紫叶杜仲叶色变异研究

彭少兵，张春贺，任利益，李长友，程婷婷，张葳蕤

（西北农林科技大学林学院，陕西 杨凌 712+100）

紫叶杜仲叶色变异研究

彭少兵，张春贺，任利益，李长友，程婷婷，张葳蕤

（西北农林科技大学林学院，陕西 杨凌 712+100）

以6年生紫叶杜仲和对照绿叶杜仲扦插苗为试材，测定了杜仲叶片中花色素苷、叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、可溶性糖等叶色相关物质含量及叶片中苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性和pH值在叶色表达期随时间（8－10月）的动态变化，分析了叶色变异与叶片叶绿素、花色素苷、可溶性糖、PAL活性、pH值的相关性，同时对紫色杜仲叶进行遮光处理并探讨光对叶色变异的影响。结果表明：紫叶杜仲叶片内花色素苷含量、PAL活性均高于绿叶杜仲的，而紫叶杜仲叶绿素含量和pH值却低于绿叶杜仲；在8－10月，其叶绿素含量、pH值呈下降趋势，花色素苷含量、可溶性糖含量、PAL活性表现出升高趋势；通过紫叶与绿叶杜仲的对比可以看出，紫叶杜仲叶片变异的主要原因是其花色素苷含量和M值显著高于绿叶杜仲；影响花色素苷和叶绿素含量的主要因子有PAL活性、温度、pH值、光照等，而可溶性糖含量与花色素苷相关性不强

杜仲；叶色；变异

杜仲（Eucommia ulmoides）是中国特有的名贵经济树种，在我国亚热带至暖温带的26个省（区、市）均有栽培。从杜仲叶片的叶形及颜色表现出的特征看，可分为巨叶杜仲、小叶杜仲、紫叶杜仲、簇叶杜仲4种类型[2]。杜仲除可用于木材外，其部位均产杜仲胶，可做硬性橡胶制品，也可作名贵药材入药补肝肾，治脊痛。目前杜仲研究主要集中在杜仲胶的提取、杜仲树皮药用价值、杜仲叶化学成分的分析等方面，而对杜仲叶片颜色变异原因方面的研究较少。

彩叶植物是一类在自然界存在的或经人工栽培选育的、在一定季节或常年表现出与自然绿色有极为显著差别的、有明显观赏价值的植物总称。常见的彩叶植物主要是元宝枫、鸡爪槭、紫叶李等。植物叶片呈色原理十分复杂，它与叶片细胞内色素的种类、含量及在叶片中的分布有关，叶片中的颜色主要由叶绿素、类胡萝卜素和花色素苷三类色素决定[3]。花色素苷属于类黄酮类物质，是植物次生代谢产物之一，广泛存在于花、果实、叶等多种植物组织和器官的细胞液泡中，因其具有吸光性而表现出粉色、紫色、红色及蓝色，是影响植物色彩表达的主要因素之一[4]。紫叶稠李[5]、槭树[6]和海棠[7]等叶片的研究表明：叶片中花色素苷的合成受多种因素的影响，叶绿素、可溶性糖含量、PAL活性等影响花色素苷的合成，进而影响叶片的颜色。紫叶杜仲叶片呈紫色或紫红色、树干通直、树形优美，具有成为良好的园林观赏树种的潜力。研究分析杜仲叶色变异的机理，对于紫叶杜仲的开发利用，以及深入研究植物叶片呈色的机理具有重要意义。

1 材料及方法

1.1 材料

西北农林科技大学苗圃园6年生扦插苗。分别在不同时期取杜仲树中上部叶片为材料。采样测定时间及标号如表1。

1.2 方法

1.2.1 叶绿素、PAL的提取与测定 参照由高俊凤主编《植物生理学实验指导》中方法并略作改动[8]。花色素苷的提取和测定参照董爱文的《爬山虎红色素的定性定量分析》中实验方法并改动[9]。参照向曙光、刘思俭的《应用苯酚法测定植物组织中的碳水化合物》[10]，用苯酚法测可溶性糖。分别随机称取杜仲紫色叶片与绿色叶片各2 g，分别加入1 mL蒸馏水匀浆，于10 000 r/min离心机中离心15 min，吸取上清液，用BMH Easy型pH计测定pH值，以上清液pH值代表叶片细胞液的pH值。

1.2.2 遮光处理 选用市售透光率为50%的黑色遮阳网进行遮光处理。实验材料为紫叶杜仲新枝，于树干上部套遮阳网，对照不遮光。每处理重复三次。采样一周一次。以上述方法测定叶绿素和花色素苷。

2 结果与分析

2.1 杜仲叶片叶绿体色素的动态变化（8－10月）

大约每隔15 d采样测定1次，结果如图1。由图1可知，紫叶杜仲的各质体色素含量整体呈下降趋势。总叶绿素含量在8月中旬达到最大值，10月中旬降至最小值，降幅达56.8%，叶片绿色逐渐减淡至泛黄。

绿叶杜仲与紫叶杜仲总叶绿素含量对比分析见图2。从图2可以看出，紫叶杜仲总叶绿素含量显著低于绿叶杜仲的总叶绿素含量。两者均呈先增后减的趋势。绿叶杜仲叶片总叶绿素含量平均比紫叶杜仲叶片的多出1.727 mg/g。

2.2 花色素苷的变化及其与叶绿素的关系

实验中花色素苷的测定与叶绿素测定同时进行，不同时期杜仲叶中花色素苷的含量变化较大，从图3可以看出：随着叶片变老和气温降低，紫叶和绿叶的花色素苷含量在8－9月整体呈增加趋势，但是变化不太明显。紫叶杜仲花色素苷含量显著高于绿叶杜仲，是导致其叶色变紫的主要原因之一。从图3还可以看出，紫叶杜仲花色素苷含量在8月中旬最少，可能是由于夏季高温、强光导致花色素苷含量下降；在10月中旬含量最高，叶色紫红，观赏效果较好，是作为园林观景树的较佳时期。

将花色素苷与总叶绿素含量的比值设为M，反映了叶色的变化。由图4表明：花色素苷/叶绿素的动态变化趋势与花色素苷含量的变化趋势类似，但前者变化更明显，更能直观的反应叶色变化情况。M值的改变可作为观叶植物叶色变化的定量指标。与紫叶杜仲相比，绿叶杜仲的M值变化不明显，且在10月中旬紫叶的M值比绿叶的多出 768.78%，这时两者叶色也差别明显。紫叶杜仲在8月M值较低，9月中旬M值大幅升高。如紫叶杜仲在8月中旬的M值较8月初降低了0.03，降低的比率为8.46%；10月中旬较8月中旬升高了0.241，升高比率高达42.85%。

将花色素苷与叶绿素进行相关性分析，得知紫叶杜仲花色素苷与叶绿素呈明显负相关，相关系数为－0.947 66。绿叶杜仲花色素苷与叶绿素呈不显著负相关，相关系数是－0.550 84，与冯立娟等关于红枫叶色研究的报道一致[12]。

2.3 P AL活性变化及其与花色素苷的关系

PAL活性8－10月变化如图5。由图5可知，紫叶杜仲的PAL活性在8－10月整体随时间呈明显上升趋势，而对照变化不明显，不过也成微弱上升趋势。

由图5花色素苷含量与PAL活性变化的相关性可以看出，花色素苷含量与PAL活性变化呈正相关，随着叶片中PAL活性的降低，花色素苷的含量也随之减少。

2.4 可溶性糖含量和pH值变化

各种可溶性糖是参与新陈代谢的重要底物植物，在个体发育的各个时期代谢活动也发生相应的变化，碳水化合物代谢也不例外其含量也随之发生变化[12]。可溶性糖含量变化如图6。由图6可知，在8－10月可溶性糖变化并不规律，且紫叶杜仲可溶性糖含量比绿叶杜仲的多。从图7可以看出：在8－9月紫叶杜仲叶片细胞液pH值均大于绿叶杜仲叶片细胞液pH值。

2.5 遮光对紫叶杜仲花色素苷的影

为说明光照和激素对叶片的影响，试验中用市售透光率为50%的黑色遮阳网进行遮光处理，处理后叶片花色素苷变化如图8所示。由图8可知，紫叶杜仲在遮光后花色素苷含量和叶绿素含量均显著下降，未遮光紫叶杜仲作为对照两者含量变化不大。说明光照应该是影响紫叶杜仲花色素苷含量的重要影响因子之一。

3 讨论

3.1 紫叶杜仲叶色变异原因分析

实验结果表明，在8－10月，随着温度升高和光照降低，叶绿素和类胡萝卜素的含量逐渐减少。而花色素苷的含量与叶绿素刚好相反，8月气温较高，含量较低；10月气温降低，花色素苷的含量下降。叶绿素、类胡萝卜素、花色素苷等色素都属于次生代谢物质。它们的存在使植物的花、果实、叶片具有一定的色彩[14]。叶片的呈色是由叶绿素、类胡萝卜素以及花色素苷共同决定的。在8－10月，紫叶杜仲花色素苷含量最高时可达0.553 0 mg/g，总叶绿素含量最高时为1.543 0 mg/g；而绿叶杜仲花色素苷含量最高时仅为0.157 0 mg/g，总叶绿素却高达3.473 1 mg/g。一般而言红色、紫色叶片的花色素苷会含量明显高于绿色叶片，而绿色叶片其叶绿素含量也相对紫叶的较高。将图2和图3对比分析可以看出：花色素苷和总叶绿素是一种此消彼长的关系。M值变化比花色素苷变化更能反应叶色的变异规律，更为简洁的反应了叶色的变化情况。

3.2 紫叶杜仲花色素苷的影响因子分析

花色素苷是一种黄酮类色素，存在于大部分的花和果实中，一些植物的茎和叶中也存在花色素苷[15]。花色素苷是由花色素和糖结合形成的配糖体，常见的花色素主要有6种，分别是天葵色素（花葵素）、矢车菊素、飞燕草色素（翠雀素）、芍药色素、牵牛花色素和锦葵色素（二甲花翠素）。花色素苷的种类决定于花色素的种类、糖基的种类以及花色素与糖基的结合部位[16]。PAL是植物苯丙酸代谢途径的一个关键酶[17]，本研究表明PAL活性与花色素苷含量呈极显著正相关，与唐前瑞等[13]研究结论相同。将花色素苷含量与PAL活性拟合，能得出R12= 0.720 2的线性关系式，如图9。说明随着PAL活性的增加，叶片中花色素苷的含量也会增多。图10结果：M值与PAL活性拟合R22= 0.849 2，说明PAL活性变化更能反映M值的动态变化。可能叶绿素的合成也于PAL活性相关。

虽然糖是花青苷形成的必需成分。一般情况下，随着糖含量增加，果实中花青苷的含量增加[18]。但是本文的实验结果表明可溶性糖与花色素苷含量变化不相关，这和冯丽娟等[12]的报道有差异。花色素苷含量还受pH值的影响，低pH值条件下花色素苷较稳定且呈现增色效应，提高pH值加快花色素苷褪色和变色[19]。本实验结果表明高含量的花色素苷均在低pH值环境，间接说明低pH值环境具有增色效应。对紫叶杜仲遮光处理能使花色素苷和叶绿素含量减少，说明光照是花色素苷和叶绿素合成的影响因子之一。可能光照是PAL的活化因子，透光率低在很大程度上抑制了PAL的活性[20]，低活性PAL进而抑制了色素的合成。但是花色素苷含量的变化是众多因素综合作用的结果，光照只是其中之一，因此，仅仅采用遮荫处理，来测定花色素苷含量的变化，其效果并不显著[21]。

通过紫叶与绿叶杜仲的对比可以看出，紫叶杜仲叶片变异的主要原因是其花色素苷含量和M值显著高于绿叶杜仲。影响花色素苷和叶绿素含量的主要因子有PAL活性、温度、pH值、光照等，而可溶性糖含量与花色素苷相关性不强。

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Analysis on Leaf Color Variation of Eucommia ulmoides

PENG Shao-bing，ZHANG Chun-he，REN Li-yi，LI Chang-you，CHENG Ting-ting，ZHANG Wei-rui
（College of Forestry, Northwest A & F University, Yangling 712100, China）

Determinations were made on anthocyanin, chlorophyll, soluble sugar, phenylalanine ammonialyase(PAL) activity and dynamic pH(August to October,) in leaves of 6-year Eucommia ulmoides cuttings of green and purple leaf. Meanwhile, experiments were conducted on shading purple-color Eucommiae cuttings. The results showed that purple-leaf Eucommia had more content of anthocyanin and PAL activity but lower content of chlorophyll and pH value than green-leaf one. During August and October, purple-leaf Eucommia had a trend of increase of anthocyanin content, soluble sugar PAL activity, while decrease of chlorophyll content and pH value. Comparisons of two colored Eucommia demonstrated that the major effect of color variation was the content of anthocyanin and the ratio of anthocyanin/chlorophyll. Factors to influence content of anthocyanin and chlorophyll were PAL activity, temperature, pH value and light, but had low relation with soluble sugar and content of anthocyanin.

Eucommia ulmoides; color of leaves; variation

S718.43

A

1001-3776（2013）03-0061-06

2012-12-14；

2013-03-30

西北农林科技大学育种专项（A212020902）；国家林业公益行业科研专项（200904004）；西北农林科技大学大学生科创项目（2201110712077）

彭少兵（1973－），男，重庆人，讲师，博士，从事林木遗传育种研究。