18種槭樹光合色素含量及其與SPAD值相關性

王雪梅

(福州植物園,福建 福州 350012)

彩葉樹種是指在整個生長季節(jié)或生長季節(jié)的某一階段全部或部分葉片較穩(wěn)定地呈現(xiàn)非綠色的一類樹種的總稱[1-2]。近年來,彩葉樹種由于其獨特的葉色景觀在園林綠化中得到廣泛的應用[3-4]。然而,目前在彩葉樹種的引種、栽培、管理等方面尚存在一定的盲目性,加之氣候等環(huán)境因素導致彩葉樹種呈色效果不佳,使其景觀效益低下、樹種結(jié)構(gòu)單一等問題愈加明顯[5-6]。因此,了解不同彩葉樹種的生理特性及色素合成機理,對于改善生態(tài)環(huán)境、提高景觀效益具有重要意義。

槭樹是槭樹科(Aceraceae)槭屬(Acer)和金錢槭屬(Dipteronia)植物的泛稱,是彩葉植物的代表樹種之一,也是我國重要的觀賞樹種之一[7]。槭樹通常為喬木或灌木,落葉或常綠,葉色豐富且隨季節(jié)變化,是十分優(yōu)良的造景樹種,具有重要的生態(tài)價值和經(jīng)濟價值[8-9]。至今為止,槭樹主要分布于東亞地區(qū),其中又以我國長江以南地區(qū)居多,共有100多種,占全世界槭樹種類的二分之一[10]。福建省槭屬植物品種較多,具備槭樹研究的天然優(yōu)勢[11]。

以葉綠素為主的光合色素是光合作用的重要因素,植物體葉綠素含量的高低直接影響植物的光合速率,在光合作用過程中具有接收和轉(zhuǎn)換能量的作用。花色素苷是以黃酮核為基礎的一類化合物,可使植物器官呈現(xiàn)由紅、紫紅到蘭等不同的顏色[12]。葉片顏色的不同是葉片色素種類及其比例的差異造成的[13]。本研究以三尾青皮槭(Acercappadocicumvar.tricaudatum)、桂林槭(A.kweilinenseFang et Fang f.)、寧波三角槭(A.buergerianumvar.ningpoense)等18種槭樹為研究對象,研究不同槭樹樹種葉片色素含量的差異,并探討了色素含量與葉綠素相對含量(SPAD)值之間的相關關系,旨在為進一步探索不同彩葉樹種的呈色機理,為彩葉樹種的科學引種及景觀配置提供科學指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2022年11月中旬,在福州植物園宦溪林場,選取林齡2～3 a、平均樹高110～200 cm、平均胸徑1.0～1.9 cm、無病蟲害、生長良好的18種槭樹為研究材料,樹種分別為三尾青皮槭、桂林槭、寧波三角槭、樟葉槭(A.cinnamomifoliumHayata)、金錢槭(DipteroniasinensisOliv.)、長尾秀麗槭(A.elegantulumvar.macrurum)、長裂葛蘿槭(A.grosserivar.hersii)、元寶槭(A.truncatumBunge)、革葉槭(A.coriaceifoliumLevl.)、薄葉槭(A.tenellumPax)、飛蛾槭(A.oblongumWall.)、青榨槭(A.davidiiFranch.)、羅浮槭(A.fabriHance)、五裂槭(A.oliverianumPax)、光葉槭(A.laevigatumWall.)、彩岑槭(A.serrulatum‘Bicolor’)、雞爪槭(A.palmatumThunb.)、金沙槭(A.paxiiFranch.)。

1.2 指標測定

1.2.1 取樣方法及樣品處理 每種槭樹選擇3株,采用高枝剪在每株槭樹樹冠的東、南、西、北4個方位采摘健康、完整葉片,每株槭樹約采集30～50個葉片,裝入提前準備好的自封袋,迅速帶回試驗室處理。將采集到的所有新鮮葉片及時用超純水洗凈、擦干,去除葉柄及葉脈,均勻剪成1 mm×1 mm的正方形小塊,并混勻后備用。

1.2.2 葉片光合色素的提取與測定 光合色素含量的測定采用乙醇-丙酮法[14]。用電子天平準確稱取剪碎的葉片0.1 g,置于指型管中,加入提前配置好的乙醇-丙酮混合液10 mL(體積分數(shù)為80%丙酮和無水乙醇等體積混合),迅速用橡皮塞封口,在陰暗處放置24 h,待材料呈現(xiàn)出白色,取上清液,用可見分光光度計分別測定波長440、645、663 nm處的吸光度值(OD),3次重復,同時以80%丙酮設為對照組。按下列公式計算各光合色素的含量:Chla=0.1×(9.78OD663-0.99OD645),Chlb=0.1×(21.43OD645-4.65OD663),Chla+b=0.1×(5.13OD663+20.44OD645),Car=0.1×(4.7OD440-0.27Chla+b),式中:Chla為葉綠素a含量(mg·g-1);Chlb為葉綠素b含量(mg·g-1);Chla+b為葉綠素總含量(mg·g-1);Car為類胡蘿卜素含量(mg·g-1)。

1.2.3 葉片花色素苷的提取與測定 準確稱取剪碎的葉片0.5 g,置于10 mL離心管中,加入1%鹽酸-乙醇提取液5 mL,在32 ℃水浴中提取4 h,然后在8000 r·min-1轉(zhuǎn)速下離心15 min,最后取上清液供測定用。用可見分光光度計測定535 nm處的吸光度值,用1%鹽酸乙醇作對照,重復3次。設定每克鮮重葉片在10 mL提取液中,吸光度OD535為0.1時的花色素苷的濃度為1個色素單位,則花色素苷的相對含量=OD535/0.1(色素單位)。

1.2.4 SPAD測定 采用SPAD-502型葉綠素計進行SPAD值的測定,在選取的每株槭樹東、南、西、北4個方向,隨機選擇8～10個葉片,避開葉脈,每個葉片在葉基、葉中和葉尖處測量SPAD值,計算每個葉片平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

不同槭樹樹種之間光合色素含量及SPAD值之間的差異采用單因素方差分析及Duncan’s多重比較的方法,光合色素含量與SPAD值之間的相關性采用Pearson相關分析法。所有數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計方法采用Excel 2019和SPSS 26.0軟件進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 18種槭樹葉綠素含量的差異

2.1.1 18種槭樹葉綠素a含量的差異 18種槭樹葉片的葉綠素a含量見圖1。在18種槭樹中,三尾青皮槭、樟葉槭、長尾秀麗槭、長裂葛蘿槭、元寶槭、薄葉槭的葉綠素a含量均高于0.60 mg·g-1,薄葉槭的葉綠素a含量最高,為0.79 mg·g-1;其余的12種槭樹中,彩岑槭、雞爪槭、金沙槭的葉綠素a含量均低于0.20 mg·g-1,彩岑槭的葉綠素a含量最低,為0.05 mg·g-1;最大值是最小值的14.70倍。葉綠素a含量高于0.60 mg·g-1的6種槭樹與低于0.20 mg·g-1的3種槭樹之間的差異達顯著水平。

2.1.2 18種槭樹葉綠素b含量的差異 18種槭樹葉片的葉綠素b含量見圖2。在18種槭樹中,樟葉槭、長尾秀麗槭、長裂葛蘿槭、元寶槭、薄葉槭的葉綠素b含量均高于0.28 mg·g-1,薄葉槭的葉綠素b含量最高,為0.35 mg·g-1;其余的13種槭樹中,羅浮槭、五裂槭、光葉槭、彩岑槭、雞爪槭、金沙槭的葉綠素b含量均低于0.18 mg·g-1,彩岑槭的葉綠素b含量最低,為0.10 mg·g-1;最大值是最小值的3.40倍。葉綠素b含量高于0.28 mg·g-1的5種槭樹與葉綠素b含量低于0.18 mg·g-1的6種槭樹之間的差異達顯著水平。

圖2 18種槭樹葉綠素b含量的差異

2.1.3 18種槭樹葉綠素總量的差異 18種槭樹葉片的葉綠素總量見圖3。在18種槭樹中,樟葉槭、長尾秀麗槭、長裂葛蘿槭、元寶槭、薄葉槭的葉綠素總量均高于0.90 mg·g-1,薄葉槭的葉綠素總量最高,為1.14 mg·g-1;其余的13種槭樹中,金錢槭、羅浮槭、五裂槭、光葉槭、彩岑槭、雞爪槭、金沙槭的葉綠素總量均低于0.60 mg·g-1,彩岑槭的葉綠素總量最低,為0.16 mg·g-1;最大值是最小值的7.3倍。葉綠素總量高于0.90 mg·g-1的5種槭樹與葉綠素總量低于0.60 mg·g-1的7種槭樹之間的差異達顯著水平。

圖3 18種槭樹葉綠素總量的差異

2.2 18種槭樹類胡蘿卜素含量的差異

18種槭樹葉片中的類胡蘿卜素含量見圖4。在18種槭樹中,樟葉槭、長尾秀麗槭、長裂葛羅槭、元寶槭、薄葉槭的類胡蘿卜素含量均高于0.50 mg·g-1,薄葉槭的類胡蘿卜素含量最高,為0.58 mg·g-1;其余的13種槭樹中,金錢槭、青榨槭、羅浮槭、五裂槭、光葉槭、彩岑槭、雞爪槭、金沙槭的類胡蘿卜素含量均低于0.30 mg·g-1,彩岑槭的類胡蘿卜素含量最低,為0.09 mg·g-1;最大值是最小值的6.4倍。對比發(fā)現(xiàn),類胡蘿卜素含量高于0.50 mg·g-1的5種槭樹與類胡蘿卜素含量低于0.30 mg·g-1的8種槭樹之間差異達顯著水平。

圖4 18種槭樹類胡蘿卜素含量的差異

2.3 18種槭樹花色素苷相對含量的差異

18種槭樹葉片的花色素苷相對含量見圖5。在18種槭樹中,彩岑槭和雞爪槭的花色素苷相對含量均高于15.00色素單位·g-1,其中雞爪槭的花色素苷相對含量最高,為20.88色素單位·g-1,彩岑槭的花色素苷相對含量為16.04色素單位·g-1,二者之間差異顯著,且與其它16種槭樹之間的差異達顯著水平;其它16種槭樹花色素苷相對含量均低于6.00色素單位·g-1,其中羅浮槭的花色素苷相對含量最低,僅為0.96色素單位·g-1;最大值是最小值的21.80倍。在花色素苷相對含量低于6.00色素單位·g-1的16種槭樹中,三尾青皮槭和薄葉槭的花色素苷相對含量較高,分別為5.24、5.03色素單位·g-1,二者與羅浮槭之間差異達顯著水平。

圖5 18種槭樹樹種花色素苷相對含量的差異

2.4 18種槭樹SPAD值的差異

18種槭樹葉片的SPAD值見圖6。在18種槭樹中,三尾青皮槭、樟葉槭、長裂葛羅槭、革葉槭、薄葉槭、羅浮槭、光葉槭的SPAD值均高于50.00,以羅浮槭的SPAD值最高,約為59.27;其余的11種槭樹中,桂林槭、寧波三角槭、長尾秀麗槭、五裂槭、彩岑槭、雞爪槭、金沙槭的SPAD值均低于30.00,以金沙槭的SPAD含量最低,約為16.13;最大值是最小值的3.70倍。SPAD值高于50.00的7種槭與SPAD值低于50.00的11種槭樹之間差異達顯著水平。

圖6 18種槭樹樹種SPAD值的差異

2.5 18種槭樹各光合色素和SPAD值的相關性分析

18種槭樹各種光合色素和SPAD值的相關性分析結(jié)果見表1。結(jié)果表明,葉綠素b與葉綠素a含量呈極顯著正相關,葉綠素總量與葉綠素a、b含量呈極顯著正相關。類胡蘿卜素含量與葉綠素a、b及葉綠素總量呈極顯著正相關。SPAD值則與葉綠素a、葉綠素總量、類胡蘿卜素呈顯著正相關關系。

表1 18種槭樹之間各光合色素及SPAD值相關系數(shù)分析

3 討論

本研究結(jié)果表明,不同槭樹樹種之間葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量、SPAD值均存在極顯著差異,與李保印等[15]報道的不同彩葉植物之間色素含量存在明顯差異的結(jié)論一致。彩葉樹種的葉片顏色會隨季節(jié)的變化而發(fā)生改變,該變化過程與葉片中光合色素含量的變化有關[16]。但由于本試驗僅在秋天進行,故無法對不同時期彩葉樹種的光合色素含量進行比較,進而揭示其時間變化規(guī)律,是本試驗的一個局限性。

類胡蘿卜素是一類廣泛存在于高等植物體內(nèi)的天然色素物質(zhì),其具有一定的生物活性,和葉綠素一樣通過葉片中的葉綠體合成。類胡蘿卜素的含量與植物葉片的顏色息息相關[17]。本研究發(fā)現(xiàn)18種槭樹類胡蘿卜素與葉綠素a、b含量及葉綠素總量呈極顯著正相關,該結(jié)論與馬超等[18]的結(jié)論一致。本研究還發(fā)現(xiàn),一些葉綠素含量明顯較低的槭樹樹種,如彩岑槭和雞爪槭,其花色素苷含量較高;但樟葉槭、長尾秀麗槭、長裂葛蘿槭、元寶槭、薄葉槭等葉綠素含量較高的槭樹的花色素苷含量普遍較低。相關分析表明,槭樹葉綠素與花色素苷含量之間呈負相關關系,該結(jié)論與田野等[19]的研究結(jié)果相近。

本研究中槭樹的SPAD值與葉綠素a及葉綠素總量之間存在顯著的正相關關系,該結(jié)論與張瀟等[12]、艾天成等[20]、姚付啟等[21]、馮恩英等[22]的研究結(jié)果一致。傳統(tǒng)的葉綠素測定方法存在流程復雜、容易損傷植物體等缺點,而SPAD葉綠素計能夠通過植物葉片的透光系數(shù),間接測算葉綠素含量,可避免對植物體造成不必要的損傷,具備快速測定、無損等優(yōu)點。因此利用植物葉片的SPAD值來預測葉綠素含量,已成為快速測定并預估葉綠素含量的重要手段,具有廣闊的應用前景[23]。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明18種槭樹的光合色素含量(葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量、類胡蘿卜素、花色素苷)以及SPAD值間差異均達極顯著水平,其中樟葉槭、長尾秀麗槭和薄葉槭葉綠素a含量較高,長尾秀麗槭和薄葉槭的葉綠素b含量、葉綠素總量及類胡蘿卜素含量較高,彩岑槭和雞爪槭的花色素苷含量最高。不同槭樹樹種葉片的SPAD值與葉綠素a及葉綠素總量之間存在著顯著的正相關關系,采用SPAD計可作為評估葉綠素總量的速測方法,具有方便、快捷的優(yōu)點。本研究的結(jié)果對于揭示彩葉樹種的呈色機理,以及優(yōu)化造林配置具有重要的科學意義。