作者：彩枫美国红枫基地 发布时间：2012年8月10日
美国红枫原产于美国东北部, 槭树科槭树属。落叶大乔 木, 其适应范围广, 抗逆性强, 秋季叶片为绚丽的红、黄、紫等 色, 是世界各国园林绿化中应用较为广泛的彩叶树种之一。 有关美国红枫秋季变色期叶片中花青苷合成与相关酶DFR、 UFGT 关系的研究尚未见报道。为了探讨美国红枫变色期 叶片中花青苷含量和相关合成酶活性的变化, 本文以自由人 枫- 秋天火焰. ( A cer @ f reemanii -Autumn Blaze. ) 和美国红 枫- 白兰地. ( Acer r ubr um -Br andywine. ) 为试材, 秋天火焰 秋季叶片变为橙红色, 白兰地为紫红色, 研究其变色期叶片 中花青苷合成与DFR、UFGT 酶活性的关系, 以期找出控制 美国红枫叶片花青苷合成的关键酶, 为美国红枫的叶色调控 奠定理论基础。
试验于2007 年10 月12 日~ 11 月19 日, 在山东省果树 研究所进行, 材料为自由人枫- 秋天火焰 和美国红枫- 白兰 地. , 生长健壮, 长势一致的5 年生幼树, 该试材2005 年3 月 由美国俄勒冈州进口, 定植于山东省果树研究所苗圃。
10 月12 日枫树叶片开始变色时开始取样, 每隔4 天采 一次样, 直至叶片完全变色落叶时为止。每次每品种取相同 部位的叶片, 测定各品种叶片变色期的花青苷含量、DFR 和 UFGT 酶活性, 每个测定指标重复3 次。集中于上午9 时左 右采样, 采后立即用冰壶带回实验室。
花青苷的测定参考仝月澳 等[9] 的方法, 将叶片取回, 洗净, 擦干, 剪碎后, 采用1. 5mol# L- 1H Cl: 95%乙醇= 15: 85( V/ V) 混合液, 在黑暗条件下浸 提24h, 后用岛津UV - 2450 型紫外可见分光光度计检测 535nm 波长的光密度值, 参照胡位荣等[9] 的计算方法进行花 青苷含量的计算。
酶液的提取参 照Murr ay 的方法。取样品1g 加液氮研磨后, 加入5ml~ 20 e 的丙酮混匀离心, 弃去上清液, 用4m l- 20 ℃ 丙酮再提 取1 次, 沉淀用4ml [ 0. 1mo l . L- 1 ] 硼酸缓冲液( pH 8. 8) , 5mo l.L- 1 抗坏血酸] 溶液提取, 上清液为DFR 和UFGT 酶 的粗提液。DFR 活性测定参照Staffor d 等的方法。UFGT 活性测定参照List er 等的方法。
利用SPSS 软件进行统计分析, 并将不同时期测定的酶活性平均值进行相关分析并建立回归模型。
两红枫品种叶片中花青苷含量随着天数的增加均为单 峰曲线 。变色初期, 两美国红枫品种叶片中花青苷含 量较低, 第5d 开始, 随着天数的增加, 白兰地叶片中花青苷含量迅速升高, 叶色变红, 20d 时出现峰值, 后逐渐下降。秋 天火焰叶片花青苷含量在20d 以前升高幅度较小, 20d 以后 花青苷大量合成, 在25d 时达到高峰。
在秋季叶片变色期, 两红枫品种叶片中花青苷合成相关 酶DFR 和UFGT 的活性变化有明显差异。两红枫品 种DFR 酶活性随着天数的增加为双峰曲线 。秋天 火焰叶片中DFR 活性随着天数的增加, 叶色的加深先升高, 分别在第15d 和30d 出现峰值, 在花青苷大量合成期, DFR 酶活性逐渐降低。白兰地叶片中DFR 活性变化为三峰曲 线, 分别在第5d、15d 和30d 时出现峰值, 花青苷大量合成 期, 在第10~ 15d 时酶活性升高, 其余时间呈下降趋势。 两红枫品种UFGT 活性随着天数的增加和叶色的加 深, 呈现不同的变化趋势。变色初期, 秋天火焰叶片 中UFGT 活性较高, 后逐渐下降, 10d 以后, UFGT 酶活性不 断升高, 在第30d 出现峰值, 在花青苷大量合成期, UFGT 酶 活性不断升高。白兰地叶片中UFGT 活性与秋天火焰变化 趋势相似, 第5d 开始升高, 20d 时出现峰值, 与花青苷大量合 成期一致。
秋天火焰和白兰地叶片中花青苷合成相关酶的活性与 花青苷的积累存在不同的相关关系 。秋天火焰叶片中 DFR 和UFGT 酶的活性与花青苷含量均呈显著的二次曲线 关系, 当DFR 酶活性大于760 U . g - 1 FW 左右时, 花青苷的 含量随DFR 酶的活性的升高而增加。当U FGT 活性大于 0. 231 U . g- 1 FW 左右时, 随着酶活性的升高花青苷含量增 加。
白兰地叶片中DFR 和UFGT 酶活性与花青苷含量均成 二次曲线关系, 与秋天火焰相似。当DFR 活性在389~ 423 U . g- 1 FW 时, 花青苷含量随酶活性增加而增加。当UFGT 活性在0. 138~ 0. 652 范围内时, 随着酶活性的升高花青苷 含量增加。
本研究中, 20d 以前, 秋天火焰叶片中花青苷少量合成, 升高幅度较小, 20d 以后, 花青苷进入大量合成期, 叶色变为 橙红色, 25d 时出现峰值, 花青苷含量由0. 703 mg . g- 1 FW 升为2. 141mg .g- 1 FW, 后花青苷降解, 含量高于合成初期。 白兰地叶片中花青苷在5d 以后进入大量合成期, 20d 时出现 峰值, 后含量下降, 仍高于合成初期。可见, 白兰地叶片中花 青苷进入大量合成期较早, 这可能与其叶片迅速变红有关; 合成后期花青苷降解可能是其发育必需的、自发的生理过 程。
DFR 是催化栎精苷和花白素之间反应的酶, 王惠聪等在 荔枝的研究中发现DFR 与荔枝果皮中花青苷的积累无密切 关系, Murr ay 等指出在常春藤中, DFR 的活性的缺乏是 花青苷积累的限制性因素。本研究中秋天火焰叶片花青 苷合成初期, DFR 酶活性不断升高, 但花青苷大量合成期DFR 酶活性下降。两者相关关系表明, DFR 酶活性大于760 U . g- 1 FW 左右时, 花青苷的含量随DFR 酶的活性的升高 而增加。白兰地叶片中花青苷大量合成期, 10~ 15d 时DFR 酶活性不断升高; 花青苷降解期, 20~ 30d 时DFR 酶活性不 断升高, 相关分析表明DFR 酶活性在389~ 423 U . g- 1 FW 时, 花青苷含量随酶活升高而增加, 可见, DFR 不是红枫花青 苷合成过程中的关键酶。
UFGT 是花青苷合成过程中的较后一个酶, 在它的催化 下, 不稳定的花青苷转变为稳定的花青苷。王惠聪等在荔枝 的研究中认为果实着色过程中花青苷的积累与UFGT 活性 的增加一致 。Ju 等报道UFGT 活性与花青苷积累呈明显 正相关, 但在果实膨大期没有花青苷的积累时, UFGT 活性 仍然很高, 且此时施用乙烯利可提高UFGT 活性但没有花 青苷的积累, 这说明UFGT 不是花青苷合成的关键酶。 本研究中, 秋天火焰和白兰地花青苷大量合成期, UFGT 酶 活性不断升高。UFGT 和花青苷含量的相关关系表明两者 显著相关, 秋天火焰UFGT 酶活性大于0. 231U.g - 1 FW 左 右, 白兰地UFGT 活性在0. 138~ 0. 652 范围内时, 花青苷含 量随UFGT 酶活性的升高而增加。认为UFGT 是红枫花青 苷合成过程中的关键酶。
综上所述, UFGT 是秋天火焰和白兰地叶片中花青苷合 成的关键酶, DFR 与红枫花青苷合成无关。DFR 和UFGT 调控不同红枫品种花青苷合成的机理不同, 还有待于进一步 研究。