祁連圓柏葉片內含物季節性變化和對環境的適應性研究

王菊萍

摘要 為了解不同季節祁連圓柏葉片內含物差異，測定了同一植株不同季節葉片中不同色素含量、酶活性和可溶性有機物的含量。結果表明：葉片內含物葉綠素、總酚含量由春季到冬季先升高后降低，類胡蘿卜素、花色苷、類黃酮含量、PAL酶、POD酶活性、可溶性糖、可溶性蛋白質含量由春季到冬季先降低后升高。這些內含物的季節性變化使祁連圓柏葉片呈現出不同的綠色，提高了葉片適應低溫的能力。

關鍵詞 祁連圓柏;內含物;季節;葉片

中圖分類號：S791.44文獻標識碼：Adoi：10.13601/j.issn.1005-5215.2022.04.010

Seasonal Variation of Leaf Components and Adaptability to Environment of Sabina przewalskii

Wang Juping

（Gucheng Nature Conservation Station of Gansu Qilianshan National Nature Reserve Management and Protection Center，Zhangye 733211，Gansu）

AbstractIn order to clarify the leaves inclusion contents difference of Sabina przewalskii in different seasons，the pigment contents，enzyme activity and soluble organic matter contents of leaves of the same plant were measured in different seasons. The result showed that the chlorophyll，total phenol contents were increased then decreased from spring to winter;the carotenoid，anthocyanin and flavonoid contents，PAL and POD activities，soluble sugar and protein contents were decreased first then increased from spring to winter. The seasonal change of inclusion contents makes S.? przewalskii leaves showing the different green colors，and increases the adaptability of leaves to low temperature.

Key words? Sabina przewalskii Kom;inclusion content;change;season;leaf

隨著我國生態建設力度的加大和園林城市建設的高質量發展，四季常綠樹種越來越多地被應用于各類綠化工程中，并在樹種配置上占據著重要的地位。常綠樹種葉片的色澤和適應能力隨著光照、溫度和水分的變化呈季節性變化。葉色變化主要由葉綠素、類胡蘿卜素等色素含量和比例的變化引起;抗寒等適應能力與葉片內可溶性糖、可溶性蛋白質含量及相關酶類的活性相關[1，2]。常綠樹種葉片內含物的季節性動態變化是為了適應不同季節生長環境的變化，是植物適應環境能力的物質基礎。

祁連圓柏（Sabina przewalskii ）為圓柏屬小喬木，是我國特有種，主要分布在青藏高原東北部和黃土高原西部邊緣地帶，在祁連山地區主要分布于2 600～3 400 m陽坡地帶，是祁連山天然林繼青海云杉（Picea crassifolia）之后的第二大建群樹種。由于其樹形美觀、四季常綠，耐寒、耐旱、耐瘠薄，被廣泛應用到各類國土綠化工程中。目前，對祁連圓柏的研究主要集中在地理分布、引種繁殖、病蟲害防治等方面[3-5]，對其葉色、抗寒能力的季節性變化和適應性研究尚未見報道。為了了解不同季節祁連圓柏葉片內含物差異，本試驗以同一株上同一部位不同季節的葉片為試材，對比研究了不同季節葉片內含物色素、酶活性和可溶性有機物含量的變化。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

樣品采于甘肅省天祝藏族自治縣華藏寺鎮城區，該區位于甘肅省中部，祁連山東段北麓，海拔2 450 m，大陸性高原季風氣候，年均氣溫1.8 ℃，無霜期90～120 d，年降雨量400～500 mm，60%降雨分布在6—9月，雨熱同季。夏季氣溫冷涼，短暫，冬季寒冷漫長，是典型的高原高寒冷涼區。近年來，天祝藏族自治縣針對低海拔地區常見綠化樹種無法安全越冬等問題，就近引進鄉土樹種祁連圓柏作為城區主栽樹種，通過孤植、片植等栽植方式和整形修剪措施，建成了以祁連圓柏球、祁連圓柏綠籬和祁連圓柏立體造型為景觀的公園多處，極大美化了城區環境，提高了綠化質量。

1.2 試驗材料

2021年，在天祝藏族自治縣華藏寺鎮城區團結路綠化帶隨機選取10年生祁連圓柏自然生長植株，掛牌標記，春季（2月中旬）、夏季（5月中旬）、秋季（8月中旬）和冬季（11月中旬）分別采集同一植株同一著生部位葉齡相同的葉片。葉片采集后用冰盒帶回試驗室，用蒸餾水沖洗葉片外表，用濾紙吸干水珠后，用液氮速凍，置于-80 ℃冰箱保存待測，3次重復。

1.3 測定方法

葉綠素和類胡蘿卜素含量參照仝月澳等[6]的方法測定，花色苷、類黃酮、總酚含量參照Pirie等[7]的方法測定，苯丙氨酸解氨酶（PAL）和過氧化物酶（POD）活性參照高俊鳳[8]的方法測定，可溶性糖和可溶性蛋白質含量參照朱廣廉等[9]的方法測定。試驗數據采用Excel2003、DPS6.01軟件進行統計分析。073338A2-ABD6-4819-8ACD-7AE2FED2902A

2 結果與分析

2.1 不同季節葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量變化

圖1不同季節葉片葉綠素含量葉綠素是植物呈現綠色的主要色素類物質，類胡蘿卜素是植物呈現黃色、橙紅色或紅色的主要色素類物質。由圖1可知，祁連圓柏葉片葉綠素含量由春季到冬季先升高后降低，秋季葉綠素含量最高，為9.62 mg·g^-1，較春季最低值3.17 mg·g^-1提高了200.32%。由圖2可知，葉片類胡蘿卜素含量由春季到冬季先降低后升高，秋季類胡蘿卜素含量最低，為0.14 mg·g^-1，較春季最高值0.25 mg·g^-1降低了44.00%。不同季節葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量差異均達到極顯著水平（P<0.01）。

2.2 不同季節葉片花色苷、類黃酮和總酚含量變化

花色苷是一類水溶性植物色素，屬于類黃酮的一個亞類，花色苷具有特性很強的C₆-C₃-C₆骨架和與其他天然黃酮類化合物相同的生物合成來源[10]?；ㄉ詹煌亢捅壤龢嫵闪酥参锲鞴傥宀世_紛的外觀色彩[11]。

由圖3、圖4可知，祁連圓柏葉片花色苷和類黃酮含量由春季到冬季先降低后升高，秋季花色苷和類黃酮含量均最低，分別為6.48 U·g^-1和39.16 U·g^-1，花色苷較春季最高值15.02 U·g^-1降低了56.86%，類黃酮較冬季最高值45.62 U·g^-1降低了14.16%。由圖5可知，總酚含量由春季到冬季先升高后降低，秋季總酚含量最高，為38.64 U·g^-1，較春季最低值36.75 U·g^-1降低了4.89%。不同季節葉片葉花色苷含量差異均達到極顯著水平（P<0.01），類黃酮含量差異均達到顯著水平（P<0.05），但葉片總酚含量差異未達到顯著水平（P>0.05）。

2.3 不同季節葉片PAL和POD酶活性變化

苯丙氨酸解氨酶（PAL）催化花色苷合成前體物質L-苯丙氨酸解氨酸解氨生成反式肉桂酸，是催化花色苷生物合成反應的第一個酶[12]。過氧化物酶（POD）是以血紅素為輔基的氧化酶，參與多種代謝活動，并能氧化成酚類[13]。由圖6和圖7可知，祁連圓柏葉片PAL酶活性和POD酶活性由春季到冬季先降低后升高，秋季PAL酶活性和POD酶活性均最低，分別為64.29和95.44 U·g^-1，較春季PAL酶活性最高值188.82 U·g^-1和POD酶活性最高值226.53 U·g^-1分別降低了65.95%和57.87%。不同季節葉片PAL活性和POD活性差異均達到極顯著水平（P<0.01）。

2.4 不同季節葉片可溶性糖和可溶性蛋白質含量變化可溶性糖和可溶性蛋白質含量是植物體內重要的有機物質，是合成其他有機物質不可缺少的成分，也是重要的細胞滲透調節物質之一[14]。

由圖8、圖9可知，祁連圓柏葉片可溶性糖和可溶性蛋白質含量由春季到冬季先降低后升高，秋季可溶性糖含量和可溶性蛋白質含量均最低，分別為0.032%和83.85 mg·g^-1，較春季可溶性糖含量最高值0.045%和可溶性蛋白質含量最高值91.38 mg·g^-1分別降低了28.89%和8.24%。不同季節葉片可溶性糖含量差異達到極顯著水平（P<0.01），不同季節葉片可溶性蛋白質含量春季、冬季和夏季、秋季之間均達到極顯著水平（P<0.01），夏季和秋季之間均未達到顯著水平（P>0.05）。

3 結論與討論

本試驗結果表明，祁連山東段北麓祁連圓柏葉片內含物葉綠素、總酚含量由春季到冬季先升高后降低，類胡蘿卜素、花色苷和類黃酮含量，PAL酶和POD酶活性，可溶性糖和可溶性蛋白質含量由春季到冬季先降低后升高。祁連圓柏葉片葉色隨著內含物色素含量的變化，春季呈紫綠逐漸轉為翠綠，夏季轉為深綠，冬季來臨時逐漸轉為黃綠。

在所有影響色素合成的外部因子中，光照是最重要的，它可以激活光敏色素，促進酶的合成或活化，通過光合作用提供反應產物，促進花色苷的合成[15]。溫度是影響花色苷合成的又一重要因子，生產實踐中發現，葡萄著色期溫度高的年份，即使果實已經成熟，但因可溶性固形物含量很高，果實著色困難，嚴重影響果實的商品性[16]。水分通過不同形態、數量和持續時間的變化影響果實著色。蘇淑釵研究發現，一般干旱地上生長的葡萄著色較好[17]。植物葉片呈現的顏色是不同色素含量和比例的綜合反映。采樣因海拔高、氣溫冷涼，冬季氣溫更低，光照變短，土壤結冰，水分供應受限等，在春季和冬季葉綠素含量降低，花色苷等其他色素含量提高，葉片呈現紫綠或黃綠;相反，在春季和夏季，氣溫較高，光照充足，葉片葉綠素含量提高，葉片呈現翠綠或深綠。

常綠樹種冬季葉片不脫落，為了適應低溫環境，防止低溫冷害造成的生物膜透性改變和凍害造成的組織結冰，需增加細胞內溶質降低滲透勢，細胞自身合成的可溶性糖和可溶性蛋白質是重要的滲透調節物質之一[18]。PAL酶在催化合成水溶性花色苷類色素中有重要作用，可能除影響花色苷的含量外，也影響細胞滲透調節物質的含量。POD酶參與多種物質的代謝活動，也可能從氧化反應層面影響調節物質的合成。對祁連圓柏葉片內色素、可溶性糖、可溶性蛋白質含量的季節性變化研究，為今后抗寒引種、提高植物抗寒能力和通過栽培管理調控植物葉色、提高景觀效果等方面都有一定指導意義。

參考文獻：

[1] 屈璐璐. 白三葉新品系品種比較及其抗寒性的生理學基礎[D].呼和浩特：內蒙古農業大學，2020073338A2-ABD6-4819-8ACD-7AE2FED2902A

[2] 杜婷婷.茶樹種質資源抗旱性與抗性生理相關指標的關系初探[J].南方農業，2019，13（3）：150-151

[3] 占玉芳.祁連山北坡中部祁連圓柏種群空間分布格局[J].西北林學院學報，2015，30（4）：8-13

[4] 金樂平，謝寧，武斌.不同激素處理對祁連圓柏嫩枝扦插生根的影響[J].林業科技通訊，2017（11）：37-38

[5] 馬祥東，馬敏軒，勾日措.祁連圓柏蟲害防治的有效技術措施[J].農業工程，2018，8（12）：100-102

[6] 仝月澳，周厚基.果樹營養診斷法[M].北京：農業出版社，1982：168-170

[7] Pirie A，Mullins M G. Changes in anthocyanin phenolic content of grapevine leaf and abscisic acid [J]. Plant physiol，1976，58： 468-472

[8] 高俊鳳.植物生理學實驗技術[M].西安：世界圖書出版社，2000：234-236

[9] 朱廣廉，鐘誨文，張愛琴.植物生理學試驗[M].北京：北京大學出版社，1990：240-242

[10] 李燦嬰. 套袋對紅地球葡萄色澤發育及果實品質的影響[D].蘭州：甘肅農業大學，2006

[11] 王日為，張麗霞，高吉剛.茶葉中花青素類物質研究展望[J].茶葉科學技術，2002（4）：4-8

[12] 聶慶娟，史寶勝，孟朝，等.不同葉色紅櫨葉片中色素含量、酶活性及內含物差異的研究[J].植物研究，2008（5）：599-602

[13] 吳明江，于萍.植物過氧化物酶的生理作用[J].生物學雜志，1994（6）：14-16

[14] 李唯.植物生理學[M].北京：高等教育出版社，2012：256-258

[15] 盧素文，鄭暄昂，王佳洋，等.葡萄類黃酮代謝研究進展[J].園藝學報，2021，48（12）：2506-2524

[16] 羅龍，井雙泉，劉懷鋒，等.著色期通風降溫對設施克倫生葡萄品質的影響[J].黑龍江農業科學，2019（9）：81-84

[17] 蘇淑釵.葡萄著色問題研究進展[J].葡萄栽培與釀酒，1994（2）：1-4

[18] 黃相玲，張仁志.植物抗逆生理機制研究進展[J].南方農業，2021，15（34）：96-99，103073338A2-ABD6-4819-8ACD-7AE2FED2902A