磷素對萬圣節法師葉片呈色的影響

丁穎 徐赟 阮韻清 翟蓓蓓 包孫杰 韓浩章

摘要 法師系多肉植物為景天科蓮花掌屬大坐蓮一系列園藝品種的總稱，其葉片因花青素積累而呈現鮮艷的色彩，然而其葉色對光照、溫度等環境條件變化極為敏感。本研究以萬圣節法師為試驗材料，比較不同磷素水平處理后植物葉片的葉綠素、類胡蘿卜素含量、花青素、可溶性糖的含量。結果表明，缺磷處理和無磷處理均能降低葉綠素a含量、提高葉綠素b含量、降低葉綠素總、降低類胡蘿卜素含量、提高花青素含量和可溶性糖含量，促進萬圣節法師葉片呈現紅色；缺磷處理的效果優于無磷處理，建議在生產中采用缺磷處理技術，促進法師系多肉植物春季培養中的葉片呈色。

關鍵詞 磷素處理；萬圣節法師葉片；花青素；呈色

中圖分類號 S66 ? 文獻標識號 A

文章編號 1007-7731（2023）11-0051-05

Effect of phosphorus on Aeonium arboreum ′Halloween′ leaf color

DING Ying ? XU Bing ? RUAN Yunqing ? ZHAI Beibei ? BAO Sunjie ? HAN Haozhang*

（School of Civil Engineering， Suqian University， Suqian 223800， China）

Abstract The succulent plant is the general name of a series of horticultural varieties of the genus Lepidophora in the Sedula family. Its leaves show bright colors due to anthocyanin accumulation. However， their leaf colors are extremely sensitive to changes in environmental conditions such as light and temperature. The contents of chlorophyll， carotenoid， anthocyanin and soluble sugar in leaves treated with different phosphorus levels were compared. The results showed that the treatment of phosphorus deficiency and phosphorus free could reduce the content of chlorophyll a， increase the content of chlorophyll b， reduce the content of total chlorophyll， reduce the content of carotenoid， increase the content of anthocyanin and soluble sugar， and promote the color of Aeonium arboreum 'Halloween' leaf. The effect of phosphorus deficiency treatment is better than that of no phosphorus treatment. It is suggested that phosphorus deficiency treatment technology should be used in production to promote leaf color of mage succulents in spring culture.

Keywords phosphorus treatment; Aeonium arboreum 'Halloween' leaf; anthocyanin; leaf color

多肉植物是根、莖、葉3種營養器官中至少有一種表現為肥厚多汁且具備儲藏大量水分功能的植物，包括景天科、仙人掌科、番杏科、百合科等50余科10 000余種，具有重要的觀賞價值和藥用價值。其中，法師系（Aeonium spp.）多肉植物為景天科蓮花掌屬大坐蓮（Aeonium arboreum）一系列園藝品種的總稱，其葉片因花青素積累而呈現出鮮艷的色彩，然而其葉色對光照、溫度等環境條件變化極為敏感，人們在生產過程中通常依賴光照處理調控葉片呈色，從而限制了其推廣應用[1]。植物葉色主要受葉綠素、類胡蘿卜素及花青素含量的影響[2]，而這些色素的組成、合成速率和穩定性受高輻射、紫外光（UV）、藍光、低溫、高溫等環境因子和養分含量等因素的影響極大[3]。如秋季溫度降低條件下，葉片衰老導致葉綠素降解和花色苷類色素的形成，最終使得類胡蘿卜素和花色素苷類色素的顏色顯示出來，葉片呈現黃色或紅色[4]。已有研究表明，植物葉片在正常生長發育過程中遭遇干旱脅迫、鹽脅迫、強光脅迫、低溫脅迫、養分脅迫和重金屬脅迫等逆境條件時，光合速率易降低，造成光能過剩，過剩光能產生自由基的量超過植物本身的清除閾值，植物葉片的光合機構被破壞，造成光抑制和碳水化合物的反饋抑制[5]。而碳水化合物的積累誘導大量花色苷的形成，花色苷能夠吸收大量綠光和紫外光，起到濾光和消除活性氧、防止強光氧化脅迫和降低光抑制的作用。有文獻表明，干旱、低溫等生長環境脅迫誘導花青素的合成，營養條件中磷元素與植物呈色密切相關，缺磷條件也可以促進植物組織花青素合成[3]，花青素積累通過其抗氧化活性保護核酸和葉綠體免受養分脅迫引起的損害，同時還可能具有可溶性糖等碳水化合物暫時儲存功能[4]。目前，關于磷元素與多肉植物葉片呈色的研究仍較少。為此，本試驗以萬圣節法師為材料，研究磷元素對植物色素含量和可溶性糖含量的影響，以期為法師系多肉植物呈色培養技術研究提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為宿遷學院多肉植物資源中心基地的‘萬圣節法師一年生扦插苗，于2022年9月扦插于盆中，盆高18 cm，上口徑13 cm，栽培基質為粗沙。試驗材料于扦插后7 d開始生根，培養期間正常水肥管理。

1.2 試驗設計

2023年3月開始試驗，各試驗處理在改良Hoagland營養液培養的基礎上，設置全磷、缺磷和無磷處理（表1），每處理15盆，共45盆。處理后置于遮陰條件下進行75%避光培養（消除光照條件對花青素合成的影響），之后正常管理。分別于處理后第7 d，檢測其葉片葉綠素含量、類胡蘿卜素含量、花青素含量和可溶性糖含量。試驗所用配方分別為改良Hoagland營養液配方（標記為全磷）、改良的缺磷Hoagland營養液配方（標記為缺磷）、改良的無磷Hoagland營養液配方（標記為無磷），其大量元素和微量元素用量如表1、表2所示。

1.3 試驗方法

葉綠素含量和類胡蘿卜素含量測定采用乙醇法[5]；花青素含量測定采用分光光度計法[5]，以吸光度A530 為0.1時的花青素濃度稱為1個單位U；可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法[5]。

1.4 數據統計與分析

采用Microsoft Excel制表，用SPSS 21.0進行數據統計，采用最小顯著差數法（LSD）分析數據之間的差異性。

2 結果與分析

2.1 不同磷素水平對萬圣節法師葉綠素a含量的影響

在植物體中，磷素以NADPH的形式參與葉綠素a的合成，同時又參與光合磷酸化過程中ATP的形成，從而影響植物光合功能。由圖1可以看出，不同磷素水平對萬圣節法師葉綠素a含量有一定的影響，缺磷處理和無磷處理條件下萬圣節法師葉綠素a的含量均顯著下降（P<0.05），其中缺磷處理的葉綠素a含量比全磷處理下降29.48%（P<0.05），而無磷處理比全磷處理下降27.62%（P<0.05），缺磷處理和無磷處理差異不明顯。

2.2 不同磷素水平對萬圣節法師葉綠素b含量的影響

在植物體中，磷素以NADPH的形式參與葉綠素b的合成，同時又參與光合磷酸化過程中ATP的形成，從而影響植物光合功能。由圖2可以看出，不同磷素水平對萬圣節法師葉綠素b含量有一定的影響，缺磷處理和無磷處理條件下萬圣節法師葉綠素b的含量均高于全磷處理，其中缺磷處理的葉綠素b含量比全磷處理提高13.48%，而無磷處理比全磷處理提高23.61%，但3個處理的差異不明顯（P>0.05）。

2.3 不同磷素水平對萬圣節法師葉綠素總含量的影響

在植物體中，磷素以NADPH的形式參與葉綠素的合成，同時又參與光合磷酸化過程中ATP的形成，從而影響植物光合功能。由圖3可以看出，不同磷素水平對萬圣節法師葉綠素總含量有一定的影響，缺磷處理和無磷處理條件下萬圣節法師葉綠素總含量均低于全磷處理，其中缺磷處理的葉綠素總含量比全磷處理下降12.45%，而無磷處理比全磷處理下降7.30%，但3個處理的差異不明顯（P<0.05）。

2.4 不同磷素水平對萬圣節法師類胡蘿卜素含量的影響

在植物體中，磷素以NADPH的形式參與類胡蘿卜素的合成，同時又參與光合磷酸化過程中ATP的形成，從而影響植物光合功能。由圖4可以看出，不同磷素水平對萬圣節法師類胡蘿卜素含量的影響較大，缺磷處理和無磷處理條件下萬圣節法師類胡蘿卜素含量均低于全磷處理，其中缺磷處理的類胡蘿卜素含量比全磷處理下降60.59%（P<0.05），而無磷處理比全磷處理下降69.65%（P<0.05），缺磷處理和無磷處理差異不明顯。

2.5 不同磷素水平對萬圣節法師花青素含量的影響

一般認為，磷素通過影響碳水化合物的積累誘導糖基化，在抑制光合功能的條件上間接促進花青素合成。由圖5可以看出，不同磷素水平對萬圣節法師花青素含量的影響較大，缺磷處理和無磷處理條件均能提高萬圣節法師花青素的含量，其中缺磷處理的花青素含量比全磷處理顯著提高27.74%（<0.05），而無磷處理比全磷處理顯著提高35.27%（P<0.05），缺磷處理與無磷處理差異不顯著。

2.6 不同磷素水平對萬圣節法師可溶性糖含量的影響

磷素在植物體中的利用伴隨碳水化合物的消耗，而可溶性糖與花青素的合成有關，能為花青素的合成提供骨架，也可作為信號分子，通過特異信號傳導途徑誘導花色素苷合成[9]。由圖6可以看出，不同磷素水平對萬圣節法師可溶性糖含量的影響較大，缺磷處理和無磷處理條件均能提高萬圣節法師可溶性糖的含量，其中缺磷處理的可溶性糖含量比全磷處理提高60.28%，差異顯著（P<0.05），而無磷處理比全磷處理提高7.46%，差異不顯著。

3 結論與討論

植物呈色與葉片葉綠素、類胡蘿卜素和花青素的含量、比例以及穩定性密切相關。磷素以NADPH的形式參與葉綠素、類胡蘿卜素的合成，同時又參與光合磷酸化過程中ATP的形成，因而磷素缺乏必然引起葉綠素、類胡蘿卜素含量下降，影響光合功能，抑制植物生長發育，促使細胞內碳水化合物積累。植物為應對光抑制產生的傷害，會通過糖基化過程形成花青素，花青素除了具有抗氧化活性外，還能使植物呈現紅、紫等顏色[5]。研究表明，花青素合成受光照、水分、溫度、養分和激素等因子的影響較大[3]，生產中通常采用光照處理促進植物呈色[10]，但效果并不理想，采用化學試劑處理促使植物呈色的技術仍不成熟。植物色素含量和營養元素種類在葉片中的變化關系相輔相成，通過研究黃連木（Pistacia chinensis Bunge）的秋季葉片發現，葉片磷素含量與花色素苷含量呈顯著正相關，氮素含量與其呈顯著負相關，氮素含量與葉綠素含量呈顯著正相關[11]。檫木[Sassafras tsumu（Hemsl.）]秋季葉片磷素含量與磷元素再利用效率成正比，其原因可能是磷元素作為能源物質的重要組成成分，植株在其他營養元素回收轉移時需要消耗大量能量，磷元素再利用效率的提高保證了營養元素的轉移和其他代謝活動的進行[12]。植物葉色、色素和營養元素之間的關系密切，花色素苷的重要功能在秋季可能與保護葉片營養元素的再吸收利用有關，而在春季可能與抗低溫、養分脅迫等逆境有關，因而生產中通過磷素水平調控植物葉片呈色是可行的。在本試驗結果中，缺磷和無磷處理均能降低葉綠素a含量、提高葉綠素b含量、降低葉綠素總含量、降低類胡蘿卜素含量、提高花青素含量和可溶性糖含量，促進萬圣節法師呈色，與胡靜靜等[11]、周銹連[13]的研究結果一致，其原因可能是春季植物生長過程中，磷素缺乏影響了葉綠素、類胡蘿卜素的合成，抑制了可溶性糖等碳水化合物轉運，使可溶性糖在光合細胞內積累，從而誘導花青素的合成。另外，本試驗研究發現，缺磷處理在呈色方面的效果優于無磷處理，其原因可能是無磷條件對萬圣節法師正常生長發育的影響更嚴重，抑制葉綠素、類胡蘿卜素合成的同時，也嚴重抑制光合功能，抑制可溶性糖等光合產物的形成，誘導花青素的積累的量低于缺磷條件。因此，在生產中建議采用缺磷處理技術，促進法師系多肉植物春季栽培中的葉片呈色。

綜上所述，植物葉片磷素水平與花色素苷含量呈顯著相關，在春季植物培養過程中，缺磷和無磷處理均能降低萬圣節法師的葉綠素a含量、提高葉綠素b含量、降低葉綠素總含量、降低類胡蘿卜素含量、提高花青素含量和可溶性糖含量，促進萬圣節法師葉片呈現紅色；缺磷處理在呈色方面的效果要優于無磷處理，在生產中建議采用缺磷處理技術促進法師系多肉植物春季栽培過程中的葉片呈色。

參考文獻

[1] 李素華，韓浩章，趙榮，等.基于主成分分析的多肉植物營養液配方篩選[J].中國野生植物資源，2022，41（8）：8-13.

[2] 陳璇，謝軍，岳遠征，等.彩葉植物葉片呈色分子機制研究進展[J].西北植物學報，2020，40（2）：358-364.

[3] 張瀟，汪瑩.彩葉植物呈色機理與影響花色素苷因素研究進展[J]. 四川林業科技，2015，36（1）：28-30.

[4] 王振興，于云飛，陳麗，等.彩葉植物葉片色素組成、結構以及光合特性的研究進展[J].植物生理學報，2016，52（1）：1-7.

[5] 王良再，胡彥波，張會慧，等.植物葉片花青素的光破壞防御機制研究進展[J].應用生態學報，2012，23（3）：835-841.

[6] 孫麗超. 擬南芥PHL2和PHR1共同調控對低磷脅迫的轉錄響應[D].北京：清華大學， 2015.

[7] YUAN H，LIU D. Signaling components involved in plant responses to phosphate starvation[J]. Integr Plant Biol.，2008，50（7）：849-859.

[8] 張韞.土壤·水·植物理化分析教程[M].北京：中國林業出版社，2011.

[9] 孫澤晨，任文，潘遠智，等.氮、磷、鉀肥配施對‘紅葉南天竹葉片色素和可溶性糖含量的影響及相關性分析[J].植物資源與環境學報，2017，26（3）：59-68.

[10] 劉美洲，李憶珠，張蕊，等.不同光質對景天科植物火祭葉片呈色的影響[J].湖北農業科學，2020，59（2）：106-109.

[11] 胡靜靜，沈向，李雪飛，等.黃連木秋季葉色變化與可溶性糖和礦質元素的關系[J].林業科學，2010，46（2）：80-86.

[12] 蔣艾平，劉軍，姜景民.檫木葉片秋季衰老時葉色、色素和營養元素的關系[J].林業科學研究，2016，29（3）：362-368.

[13] 周銹連.缺磷誘導擬南芥花青素合成積累的蛋白質組研究[D]. 杭州：杭州師范大學，2019.

（責編：張宏民）