自然界中存在着丰富多彩的叶色,不同于绿色的彩色叶有其独特的生理生态功能,现今对植物叶色的研究多集中于陆生植物,对于水生植物的叶色研究较少。莼菜(Brasenia schreberi J.F.Gmel)是我国的一种濒危水生蔬菜,我们在对其野外调查时,发现了莼菜叶背面形成了不同的颜色,并且在不同地区的莼菜叶背面的颜色各不相同,如苏杭一带的莼菜叶背面主要为深浅不一的红色,利川石柱一带的莼菜叶背面主要为绿色,另外苏州还有一种罕见的边缘红莼菜。为探究莼菜叶背面不同颜色的成因及其调控机制,以及不同叶色的生理生态功能,设计了以下实验:(1)对莼菜不同叶色的生理学成因进行探究,主要通过测定莼菜中色素含量和种类的差异进行推断;(2)对莼菜不同叶色的分子生物学基础进行探究,主要通过对四种叶色莼菜进行转录组测序实现;(3)对不同叶色莼菜抗氧化能力进行研究,探究不同叶色莼菜生理学功能上的差异;(4)通过不同水温的栽培实验,探究不同叶色对环境适应能力的不同之处。研究结果发现,莼菜四种叶色深红、浅红、边缘红、绿色形成的主要生理学原因为花青素,随着花青素的含量升高,叶色越深。四种叶色叶片中的花青素种类大致相同,经实验判断为矢车菊素类衍生物。四种叶色莼菜的转录组数据组内相关性和组间相关性相差不大,边缘红叶片与其他三种叶色的差异基因数量较多,深红叶片与边缘红叶片、浅红与边缘红叶片花青素含量的不同的原因可能是苯丙烷通路的产生的代谢差异。四种叶色莼菜都具有一定的抗氧化能力,对于羟基自由基与ABTS~+自由基的清除能力均强于抗坏血酸(VC)。从花色苷浓度来看,对羟基自由基的清除能力从高到低为边缘红叶、浅红叶、绿叶、深红叶;从叶片质量来看,对羟基自由基的清除能力从高到低为边缘红叶、浅红叶、深红叶、绿叶。从花色苷浓度来看,对ABTS~+自由基的清除能力从强到弱依次为绿色叶、边缘红叶、深红叶、浅红叶;从叶片质量来看,对ABTS~+自由基的清除能力从强到弱依次为深红叶、绿色叶、浅红叶、边缘红叶。在小幅升温的池塘中栽培的莼菜(增温组)与在正常水温池塘中栽培的莼菜(未增温组)相比,光合参数发生了改变,但色素含量并无显著差异。在未增温组中,深红叶片与浅红叶片的光合能力有显著区别,深红叶片的光合能力较强,而在增温组中,深红叶片与浅红叶片的光合能力接近。上述研究表明,莼菜中的矢车菊素类花青素含量影响了叶背面的颜色。推测花青素含量的差异主要由上游的苯丙烷通路产生。莼菜叶片的抗氧化能力较强,可以考虑充分利用。不同叶色莼菜对环境的适应能力不同,在实验条件下深红叶片的适应能力更好,浅红叶片对温度升高变化更为敏感。