观赏型文冠果新品种花期颜色特征及其表型稳定性研究

侯瑞丽，武 倩，闫星蓉，张芸香，郭晋平

(1.山西农业大学 林学院，山西太谷 030801; 2.北方功能油料树种培育与研发山西省重点实验室，山西太谷 030801)

随着中国城市建设绿化水平的提高，对城市绿化景观美化的要求越来越高，选育和应用生态适宜性好、观赏特性佳、品种特性稳定的彩色观赏型树种，充实城市观赏植物树种资源，已经成为加快城市园林绿化和美化的迫切需要，也是园林绿化树种新品种选育的重要目标[1]。文冠果(XanthocerassorbifoliumBunge)属无患子科文冠果属，小乔木或大灌木[2]，是中国特有木本油料树种[3]，也是重要的园林绿化树种[4-5]，对选育具有更高观赏价值的品系和种质资源具有重要意义。近年来，以培育高产优质木本油料树种为目标的品种选育工作取得了不少成果，选出一些优良品种[6-8]，观赏型文冠果新品种的选育也受到一些研究团队的重视。敖妍等[9]从内蒙古文冠果实生群体中选出了花色为柠檬黄色的新品种并进行了区域试验，初步命名为‘妍华’；张秀丽等[10]对北京八达岭国家森林公园12林班内文冠果进行优选和复选，选出了优良种质树15株，分为3个花系，3种花色和6个观赏类型；李斌等[11]从临沂市坤厚文冠果研究中心基地、二龙山文冠果基地选出5个观赏类型植株。

笔者课题组从108个初选文冠果无性系中发现，初始编号为A283的文冠果，其花期长，落叶晚，花序和叶色早期均呈金黄色，具有较高的观赏价值，暂定为‘金花文冠’。但是其花色表型是否具有稳定的内在呈色机理，嫁接繁殖后是否仍具有表型稳定性还需进一步研究确定。为此，本试验以‘金花文冠’母株和嫁接繁殖无性系植株为材料，以山西太谷当地实生植株(‘G13’)为对照，在物候期特征和形态特征观测的基础上，通过对开花展叶不同时期光谱反射特征、花瓣和幼叶色素含量测定，鉴定‘金花文冠’的花色特征及其表型稳定性，为文冠果优良观赏品种选育提供依据，旨在发挥文冠果在园林生态绿化中的高价值作用。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地设在功能油料树种培育与应用山西省重点实验室山西农业大学校内基地(112 °18 ′12 ″ E，37 °15 ′36 ″ N[12])，位于山西晋中盆地太谷县侯城乡，海拔870 m，属暖温带大陆性气候，年降水量462.9 mm，主要集中在7月下旬至9月上旬，年平均气温9.8 ℃，最高气温38.2 ℃，最低气温-25.3 ℃，无霜期175 d[13]，圃地土壤以褐壤为主，pH 7.6～7.8，土壤有机质1.79 g/kg，全氮 2.4 g/kg，全磷1.5 g/kg，田间最大持水量 26.94%[14]。

(1)‘金花文冠’母株：于2006年将来自陕西的一批‘文冠1号’商品文冠果2 a生实生苗，在试验基地内定植3 a后开始开花，发现一个花色保持金黄色的特异性单株，连续观察表型稳定，暂定名‘金花文冠’，初始编号A283，本研究实施时树龄2+12 a。

(2)嫁接繁殖无性系植株：以‘金花文冠’母株的萌生枝条剪取接穗，采用枝接法，在基地内 2 m × 3 m定植的3 a生实生苗上嫁接，成活后培育成到第3年，树龄3+3 a，选取生长状态良好的重复样株3株。

(3)对照植株：来自以本基地内初始编号G的单株种源的8 a生实生苗定植植株(‘G13’)。

分期取样时每次分别在‘金花文冠’母株、嫁接繁殖无性系植株和对照植株上取3份样品。

1.2 物候观测和取样

从3月底到10月底，连续观测并记录各个物候期的起始时间及时长，期间对花、幼叶和枝条的形态特征进行观察记录。

在定植园选定分别在初花期(5%的花开放)、盛花期(70%的花开放)、末花期(大部分的柱头枯萎，开始落花)、展叶初期(新梢第1个叶序的叶片完全展开)、展叶盛期(半数枝条小叶完全展开)和叶成熟期(所有叶片全部展开)，在确定样株的树冠向阳面，分别在上、中、下3层健康枝条的顶生花序采集花瓣和幼叶样品，按不少于3个样品的数量取样，分别装入自封袋，作好记录，贴好标签，放入预置冰袋的低温泡沫箱中带回实验室，新鲜样品立即进行高光谱反射率测定，部分样品用锡箔纸包好，在液氮中速冻后放入-80 ℃超低温冰箱，翌日开始色素含量的测定。

1.3 高光谱反射率和色素含量测定

每个样品取3个重复测定，样品分别按以下方法进行高光谱反射率和色素含量测定。

(1)高光谱反射率测定在实验室用ASD Field Spec 3型高光谱仪。

(2)叶绿素含量的测定，参照周小理等[15]的方法略作改动，均匀称取0.2 g样品于研钵中，添加少量石英砂(0.5～1 g)，充分研磨后倒入50 mL容量瓶内，然后用丙酮数次清洗研钵倒入容量瓶内，用丙酮定容至50 mL，完全振摇后，用滤纸过滤，取滤液，用紫外可见-分光光度计分别于645 nm和663 nm波长下测定其光密度。

(3)黄酮含量的测定，参照李娟等[16]的方法，先根据刘飞等[17]的方法制作芦丁标准溶液的工作曲线，获得吸光值与芦丁标准溶液浓度之间的回归方程，称取样品0.2 g，加φ=75%的甲醇研磨，定容15 mL后置于50 mL试管中，密封多层，水浴(55 ℃)浸提3 h，冷却，4 000 r/min离心20 min，取上清液75%甲醇定容至25 mL，得到样品液。取1 mL样品液，加4 mLφ=30%乙醇，加0.3 mL亚硝酸钠(5%)，混合均匀后静置5 min，加 0.3 mL硝酸铝(10%)后静置6 min，加4 mL氢氧化钠(1 mol/L)、0.4 mLφ=30%乙醇，混匀后静置10 min，于510 nm波长下测定光密度。

(4)花青素含量的测定，参照林蓓蓓等[18]的方法略作改动，均匀称取0.2 g样品于研钵中，充分研磨后转移至2 mL离心管中，3 500 r/min离心10 min，吸取上清液至10 mL容量瓶中，残渣重复研磨离心一次，吸取上清，合并两次上清液并定容至10 mL后，两支10 mL试管中各吸取1 mL上清液，分别加入9 mL pH 1.0的缓冲液和9 mL pH 4.5的缓冲液，室温下平衡1 h后，于510 nm波长下测定光密度。

1.4 数据分析

对每个样品的3次重复测定记录取平均值，以该平均值作为基础数据进行统计分析。采用SPSS 25.0软件分别从花瓣和叶片样品色素含量测定结果对‘金花文冠’母株、嫁接繁殖无性系植株和对照之间的差异进行单因素方差分析和LSD多重比较，可靠性水平P<0.05，以统计平均值做对比分析图。

2 结果与分析

2.1 ‘金花文冠’物候期和形态特征的特异性和稳定性

2.1.1 ‘金花文冠’与对照的物候期差异 物候期观测结果见表1。由表1可见，‘金花文冠’母株和金花嫁接文冠物候期差异不大，而与对照的物候期差异比较明显。‘金花文冠’芽萌动和落叶期均比对照晚1～2 d，开花期和展叶期早1～2 d，花期比对照长1～2 d。

表1 物候期观察Table 1 Observation of phenology

2.1.2 ‘金花文冠’与对照的形态特征差异 文冠果属于花叶同放型植物。由表2可见，‘金花文冠’和‘金花文冠’嫁接植株的花、叶片和枝条形态特征一致，而与对照有显著差异。金花品种叶片展叶初期为金黄色，展叶盛期呈黄绿色，叶成熟期变为绿色，而对照叶片始终为绿色；‘金花文冠’和‘金花文冠’嫁接植株始花期花色呈金黄色，盛花期呈黄色，末花期变为浅红，而对照花色由淡黄向红色转变。

表2 形态特征观察Table 2 Observation of morphological characteristics

2.2 花瓣和叶片高光谱反射特征的品种差异

2.2.1 不同花期花瓣高光谱反射特征的品种差异 始花期、盛花期和末花期花瓣高光谱反射率曲线的品种间比较见图1。

由图1可见，同一时期不同品种文冠果花瓣的光谱反射特征具有一定的相似性，但也存在一定的差异，其中‘金花文冠’母株和金花嫁接植株光谱反射值更为相近。始花期阶段，在430～470 nm波段范围内，金花品种反射率低于对照。

2.2.2 不同展叶期叶片高光谱反射特征的品种差异 展叶初期、展叶盛期和叶成熟期叶片高光谱反射率曲线的品种间比较见图2。

由图2可见，同一时期不同品种文冠果叶片的光谱反射特征具有一定的相似性，但也存在一定的差异，其中‘金花文冠’母株和金花嫁接植株光谱反射值更为相近。展叶初期，对照叶片红边位置相比‘金花文冠’发生红移；展叶盛期，在 430～470 nm存在吸收谷，‘金花文冠’反射率低于对照。

2.3 ‘金花文冠’花瓣和叶片色素含量的特异性

2.3.1 不同花期花瓣色素含量的品种差异及其变化 不同花期‘金花文冠’母株、嫁接无性系植株和对照的花瓣叶绿素、黄酮和花青素含量见 图3。

由图3可见，在各个花期，金花品种花瓣色素含量差异显著性低，而与对照差异显著。其中，从始花期到末花期，文冠果花瓣叶绿素含量均低于0.11 mg/g，在整个花期花瓣中叶绿素含量较低；黄酮含量在始花期时最高，末花期时最低，各花期金花品种花瓣中黄酮含量显著高于对照； 花青素含量始花期时最低，末花期时最高，增幅较大，金花品种花瓣花青素含量仅是对照的38%～57%。

2.3.2 不同展叶期叶片色素含量的品种差异及其变化 不同展叶期‘金花文冠’母株、嫁接无性系植株和对照的叶片叶绿素、黄酮和花青素含量见图4。

由图4可见，在各个时期，金花品种色素含量差异显著性低，而与对照差异显著。其中，‘金花文冠’母株、嫁接无性系植株的叶片叶绿素含量都高于0.73 mg/g，展叶初期含量较低，叶成熟期含量最高，在三个时期内，叶绿素含量均显著低于对照；黄酮含量展叶初期最高，叶成熟期最低，各展叶期金花品种黄酮含量显著高于对照，展叶初期金花品种和对照差异最为显著，是对照的1.40倍左右，展叶盛期到叶成熟期黄酮含量较为稳定；花青素含量都低于0.22 mg/g，在整个展叶期含量较低。

2.3.3 花瓣和叶片色素含量比的品种差异及其变化 不同时期花瓣黄酮与花青素含量比和叶片黄酮与叶绿素含量比见表3。

由表3可见，从始花期到末花期，三类植株花瓣黄酮与花青素的含量比均逐渐下降，各个花期，金花品种花瓣黄酮与花青素含量比相近且始终显著高于对照。叶片黄酮与叶绿素含量比随展叶分期推移呈下降趋势，各个展叶期，金花品种叶片黄酮与叶绿素含量比显著高于对照，尤其是展叶初期差异最为显著，金花品种两种色素含量比是对照的2.3倍左右。

表3 不同时期花瓣黄酮与花青素含量比和叶片黄酮与叶绿素含量比Table 3 Content ratio of flavonoid to anthocyanin in petals and content ratio of flavonoid to chlorophyll in leaves

3 讨论与结论

从形态特征来看，‘金花文冠’母株及其嫁接繁殖无性系植株花、叶片和枝条形态特征基本一致，花瓣在始花期呈金黄色，盛花期呈黄色，花序上幼叶在展叶初期也呈现金黄色，展现出特有的金黄色特性。从物候特征来看，金花母株文冠和金花嫁接文冠各个物候期起始时间及时长基本一致，与对照有显著差异，金花品种芽萌动和落叶期比对照晚1～2 d，但展叶期和盛花期均早于对照1～2 d，盛花期时长也更长，整体来说，金花品种挂叶期和花期都要比对照长。因此，‘金花文冠’具有良好的表型稳定性和观赏性。

黄色系菊花(Dendranthemamorifolium(Ramat.)Tzvel.)在430～470 nm波段内存在吸收谷，是由于类胡萝卜素强吸收所引起的[19]。绿色植物在700～750 nm波段会出现反射率曲线急剧上升的现象，一直上升到一定阶段才趋于平缓，即所谓的“红边效应”[20]，在生长期间叶绿素a浓度增加会导致红边变形点“红移”，这主要是由于叶绿素含量高，植物光合作用强，需要消耗更多的长波光子[21-23]。本研究中，始花期和展叶盛期，金花品种在430～470 nm波段内反射率低于对照，表明‘金花文冠’类胡萝卜素含量高，而明莉等[24]指出，类胡萝卜素对于文冠果花色的变化无直接影响，但会对花呈黄色起辅助作用。展叶初期，对照叶片红边位置相对金花母株文冠和金花嫁接文冠发生红移，表明对照叶片叶绿素含量更高。

叶绿素、黄酮和花青素等色素的存在使植物的花、叶片具有一定的色彩[25]，而色素种类和比例是导致植物组织颜色变化的主要原因[26]。植物组织和器官中叶绿素、类胡萝卜素、类黄酮、总花青素含量和相对含量的变化直接导致其颜色变化，但不同植物，甚至不同组织和器官，影响其呈色的关键色素并不相同，相对含量与呈色体系也不一致。白蜡(Fraxinuschinensis)叶片、银杏(GinkgobilobaL.)叶片和金银花(Lonicerajaponica)花瓣类胡萝卜素和叶绿素含量及其比值的差异决定其颜色差异，比值越大，叶色越黄[27-29]；枫香(LiquidambarformosanaHance)和红栌Cotinuscoggygria‘Royal Purple’)叶色由花色素苷与叶绿素含量所决定，其比值越大，叶片越红，比值越小，叶片越绿[30-31]，这与朱书香等[32]关于李属植物的研究结果相似；而黄连木(PistaciachinensisBunge)和榉树(Zelkovaserrata(Thunb.) Makino)叶片由叶绿素、类胡萝卜素和花色素苷相对含量共同决定其叶色变化，叶绿素越多，叶片越绿，类胡萝卜素越多，叶片越黄，花色素苷越多，叶片越红[26,33]；在牡丹(PaeoniasuffruticosaAndr.)花色变化过程中，总黄酮含量越多，花色越黄，总花青素越多，花色越红[34]；此外，叶绿素的下降，花青素的积累，使得黄栌(CotinuscoggygriaScop.)叶片由绿色转为红或黄色[35]。综之，叶绿素是光合作用最主要的色素，它使植物组织呈绿色；花青素使植物组织呈红色；黄酮使植物组织呈黄色[19,36-38]。本研究中，从始花期到末花期，‘金花文冠’花色由金黄色逐渐变为浅红色，花瓣中黄酮含量逐渐下降，花青素含量逐渐上升，二者的含量比也逐渐下降，从展叶初期到叶成熟期，‘金花文冠’花序上幼叶从金黄色逐渐转为绿色，叶片中黄酮含量呈下降趋势，叶绿素含量高且呈上升趋势，叶绿素与黄酮含量的比值也逐渐上升，因此，黄酮是文冠果叶片呈金黄色的主要因素。

本研究分析了‘金花文冠’母株、‘金花文冠’嫁接植株和对照的物候期、形态特征、高光谱反射特征以及色素含量的差异，结果表明，‘金花文冠’母株与‘金花文冠’嫁接植株叶片和枝条形态特征一致，花瓣在始花期呈金黄色，盛花期呈黄色，花序上的幼叶在展叶初期呈金黄色，花瓣和叶片高光谱反射值相接近，色素含量差异不显著，与对照有显著差异，具有良好的表型稳定性和观赏性；从始花期到盛花期，花瓣黄酮含量和相对含量均下降，花青素含量显著上升，展叶初期到展叶盛期，叶片黄酮含量和相对含量均下降，叶绿素含量显著上升，所以黄酮是‘金花文冠’花瓣和叶片呈金黄色的主要因素；从高光谱反射曲线分析得出，始花期和展叶盛期，花瓣和叶片类胡萝卜素含量较高，推测类胡萝卜素对‘金花文冠’特有颜色的呈现有一定的作用。色素含量和比例关系支持其呈色表现。