木本彩叶植物叶色鲜艳,具有极高的观赏价值,能为园林景观增添色彩.近年来,园林景观设计越来越重视木本彩叶植物的应用.引起叶色变化的直接原因是叶片中的色素含量与比例改变.叶色变异受内部遗传因素和外界环境因素共同影响,通过控制光照和温度等条件可对叶色进行调控.随着对木本植物叶色变异机制研究的探索,目前在木本植物中已挖掘出多个调控叶色变异的关键基因和调控模式.该文从环境因素、叶片微观结构、叶色变异的分子机制等方面总结木本彩叶植物叶色变异的研究进展,为进一步完善木本植物叶色变异机制及培育观赏彩叶树种提供参考.

植物光合作用主要依赖绿色叶片,而叶片生长发育最直观的特征是叶色.目前已克隆200多个调控水稻(Oryza sativa)叶色的基因.水稻叶色调控机制复杂多样,涉及多条调控途径,包括光合色素的生物合成与降解、核-质信号转导和血红素的合成.此外,温度和光照强度等外部环境也会影响水稻叶色的变化.该文从分子机制、叶色相关基因及环境因素等方面总结了水稻叶色遗传调控机制,并提出该领域亟待解决的科学问题,以期为水稻高光效育种及应用提供理论支撑.

为改良粗肋草叶色和优化粗肋草设施栽培体系,该研究以粗肋草品种'吉利红'的水培苗为材料,设置 6 种光质(白光、R ∶ B=1 ∶ 1、R ∶ B=1 ∶ 2、R ∶ B=2 ∶ 1、R ∶ B=1 ∶ 3、R ∶ B=3 ∶ 1,其中R、B分别代表红光、蓝光)和 2 种光周期(8、12 h.d-1)交叉培养,测定粗肋草的生长量、生物量、土壤和作物分析仪器开发(SPAD)值、花色素苷含量和叶片颜色参数(色相值a?、色相值b?、明度值L?、色调角h?),研究粗肋草对红蓝光质和光周期互作的响应.结果表明:(1)12 h.d-1光周期更有利于粗肋草生物量的积累,其中LP11(R ∶ B=1 ∶ 3×12 h.d-1)处理的粗肋草苗木干重、鲜重均为最高,最有利于植物生长及生物量积累;其次是LP5(R ∶ B=1 ∶ 3×8 h.d-1)处理.(2)相同光质条件下,8 h.d-1光周期处理的粗肋草叶片SPAD值比 12 h.d-1光周期处理高,12 h.d-1光周期处理的粗肋草叶片花色素苷含量高于 8 h.d-1光周期的处理,LP11 处理叶片SPAD值最低,花色素苷含量最高.12 h.d-1光周期培养的粗肋草叶片颜色参数a?、b?值比8 h.d-1光周期高,h?值比 8 h.d-1光周期低.(3)主成分分析结果表明,LP11 处理在促进粗肋草生长及叶色改良方面效果最好.综上认为,12 h.d-1光周期更有利于粗肋草的生长和叶片颜色变化,其中LP11 处理为最佳光质和光周期组合.

三叶海棠秋季叶色丰富,观赏价值良好.该研究以三叶海棠叶色差异明显的绿色、黄色、红色系的叶片为材料,利用紫外—可见分光光度法、高效液相色谱法对色素进行了定性定量检测,并分析了叶色变化的原因.结果表明:三叶海棠叶片中的色素主要有叶绿素、类胡萝卜素和花青苷,其中花青苷主要是矢车菊素半乳糖苷.绿色系叶片中的叶绿素含量与所占比例显著高于红色和黄色系叶片,而花色素苷和类胡萝卜素所占比例均最小;红色系叶片中的花青苷含量高于其它色系的叶片,花青苷所占比例高于叶绿素与类胡萝卜素所占比例;黄色系叶片中类胡萝卜素含量相对较高,花色素苷和叶绿素所占比例位于绿色与红色系之间.该研究结果表明三叶海棠秋季叶色变化最直接的原因是色素含量与比例发生变化;叶片含有的原花青素B1、芦丁、绿原酸等单体酚作为辅色素对叶片成色起到辅助作用;三种色系叶片中的总黄酮含量由高到低依次为红色、黄色、绿色.

以秋季转色期叶色表现为红色、黄色、绿色的3种色系榉树叶片为材料,通过不同浓度水杨酸叶面喷施处理,测定并分析其叶片的颜色参数及花青素、叶绿素等色素含量的变化.结果表明:喷施0.5 mmol·L-1水杨酸能促进红色系榉树叶片花青素的合成,加速其叶绿素的降解,加深叶片红色程度;喷施0.5 mmol·L-1水杨酸延长黄色系榉树的绿色期,推迟变色期;喷施1.0 mmol·L-1水杨酸能使黄色、绿色系榉树叶片变黄,提前变色期.

该研究以陕西汉中、河南林州、河北涉县和北京中国科学院植物研究所4个种源黄连木(Pistacia chinensisBunge)的苗木为对象,用分光光度计和色差仪对其叶绿素、类胡萝卜素、花色素苷含量及叶色参数(L*、a*、b*)进行了测定分析,探讨不同种源苗木秋季叶色变化规律及差异,揭示黄连木叶色呈现与叶片色素含量之间的内在关联,为筛选适合城市绿化的优良黄连木种源提供依据.结果表明:(1)在秋季叶片转色期,随着时间的推移,4个种源黄连木叶片的叶绿素、类胡萝卜素和花色素苷含量的比例呈现不同的变化趋势,其中:河北种源的花色素苷含量较高,叶片呈现红色;陕西种源叶绿素含量较高,叶片呈现绿色的时间较长;河南、北京种源处于两者之间.(2)各个种源黄连木的叶色参数a*值(红/绿)均与花色素苷含量呈正相关关系,与叶绿素含量呈负相关关系,且相关系数均达到显著水平(P＜0.05),各个种源叶色参数L*值(光泽明亮度)也与叶绿素含量间表现出显著或极显著的正相关性.研究发现,河北种源黄连木秋季的叶色最红,陕西种源黄连木叶片呈现绿色的时间最长;色差仪的应用实现了叶色和各色素含量间量化的关系.

为揭示高山羊齿(Davallia mariesii)的光响应机制,对5种不同遮荫处理的盆栽高山羊齿的生长状态、光合特性和叶绿素荧光参数进行测定.结果表明,随着遮荫水平的增加,高山羊齿叶形不断变大、叶色不断加深.在70%遮荫下,高山羊齿生长势好,叶片硬脆有光泽,且产孢率低,孢子成熟延迟.叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b随遮荫水平的提高而增加,但在90%遮荫时下降;而叶绿素a/b、光饱和点、光补偿点和暗呼吸速率的变化则与之相反,且遮荫程度较深与无遮荫间的光饱和点有极显著差异.在5种遮荫处理下,70%时叶绿素荧光参数Fm、φPo、ψO、φEo、TRO/RC、ABS/RC、ETO/RC都达到最大.因此,70%遮荫的光抑制最小,光能利用率最大,光合能力最强,最有利于高山羊齿的生长.

以3个欧洲卫矛(Euonymuseuropaea)品种'矮生'(Euonymuseuropaea'Pumilis')、'八仙花'(E.europaea'Aldenhamensis')和'白果'(E.europ aea'Albus')为试验材料,测定其秋冬转色期叶色参数及各项生理指标的变化,分析色素与叶色参数、可溶性糖、相关酶的关系,探讨欧洲卫矛转色期叶片的呈色机理,为后期园林应用提供依据.结果表明:(1)'八仙花'、'白果'叶片明度参数 L*值、色素参数 b*值(黄/蓝)呈先升后降的单峰曲线,'矮生'的 L*值、b*值呈先降后升的单峰曲线,3个品种色素参数 a*值(红/绿)在转色期间均不断上升. (2)各品种叶片叶绿素含量随生育期整体呈下降的趋势,主要是叶绿素a减少,叶绿素b与类胡萝素下降较为平稳;花色素苷含量、花色素苷/叶绿素比值呈上升趋势,类胡萝素/叶绿素比值整体呈下降的趋势. (3)各品种叶片可溶性糖含量随生育期呈先升后降的单峰曲线,它们的PAL活性呈波动上升趋势,POD活性整体呈下降趋势,PPO活性呈缓慢上升趋势. (4)相关性分析显示,3个品种叶色参数 a*值与花色素苷含量均呈极显著正相关关系,'矮生'花色素苷含量与叶绿素、类胡萝素含量呈显著负相关关系,'八仙花'、'白果花'的花色素苷含量与叶绿素、类胡萝卜素含量呈不显著负相关关系.研究发现,影响欧洲卫矛秋冬转色期叶片变红的主要因素是叶绿素、花色素苷和可溶性糖相对含量及PAL 、PPO活性,类胡萝卜素含量对叶片变红的贡献不大,POD活性对叶片变红无直接影响.

以矢竹(Pseudosasa japonica)、花叶矢竹(P.japonica f.akebonosuji)和曙筋矢竹(P.japonica f.akebono)为研究对象,借助叶绿体超微结构和荧光动力学曲线的变化揭示不同叶色矢竹的光系统活性及光合特性差异.结果表明:3个竹种的光合色素含量差异明显,除花叶矢竹条纹叶白色部分叶绿体内无完整类囊体片层结构外,花叶矢竹绿条纹和曙筋矢竹的基粒数明显少于矢竹,叶绿体发育成熟度不一致;OJIP曲线及参数表明,花叶矢竹条纹绿叶和曙筋矢竹光系统Ⅱ (PSⅡ)反应中心开放降低程度低于矢竹,捕获能量用于电子传递的份额变小,PSⅡ活性变弱;而曙筋矢竹叶片P700至初级电子受体(QA)的电子传递链氧化还原平衡偏向于还原侧,推测其光系统Ⅰ (PSⅠ)反应中心P700至PSⅡ QA电子传递链受损.因此,PSⅡ活性变化导致叶绿体发育不成熟,可能是引起矢竹类叶色差异的直接原因.

植物叶色突变体是研究植物光合作用机制、叶绿素生物合成分解途径的理想材料.为了研究白桦T-DNA突变株(yl)叶色与叶绿素含量的关系及yl苗高生长特性,实验以yl突变株为材料,测定其叶绿素与叶色的时序变化规律,分析生长特性.实验结果显示,白桦在生长季的不同发育时期,yl突变株的叶色一直呈现深黄绿色,色度计测定发现其叶片黄色程度及亮度均高于对照株系,叶色参数b*值分布于CIELab系统色拼图的黄色区域;从早春到9月中旬,yl突变株的叶绿素SPAD值一直显著低于对照株系(P＜0.05),该值与a*值呈显著的负相关.yl突变株苗高显著低于对照株系,苗高年生长仅是对照株系均值的35.15％,其速生期内苗高日生长量均值(GD)也显著低于对照株系,是对照株系均值的58.50％,认为苗高生长量的降低是由于T-DNA插入突变影响了叶绿素生物合成的结果.