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近年来,随着园林布景、环境绿化要求的日益提高,彩色针叶树的需求量也随之增大。彩色针叶树株型丰富多姿,叶色明亮多彩,观赏期长,是家庭、城市、园林及道路环境绿化的优良植物材料,尤其为北方园林增添了丰富的景观色彩[1-2]。因此,引进彩色针叶树种,研究并提高其引种适应性、生长繁殖能力和观赏价值是科研和园艺工作的热点方向。目前,国内外关于彩色针叶树的研究主要集中在引种适应性[3]、扦插繁殖[4-5]、生长生理[6-7]以及光合特性[8]等方面,对观赏性状如叶色变化的研究甚少。对彩色阔叶树研究发现:许多树种叶色变化与其色素含量显著相关,建立两者的回归方程能够通过叶色参数准确预测色素含量的变化,为实现人工调控彩色植物叶色变化、选育优良观赏植物品种提供了理论基础和技术支撑[9-14]。欧洲刺柏‘金叶疏枝’Juniperus communis ‘Gold Cone’和鹿角桧‘金叶’Juniperus×media ‘Pfitzeriana Aurea’是引种自比利时的彩色针叶树种,作为彩色针叶树中的金叶植物代表,不同季节均有很高的观赏价值,弥补了园林景观及环境绿化色彩单调的缺憾[15]。本研究以欧洲刺柏‘金叶疏枝’和鹿角桧‘金叶’为研究对象,测定不同季节2种树的叶色参数和色素变化,比较两者观赏性状差异;分析叶色参数与色素的相关关系,建立回归模型。本研究将为‘金叶疏枝’和‘金叶’的叶色变化生理机制研究提供基础,也为叶色调控技术研发提供理论依据。
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由图1A可知:‘金叶疏枝’在春、夏、秋3季L*值差异不显著(P>0.05),冬季显著低于其他季节(P<0.05),最高值出现在夏季,最低值在冬季;‘金叶’在夏、秋、冬3季L*值变化不显著(P>0.05),春季显著低于其他季节(P<0.05),最高值出现在秋季,最低值在春季;春、夏、秋3季‘金叶疏枝’L*值均显著高于‘金叶’(P<0.05),冬季‘金叶疏枝’显著低于‘金叶’(P<0.05)。
由图1B可知:‘金叶疏枝’的a*值在春、夏、秋3季均为负值,且数值逐渐变大,冬季变为正值;其绝对值在夏季最高,春、夏季无显著差异(P>0.05),秋季绝对值显著低于春、夏季(P<0.05);冬季绝对值最低,显著低于其他季节(P<0.05)。‘金叶’的a*值在4季均为负值,数值先减小后增大;春、冬季无显著性差异(P>0.05),夏季分别与秋、冬季无显著性差异(P>0.05);绝对值最高出现在秋季,且显著高于春冬季(P<0.05),最低出现在春季。春、夏2季2树种a*值的绝对值无显著性差异(P>0.05);秋季‘金叶疏枝’绝对值显著低于‘金叶’(P<0.05);冬季‘金叶疏枝’a*值为正值,‘金叶’仍为负值,且绝对值显著高于‘金叶疏枝’(P<0.05)。
由图1C可知:‘金叶疏枝’的b*值4季均为正值,春、夏、秋3季之间无显著差异(P>0.05),冬季显著低于其他季节(P<0.05)。‘金叶’b*值4季也均为正值,秋、冬季无显著差异(P>0.05);春、夏、秋3季呈递进式显著增高(P<0.05),秋季最高,且显著高于春、夏季(P<0.05);其次是冬季,也显著高于春、夏季(P<0.05);绝对值最低出现在春季。春、夏、秋3季‘金叶疏枝’b*值均显著高于‘金叶’(P<0.05);冬季2种彩色针叶树b*值无显著性差异(P>0.05)。
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由图2A可知:‘金叶疏枝’叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素在不同季节变化趋势相同,秋、冬季显著降低(P<0.05)。其中,叶绿素a质量分数在夏季最高,比秋、冬季显著高156.52%、168.18%(P<0.05);其次是春季,比秋、冬季显著高126.08%、136.36%(P<0.05),冬季最低。总叶绿素质量分数夏季最高,比秋、冬季显著高129.41%、143.75%(P<0.05),冬季最低。叶绿素b质量分数在夏、秋季间显著下降(P<0.05),春夏、秋冬之间无显著性差异;夏季最高,比秋、冬季显著高90.00%、111.11%(P<0.05);其次是春季,比冬季显著高100.00%(P<0.05)。‘金叶疏枝’类胡萝卜素质量分数呈现先增大后减小再增大趋势;夏季最高,比春、秋、冬3季显著高33.33%、140.00%、20.00%(P<0.05);其次是冬季,比秋季显著高100.00%(P<0.05),秋季最低。‘金叶疏枝’花色素苷相对含量在春、夏、秋季均无显著性差异(P>0.05),冬季比前3季显著高246.82%、192.59%、130.84%(P<0.05)。
由图2B可知:‘金叶’的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素质量分数随季节变化趋势相同,均为先增大后减小,且在夏季达到最高值。夏季叶绿素a比春、秋、冬季显著高36.06%、159.37%、144.11% (P<0.05),叶绿素b 比其他3季高63.63%、176.92%、200.00% (P<0.05),总叶绿素比其他3季高42.85%、160.86%、160.86% (P<0.05);春季叶绿素a比秋、冬显著高90.62%、79.41% (P<0.05),叶绿素b比秋、冬季高69.23%、83.33% (P<0.05),总叶绿素比秋、冬季高82.60%、82.60% (P<0.05);秋冬季无显著性差异(P>0.05)。‘金叶’类胡萝卜素质量分数随季节变化呈先增大后减小再增大趋势,夏季分别比春、秋、冬季显著高60.00%、128.57%、77.77% (P<0.05);春、冬季无显著性差异(P>0.05),但分别比秋季高42.85%、28.57%;秋季显著低于其他季节(P<0.05)。花色素苷相对含量呈现“V”字形变化,春到夏季显著降低(P<0.05),秋冬季显著增高(P<0.05),夏季比春、冬季显著低34.13%、26.90%(P<0.05)。
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对2种刺柏属彩色树叶色参数与色素含量年变化的Pearson相关性分析(表1)可知:‘金叶疏枝’的L*、b*值与花色素苷相对含量呈极显著负相关(P<0.01);a*值与叶绿素a、总叶绿素质量分数呈显著负相关(P<0.05),与花色素苷相对含量呈极显著正相关(P<0.01)。‘金叶’的L*值与叶绿素a质量分数呈显著负相关(P<0.05);b*值与所有光合色素含量均呈极显著负相关(P<0.01)。
植物 叶色参数 叶绿素a 叶绿素b 总叶绿素 类胡萝卜素 花色素苷 ‘金叶疏枝’ L* 0.606 0.542 0.602 0.021 −0.975▲▲ a* −0.682▲ −0.573 −0.668▲ −0.144 0.934▲▲ b* 0.408 0.302 0.388 −0.097 −0.956▲▲ ‘金叶’ L* −0.831▲ −0.311 −0.363 −0.292 −0.519 a* 0.457 0.063 0.069 0.164 0.595 b* −0.983▲▲ −0.980▲▲ −0.984▲▲ −0.949▲▲ −0.212 说明:数据上的▲、▲▲分别表示在0.05、0.01水平上显著相关 Table 1. Correlation analysis between color parameters and pigment content of two Juniperus colored leaves
对2种刺柏属彩色树叶色参数与色素含量的季节性变化进行Pearson相关性分析,由表2可知:春季‘金叶疏枝’和‘金叶’的叶色参数与色素含量相关性均不显著。夏季‘金叶疏枝’a*值与叶绿素b、总叶绿素质量分数呈显著正相关(P<0.05),b*值与花色素苷相对含量呈显著负相关(P<0.05)。夏季‘金叶’L*值与所有光合色素含量均呈极显著负相关(P<0.01),与花色素苷相对含量呈显著负相关(P<0.05);a*值与类胡萝卜素质量分数呈显著正相关(P<0.05),与花色素苷相对含量呈极显著正相关(P<0.01);b*值与叶绿素a、总叶绿素、类胡萝卜素质量分数以及花色素苷相对含量呈极显著负相关(P<0.01),与叶绿素b质量分数呈显著负相关(P<0.05)。秋季‘金叶疏枝’L*值与花色素苷相对含量呈显著负相关(P<0.05);a*值与类胡萝卜素质量分数呈显著正相关(P<0.05),与花色素苷相对含量呈极显著正相关(P<0.01);b*值与花色素苷相对含量呈极显著负相关(P<0.01)。冬季‘金叶疏枝’L*值与光合色素呈显著负相关(P<0.05),‘金叶’叶色参数与色素含量秋冬季相关性均不显著(P>0.05)。
季节 植物 叶色参数 叶绿素a 叶绿素b 总叶绿素 类胡萝卜素 花色素苷 春季 ‘金叶疏枝’ L* 0.668 0.395 0.614 0.747 0.098 a* −0.693 −0.325 −0.614 −0.857 0.495 b* 0.657 0.441 0.618 0.709 −0.593 ‘金叶’ L* 0.073 0.015 0.057 0.071 0.671 a* 0.388 0.411 0.395 0.321 −0.095 b* −0.117 −0.131 −0.121 −0.058 0.311 夏季 ‘金叶疏枝’ L* −0.141 0.258 0.045 −0.449 0.005 a* 0.450 0.562▲ 0.558▲ −0.086 0.303 b* −0.471 −0.408 −0.492 −0.024 −0.585▲ ‘金叶’ L* −0.679▲▲ −0.723▲▲ −0.713▲▲ −0.647▲▲ −0.628▲ a* 0.456 0.473 0.474 0.610▲ 0.648▲▲ b* −0.649▲▲ −0.597▲ −0.644▲▲ −0.755▲▲ −0.771▲▲ 秋季 ‘金叶疏枝’ L* 0.298 0.146 0.246 −0.017 −0.624▲ a* −0.446 −0.424 −0.458 0.580▲ 0.901▲▲ b* 0.246 0.185 0.232 −0.214 −0.715▲▲ ‘金叶’ L* −0.079 0.040 −0.050 0.007 0.039 a* −0.313 −0.374 −0.333 −0.316 0.007 b* −0.359 −0.426 −0.381 −0.127 0.306 冬季 ‘金叶疏枝’ L* −0.645▲ −0.637▲ −0.645▲ −0.642▲ −0.468 a* −0.017 −0.090 −0.035 0.020 −0.170 b* −0.466 −0.544 −0.488 −0.536 −0.525 ‘金叶’ L* −0.173 −0.091 −0.152 −0.076 −0.498 a* −0.469 −0.540 −0.491 −0.010 −0.265 b* −0.506 −0.426 −0.488 −0.368 −0.358 说明:数据上的▲、▲▲分别表示在0.05、0.01水平上显著相关 Table 2. Correlation analysis between color parameters and pigment content of two Juniperus colored leaves in different seasons
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为进一步探索刺柏属彩色树叶色参数与色素含量的关系,本研究建立了叶色参数与色素含量间的回归模型,为不同叶色期色素含量提供预测。
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根据表1和表2中‘金叶疏枝’的叶色参数与色素含量相关性分析,以叶色参数L*、a*、b*的数值(l,a,b)为自变量,以与叶色参数有极显著相关关系的花色素苷相对含量为因变量(y),进行逐步线性回归拟合,得到叶色参数与花色素苷的年变化和秋季变化(其他季节回归方程均不显著)回归模型。由表3可知:年变化回归模型拟合系数为0.967,方程拟合度高,因此以a*值为自变量(L*、b*值作为变量被剔除)的回归模型可以准确预测‘金叶疏枝’的花色素苷相对含量年变化。季节变化逐步回归方程拟合系数为0.884,a*值和b*值共同决定秋季‘金叶疏枝’花色素苷相对含量的变化。
色素 逐步回归方程 拟合系数(R2) P (年变化)花色素苷 y=5.782+0.126a 0.967 <0.001 (秋季)花色素苷 y=6.283+0.047a−0.049b 0.884 <0.001 说明:a、b分别为叶色参数a*、b*的数值 Table 3. Stepwise regression model for leaf color parameter and pigment content of J. communis ‘Gold Cone’
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根据表1和表2中‘金叶’的叶色参数与色素含量相关性分析,以叶色参数L*、a*、b*的数值(l,a,b)为自变量,分别以与其有极显著相关关系的色素含量值为因变量(y),进行逐步线性回归拟合,得到叶色参数与色素含量年变化和夏季变化(其他季节回归方程均不显著)回归模型。由表4可知:b*值与叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素及类胡萝卜素质量分数的年变化回归模型的方程拟合系数均大于0.850,拟合程度高,因此认为以b*值为自变量的回归方程能够准确预测‘金叶’的光合色素含量的年变化。此外,夏季b*值能准确预测叶绿素a质量分数和花色素苷相对含量的变化,夏季L*值能准确预测叶绿素b、总叶绿素以及类胡萝卜素质量分数的变化。
色素 逐步回归方程 拟合系数(R2) P (年变化)叶绿素a y=1.757−0.036b 0.958 <0.001 叶绿素b y=0.801−0.017b 0.950 0.001 总叶绿素 y=2.558−0.054b 0.959 <0.001 类胡萝卜素 y=0.324−0.006b 0.875 0.004 (夏季)叶绿素a y=1.148−0.011b 0.847 0.002 叶绿素b y=0.943−0.011l 0.743 0.008 总叶绿素 y=2.384−0.022l 0.806 0.004 类胡萝卜素 y=0.233−0.002l 0.856 0.005 花色素苷 y=5.568−0.093b 0.844 0.018 说明:l、b分别为叶色参数L*、b*的数值 Table 4. Stepwise regression model for leaf color parameters and pigment content of J. ×media ‘Pfitzeriana Aurea’