張文仲，楊岑玥，劉睿辰

四川省成都市石室中學(xué)高2017屆4班

三種景天科多肉植物的變色因素

張文仲，楊岑玥，劉睿辰

四川省成都市石室中學(xué)高2017屆4班

近年來，景天科多肉植物逐漸出現(xiàn)在人們生活中。景天科植物品種繁多，植株肉質(zhì)化，葉、莖色彩豐富，不但適應(yīng)性強(qiáng)，還有夜間吸碳的功能，在道路，屋頂，室內(nèi)都有它的身影。

在多肉植物的日常養(yǎng)護(hù)中，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的現(xiàn)象：同一株植物在不同狀態(tài)下會(huì)呈現(xiàn)出不同的色澤、形態(tài)。例如乙女心（景天科多肉植物），需要接受充足日照葉色才會(huì)艷麗，變得金黃甚至粉紅，葉片才會(huì)緊實(shí)，植株才會(huì)不徒長，株型才會(huì)美觀顯得更緊湊。如果日照（全日照）太少那它葉色就會(huì)淺，呈青綠色，葉片還會(huì)排列松散，達(dá)不到美觀效果。

在實(shí)驗(yàn)前，通過查閱，發(fā)現(xiàn)之前許多文獻(xiàn)對(duì)景天科多肉植物的抗逆性、藥用價(jià)值或者觀賞價(jià)值展開研究，但對(duì)其變色機(jī)理的研究較少。而本實(shí)驗(yàn)旨在找出影響植物變色的因素，以使能在室內(nèi)保持較為良好的狀態(tài)，提高它的觀賞性。

景天科多肉植物中有部分是從綠色變?yōu)榧t色，前后色澤變化極大，尤其是在秋季。而秋季有晝夜溫差大，紫外線指數(shù)強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)此，本實(shí)驗(yàn)提出其變色機(jī)理與溫度和光線有關(guān)。通過觀察低溫（5℃）條件與常溫（26℃）條件、紅藍(lán)光與自然光以及UV-B輻射與自然光對(duì)比下多肉植物的顏色變化來研究其變色機(jī)理。

1.材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

景天科有許多屬，本實(shí)驗(yàn)課題選用具有代表性的擬石蓮屬和景天屬植物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。具體選用景天科擬石蓮花屬冰梅（Echeve?ria Rasberry ice）、景天屬的薄雪萬年草（Sedum hispanicum）和景天屬的虹之玉（Sedum x rubrotinctum Clausen）。冰莓是一種擬石蓮花屬的多年生植物，植株較小為蓮花狀。易群生，葉子一般呈現(xiàn)出藍(lán)綠色，帶粉。秋冬季，葉子會(huì)呈現(xiàn)出粉紅色甚至血紅色。薄雪萬年草是景天屬的一種多年生草本植物。其葉片小而緊密，為棒狀，表面略帶蠟粉，常態(tài)為綠色。缺水時(shí)植株靠近底部莖桿的葉片會(huì)顯粉色，秋冬季遇低溫頂部葉片偶爾出現(xiàn)果凍似的黃色。虹之玉是一種景天屬多年生草本植物，植株10～20cm，多分枝。葉片膨大卵狀，表皮光亮無粉，在長時(shí)間陽光照射下會(huì)呈現(xiàn)出紅褐色。在石室中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)室光照培養(yǎng)箱培養(yǎng)。溫度為白天25℃，晚上18℃。其他條件（水分等）處于植株最佳生長條件。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法與進(jìn)程

1.2.1 持續(xù)低溫處理實(shí)驗(yàn)

將三種實(shí)驗(yàn)材料分別分為兩組，對(duì)照組在光照培養(yǎng)箱白天25℃，晚上15℃培養(yǎng)；實(shí)驗(yàn)組全天5℃在恒溫光照培養(yǎng)箱培養(yǎng)。光照均由光照培養(yǎng)箱的日光燈管提供。

1.2.2 UVB實(shí)驗(yàn)

將三種材料分別分為兩組，對(duì)照組只用自然光處理即自然光照下生長；實(shí)驗(yàn)組在自然光和UV-B輻射下共同處理照射。UV-B燈管選用食人魚牌300nm 105iu∕cm2UV-B燈管。燈管置于植株上方約60cm處。每天照射12小時(shí)，連續(xù)照射7天。

1.2.3 紅藍(lán)光實(shí)驗(yàn)

將三種材料分別分為兩組，對(duì)照組只用自然光下作用；實(shí)驗(yàn)組在自然光和紅藍(lán)光共同處理照射。燈管為紅光和藍(lán)光LED燈管，置于植物上方約60cm處，每天照射12小時(shí)，連續(xù)照射7小時(shí)。

1.2.4 實(shí)驗(yàn)開展進(jìn)程

從2015年11月～2016年3月開展預(yù)實(shí)驗(yàn)。預(yù)實(shí)驗(yàn)中紅藍(lán)光和UV-B均能對(duì)植株的顏色、形態(tài)造成影響；而連續(xù)一周的持續(xù)低溫對(duì)植株并沒有預(yù)期的變色，遂舍棄這個(gè)變量的探究。正式實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)對(duì)紅藍(lán)光和UV-B對(duì)植物的變色原理進(jìn)行探究。正式實(shí)驗(yàn)分別于2016年4月進(jìn)行UV-B實(shí)驗(yàn)6月進(jìn)行紅藍(lán)光實(shí)驗(yàn)。

1.3 生化指標(biāo)的測定

葉綠素采用李合生的測定方法[1]。

花青素采用熊慶娥的測定方法[2]。

2.結(jié)果與分析

2.1 UV-B輻射實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在UV-B輻射下，三種植物的對(duì)照組較實(shí)驗(yàn)前均無明顯變化。實(shí)驗(yàn)組虹之玉葉片出現(xiàn)紅色血斑；冰莓葉片外部出現(xiàn)淡淡的粉紅色，葉尖變紅；薄雪萬年草的顏色并未改變，但新芽等幼嫩部位出現(xiàn)萎焉，植株整體生長減慢。

表一數(shù)據(jù)分析，在UV-B的作用下三種景天科植物的葉綠素含量均降低。由此可知，UVB影響了植物光合色素的合成，尤其是葉綠素的合成，從而影響植物的光合作用，抑制植物的正常生長。薄雪植株的萎焉現(xiàn)象很好印證了這一點(diǎn)。在張佩佩[3]對(duì)景天三七抗UV-B脅迫的研究中，發(fā)現(xiàn)三七葉肉細(xì)胞中的葉綠體體積較大，沿液泡排列在細(xì)胞中。在UV-B輻射后，景天三七的葉肉細(xì)胞出現(xiàn)腫脹，但細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整，其細(xì)胞內(nèi)部多個(gè)葉綠體相互聚攏呈團(tuán)狀，只有少數(shù)葉綠體散于葉綠體團(tuán)外，她得出結(jié)論這是景天三七對(duì)UV-B脅迫的一種抵制機(jī)制，多個(gè)葉綠體聚集成團(tuán)，減小葉綠體受UV-B的傷害。但同時(shí)該保護(hù)方式也降低了景天三七吸收和傳遞光的能力，進(jìn)而對(duì)其光合作用產(chǎn)生影響。和景天三七同屬景天科的薄雪萬年草、冰莓和虹之玉應(yīng)該也存在同樣的抵御機(jī)制。

表二數(shù)據(jù)分析，UV-B影響下，三種景天科植物的花青素含量均增加，其中冰莓的花青素含量增加最為明顯。由此可知UV-B可誘導(dǎo)花青素的合成，從而使植物抵御逆境。

2.2 紅藍(lán)光的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在紅藍(lán)光的照射下，三種植物的對(duì)照組較實(shí)驗(yàn)前均未出現(xiàn)明顯變化。實(shí)驗(yàn)組虹之玉葉片出現(xiàn)大片紅色，整體植株呈現(xiàn)紅色狀態(tài)；冰莓葉尖變紅，葉片出現(xiàn)粉紅，紅色在葉片的內(nèi)部呈現(xiàn)，與葉片本來的綠色相互掩映；薄雪萬年草的頂部出現(xiàn)淡粉色，各植株的變色程度不同?？偟膩碚f，紅藍(lán)光對(duì)這三種景天科植都有影響，三種植物的顏色有明顯變化。

表三數(shù)據(jù)分析，在紅藍(lán)光的照射下，三種景天科植物的葉綠素均增加，其中冰莓的增加量最明顯。但從表四數(shù)據(jù)分析可知，花青素含量在紅藍(lán)光照射下變化不大。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

單獨(dú)持續(xù)低溫不能改變冰莓、虹之玉和薄雪萬年草顏色和形態(tài)。

通過UV-B實(shí)驗(yàn)可知，UV-B輻射能促進(jìn)花青素的合成，從而使植物呈現(xiàn)出艷麗的顏色。但UV-B輻射對(duì)植株的光合色素有明顯的破壞作用，抑制了植物的光合作用，使得其生長緩慢。強(qiáng)度較大的UV-B輻射能夠使植物停止生長甚至死亡。在室內(nèi)養(yǎng)護(hù)中可以利用這一點(diǎn)防止植物陡長，植株形態(tài)變丑，使多肉植物的株形更加緊湊，形態(tài)更加美觀。

通過紅藍(lán)光實(shí)驗(yàn)可知，紅藍(lán)光作用下，三種景天科植物的葉綠素增加，從而增加植株的光合速率，同時(shí)使花青素含量變化不大，改變?nèi)N景天科植物的葉片顏色。

4.后期研究展望

在秋冬季，溫度比較低，大氣比較稀薄，紫外線輻射比較強(qiáng)，景天科植物的顏色往往比較艷麗，所以本實(shí)驗(yàn)提出持續(xù)低溫、UVB輻射和紅藍(lán)光（來源于當(dāng)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式）三個(gè)實(shí)驗(yàn)探究因素。但在預(yù)實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)持續(xù)低溫并不能改變植物的顏色，未做更加深入的研究。關(guān)于低溫對(duì)植物變色的原理猜測也許是低溫和另一個(gè)未知因素使植株變色，也可能是溫差，后續(xù)可做進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)探究。

由于實(shí)驗(yàn)條件有限，單獨(dú)做了紅藍(lán)光和UV-B脅迫的實(shí)驗(yàn)。在后期研究了，可以做兩種光疊加實(shí)驗(yàn)，調(diào)整光強(qiáng)、比例，找出最能改變植株顏色，最能增加植株觀賞性的光照配比。

[1]李合生等.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù).北京：高等教育出版社,1999

[2]熊慶娥.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教程.成都：四川出版社，2003

[3]張佩佩.景天三七對(duì)UV-B脅迫的響應(yīng).河南：河南師范大學(xué)，2014

指導(dǎo)教師：黃琴。

張文仲（1999-），男，漢族，四川成都人，成都市石室中學(xué)高2017屆4班學(xué)生；

楊岑玥（1998-），女，漢族，四川成都人，成都市石室中學(xué)高2017屆4班學(xué)生；

劉睿辰（1999-），男，漢族，四川成都人，成都市石室中學(xué)高2017屆4班學(xué)生。