mL pH 1.0的緩沖液和9 mL pH 4.5的緩沖液，室溫下平衡1 h后，于510 nm波長下測定光密度。

1.4 數(shù)據(jù)分析

對每個樣品的3次重復測定記錄取平均值，以該平均值作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。采用SPSS 25.0軟件分別從花瓣和葉片樣品色素含量測定結(jié)果對‘金花文冠’母株、嫁接繁殖無性系植株和對照之間的差異進行單因素方差分析和LSD多重比較，可靠性水平P<0.05，以統(tǒng)計平均值做對比分析圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 ‘金花文冠’物候期和形態(tài)特征的特異性和穩(wěn)定性

2.1.1 ‘金花文冠’與對照的物候期差異 物候期觀測結(jié)果見表1。由表1可見，‘金花文冠’母株和金花嫁接文冠物候期差異不大，而與對照的物候期差異比較明顯?！鸹ㄎ墓凇棵葎雍吐淙~期均比對照晚1～2 d，開花期和展葉期早1～2 d，花期比對照長1～2 d。

表1 物候期觀察Table 1 Observation of phenology

2.1.2 ‘金花文冠’與對照的形態(tài)特征差異 文冠果屬于花葉同放型植物。由表2可見，‘金花文冠’和‘金花文冠’嫁接植株的花、葉片和枝條形態(tài)特征一致，而與對照有顯著差異。金花品種葉片展葉初期為金黃色，展葉盛期呈黃綠色，葉成熟期變?yōu)榫G色，而對照葉片始終為綠色；‘金花文冠’和‘金花文冠’嫁接植株始花期花色呈金黃色，盛花期呈黃色，末花期變?yōu)闇\紅，而對照花色由淡黃向紅色轉(zhuǎn)變。

表2 形態(tài)特征觀察Table 2 Observation of morphological characteristics

2.2 花瓣和葉片高光譜反射特征的品種差異

2.2.1 不同花期花瓣高光譜反射特征的品種差異 始花期、盛花期和末花期花瓣高光譜反射率曲線的品種間比較見圖1。

由圖1可見，同一時期不同品種文冠果花瓣的光譜反射特征具有一定的相似性，但也存在一定的差異，其中‘金花文冠’母株和金花嫁接植株光譜反射值更為相近。始花期階段，在430～470 nm波段范圍內(nèi)，金花品種反射率低于對照。

2.2.2 不同展葉期葉片高光譜反射特征的品種差異 展葉初期、展葉盛期和葉成熟期葉片高光譜反射率曲線的品種間比較見圖2。

由圖2可見，同一時期不同品種文冠果葉片的光譜反射特征具有一定的相似性，但也存在一定的差異，其中‘金花文冠’母株和金花嫁接植株光譜反射值更為相近。展葉初期，對照葉片紅邊位置相比‘金花文冠’發(fā)生紅移；展葉盛期，在 430～470 nm存在吸收谷，‘金花文冠’反射率低于對照。

2.3 ‘金花文冠’花瓣和葉片色素含量的特異性

2.3.1 不同花期花瓣色素含量的品種差異及其變化 不同花期‘金花文冠’母株、嫁接無性系植株和對照的花瓣葉綠素、黃酮和花青素含量見 圖3。

由圖3可見，在各個花期，金花品種花瓣色素含量差異顯著性低，而與對照差異顯著。其中，從始花期到末花期，文冠果花瓣葉綠素含量均低于0.11 mg/g，在整個花期花瓣中葉綠素含量較低；黃酮含量在始花期時最高，末花期時最低，各花期金花品種花瓣中黃酮含量顯著高于對照； 花青素含量始花期時最低，末花期時最高，增幅較大，金花品種花瓣花青素含量僅是對照的38%～57%。

2.3.2 不同展葉期葉片色素含量的品種差異及其變化 不同展葉期‘金花文冠’母株、嫁接無性系植株和對照的葉片葉綠素、黃酮和花青素含量見圖4。

由圖4可見，在各個時期，金花品種色素含量差異顯著性低，而與對照差異顯著。其中，‘金花文冠’母株、嫁接無性系植株的葉片葉綠素含量都高于0.73 mg/g，展葉初期含量較低，葉成熟期含量最高，在三個時期內(nèi)，葉綠素含量均顯著低于對照；黃酮含量展葉初期最高，葉成熟期最低，各展葉期金花品種黃酮含量顯著高于對照，展葉初期金花品種和對照差異最為顯著，是對照的1.40倍左右，展葉盛期到葉成熟期黃酮含量較為穩(wěn)定；花青素含量都低于0.22 mg/g，在整個展葉期含量較低。

2.3.3 花瓣和葉片色素含量比的品種差異及其變化 不同時期花瓣黃酮與花青素含量比和葉片黃酮與葉綠素含量比見表3。

由表3可見，從始花期到末花期，三類植株花瓣黃酮與花青素的含量比均逐漸下降，各個花期，金花品種花瓣黃酮與花青素含量比相近且始終顯著高于對照。葉片黃酮與葉綠素含量比隨展葉分期推移呈下降趨勢，各個展葉期，金花品種葉片黃酮與葉綠素含量比顯著高于對照，尤其是展葉初期差異最為顯著，金花品種兩種色素含量比是對照的2.3倍左右。

表3 不同時期花瓣黃酮與花青素含量比和葉片黃酮與葉綠素含量比Table 3 Content ratio of flavonoid to anthocyanin in petals and content ratio of flavonoid to chlorophyll in leaves

3 討論與結(jié)論

從形態(tài)特征來看，‘金花文冠’母株及其嫁接繁殖無性系植株花、葉片和枝條形態(tài)特征基本一致，花瓣在始花期呈金黃色，盛花期呈黃色，花序上幼葉在展葉初期也呈現(xiàn)金黃色，展現(xiàn)出特有的金黃色特性。從物候特征來看，金花母株文冠和金花嫁接文冠各個物候期起始時間及時長基本一致，與對照有顯著差異，金花品種芽萌動和落葉期比對照晚1～2 d，但展葉期和盛花期均早于對照1～2 d，盛花期時長也更長，整體來說，金花品種掛葉期和花期都要比對照長。因此，‘金花文冠’具有良好的表型穩(wěn)定性和觀賞性。

黃色系菊花(Dendranthemamorifolium(Ramat.)Tzvel.)在430～470 nm波段內(nèi)存在吸收谷，是由于類胡蘿卜素強吸收所引起的[19]。綠色植物在700～750 nm波段會出現(xiàn)反射率曲線急劇上升的現(xiàn)象，一直上升到一定階段才趨于平緩，即所謂的“紅邊效應”[20]，在生長期間葉綠素a濃度增加會導致紅邊變形點“紅移”，這主要是由于葉綠素含量高，植物光合作用強，需要消耗更多的長波光子[21-23]。本研究中，始花期和展葉盛期，金花品種在430～470 nm波段內(nèi)反射率低于對照，表明‘金花文冠’類胡蘿卜素含量高，而明莉等[24]指出，類胡蘿卜素對于文冠果花色的變化無直接影響，但會對花呈黃色起輔助作用。展葉初期，對照葉片紅邊位置相對金花母株文冠和金花嫁接文冠發(fā)生紅移，表明對照葉片葉綠素含量更高。

葉綠素、黃酮和花青素等色素的存在使植物的花、葉片具有一定的色彩[25]，而色素種類和比例是導致植物組織顏色變化的主要原因[26]。植物組織和器官中葉綠素、類胡蘿卜素、類黃酮、總花青素含量和相對含量的變化直接導致其顏色變化，但不同植物，甚至不同組織和器官，影響其呈色的關(guān)鍵色素并不相同，相對含量與呈色體系也不一致。白蠟(Fraxinuschinensis)葉片、銀杏(GinkgobilobaL.)葉片和金銀花(Lonicerajaponica)花瓣類胡蘿卜素和葉綠素含量及其比值的差異決定其顏色差異，比值越大，葉色越黃[27-29]；楓香(LiquidambarformosanaHance)和紅櫨Cotinuscoggygria‘Royal Purple’)葉色由花色素苷與葉綠素含量所決定，其比值越大，葉片越紅，比值越小，葉片越綠[30-31]，這與朱書香等[32]關(guān)于李屬植物的研究結(jié)果相似；而黃連木(PistaciachinensisBunge)和櫸樹(Zelkovaserrata(Thunb.) Makino)葉片由葉綠素、類胡蘿卜素和花色素苷相對含量共同決定其葉色變化，葉綠素越多，葉片越綠，類胡蘿卜素越多，葉片越黃，花色素苷越多，葉片越紅[26,33]；在牡丹(PaeoniasuffruticosaAndr.)花色變化過程中，總黃酮含量越多，花色越黃，總花青素越多，花色越紅[34]；此外，葉綠素的下降，花青素的積累，使得黃櫨(CotinuscoggygriaScop.)葉片由綠色轉(zhuǎn)為紅或黃色[35]。綜之，葉綠素是光合作用最主要的色素，它使植物組織呈綠色；花青素使植物組織呈紅色；黃酮使植物組織呈黃色[19,36-38]。本研究中，從始花期到末花期，‘金花文冠’花色由金黃色逐漸變?yōu)闇\紅色，花瓣中黃酮含量逐漸下降，花青素含量逐漸上升，二者的含量比也逐漸下降，從展葉初期到葉成熟期，‘金花文冠’花序上幼葉從金黃色逐漸轉(zhuǎn)為綠色，葉片中黃酮含量呈下降趨勢，葉綠素含量高且呈上升趨勢，葉綠素與黃酮含量的比值也逐漸上升，因此，黃酮是文冠果葉片呈金黃色的主要因素。

本研究分析了‘金花文冠’母株、‘金花文冠’嫁接植株和對照的物候期、形態(tài)特征、高光譜反射特征以及色素含量的差異，結(jié)果表明，‘金花文冠’母株與‘金花文冠’嫁接植株葉片和枝條形態(tài)特征一致，花瓣在始花期呈金黃色，盛花期呈黃色，花序上的幼葉在展葉初期呈金黃色，花瓣和葉片高光譜反射值相接近，色素含量差異不顯著，與對照有顯著差異，具有良好的表型穩(wěn)定性和觀賞性；從始花期到盛花期，花瓣黃酮含量和相對含量均下降，花青素含量顯著上升，展葉初期到展葉盛期，葉片黃酮含量和相對含量均下降，葉綠素含量顯著上升，所以黃酮是‘金花文冠’花瓣和葉片呈金黃色的主要因素；從高光譜反射曲線分析得出，始花期和展葉盛期，花瓣和葉片類胡蘿卜素含量較高，推測類胡蘿卜素對‘金花文冠’特有顏色的呈現(xiàn)有一定的作用。色素含量和比例關(guān)系支持其呈色表現(xiàn)。