18种槭树光合色素含量及其与SPAD值相关性

王雪梅

(福州植物园,福建 福州 350012)

彩叶树种是指在整个生长季节或生长季节的某一阶段全部或部分叶片较稳定地呈现非绿色的一类树种的总称[1-2]。近年来,彩叶树种由于其独特的叶色景观在园林绿化中得到广泛的应用[3-4]。然而,目前在彩叶树种的引种、栽培、管理等方面尚存在一定的盲目性,加之气候等环境因素导致彩叶树种呈色效果不佳,使其景观效益低下、树种结构单一等问题愈加明显[5-6]。因此,了解不同彩叶树种的生理特性及色素合成机理,对于改善生态环境、提高景观效益具有重要意义。

槭树是槭树科(Aceraceae)槭属(Acer)和金钱槭属(Dipteronia)植物的泛称,是彩叶植物的代表树种之一,也是我国重要的观赏树种之一[7]。槭树通常为乔木或灌木,落叶或常绿,叶色丰富且随季节变化,是十分优良的造景树种,具有重要的生态价值和经济价值[8-9]。至今为止,槭树主要分布于东亚地区,其中又以我国长江以南地区居多,共有100多种,占全世界槭树种类的二分之一[10]。福建省槭属植物品种较多,具备槭树研究的天然优势[11]。

以叶绿素为主的光合色素是光合作用的重要因素,植物体叶绿素含量的高低直接影响植物的光合速率,在光合作用过程中具有接收和转换能量的作用。花色素苷是以黄酮核为基础的一类化合物,可使植物器官呈现由红、紫红到兰等不同的颜色[12]。叶片颜色的不同是叶片色素种类及其比例的差异造成的[13]。本研究以三尾青皮槭(Acercappadocicumvar.tricaudatum)、桂林槭(A.kweilinenseFang et Fang f.)、宁波三角槭(A.buergerianumvar.ningpoense)等18种槭树为研究对象,研究不同槭树树种叶片色素含量的差异,并探讨了色素含量与叶绿素相对含量(SPAD)值之间的相关关系,旨在为进一步探索不同彩叶树种的呈色机理,为彩叶树种的科学引种及景观配置提供科学指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2022年11月中旬,在福州植物园宦溪林场,选取林龄2～3 a、平均树高110～200 cm、平均胸径1.0～1.9 cm、无病虫害、生长良好的18种槭树为研究材料,树种分别为三尾青皮槭、桂林槭、宁波三角槭、樟叶槭(A.cinnamomifoliumHayata)、金钱槭(DipteroniasinensisOliv.)、长尾秀丽槭(A.elegantulumvar.macrurum)、长裂葛萝槭(A.grosserivar.hersii)、元宝槭(A.truncatumBunge)、革叶槭(A.coriaceifoliumLevl.)、薄叶槭(A.tenellumPax)、飞蛾槭(A.oblongumWall.)、青榨槭(A.davidiiFranch.)、罗浮槭(A.fabriHance)、五裂槭(A.oliverianumPax)、光叶槭(A.laevigatumWall.)、彩岑槭(A.serrulatum‘Bicolor’)、鸡爪槭(A.palmatumThunb.)、金沙槭(A.paxiiFranch.)。

1.2 指标测定

1.2.1 取样方法及样品处理 每种槭树选择3株,采用高枝剪在每株槭树树冠的东、南、西、北4个方位采摘健康、完整叶片,每株槭树约采集30～50个叶片,装入提前准备好的自封袋,迅速带回试验室处理。将采集到的所有新鲜叶片及时用超纯水洗净、擦干,去除叶柄及叶脉,均匀剪成1 mm×1 mm的正方形小块,并混匀后备用。

1.2.2 叶片光合色素的提取与测定 光合色素含量的测定采用乙醇-丙酮法[14]。用电子天平准确称取剪碎的叶片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(体积分数为80%丙酮和无水乙醇等体积混合),迅速用橡皮塞封口,在阴暗处放置24 h,待材料呈现出白色,取上清液,用可见分光光度计分别测定波长440、645、663 nm处的吸光度值(OD),3次重复,同时以80%丙酮设为对照组。按下列公式计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为叶绿素a含量(mg·g-1);Chlb为叶绿素b含量(mg·g-1);Chla+b为叶绿素总含量(mg·g-1);Car为类胡萝卜素含量(mg·g-1)。

1.2.3 叶片花色素苷的提取与测定 准确称取剪碎的叶片0.5 g,置于10 mL离心管中,加入1%盐酸-乙醇提取液5 mL,在32 ℃水浴中提取4 h,然后在8000 r·min-1转速下离心15 min,最后取上清液供测定用。用可见分光光度计测定535 nm处的吸光度值,用1%盐酸乙醇作对照,重复3次。设定每克鲜重叶片在10 mL提取液中,吸光度OD535为0.1时的花色素苷的浓度为1个色素单位,则花色素苷的相对含量=OD535/0.1(色素单位)。

1.2.4 SPAD测定 采用SPAD-502型叶绿素计进行SPAD值的测定,在选取的每株槭树东、南、西、北4个方向,随机选择8～10个叶片,避开叶脉,每个叶片在叶基、叶中和叶尖处测量SPAD值,计算每个叶片平均值。

1.3 数据处理

不同槭树树种之间光合色素含量及SPAD值之间的差异采用单因素方差分析及Duncan’s多重比较的方法,光合色素含量与SPAD值之间的相关性采用Pearson相关分析法。所有数据处理和统计方法采用Excel 2019和SPSS 26.0软件进行。

2 结果与分析

2.1 18种槭树叶绿素含量的差异

2.1.1 18种槭树叶绿素a含量的差异 18种槭树叶片的叶绿素a含量见图1。在18种槭树中,三尾青皮槭、樟叶槭、长尾秀丽槭、长裂葛萝槭、元宝槭、薄叶槭的叶绿素a含量均高于0.60 mg·g-1,薄叶槭的叶绿素a含量最高,为0.79 mg·g-1;其余的12种槭树中,彩岑槭、鸡爪槭、金沙槭的叶绿素a含量均低于0.20 mg·g-1,彩岑槭的叶绿素a含量最低,为0.05 mg·g-1;最大值是最小值的14.70倍。叶绿素a含量高于0.60 mg·g-1的6种槭树与低于0.20 mg·g-1的3种槭树之间的差异达显著水平。

2.1.2 18种槭树叶绿素b含量的差异 18种槭树叶片的叶绿素b含量见图2。在18种槭树中,樟叶槭、长尾秀丽槭、长裂葛萝槭、元宝槭、薄叶槭的叶绿素b含量均高于0.28 mg·g-1,薄叶槭的叶绿素b含量最高,为0.35 mg·g-1;其余的13种槭树中,罗浮槭、五裂槭、光叶槭、彩岑槭、鸡爪槭、金沙槭的叶绿素b含量均低于0.18 mg·g-1,彩岑槭的叶绿素b含量最低,为0.10 mg·g-1;最大值是最小值的3.40倍。叶绿素b含量高于0.28 mg·g-1的5种槭树与叶绿素b含量低于0.18 mg·g-1的6种槭树之间的差异达显著水平。

图2 18种槭树叶绿素b含量的差异

2.1.3 18种槭树叶绿素总量的差异 18种槭树叶片的叶绿素总量见图3。在18种槭树中,樟叶槭、长尾秀丽槭、长裂葛萝槭、元宝槭、薄叶槭的叶绿素总量均高于0.90 mg·g-1,薄叶槭的叶绿素总量最高,为1.14 mg·g-1;其余的13种槭树中,金钱槭、罗浮槭、五裂槭、光叶槭、彩岑槭、鸡爪槭、金沙槭的叶绿素总量均低于0.60 mg·g-1,彩岑槭的叶绿素总量最低,为0.16 mg·g-1;最大值是最小值的7.3倍。叶绿素总量高于0.90 mg·g-1的5种槭树与叶绿素总量低于0.60 mg·g-1的7种槭树之间的差异达显著水平。

图3 18种槭树叶绿素总量的差异

2.2 18种槭树类胡萝卜素含量的差异

18种槭树叶片中的类胡萝卜素含量见图4。在18种槭树中,樟叶槭、长尾秀丽槭、长裂葛罗槭、元宝槭、薄叶槭的类胡萝卜素含量均高于0.50 mg·g-1,薄叶槭的类胡萝卜素含量最高,为0.58 mg·g-1;其余的13种槭树中,金钱槭、青榨槭、罗浮槭、五裂槭、光叶槭、彩岑槭、鸡爪槭、金沙槭的类胡萝卜素含量均低于0.30 mg·g-1,彩岑槭的类胡萝卜素含量最低,为0.09 mg·g-1;最大值是最小值的6.4倍。对比发现,类胡萝卜素含量高于0.50 mg·g-1的5种槭树与类胡萝卜素含量低于0.30 mg·g-1的8种槭树之间差异达显著水平。

图4 18种槭树类胡萝卜素含量的差异

2.3 18种槭树花色素苷相对含量的差异

18种槭树叶片的花色素苷相对含量见图5。在18种槭树中,彩岑槭和鸡爪槭的花色素苷相对含量均高于15.00色素单位·g-1,其中鸡爪槭的花色素苷相对含量最高,为20.88色素单位·g-1,彩岑槭的花色素苷相对含量为16.04色素单位·g-1,二者之间差异显著,且与其它16种槭树之间的差异达显著水平;其它16种槭树花色素苷相对含量均低于6.00色素单位·g-1,其中罗浮槭的花色素苷相对含量最低,仅为0.96色素单位·g-1;最大值是最小值的21.80倍。在花色素苷相对含量低于6.00色素单位·g-1的16种槭树中,三尾青皮槭和薄叶槭的花色素苷相对含量较高,分别为5.24、5.03色素单位·g-1,二者与罗浮槭之间差异达显著水平。

图5 18种槭树树种花色素苷相对含量的差异

2.4 18种槭树SPAD值的差异

18种槭树叶片的SPAD值见图6。在18种槭树中,三尾青皮槭、樟叶槭、长裂葛罗槭、革叶槭、薄叶槭、罗浮槭、光叶槭的SPAD值均高于50.00,以罗浮槭的SPAD值最高,约为59.27;其余的11种槭树中,桂林槭、宁波三角槭、长尾秀丽槭、五裂槭、彩岑槭、鸡爪槭、金沙槭的SPAD值均低于30.00,以金沙槭的SPAD含量最低,约为16.13;最大值是最小值的3.70倍。SPAD值高于50.00的7种槭与SPAD值低于50.00的11种槭树之间差异达显著水平。

图6 18种槭树树种SPAD值的差异

2.5 18种槭树各光合色素和SPAD值的相关性分析

18种槭树各种光合色素和SPAD值的相关性分析结果见表1。结果表明,叶绿素b与叶绿素a含量呈极显著正相关,叶绿素总量与叶绿素a、b含量呈极显著正相关。类胡萝卜素含量与叶绿素a、b及叶绿素总量呈极显著正相关。SPAD值则与叶绿素a、叶绿素总量、类胡萝卜素呈显著正相关关系。

表1 18种槭树之间各光合色素及SPAD值相关系数分析

3 讨论

本研究结果表明,不同槭树树种之间叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、SPAD值均存在极显著差异,与李保印等[15]报道的不同彩叶植物之间色素含量存在明显差异的结论一致。彩叶树种的叶片颜色会随季节的变化而发生改变,该变化过程与叶片中光合色素含量的变化有关[16]。但由于本试验仅在秋天进行,故无法对不同时期彩叶树种的光合色素含量进行比较,进而揭示其时间变化规律,是本试验的一个局限性。

类胡萝卜素是一类广泛存在于高等植物体内的天然色素物质,其具有一定的生物活性,和叶绿素一样通过叶片中的叶绿体合成。类胡萝卜素的含量与植物叶片的颜色息息相关[17]。本研究发现18种槭树类胡萝卜素与叶绿素a、b含量及叶绿素总量呈极显著正相关,该结论与马超等[18]的结论一致。本研究还发现,一些叶绿素含量明显较低的槭树树种,如彩岑槭和鸡爪槭,其花色素苷含量较高;但樟叶槭、长尾秀丽槭、长裂葛萝槭、元宝槭、薄叶槭等叶绿素含量较高的槭树的花色素苷含量普遍较低。相关分析表明,槭树叶绿素与花色素苷含量之间呈负相关关系,该结论与田野等[19]的研究结果相近。

本研究中槭树的SPAD值与叶绿素a及叶绿素总量之间存在显著的正相关关系,该结论与张潇等[12]、艾天成等[20]、姚付启等[21]、冯恩英等[22]的研究结果一致。传统的叶绿素测定方法存在流程复杂、容易损伤植物体等缺点,而SPAD叶绿素计能够通过植物叶片的透光系数,间接测算叶绿素含量,可避免对植物体造成不必要的损伤,具备快速测定、无损等优点。因此利用植物叶片的SPAD值来预测叶绿素含量,已成为快速测定并预估叶绿素含量的重要手段,具有广阔的应用前景[23]。

4 结论

本研究结果表明18种槭树的光合色素含量(叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、类胡萝卜素、花色素苷)以及SPAD值间差异均达极显著水平,其中樟叶槭、长尾秀丽槭和薄叶槭叶绿素a含量较高,长尾秀丽槭和薄叶槭的叶绿素b含量、叶绿素总量及类胡萝卜素含量较高,彩岑槭和鸡爪槭的花色素苷含量最高。不同槭树树种叶片的SPAD值与叶绿素a及叶绿素总量之间存在着显著的正相关关系,采用SPAD计可作为评估叶绿素总量的速测方法,具有方便、快捷的优点。本研究的结果对于揭示彩叶树种的呈色机理,以及优化造林配置具有重要的科学意义。