枫香是我国南方的重要造林树种与景观树种,因叶色丰富而备受推崇,近年来枫香新品种选育热情高涨,但与北美枫香已知品种相比仍有一定差距。因此本研究对国内外枫香属的品种信息进行梳理,发现国内的枫香新品种选育工作主要聚焦于叶色变异,叶片呈紫色与红色的新品种最多,故选红色、紫色品种为主要研究对象,并以黄色和绿色枫香为对照,从细胞结构、代谢水平、基因调控、遗传关系分析其叶色差异的主要原因。‘福禄紫枫’在春夏秋皆能保持紫色,‘南林红’春秋叶片为红色,夏季叶片为绿色。秋季叶色已有较多研究,因此本研究主要关注春季叶色差异以及不同季节的变化,发现枫香叶色季节性变化主要受环境因素影响,而‘福禄紫枫’能在生长季保持彩色是因为遗传变异影响。本研究的主要结论可分为以下四点:1.表型与细胞结构差异。利用徒手切片、石蜡切片、超显微结构观察品种间的色素分布差异与细胞结构差异,并选用春季叶片为黄色和绿色无性系为对照。发现‘福禄紫枫’叶片细胞结构更为紧密,色素在叶肉细胞中分布范围更广,对极端天气的适应性可能更好。2.代谢差异。利用比色法与高效液相色谱法依次比较四种不同叶色的色素成分与含量的差异,确定紫色与红色叶片中的主要呈色的色素成分是花青素,黄色叶片主要呈色成分是类胡萝卜素,其显色受温度影响。再利用广泛靶向代谢法对紫色叶片、红色叶片不同季节进行类黄酮代谢物定性与定量分析。发现‘南林红’的主要花青素成分是芍药花素类和矢车菊素类,且叶色随季节变化是由于花青素含量不一样,而颜色差异是色素组成比例不一样,其颜色季节性变化主要影响因子是光周期。‘福禄紫枫’的花青素主要成分有矢车菊素类、芍药花素类、飞燕草素类、天竺葵素类以及锦葵色素类,且5类色素比例相对均衡,飞燕草素与天竺葵素及其衍生物是使其呈现紫色的主要原因。3.候选关键基因。利用转录组与代谢组对‘南林红’与‘福禄紫枫’的花青素合成途径进行联合差异分析,并利用q RT-PCR分别比较‘南林红’不同季节以及两品种间的候选关键基因表达差异。结果表明,Lf F3’5’H基因是飞燕草素及其衍生物在‘福禄紫枫’春季叶片显著积累的主要原因。Lf MYBS3、Lf MYBC、Lfb HLH48、Lfb HLH63是枫香叶色的季节性变化的候选关键基因,Lf MYBS1基因是‘福禄紫枫’夏季保持紫色的候选关键基因。4.遗传原因。利用蛋白同源分析发现‘福禄紫枫’与‘南林红’的DFR基因发生了氨基酸突变,可能是‘福禄紫枫’积累天竺葵素且夏天能保持紫色的原因。对两个品种进行SSR遗传关系分析,发现其遗传距离较远,而‘福禄紫枫’与缺萼枫香无性系遗传距离更近。再利用叶绿体基因组分析‘福禄紫枫’的遗传关系,结果表明其可能是缺萼枫香的一个杂交种或变种,同时证明常彩叶枫香夏季保持彩色是因为遗传变异。本研究从生理结构到分子水平分析了枫香品种间叶色差异与季节性变化的关键因素,为彩叶枫香新品种选育奠定了理论基础。