北美豆梨秋冬葉色與生理變化的關系

楊暖　姜琳　姜官恒　趙慶柱　莊德祥　趙蘭勇

摘要：為研究北美豆梨（PyruscalleryanaDeene）葉片變色期相關生理物質的變化，探索其葉色與生理變化之間的內在聯系及變色機理。利用紫外分光光度計和便攜式色差儀測定北美豆梨4個品種秋冬葉色變化過程中可溶性糖、花色素苷、葉綠素和類胡蘿卜素含量與葉色的明度參數AL，色相參數Aa和Ab值。在葉片變色期，花色素苷含量總體呈上升趨勢，葉綠素和類胡蘿卜素含量逐漸降低，可溶性糖含量較高且變化平穩。葉綠素與花色素苷含量具有相關關系；品種‘首都和‘紅塔葉片中類胡蘿卜素與花色素苷含量呈極顯著負相關，品種‘貴族和‘新布相關不顯著；4個品種可溶性糖與花色素苷含量不相關。葉色參數Aa值均與花色素苷含量呈顯著正相關，與葉綠素含量呈顯著負相關，‘首都和‘紅塔葉色參數Aa值與類胡蘿卜素呈極顯著負相關；‘首都AL值與花色素苷含量呈顯著負相關，其他品種AL值與葉綠素、花色素苷含量之間均不相關；△b值與葉綠素、類胡蘿卜素、花色素苷含量均相關性不顯著。葉綠素和花色素苷含量是影響北美豆梨葉色的關鍵因素，類胡蘿卜素不是主要色素，可溶性糖有利于葉色的表達。

關鍵詞：北美豆梨；葉色參數；生理變化

中圖分類號：Q945 文獻標志碼：A 論文編號：cjas15010037

0引言

北美豆梨（PyruscalleryanaDecne）為薔薇科梨屬落葉喬木，其樹冠大而豐滿，先花后葉，花量繁多，白色；秋季葉色鮮紅或橙紅，球果黃褐色，除可觀花、觀果外，是重要的彩葉樹種。美國等培育出了北美豆梨優良觀葉新品種，觀賞價值很高，近年被引種到中國。在濰坊、泰安等地區進行了引種試驗和扦插繁殖等研究，發現北美豆梨具有生長勢旺，耐干旱貧瘠，抗寒能力及抗腐爛病能力較強等優點，應用前景廣闊。

植物葉片呈色原理十分復雜，主要取決于葉片中葉綠素和花色素苷的含量及比例。花色素苷屬于類黃酮類物質，是植物次生代謝產物之一，廣泛存在于花、果實、葉等多種植物組織和器官的細胞液泡中。糖不僅是花色素苷合成的前體物質，還是誘導花色素苷合成基因表達的重要生物信號。植物葉片中花色素苷與葉綠素、可溶性糖含量關系的研究已見于美國紅楓、李屬彩葉植物和紫葉李等，但對北美豆梨葉片變色機理方面的研究未見報道。本研究以北美豆梨4個優良觀葉品種為試材，研究其葉片變色期花色素苷、葉綠素、類胡蘿卜素、可溶性糖含量的變化，探索色素之間的內在聯系及變色機理，為今后育種及科學確定栽培技術措施等提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗于2014年10月13日-11月10日進行，品種是‘首都（Pyrus calleryana‘Capital）、‘貴族（Pyrttscalleryana‘Aristocrat）、‘紅塔（Pyrus calleryana‘RedSpire）、‘新布拉德福（Pyrus calleryana‘New Bradford），定植于山東省濰坊市農科院苗圃，樹齡8年。

1.2試驗方法

10月13日北美豆梨葉片開始變色時取樣，相同葉位，每隔3天一次，直至葉片完全變色落葉時為止。采后立即用冰壺帶回實驗室。測定葉色參數及可溶性糖、葉綠素、類胡蘿卜素、花色素苷含量，重復3次。

可溶性糖含量測定：采用蒽酮比色法；葉綠素、類胡蘿卜素含量測定：采用丙酮乙醇混合提取法；花色素苷測定：參考何奕昆等、于曉南等、李小康的方法，1%鹽酸甲醇溶液浸提花色素苷；葉片色度測定：參照前人文獻中的方法，隨機選取長勢相近的3片功能葉，采用國產HRG-2132型便攜式色差儀測定葉片顏色，C光源，測色光斑直徑8mm，記錄△L、△a、△b值，△L反映顏色明亮度，△a、△b是色相參數。相對于樣板，△L+表示偏白，△L-表示偏黑；△a+表示偏紅，△a-表示偏綠；△b+表示偏黃，△b-表示偏藍。

數據分析：Microsoft Excel作圖，SPSS17.0軟件進行相關數據分析。

2結果與分析

2.1變色期可溶性糖含量的變化

如圖1，品種‘紅塔和‘新布葉片可溶性糖含量變化規律相似，‘首都和‘貴族均在16天出現峰值。0～4天‘紅塔和‘新布可溶性糖含量均明顯升高，8～28天變化趨勢平穩；8～16天‘首都明顯上升，16天左右出現峰值，16～20天急劇下降，20～28天變化較平穩；0～16天‘貴族呈上升趨勢，16天出現峰值，16～28天逐漸降低。

2.2變色期葉綠素含量的變化

如圖2，4個品種變色期葉片葉綠素含量隨時間延長均呈先降后升再逐漸降低的變化趨勢，其中‘首都和‘紅塔、‘貴族和‘新布變化趨勢相似。0～4天‘首都含量升高；4～12天‘首都和‘紅塔含量逐漸降低，變化基本一致；12～16天含量逐漸上升，后逐漸下降。‘貴族和‘新布含量變化趨勢基本一致，0～8天含量逐漸下降；8～12天明顯上升，12天左右出現峰值，12天以后逐漸下降；28天時幾乎為0。

2.3變色期葉片類胡蘿卜素含量的變化

變色期葉片類胡蘿卜素含量變化趨勢與葉綠素變化趨勢相似（圖3）。8～12天‘貴族和‘新布含量急劇上升，在12天時達峰值，后逐漸下降。

2.4變色期葉片花色素苷含量的變化

變色期花色素苷含量隨時間延長而增加（圖4），前4天變化較平穩；4～28天含量逐漸上升，在28天達最大值。

2.5變色期葉片花色素苷/可溶性糖含量的變化

如圖5，前4天變化較平穩；4～12天逐漸上升；12～16天‘首都和‘紅塔變化較平穩，‘貴族和‘新布含量明顯降低；16～20天‘首都急劇上升，后變化平穩，24天后逐漸上升；12～24天‘貴族變化較平穩，后急劇上升；16～28天‘紅塔和‘新布逐漸升高。

2.6變色期葉片花色素苷/葉綠素含量的變化

‘首都與‘貴族變化趨勢相似，‘紅塔與‘新布變化趨勢一致（圖6），20天以前變化較平穩；20～28天‘紅塔和‘新布緩慢升高；24～28天‘首都和‘貴族急劇上升，比值分別達到99.5225：1和190.0858：1。

2.7變色期葉片花色素苷/類胡蘿卜素含量的變化

變化趨勢與花色素苷/葉綠素含量變化趨勢相似（圖7），0～4天變化較平穩；4～8天‘貴族明顯升高，8天左右出現峰值；8～12天‘首都和‘紅塔含量上升，12天左右到峰值；16天以后‘紅塔和‘新布緩慢升高；24天時‘首都和‘貴族急劇上升，比值分別達到44.34293：1和57.20862：1。

2.8變色期葉色參數的變化

2.8.1△L值變化如圖8，在整個變色期4個品種的葉片均偏黑，且變動幅度不大。‘首都和‘紅塔變化趨勢相似，均變化較平穩。12天時‘新布出現峰值；12～28天‘新布先降后升，28天時達最大值。0～8天‘貴族明顯降低；8～24天‘貴族變化平穩，24天時急劇上升。

2.8.2△a值變化變色期葉片隨時間延長逐漸變紅（圖9），‘貴族和‘新布△a變化趨勢一致。0～8天逐漸上升；8～20天變化較平穩，24天時急劇上升。‘首都和‘紅塔逐漸升高，‘紅塔變化幅度較小，一直為負值。

2.8.3變色期葉片△b值變化如圖10，△b變化規律不同，其中‘首都和‘貴族變化趨勢一致。0～8天‘首都變化平穩；8～28天‘首都呈先降后升趨勢，20天時達最小值。0～12天‘貴族變化趨勢平穩；12～28天先降后升。‘紅塔在變色期中變化趨勢平穩。0～8天‘新布逐漸降低，后趨于平穩，24天時急劇上升。

2.9變色期葉片可溶性糖、葉綠素、類胡蘿卜素與花色素苷的相關性分析

如表1，變色期葉片可溶性糖與花色素苷含量的變化不相關。‘首都和‘紅塔葉綠素與花色素苷含量呈顯著負相關（r=-0.958^**、r=-0.926^**），‘新布呈顯著負相關（r=-0.762^*），‘貴族不顯著負相關（r=-0.583）。‘首都和‘紅塔類胡蘿卜素與花色素苷含量呈顯著負相關（r=-0.874^**、r=-0.851^**），‘貴族和‘新布相關性不顯著。

2.10變色期葉片葉綠素、類胡蘿卜素、花色素苷與葉色參數的相關性分析

如表2，葉色參數與葉綠素、類胡蘿卜素和花色素苷的相關性因品種不同而略顯差異，△a值均與葉綠素含量呈顯著負相關，與花色素苷含量呈顯著正相關。‘首都和‘紅塔△a值與葉綠素、類胡蘿卜素、花色素苷含量極顯著相關。除‘首都△L值與花色素苷含量顯著負相關，其他品種△L值均與葉綠素、花色素苷含量不相關。各品種的△b值與葉綠素、類胡蘿卜素、花色素苷含量均相關性不顯著。

3結論與討論

北美豆梨葉片從10月中旬開始變色，由于品種特性不同，其葉色表現差異顯著。研究表明葉綠素、花色素苷含量是影響葉色的關鍵因素，凡有利于花色素苷合成的條件，均可促進其葉色的表達，這與前人研究結論一致。類胡蘿卜素不是主要色素，可溶性糖與花色素苷含量之間沒有顯著相關性。

北美豆梨葉片花色素苷含量隨著天數的增加呈現逐漸升高的趨勢。20天前‘首都和‘紅塔花色素苷含量比‘貴族和‘新布含量低，20天后‘首都和‘紅塔花色素苷含量明顯高于‘貴族和‘新布。‘首都和‘紅塔葉片變色后呈深紅色，‘貴族和‘新布葉片變色后呈鮮紅色。說明花色素苷是葉片變紅的重要因素，花色素苷含量越高，葉片的紅色越深。

花色素苷是由花色素和糖形成的，但是關于花色素苷與可溶性糖含量是否存在相關性，前人研究結論不盡一致。北美豆梨葉色表達期可溶性糖含量始終保持較高，但是從相關性上分析，可溶性糖與花色素苷含量不相關，這與成鈺厚等、周肖紅等的研究結果一致。

20天以前葉綠素含量一直較高，后隨花色素苷含量上升而逐漸降低，最后接近為零。24天以前花色素苷/葉綠素含量時間延長緩慢上升，以致葉片顏色始終偏暗；24～28天花色素苷/葉綠素含量急劇升高。‘首都、‘紅塔、‘新布葉綠素與花色素苷含量顯著負相關，‘貴族葉綠素與花色素苷呈負相關，但不顯著。葉綠素的降解與花色素苷的合成相關，這與陳繼衛等、Hara等報道相一致。

整個葉色變色期，‘貴族和‘新布類胡蘿卜素含量出現一個峰值，后隨花色素苷的增加而降低，類胡蘿卜素與花色素苷含量相關性不顯著；‘首都和‘紅塔類胡蘿卜素含量逐漸降低，趨勢平穩，與花色素苷顯著負相關（r=-0.874^**、r=-0.851^**），說明類胡蘿卜素不是北美豆梨葉片呈現紅色的主要色素問。

從葉片色素含量與葉色參數間的相關性看，北美豆梨葉色參數△a值均與花色素苷含量呈顯著正相關，與葉綠素含量呈顯著負相關。‘首都和‘紅塔△a值與類胡蘿卜素含量顯著負相關，‘貴族和‘新布△a值與類胡蘿卜素含量有一定相關性。整個變色期北美豆梨△L值變化很小，一直是負值，以致變色期葉片顏色偏暗。‘首都和‘紅塔△L值與葉綠素、類胡蘿卜素含量均有一定的正相關性；‘首都△L值與花色素苷含量成顯著負相關。‘首都和‘紅塔△b值與葉綠素、類胡蘿卜素、花色素苷有一定相關性，說明色素含量的多少并不是影響△L值、△b值的主要因素，與植物的生長特性有關。

北美豆梨在變色期的葉綠素與花色素苷含量較高，導致葉片顏色亮度偏暗。從各項指標分析，品種‘首都和‘紅塔的生理特性相似，花色素苷含量較高，但由于葉綠素含量較高，葉色參數△L、△a值偏小，葉色表現深紅色。品種‘貴族和‘新布相似，葉片中花色素苷含量高，葉片顏色偏亮，葉色為鮮紅色或橙紅色。花色素苷是由花色素與糖組成的糖苷，花色素的合成必須以足夠的糖為條件，雖然北美豆梨葉色表達期葉片中可溶性糖與花色素苷含量之間沒有顯著相關性，但是整個變色期葉片可溶性糖含量一直保持較高水平，其含量高低對葉色的影響還需進一步探討。