根据前期试验结果，选择在转色期叶色变化差异较大的2个枫香家系14号和17号为试验材料，其中，14号家系采集自贵州南明，变色率较小，主要呈暗紫红色；17号家系种子采集自湖南慈利山区，秋冬季大部分叶片呈鲜红色。收集的种子在2015年春季育苗，基质为珍珠岩和泥炭(比例为1:3)，采用自动喷雾浇水，待幼苗出土后，适量喷洒营养液以供给生长，期间枫香幼苗正常生长，且2个家系枫香幼苗生长无显著差异。2016年11月从中选取生长健壮、高度一致(苗高约60 cm)的无纺布容器幼苗进行试验。

试验于2016年11月22日至2017年1月10日在中国林业科学研究院亚热带林业研究所温室大棚内进行。整个生长过程保证除处理因素外其它栽培条件一致。

11月份枫香生长基本停止时开始进行人工光照处理，利用LED灯模拟不同成分的光质。研究表明，植物对红光和蓝光吸收较多，因此，本研究分别设置红光(T1)、蓝光(T2)2种不同的光源处理，其中，红光波长范围620~750 nm，蓝光波长476~495 nm，同时设置自然光(白光)为对照(CK)。每个光质处理组以及对照组均设置3个重复，每个重复包含枫香幼苗10株。不同光质试验组分别用遮荫网搭建组成暗室，每个暗室分别安装8盏具有相同光质的LED灯，使每株苗均接收相同的光照，每天光照时间为12 h，光强为120 μmol·m^-2·s^-1。室内温度保持在8~15℃。在试验开始和结束时，从每株苗同一朝向中部釆集2片功能叶片，每个重复共采集20片叶片样品，测定色素含量、可溶性糖、类黄酮和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活力。

将所采集叶片擦净后，称取鲜质量0.2 g，加10 mL 80%丙酮研磨提取，再转入试管中，室温下于避光处浸泡提取24 h。用TU-1810紫外分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)测定470、645、663 nm波长处的吸光度，以此计算叶片叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量^[16]。

花青素含量采用1%盐酸甲醇法测定^[17]。

可溶性糖含量采用蒽酮法测定^[18]。

叶片样品烘干至恒质量，粉碎，过40目筛之后，称取0.1 g样品，加入2.5 mL 60%乙醇提取液，用超声波法进行提取，提取30 mim后，12 000 rpm，25 ℃，离心10 min，取上清液。用提取液定容至2.5 mL，待测。采用植物类黄酮检测试剂盒(南京建成生物工程研究所)进行类黄酮含量的测定。

称取植物叶片鲜质量0.1 g，液氮研磨后，采用苯丙氨酸解氨酶检测试剂盒(南京建成生物工程研究所)进行PAL活力测定。

试验数据采用统计软件SPSS 22.0进行方差分析和差异显著性分析。采用OriginPro 9.3软件作图，数据采用平均值±标准误。

不同光质处理前后，枫香叶片叶绿素含量变化见图 1。处理前枫香叶绿素含量为2.317~2.443 mg·g^-1。试验后，红光处理组2个家系叶绿素含量较处理前有一定程度增加；同时17号家系对照组叶绿素含量也较处理前增加，而蓝光处理组叶绿素含量则较处理前有一定程度减少。相同光质处理下，2个家系叶绿素含量变化存在一定差异，其中，17号家系叶绿素含量普遍高于14号家系(蓝光处理组除外)。试验后，红光处理组2个家系的叶绿素a含量都较试验前显著增加(P < 0.05)；而对照组处理和蓝光处理组叶绿素a含量在2个家系间有不同的表现，其中，17号家系在蓝光处理下叶绿素a含量由1.454 mg·g^-1减少到1.383 mg·g^-1，对照组叶绿素a含量则由1.432 mg·g^-1增加到1.531 mg·g^-1。14号家系试验前后叶绿素a含量在这2个处理组则有相反的变化趋势，但变化幅度较17号家系小。14号家系叶绿素b含量较试验前有减少，而17号家系叶绿素b含量则较试验前有不同程度增加(蓝光处理组除外)。试验后，14号家系叶片叶绿素a/叶绿素b值较试验前增加，其中，蓝光处理组比值最高，为1.934；17号家系叶片叶绿素a/叶绿素b值则有不同程度的降低(蓝光处理组除外)，其中，红光处理组比值最低，为1.589。

图  1  不同光质处理下枫香叶片叶绿素含量

Figure 1.  The content of chlorophyll of L. formosana seedlings under different spectrum lights treatments

不同光质处理前后，枫香叶片类胡萝卜素含量见图 2。试验后不同光质处理组枫香叶片经红光和蓝光处理后，类胡萝卜素含量之间存在显著差异(P < 0.05)，其中，蓝光处理对枫香叶片类胡萝卜素含量影响最大。试验后，蓝光处理组2个枫香家系叶片类胡萝卜素含量较对照组分别提高20.5%和19.4%。红光处理不能增加枫香叶片类胡萝卜素含量，且2个家系之间无显著差异。

图  2  不同光质处理下枫香叶片类胡萝卜素含量

Figure 2.  The content of carotenoid of L. formosana seedlings under different spectrum lights treatments

不同光质处理后，3个处理组的2个枫香家系叶片花青素含量较试验前有所增加(图 3)。蓝光处理后，2个枫香家系叶片花青素含量较对照组有一定程度增加，同时较处理前也显著增加(P < 0.05)；而红光处理后枫香叶片花青素含量较对照组减少，但无显著差异；17号枫香家系叶片花青素含量在同一处理下高于14号家系(图 3)。

图  3  不同光质处理下枫香叶片花青素含量

Figure 3.  The content of anthocyanin of L. formosana seedlings under different spectrum lights treatments

不同光质处理后，2个枫香家系叶片可溶性糖含量见图 4。2个枫香家系叶片可溶性糖含量在不同处理组均较试验前显著增加，其中，蓝光处理组效果最好；与对照组相比，蓝光处理组2个枫香家系叶片可溶性糖含量也显著增加(P < 0.05)；而红光处理组2个枫香家系叶片可溶性糖含量则显著低于相应对照组。除蓝光处理组外，其余各处理组17号枫香家系叶片可溶性糖含量显著高于14号家系(P < 0.05)；同时红光处理组17号枫香家系叶片可溶性糖含量较对照组的下降幅度大于14号家系。

图  4  不同光质处理下枫香叶片可溶性糖含量

Figure 4.  The concentration of soluble sugar of L. formosana seedlings under different spectrum lights treatments

与叶片可溶性糖含量表现相似，试验后2个枫香家系叶片类黄酮含量都较试验前显著增加(图 5)，且蓝光处理效果最好，其叶片类黄酮含量分别为2.15和2.27 mg·g^-1，高于其它处理组。与对照组相比，红光处理后2个枫香家系叶片类黄酮含量均有一定程度下降，但无显著差异。

图  5  不同光质处理下枫香叶片类黄酮含量

Figure 5.  The concentration of flavonoid of L. formosana seedlings under different spectrum lights treatments

试验后，2个枫香家系叶片PAL活力均较试验前显著提高(图 6，P < 0.05)；蓝光处理后，2个枫香家系叶片PAL活力均高于其它处理组；红光处理后，2个枫香家系叶片PAL活力均较对照组下降，其中，17号家系下降幅度较大。

图  6  不同光质处理下枫香叶片PAL活力

Figure 6.  The concentration of PAL of L. formosana seedlings under different spectrum lights treatments

由表 1可知：叶绿素、叶绿素a及叶绿素b含量在处理间存在显著差异，同时家系效应对叶绿素b含量以及处理时间效应对叶绿素a含量有显著影响。方差分析也表明：家系和处理效应均对类胡萝卜素含量、花青素含量无显著影响。可溶性糖含量、PAL活力以及类黄酮含量在处理时间、家系以及处理(类黄酮含量除外)间均存在显著差异。除叶类胡萝卜素含量和花青素含量外，处理时间和处理的交互效应对各指标有显著影响，但处理时间与家系交互效应仅对叶绿素含量、叶绿素b含量和可溶性糖含量有显著影响。家系与处理的交互作用以及三因素的交互作用均对各指标无显著影响(叶绿素a含量除外)。

由表 2可知：叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量与其它5个指标均呈负相关，其中，类胡萝卜素与叶绿素b和叶绿素、类黄酮与叶绿素a、可溶性糖与叶绿素a和叶绿素、PAL与叶绿素a、b及叶绿素均呈显著负相关。除叶绿素外，类胡萝卜素与其它指标均呈正相关，其中与PAL和可溶性糖呈显著正相关。花青素则与可溶性糖、类黄酮以及PAL呈显著正相关。可溶性糖、类黄酮以及PAL 3个之间均呈极显著正相关。

光在植物生长发育和形态建成等方面起到重要作用^[19]。本研究中, 不同光质处理对枫香幼苗生长无显著影响，这可能是因为整个试验期间是枫香生长逐渐趋于休眠阶段。不同光质处理下，枫香幼苗叶片叶色变化表现出一定差异, 其中, 蓝光处理组2个枫香家系叶片颜色大部分转为暗红色，少量叶片颜色为浅红色(17号家系)；而其它处理组只有少量叶片颜色转为暗红色。这种现象与植物体内3种色素含量、比值的变化有关^[20-22]。如本研究中，蓝光处理组枫香叶片叶绿素含量较低，而花青素含量较其它处理组高; 同时蓝光处理组花青素/叶绿素含量比值较处理前以及其它处理组高(17号家系，P < 0.05)，这可能是2个家系叶色变化效果有差异的原因。此外，有研究证实, 枫香叶片pH值的下降是导致其叶色变红、变深的一个主要原因^[9]。本研究中，叶片pH值下降幅度的不同可能也是导致蓝光处理下2个家系叶色效果有差异的原因，将在进一步的研究中进行验证。蓝光处理下，枫香叶片叶绿素含量减少，花青素含量增加的现象与已有研究相似^[23-24]，但也有研究表明，增加蓝光比例可提高叶绿素含量^[25]，这可能是由于植物体内的不同色素系统对不同波长范围的光具有吸收特异，从而使不同植物对不同光质的诱导响应存在差异^[13]。叶绿素a/叶绿素b值反映了植物对光能利用的程度，本研究中，蓝光处理下叶绿素a/叶绿素b值较对照有增加的趋势，表明该处理下枫香幼苗光能利用效率提高，具有阳生植物的生长特点^[26]。前人研究表明，红光处理可促进叶绿素合成，降低叶绿素a/叶绿素b值^[26]，本研究中枫香幼苗叶片在红光处理下也有类似表现，但不显著。

研究也发现，光质处理对2个枫香家系参试材料叶色变化的影响也不相同。如17号家系叶片颜色较处理前无显著变化，叶色主要以绿色为主(蓝光处理组除外)；14号家系叶片颜色在红光处理下无显著变化，对照处理下叶片颜色较处理前有一定程度变化，主要以黄绿色为主。造成这种现象的原因可能与这2个参试材料来自不同地区有关。17号家系种子采自湖南慈利山区，而14号家系采自贵州南明的平坦地区，可能2个参试材料接收的太阳辐射量存在差异，导致其在进化过程中形成了不同的需光特性^[13]。同时在转色期，两个地区平均气温以及昼夜温差均有较大差异，因此，这种外部环境的差异也可能导致2个参试材料有不同的光合色素代谢合成途径，因而在相同光质处理下其叶色有不同的表现。

碳水化合物在花色素苷合成中起到重要作用^{[22, 27]}。可溶性糖是花色素苷结构的组分之一，可以显著促进植物花色素苷的积累^[28]。本研究中，花青素含量同样与可溶性糖含量呈显著正相关。有研究表明，高等植物的碳水化合物的代谢可受光质调控^[19]。本试验也表明，蓝光处理下的可溶性糖含量最高，有效促进了枫香叶片的碳代谢，从而为花青素的大量合成提供了原料，这与枫香家系在不同光质处理下的叶色变化相一致。目前的研究已经明确了植物花色素苷的代谢途径^[29]，研究表明花色素苷及其它类黄酮生物合成的直接前体为苯丙氨酸。因此，苯丙氨酸解氨酶在植物代谢途径中显得尤为重要。本研究表明，苯丙氨酸解氨酶与花青素以及类黄酮等均呈极显著正相关，表明随着苯丙氨酸解氨酶酶活性的增加，促进了花青素的合成和积累，同时也促进了类黄酮物质的代谢，从而增加植物的抗逆性，这与董春娟等研究结果相似^[29]。研究也表明，光质对枫香的次生代谢产物类黄酮的积累有一定影响，这与谢宝东等研究结果相似，即长波光质不利于黄酮的积累，而短波光质有利于黄酮类物质的积累^[30]。

研究表明，在秋冬季转色期，红光处理可以促进枫香幼苗叶片叶绿素合成；蓝光处理可以促进枫香幼苗叶片积累更多的花青素。同时，枫香幼苗叶片的可溶性糖含量、类黄酮含量以及苯丙氨酸解氨酶活性都较试验前有显著提高，蓝光处理能进一步促进这些物质的合成，这也表明蓝光处理可促进枫香幼苗叶片的呈色效果。