中红杨叶色变化的相关生理生化及结构初步研究

论文摘要

中红杨(Populus xeuramericana cv.Zhonghuahongye)是一种优秀的彩叶品种。它是黑杨(Populus nigra)的芽变新品种,以其重要的用材价值和在园林中的观赏价值而日益受到各界的关注。中红杨的叶片颜色独特、季相变化显著,并且表现极为稳定。中红杨从春季萌动到初夏这段时间整株叶片及新发幼嫩枝条为靓丽的玫瑰深红色,初夏以后到10月中旬新发嫩叶及嫩枝逐渐转变为鲜艳的紫红色,而中下部成熟叶片则逐渐转变为红绿色至绿色,10月中旬以后随着气温的下降整株叶片逐渐变为杏红色,直至落叶。有着丰富的季相变化,是春色叶和秋色叶树种的优点兼而有之,加上中红杨本身为高大乔木,树干通直、挺拔,生长迅速、树冠丰满,具有其观赏价值高、速生性强、繁殖容易、适应范围广的多种优点,填补了彩叶树种发展和应用的空白,具有广阔的发展空间。目前虽然已经有部分国内外专家学者对彩叶植物有了初步的研究,但是尚未对其中色素转变的过程进行系统的研究。对‘中红杨叶色变化的生理生化特性和结构特征进行量化分析,找出其中的变化规律,从而为日后进一步的深入色素转变研究打下基础。本研究的主要结果如下:(1)叶片红色素提取工艺的初步研究,使用不同的提取条件进行叶片红色素提取工艺进行比较和筛选,确定出一个最优方案,并对叶片红色素基本成分进行初步分析,证明叶片红色素主要成分为花青苷及其衍生物。(2)中红杨叶片切片解剖结构的研究,包括石蜡切片和超薄切片。通过对叶片细微解剖结构包括气孔、栅栏组织、海绵组织等比较分析。初步找出由于色素变化带来的中红杨与63杨、69杨在叶片结构上的差异性。与63杨、69杨相比,中红杨叶绿体体积减少,数量有所增多,基粒片层垛叠疏松。不同叶色时期,中红杨超微结构发生根本性变化。叶色由红色转绿色过程中出现叶绿体数量减少,体积有所增大,基粒片层数相应减少的结构性变化。(3)中红杨叶片中主要色素含量的定时定量测定,包括叶绿素、类胡萝卜素、花青苷的年动态变化,包括含量及类别的动态变化,初步分析了叶色的变化主要受到是各种色素的成分种类、含量和比值的关系所影响的,也在一定程度上受到环境的影响。(4)中红杨与63杨、69杨在生长季节的光合作用日动态和年动态变化比较研究,初步证明了中红杨在生长特性上的比较优势。尤其是在光的利用效率上有明显的优势,同时验证了色素含量与光合的相关性。(5)使用色差仪以CIE lab L*a*b法定量测定中红杨的叶片的色差年季动态变化,量化了叶色的变化,从而找出叶色变化的几个关键时期和规律性,为日后充分认识叶色变化,进行分离提取相关基因打下基础。(6)中红杨叶片内含物的含量变化比较研究,包括氨基酸、可溶性糖、黄酮、多酚含量的变化。初步分析了叶色的内含物的含量变化和色素含量变化的关系。(7)中红杨叶片中元素含量的年变化包括N、P、K等大量和微量金属元素的动态变化,根据与叶色变化的关系比较研究,筛选出几个对叶色变化有显著影响的增色离子,为中红杨在园林应用上取得更好的观赏效果奠定了理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略语表
• 1 前言
• 1.1 彩色植物的呈色机理研究进展
• 1.1.1 彩色植物定义及分类
• 1.1.2 色素变化决定叶片呈色
• 1.1.3 春秋色叶植物呈色机理
• 1.1.4 常色叶植物呈色机理
• 1.1.4.1 叶色表现的基因控制
• 1.1.4.2 嵌合体变异与叶片呈色
• 1.2 环境因素对叶片呈色的影响
• 1.2.1 光照的影响
• 1.2.2 温度的影响
• 1.2.3 水分条件的影响
• 1.2.4 土壤条件的影响
• 1.2.5 PH值的影响
• 1.3 彩色植物的光合特性
• 1.3.1 彩色植物叶绿体光合特性
• 1.3.2 彩色植物需光特性和光合能力
• 2对彩色植物光合作用的影响'>1.3.3 高CO₂对彩色植物光合作用的影响
• 1.4 本研究的内容及目的
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究目的
• 3 材料与方法
• 3.1 材料
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 中红杨色素的提取
• 3.2.2 中红杨叶片切片解剖结构的研究
• 3.2.3 中红杨叶片色素测定的研究
• 3.2.4 中红杨光合进程测定的研究
• 3.2.5 中红杨的叶片的色差年季动态变化定量测定
• 3.2.6 中红杨叶片可溶性糖、氨基酸、多酚、黄酮含量测定
• 3.2.7 中红杨叶片中大量元素氮、磷、钾和微量元素钙、镁、铁、锰、铜、锌含量测定的研究
• 4 结果与分析
• 4.1 中红杨红色素的提取
• 4.1.1 中红杨红色素浸提剂的选择
• 4.1.2 乙醇浓度对中红杨红色素提取率的影响
• 4.1.3 中红杨红色素浓度测定波长的选择
• 4.1.4 中红杨红色素提取最佳浸提温度
• 4.1.5 中红杨红色素最佳料液比
• 4.1.6 中红杨红色素提取中PH对浸提效果的影响
• 4.1.7 中红杨红色素最佳提取工艺的正交试验
• 4.2 中红杨叶片切片解剖结构的研究
• 4.2.1 中红杨的一般解剖学观察
• 4.2.2 不同品种间差异的解剖学分析
• 4.3 中红杨叶片色素测定的研究
• 4.3.1 三种杨树不同时间叶绿素含量变化
• 4.3.2 三种杨树不同时间类胡萝卜素含量变化
• 4.3.3 三种杨树不同时间花青苷含量变化
• 4.3.4 三种杨树不同时间花青苷含量变化
• 4.4 中红杨光合进程测定的研究
• 4.4.1 中红杨净光合速率Pn的日变化研究
• 4.4.2 中红杨净光合速率Pn的季节变化研究
• 4.5 中红杨的叶片的色差年季动态变化定量测定
• 4.5.1 三种杨树不同月份叶片色差参数a含量变化
• 4.5.2 三种杨树不同月份叶片色差参数b含量变化
• 4.5.3 三种杨树不同月份叶片色差参数L含量变化
• 4.6 中红杨叶片可溶性糖、氨基酸、多酚、黄酮含量测定
• 4.6.1 三种杨树不同月份叶片可溶性糖含量变化
• 4.6.2 三种杨树不同月份叶片氨基酸含量变化
• 4.6.3 三种杨树不同月份叶片多酚含量变化
• 4.6.4 三种杨树不同月份叶片黄酮含量变化
• 4.7 中红杨叶片营养元素含量差异研究
• 4.7.1 三种杨树不同月份叶片大量元素氮、磷、钾含量的季节变化
• 4.7.2 三种杨树不同月份叶片微量元素钙、镁、铁、锰、铜、锌含量的季节变化
• 4.7.3 中红杨不同月份叶片矿质元素含量之间的互作关系
• 5 结论与讨论
• 5.1 中红杨结构与光合作用的关系研究
• 5.2 中红杨色素的光合及其抗性研究
• 5.3 中红杨栽培措施的研究
• 5.4 本研究的后续工作研究
• 参考文献
• 致谢
• 说明