彩葉植物SPAD值及其熒光參數(shù)的異質(zhì)性

王永濤 ，楊 寧 ，李貴學(xué)，于林倩，姜錫川

(1. 青島市園林和林業(yè)綜合服務(wù)中心，山東 青島 266100；2. 青島西海岸新區(qū)自然資源局，山東 青島 266400)

1 引言

彩葉植物是生長季節(jié)的某一階段全部或部分葉片較穩(wěn)定地呈現(xiàn)非綠色的植物，因其具有觀賞期長、色彩豐富、易形成景觀的特點(diǎn)，在城鄉(xiāng)綠化美化中具有重要的應(yīng)用價(jià)值[1，2]。然而，由于光照、栽培管理等因素影響，彩葉植物常出現(xiàn)葉片復(fù)綠現(xiàn)象，在一定程度上影響了彩葉植物的景觀效果[3，4]。通過對紫葉李、紫葉矮櫻、金葉風(fēng)箱果等彩葉樹種光合色素含量的測定，得出光照是影響彩葉樹種葉色變化的直接原因[5]。通過遮光率對比試驗(yàn)，得出遮光程度越大，黃金芽茶樹葉色返綠越明顯[6]。葉綠素含量的消長規(guī)律是反映葉片生理活動變化的重要指標(biāo)之一，也是直接影響和反映葉色變化的重要因子。研究表明，SPAD(Soil Plant Analysis Development)值與葉片葉綠素含量呈極顯著的正相關(guān)，可為活體測定葉綠素水平提供可靠依據(jù)，因而可運(yùn)用葉綠素儀對植物的光環(huán)境及葉片健康水平進(jìn)行評價(jià)[7，8]。葉綠素?zé)晒鈪?shù)是一組用于描述植物光合作用機(jī)理和光合生理狀況的變量或常數(shù)值，被視作研究植物光合作用與環(huán)境關(guān)系的內(nèi)在探針[9，10]。近些年來，葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)已被廣泛應(yīng)用于光合過程與機(jī)理、逆境生理以及品種選育研究領(lǐng)域[11，12]。宗梅等[14]將紅葉石楠和光葉石楠作為實(shí)驗(yàn)材料，研究了兩種石楠Fv/Fm、Fv/Fo的異質(zhì)性特征。馮露等[15]通過測定紫葉和綠葉紫薇品種的葉片色素含量及分布、光合生理指標(biāo)和可溶性糖含量，分析了葉色呈現(xiàn)機(jī)理和光合特性。然而，目前對彩葉植物不同部位葉片SPAD值和葉綠色熒光參數(shù)的對比分析研究尚鮮有報(bào)道，尤其是針對彩葉植物出現(xiàn)的葉片復(fù)綠現(xiàn)象。

為了探討彩葉植物復(fù)綠過程中是否表現(xiàn)為葉綠色相對含量和葉綠色熒光參數(shù)上的異質(zhì)性，本文通過對金葉女貞(Ligustrum×vicaryi)、紫葉矮櫻(Prunus×cistena)、紫葉黃櫨(Cotinuscoggygriavar.purpurenss)和紫葉李(Prunuscerasiferaf.atropurpurea)等4種彩葉植物SPAD值和葉綠色熒光參數(shù)值的測定，分析4種彩葉植物在復(fù)綠梯度過程中的相應(yīng)指標(biāo)的內(nèi)在差異和動態(tài)變化規(guī)律，分析其對生境的適應(yīng)策略，以期為彩葉植物生理生態(tài)機(jī)制及人工栽培提供理論基礎(chǔ)。

2 材料與方法

實(shí)驗(yàn)地位于山東省青島市中山公園(120°20′48″E，36°3′54″N)。研究區(qū)屬暖溫帶季風(fēng)大陸性氣候，年平均氣溫12.3 ℃，1月份最低，月平均氣溫-3 ℃，8月份最高，月平均氣溫25 ℃，年平均降水量775.6 mm左右。

選取園內(nèi)金葉女貞、紫葉矮櫻、紫葉黃櫨和紫葉李為實(shí)驗(yàn)材料。于2021年5月份，在排除外界因素干擾的條件下，選擇不同植物、不同部位的葉片，測定了SPAD值和初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)、PSII最大光能轉(zhuǎn)化效率(Fv/Fm)和PSII最大光能轉(zhuǎn)化潛力(Fv/Fo)等4個(gè)葉綠素?zé)晒鈪?shù)。按三等分法在植株的外部、中部、內(nèi)部各選取5片完全展開、無破損的葉片，運(yùn)用SPAD-502葉綠素儀測定動態(tài)定位測定葉片SPAD值；運(yùn)用OS-30P+快速植物脅迫測量儀測定葉綠素?zé)晒鈪?shù)，葉片暗適應(yīng)30 min后測量相關(guān)指標(biāo)，每個(gè)部位3次重復(fù)，一日內(nèi)分別在09:00、13: 00、17:00測定。

3 結(jié)果與分析

3.1 按部位分時(shí)間的葉片SPAD異質(zhì)性

從圖1中可以看出，4種彩葉植物同一時(shí)間內(nèi)不同部位葉片的SPAD值異質(zhì)性特征明顯，一致表現(xiàn)為內(nèi)部葉片的SPAD值顯著大于外部葉片，而且金葉女貞、紫葉矮櫻、紫葉黃櫨內(nèi)部葉片的SPAD值也顯著大于中部葉片，但紫葉李中部葉片和內(nèi)部葉片的SPAD值差異不顯著。就日平均SPAD值而言，金葉女貞、紫葉矮櫻、紫葉黃櫨、紫葉李內(nèi)部葉片、中部葉片和外部葉片的SPAD值之比分別為1.74∶1.20∶1、1.24∶1.04∶1、1.19∶1.10∶1和1.10∶1.09∶1。這與4種彩葉植物葉片顏色的變化規(guī)律一致，即由于植株外部葉片的SPAD值最低，葉片的彩色最明顯；中部葉片的SPAD值有所增加，葉片彩色變淺；內(nèi)部葉片的SPAD值最大，葉片的彩色最淺，呈現(xiàn)明顯復(fù)綠特征。

金葉女貞、紫葉矮櫻、紫葉黃櫨、紫葉李的日均SPAD值分別為22.96±5.87、34.66±3.68、36.54±2.83和37.61±1.74。其中，金葉女貞和紫葉李不同部位的葉片SPAD值不存在顯著的動態(tài)變化，而紫葉矮櫻和紫葉黃櫨的葉片SPAD值存在一定的動態(tài)變化，大致表現(xiàn)為13:00的SPAD值最高，即SPAD值呈現(xiàn)單峰型的日動態(tài)變化(表1)。

3.2 按部位分時(shí)間的葉綠素?zé)晒鈪?shù)異質(zhì)性

4種彩葉植物初始熒光Fo呈現(xiàn)一定程度的異質(zhì)性特征，金葉女貞、紫葉矮櫻、紫葉黃櫨、紫葉李全株的Fo平均值分別為113.52±22.53、164.96±20.60、192.04±14.69和162.22±16.84。其中金葉女貞和紫葉李Fo穩(wěn)定表現(xiàn)為內(nèi)部葉片F(xiàn)0顯著大于外部葉片，分別為外部葉片的1.45倍和1.14倍；而紫葉矮櫻外部葉片和內(nèi)部葉片的Fo不存在顯著差異，紫葉黃櫨的外部、中部、內(nèi)部葉片在一日內(nèi)的Fo異質(zhì)性有特征存在一定程度的差異(圖2)。

圖1 彩葉植物不同部位SPAD值的異質(zhì)性

表1 彩葉植物不同時(shí)間葉片SPAD值的異質(zhì)性

4種彩葉植物按部位分時(shí)間的可變熒光FV如圖3所示，其中金葉女貞和紫葉黃櫨不同部位的可變熒光FV在一日內(nèi)穩(wěn)定地表現(xiàn)為內(nèi)部葉片>中部葉片>外部葉片，相應(yīng)比值分別為2.77∶2.02∶1和1.45∶1.16∶1。而紫葉李13:00和17:00均表現(xiàn)為內(nèi)部葉片>中部葉片>外部葉片，紫葉矮櫻的FV異質(zhì)性表現(xiàn)不如其他3種彩葉植物顯著。

熒光參數(shù)Fv/Fm是衡量植物抗逆性的一個(gè)重要指標(biāo)，其值一般穩(wěn)定在0.80～0.85。4種彩葉植物按部位分時(shí)間的Fv/Fm如圖4所示，其中金葉女貞Fv/Fm變化范圍為0.61～0.83，且表現(xiàn)為外部葉片F(xiàn)v/Fm恒小于中部和內(nèi)部葉片；紫葉矮櫻Fv/Fm變化范圍為0.79～0.83，且外部和中部葉片的Fv/Fm不存在顯著差異；紫葉黃櫨Fv/Fm變化范圍為0.76～0.82，但不同部位在不同時(shí)段的Fv/Fm異質(zhì)性特征不盡一致；紫葉李Fv/Fm變化范圍為0.79～0.82，且外部葉片和內(nèi)部葉片的Fv/Fm存在顯著差異。

圖2 彩葉植物不同部位初始熒光F0的異質(zhì)性

圖3 彩葉植物不同部位Fv的異質(zhì)性

4種彩葉植物按部位分時(shí)間的Fv/F0如圖5所示，其中金葉女貞Fv/F0變化范圍為1.61～4.97，且表現(xiàn)為外部葉片F(xiàn)v/F0恒小于中部和內(nèi)部葉片；紫葉矮櫻Fv/F0變化范圍為3.86～4.95，且外部和中部葉片的Fv/F0不存在顯著差異；紫葉黃櫨Fv/F0變化范圍為3.25～4.51，但不同部位在不同時(shí)段的Fv/F0異質(zhì)性特征不盡一致；紫葉李Fv/F0變化范圍為3.87～4.60，且外部葉片和內(nèi)部葉片的Fv/F0存在顯著差異。

圖4 彩葉植物不同部位Fv/Fm的異質(zhì)性

圖5 彩葉植物不同部位Fv/F0的異質(zhì)性

4 結(jié)論與討論

本研究發(fā)現(xiàn)，4種彩葉植物同一時(shí)間內(nèi)不同部位葉片的SPAD值異質(zhì)性特征明顯，一致表現(xiàn)為內(nèi)部葉片的SPAD值顯著大于外部葉片。楊紅蘭等[16]對桂林巖溶石山小葉女貞、紅背山麻桿、九龍?zhí)?、青岡櫟和菜豆樹SPAD值的測定結(jié)果也表明，內(nèi)部葉片最大，外部葉片最小。王冰等[17]也發(fā)現(xiàn)山桃葉片同一葉片不同部位的葉綠素SPAD值有明顯差異。王冰等研究發(fā)現(xiàn)同一綠化樹種葉片的SPAD值在一天內(nèi)也呈現(xiàn)一定的波動，且表現(xiàn)為中午高的單峰型日變化，本研究發(fā)現(xiàn)紫葉矮櫻和紫葉黃櫨的葉片SPAD值基本表現(xiàn)為13:00最高，而金葉女貞和紫葉李不同部位的葉片SPAD值不存在顯著的動態(tài)變化。究其原因，可能與溫度、光照強(qiáng)度的變化有關(guān)，早上光照強(qiáng)度較弱，隨著光照強(qiáng)度增加、氣溫升高，葉片酶活性增強(qiáng)，進(jìn)而葉綠素合成增加，表現(xiàn)為葉片SPAD 值增加；14:00以后，由于參與光合作用，且伴隨自身分解，葉綠素含量減少，同時(shí)光照強(qiáng)度降低、氣溫下降，進(jìn)而又表現(xiàn)為葉片SPAD值降低。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)是一組用于描述植物光合作用機(jī)理和光合生理狀況的值，反映了植物“內(nèi)在性”的特點(diǎn)，是研究植物光合作用與環(huán)境關(guān)系的內(nèi)在探針。研究結(jié)果表明，4種彩葉植物葉綠素?zé)晒鈪?shù)存在按部位分時(shí)間均存在一定程度的異質(zhì)性，其中金葉女貞內(nèi)部葉片的Fo、Fm、Fv/Fm、Fv/Fo均顯著大于外部葉片；紫葉矮櫻、紫葉李的外部、中部和內(nèi)部Fo、Fm、Fv/Fm、Fv/Fo的異質(zhì)性規(guī)律不同；紫葉黃櫨內(nèi)部葉片的Fm、Fv/Fm、Fv/Fo顯著大于外部葉片。宗梅等[14]研究了紅葉石楠和光葉石楠Fv/Fm、Fv/Fo的綠素?zé)晒鈪?shù)日變化特征。盧廣超等[18]對4 種彩葉植物(紅背桂、花葉鵝掌柴、紅龍草和黃金榕)的葉綠素?zé)晒鈪?shù)日變化進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)4種彩葉植物的幾個(gè)主要熒光參數(shù)值相對常綠植物的熒光值要低，這與本研究發(fā)現(xiàn)金葉女貞和紫葉黃櫨的內(nèi)部葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù)顯著大于外部葉片相一致，這可能是由于外部葉片葉綠素含量低，致使其光合能力下降。但是紫葉矮櫻和紫葉李外部葉片、中部葉片和內(nèi)部葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù)變化規(guī)律卻不盡一致，這說明葉綠色熒光不僅與光照強(qiáng)度有關(guān)，還與其他樹種生物學(xué)特性、其他生境因子有關(guān)[19,20]。Fv/Fm是植物發(fā)生光抑制的敏感指標(biāo)，F(xiàn)v/Fm值降低表明其光合機(jī)構(gòu)可能遭受過量光能破壞，也可能是保護(hù)光合機(jī)構(gòu)免于遭受破壞的保護(hù)性反應(yīng)[20]。本試驗(yàn)金葉女貞外部葉片的值較低，僅為0.64±0.05，這說明金葉女貞存在光抑制現(xiàn)象。