紫叶李叶色生理变化及影响因素研究

论文摘要

紫叶李(Prunus cerasifera Ehrh．var．atropurpurea Jacq．)为蔷薇科李属的落叶小乔木，是我国华北地区主要彩叶植物之一。但是紫叶李在夏季或环境因子不适宜的条件下，会出现“反绿”现象，失去原有的景观价值。有关植物叶片中花色素苷的生物合成及其影响因素等方面的研究报道很少，对于影响紫叶李叶色的因素研究仍为空白。本文以紫叶李为试材，通过分析不同环境因子、酶活性、有机内含物的含量以及关键酶基因对紫叶李叶片红色的影响，筛选出光照、温度是影响紫叶李叶色的主导因子，明确紫叶李在园林中应用的适宜栽培条件，为园林景观设计提供一定的参考。本文在明确了影响紫叶李叶色的环境因子的基础上，详细研究了不同光照强度、光质、温度对紫叶李叶片的花色素苷、相关酶活性、有机内含物的含量变化，研究结果主要包括以下几个方面：1．本文对比研究了李属三种紫叶植物和一种绿叶实生李叶色的年周期变化，发现紫叶植物花色素苷的变化规律是“夏季较低，春秋两季较高”，相关分析表明温度、光照等可能是影响紫叶李叶色的主要环境因子；并且花青素／叶绿素的比值、可溶性糖与蛋白质含量均与三种紫叶植物的叶色变化呈现显著相关，可以作为分析叶色变化原因的参数。2．采用遮荫的方式研究不同光照强度对紫叶李叶色的影响。40％的透光率显著增加叶绿素的含量，降低了花色素苷、类黄酮、多酚及可溶性糖含量，从而降低叶片中花色素苷／叶绿素的比值，使紫叶李叶色参数a~*值降低，叶片呈现绿色；而100％的透光率显著增加了花色素苷、类黄酮、多酚及可溶性糖含量。而且随光照强度的提高和照光时间的延长显著提高了叶片中PAL酶活性，促进了花色素苷的生物合成，使叶色变红。3．光质对紫叶李叶色也有一定的影响。红光和蓝光可显著提高叶片PAL酶活性，从而增加叶片中花色素苷含量，提高花色素苷／叶绿素的比值，使叶片呈显红色。光质可影响叶片中内含物的含量，黄光处理后可显著提高叶片中可溶性糖、淀粉的含量，蓝光处理有利于蛋白质的合成，绿光有利于叶片中氨基酸含量的提高。光质还影响光反应中心的活性，红色光可提高叶片潜在量子效率、实际量子效率Fv／Fm、Fv／Fo、qP值，增加叶片净光合速率。4．低温促进紫叶李花色素的合成。15℃低温可显著促进PAL、POD酶活性的提高，从而显著促进花色素苷的合成，提高花色素苷／叶绿素的比值，从而使叶片显红色。而35℃高温可显著提高紫叶李叶片中叶绿素含量，增大PPO的酶活性，抑制花色素苷的合成，甚至加速其分解，降低花色素苷／叶绿紊的值，使叶片呈现绿色。5．利用分子克隆技术，从紫叶李叶片中克隆了CHS、DFR、ANS三个与叶片花色素苷合成相关的关键酶基因。在GenBank中进行同源性比较，发现它们与蔷薇科其他植物在花色、果色上表达的基因序列相似程度性可达92％。说明这些基因不是叶色表达所特异的。因此，调控基因可能在叶色的表达中起更关键的作用。6．通过测定紫叶李叶片红色素的吸光特性和利用纸层析的方法，初步明确了紫叶李叶片的红色素为矢车菊色素。紫叶李红色素溶液在pH＜5的条件下红色性状稳定，适宜在酸性环境下使用。紫叶李红色素的耐光性较差，在加工和使用的过程中应避免阳光的直接照射，尽量在较暗的环境进行，确保紫叶李花色素性质的稳定。本研究从生理、生化、分子生物学等方面对紫叶李的叶色影响因素进行了较系统的研究，明确了光照强度、温度是影响紫叶李叶色的主要环境因子，为紫叶李的园林应用提供了科学依据；初步探明了紫叶李叶片的主要花色素苷为矢车菊色素；克隆了具有自主知识产权的与紫叶李叶色形成密切相关的三个结构基因，为今后研究紫叶李叶色调控搭建了一个平台，也为探讨其它彩叶植物的叶色形成提供了一定参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 彩叶植物的定义
• 1.1.2 彩叶植物的应用
• 1.2 彩叶植物的研究进展
• 1.2.1 彩叶植物色彩发育过程中的形态解剖研究
• 1.2.2 外界环境因子对彩叶形成的影响
• 1.2.3 彩叶形成过程中的生理生化变化
• 1.2.4 叶片中主要色素的合成途径
• 1.2.5 花青素合成途径中关键基因的克隆
• 1.2.6 彩叶植物研究展望
• 1.3 本研究的意义及主要解决问题
• 2 紫叶李叶色及生理生化的年变化
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 方法
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 三种紫叶植物叶片叶色的年周期变化
• 2.2.2 叶片叶绿素、类胡萝卜素含量的年变化
• 2.2.3 花色素苷、类黄酮、总酚含量的年变化
• 2.2.4 光合作用的年变化
• 2.2.5 光合速率的日变化
• 2.2.6 叶绿素荧光的日变化
• 2.2.7 叶绿素荧光的年变化
• 2.2.8 有机内含物的年变化
• 2.2.9 讨论
• 2.3 本章小结
• 3 光强对紫叶李叶色发育的影响
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 试验材料
• 3.1.2 方法
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 遮荫对紫叶李叶色的影响
• 3.2.2 遮荫对叶绿素含量的影响
• 3.2.3 遮荫对紫叶李叶片中类胡萝卜素含量的影响
• 3.2.4 遮荫对花色素苷、类黄酮、多酚含量的影响
• 3.2.5 遮荫对相关酶活性的影响
• 3.2.6 遮荫对有机内含物的影响
• 3.2.7 遮荫对光合作用的影响
• 3.2.8 先遮荫后见光对紫叶李叶色的影响
• 3.2.9 先遮荫后见光对叶片花色素苷、类黄酮、多酚含量的影响
• 3.2.10 先遮荫后见光对叶片叶绿素含量及色素间比值的影响
• 3.2.11 先遮荫后见光对叶片PAL、PPO、POD酶活性的影响
• 3.2.12 先遮荫后见光对可溶性糖、淀粉、氨基酸和蛋白质含量的影响
• 3.2.13 讨论
• 3.3 本章小结
• 4 光质处理对叶片生理生化的影响
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 试验材料
• 4.1.2 测定方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 不同滤光膜光质特征分析
• 4.2.2 不同光质处理对叶绿素含量的影响
• 4.2.3 不同光质对花色素苷、类黄酮、多酚的影响
• 4.2.4 不同光质对有机内含物的影响
• 4.2.5 不同光质对酶活性的影响
• 4.2.6 不同光质对紫叶李光合作用的影响
• 4.2.7 讨论
• 4.3 本章小结
• 5 温度对紫叶李叶色及生理的影响
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 试验材料
• 5.1.2 试验方法
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 不同温度对紫叶李生长量的影响
• 5.2.2 不同温度对紫叶李叶色的影响
• 5.2.3 温度对叶绿素含量的影响
• 5.2.4 温度对叶片中花色素苷、类黄酮、多酚含量的影响
• 5.2.5 温度对相关酶活性的影响
• 5.2.6 温度对叶片光合作用、荧光的影响
• 5.2.7 讨论
• 5.3 本章小结
• 6 紫叶李叶片中花色素苷的理化性质分析
• 6.1 材料和方法
• 6.1.1 材料
• 6.1.2 方法
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 色素提取液的光谱特性
• 6.2.2 紫叶李花色素的纸层析
• 6.2.3 pH值对紫叶李花色素的影响
• 6.2.4 光照时间对紫叶李花色素的影响
• 6.2.5 温度对紫叶李花色素的影响
• 6.2.6 不同金属离子对紫叶李花色素的影响
• 6.2.7 讨论
• 6.3 本章小结
• 7 紫叶李叶片中花色素合成关键酶基因CHS、DFR、ANS的克隆
• 7.1 材料与方法
• 7.1.1 试验材料
• 7.1.2 试验仪器和药品
• 7.1.3 试验方法
• 7.2 结果与分析
• 7.2.1 总RNA提取方法的比较
• 7.2.2 CHS全长基因的克隆
• 7.2.3 DFR基因的克隆
• 7.2.4 紫叶李ANS基因的克隆
• 7.2.5 讨论
• 7.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢