郭品湘，尹 婷，粟春青，亢亞超，王凌暉

(廣西大學(xué)林學(xué)院， 廣西 南寧 530004)

光是植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要因素，當(dāng)外界光環(huán)境發(fā)生不利變化時(shí)，植物會(huì)出現(xiàn)各種保護(hù)機(jī)制，如合成滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、激活一系列酶促反應(yīng)來(lái)消除活性氧[1-2]、調(diào)節(jié)光合作用以提高光能利用率[3]。近年，許多學(xué)者采取人工遮陰對(duì)植物在不同光環(huán)境下的生理響應(yīng)進(jìn)行了研究[4-8]。其中，翟玫瑰等[4]的研究表明，山茶(CamelliajaponicaL.)的凈光合速率(net photosynthetic rate，Pn)、氣孔導(dǎo)度(stomatal conductance，Gs)和胞間CO2濃度(intercellular CO2concentration，Ci)在48.5%自然太陽(yáng)光(natural sunshine， NS)時(shí)出現(xiàn)最大值，該透光率最適宜山茶的夏季生長(zhǎng)。楊亞男等[5]對(duì)四季桂(Osmanthusfragransvar.semperflorens)的遮陰研究表明，四季桂幼苗主要通過(guò)提高過(guò)氧化物酶(peroxidase， POD)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase， SOD)活性和Pn來(lái)適應(yīng)強(qiáng)光環(huán)境，降低光飽和點(diǎn)(light saturation point， LSP)、光補(bǔ)償點(diǎn)(light compensation point， LCP)、暗呼吸效率(dark respiration rate，Rd)等以適應(yīng)弱光環(huán)境，75%NS和45%NS最有利于其在夏季的生長(zhǎng)。因此，適度弱光有利于一些植物的生長(zhǎng)，探索出適宜的光照條件對(duì)植物的栽培和應(yīng)用起到積極作用。

雙色木番茄(SolanumwrightiiBenth.)屬于茄屬(Solanum)的常綠大灌木或小喬木，原產(chǎn)于南美玻利維亞至巴西，現(xiàn)熱帶、亞熱帶地區(qū)廣泛栽培[9]。雙色木番茄作為一種園林觀賞植物，四季常綠，主枝直立，花大形美，花期近乎全年，花色先紫后白，果實(shí)成熟時(shí)為金黃色，既能用于較大的環(huán)境景觀，也適宜用于打造局部小環(huán)境，具有較好的園林應(yīng)用前景[10]。當(dāng)前對(duì)茄屬植物的弱光脅迫研究已見(jiàn)報(bào)道[11]，林華[10]對(duì)雙色木番茄的園林應(yīng)用進(jìn)行了探討，關(guān)于雙色木番茄其他方面的研究尚有所不足。本研究以雙色木番茄幼苗為材料進(jìn)行遮陰試驗(yàn)，探求其對(duì)弱光的適應(yīng)程度，旨在為雙色木番茄的栽培和應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

雙色木番茄由廣西南寧青秀山風(fēng)景區(qū)提供，苗齡為1個(gè)月。試驗(yàn)地點(diǎn)位于廣西大學(xué)林學(xué)院苗圃(108°17′E，22°51′N，海拔78 m)。2013年4月初，選取120株健康無(wú)病害的幼苗栽植于17 cm(徑)×14 cm(高)的花盆中，每盆1株。腐殖質(zhì)土與苗圃熟土按3∶1充分混合消毒后作為栽培基質(zhì)，試驗(yàn)前測(cè)定基質(zhì)養(yǎng)分含量：全氮為2.05 g·kg-1、全磷為1.07 g·kg-1、全鉀為25.43 g·kg-1、有機(jī)質(zhì)為29.86 g·kg-1，pH值6.23。試驗(yàn)于2013年4—11月進(jìn)行，2013年5月6日開(kāi)始遮陰處理。

1.2 試驗(yàn)方法

采用完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，將幼苗隨機(jī)分成4組，分別給以100%NS全光照環(huán)境(CK，無(wú)遮陰網(wǎng))、46.4%NS(一層遮陰網(wǎng))、11.8%NS(兩層遮陰網(wǎng))和5.6%NS(三層遮陰網(wǎng))處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)10盆隨機(jī)排列，共120盆，株行距25 cm。為保證遮陰效果，四周覆蓋遮陰網(wǎng)形成四面遮陰環(huán)境，遮陰網(wǎng)底部距地面20 cm以保證通風(fēng)。試驗(yàn)期間進(jìn)行統(tǒng)一肥水管理，每周隨機(jī)調(diào)整盆的位置，以保證各處理內(nèi)的光照條件一致。2013年11月6日采摘成熟功能葉，液氮冷凍后置于-80℃冰箱中保存，用于生理指標(biāo)測(cè)定。相對(duì)電導(dǎo)率采用電解質(zhì)外滲量法測(cè)定；丙二醛(malondialdehyde， MDA)含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定；游離脯氨酸(free proline， Pro)含量采用酸性茚三酮法測(cè)定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定；可溶性蛋白質(zhì)含量采用紫外吸收法測(cè)定；POD活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定；SOD活性采用NBT光化還原法測(cè)定；葉綠素含量采用80%丙酮浸提比色法測(cè)定。以上各指標(biāo)的測(cè)定均參照李合生[12]的方法，3次重復(fù)。光合指標(biāo)采用LI-6400XT便攜式光合作用測(cè)定儀測(cè)定，光強(qiáng)梯度設(shè)置為1 800、1 600、1 400、1 200、1 000、800、600、400、200、150、100、50、20、0 μmol·m-2·s-1，光響應(yīng)曲線根據(jù)劉建鋒等[13]的方法進(jìn)行擬合。葉綠素?zé)晒鈪?shù)采用便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨xPAM-2500進(jìn)行測(cè)定。隸屬函數(shù)計(jì)算公式為：

U(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(1)

式中：Xi為某個(gè)指標(biāo)測(cè)定值；Xmax和Xmin分別為該指標(biāo)的最大值和最小值。

負(fù)相關(guān)指標(biāo)用1-U(Xi)表示。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用WPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)；EXCEL軟件進(jìn)行圖表繪制；DPS 7.5、SPSS 18.1軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；Duncan法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 遮陰對(duì)相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛和滲透物質(zhì)的影響

由表1可知，雙色木番茄幼苗葉片的相對(duì)電導(dǎo)率和MDA、Pro、可溶性蛋白含量隨著光照強(qiáng)度的降低先下降后上升，在46.4%NS處理時(shí)達(dá)到最小值，且該處理下的相對(duì)電導(dǎo)率、MDA、Pro與CK、5.6%NS的達(dá)極顯著差異，可溶性蛋白含量與CK的達(dá)極顯著差異。46.4%NS的相對(duì)電導(dǎo)率分別較CK和5.6%NS的下降58.82%和30.00%、MDA含量則分別下降了47.06%和34.42%、Pro含量分別下降了60.53%和29.09%、可溶性蛋白含量分別下降了78.28%和48.81%?？扇苄蕴呛侩S光照強(qiáng)度的下降不斷下降，5.6%NS較CK下降了57.95%。葉片相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量的上升，說(shuō)明過(guò)強(qiáng)或過(guò)弱的光照都會(huì)使雙色木番茄幼苗出現(xiàn)脅迫；可溶性糖含量隨光照強(qiáng)度的下降而下降，可能是因?yàn)槠錇楣夂现苯赢a(chǎn)物，受到光照的影響較大。

表1 不同遮陰處理的相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛和滲透物質(zhì)含量Table 1 The relative conductivity, MDA and osmotic substance content under different shade treatments

2.2 遮陰對(duì)超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶活性的影響

由表2可知，雙色木番茄幼苗葉片SOD、POD活性隨光照強(qiáng)度的下降先下降后上升，在46.4%NS時(shí)達(dá)到最小值，且該處理下的SOD活性較CK的下降了18.58%，呈極顯著差異，較5.6%NS的下降了10.73%，呈顯著差異。POD活性則表現(xiàn)為CK與5.6%NS差異不顯著，其余各處理組間差異極顯著，46.4%NS較CK和5.6%NS的分別下降了62.29%和57.48%。說(shuō)明過(guò)強(qiáng)或過(guò)弱的光照都會(huì)使雙色木番茄幼苗提高SOD和POD活性以對(duì)抗脅迫，46.4%NS的光照強(qiáng)度有利于解除或緩解脅迫。

表2 不同遮陰處理的超氧化物歧化酶活性和過(guò)氧化物酶活性Table 2 The activity of SOD and POD under different shade treatments

2.3 遮陰對(duì)幼苗光合特性的影響

由表3可知，雙色木番茄幼苗的Pmax、Rd、LSP、LCP均隨光照強(qiáng)度的下降呈下降趨勢(shì)，CK的Pmax、Rd、LSP、LCP分別為5.6%NS的4.25、3.59、2.22和3.87倍，而表觀量子效率(apparent quantum yield， AQY)則先上升后下降，在11.8%NS時(shí)達(dá)到最大值，且所有遮光處理的AQY均大于CK。說(shuō)明當(dāng)光照強(qiáng)度減弱時(shí)，雙色木番茄幼苗會(huì)通過(guò)降低LSP、LCP來(lái)提高利用弱光的能力，同時(shí)降低Rd以減少有機(jī)物的消耗。

雙色木番茄幼苗葉片除了CK和46.4%NS的Pn差異不顯著外，其余各處理組間的Pn和Tr均差異顯著。各遮陰處理的Pn依次為CK的84.39%、59.33%和24.49%，Tr依次為CK的68.18%、54.73%和42.05%，Gs依次為CK的71.11%、53.33%和28.89%。WUE隨光照強(qiáng)度的下降先上升后下降，在46.4%NS時(shí)達(dá)到最大值，是5.6%NS的2.16倍。說(shuō)明隨光照強(qiáng)度的下降，幼苗葉片氣孔開(kāi)啟程度減弱，進(jìn)而限制Pn的提高。

表3 不同遮陰處理的幼苗光合特性Table 3 The photosynthetic characteristics of the seedlings under different shade treatments

2.4 遮陰對(duì)葉片葉綠素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

由表4可知，隨光照強(qiáng)度的下降，雙色木番茄幼苗葉片的葉綠素含量不斷上升，在5.6%NS時(shí)達(dá)到最大值，且各組差異極顯著，葉綠素a/b則逐漸降低，說(shuō)明雙色木番茄通過(guò)增加葉綠素含量，提高對(duì)光的吸收能力來(lái)適應(yīng)弱光環(huán)境。隨著光照強(qiáng)度的下降，PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率(Fv/Fm)和PSⅡ潛在活性(Fv/Fo)均先上升后下降，在46.4%NS時(shí)達(dá)到最大值，且均與CK呈極顯著差異，該處理下Fv/Fm和Fv/Fo分別較CK提高了12.00%和62.65%；其次為11.8%NS，較CK提高了9.79%和49.62%。說(shuō)明過(guò)強(qiáng)或過(guò)弱的光照都會(huì)使幼苗受到脅迫，進(jìn)而對(duì)幼苗的光系統(tǒng)活性造成損害。

表4 不同遮陰處理的葉片葉綠素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)Table 4 Chlorophyll contents and chlorophyll fluorescence parameters of the leaves under different shade treatments

2.5 隸屬函數(shù)分析

由表5可知，各處理的隸屬函數(shù)值均值排序?yàn)椋?6.4%NS>11.8%NS>CK>5.6%NS，表明46.4%NS最適宜雙色木番茄幼苗的生長(zhǎng)，CK和5.6%NS都會(huì)限制其生長(zhǎng)，并且極弱光照的限制作用大于CK。以隸屬均值為依據(jù)，可劃分植物抗逆性為4個(gè)等級(jí)[14]：高抗型(1≥隸屬值≥0.6)、 中抗型(0.6>隸屬值≥0.4)、低抗型(0.4>隸屬值≥0.2)和不抗型(隸屬值<0.2)，雙色木番茄幼苗平均隸屬值為0.513，表明雙色木番茄幼苗的光脅迫抗性為中抗型。

表5 不同遮陰處理的雙色木番茄幼苗隸屬函數(shù)值Table 5 Membership function values of the seedlings under different shade treatments

3 討論與結(jié)論

葉片相對(duì)電導(dǎo)率可以反映細(xì)胞膜的受傷害程度，當(dāng)質(zhì)膜透性變大，組織液滲出加大時(shí)，相對(duì)電導(dǎo)率升高[15]。膜脂過(guò)氧化的程度可用其產(chǎn)物MDA來(lái)衡量[16]。不管強(qiáng)光還是弱光脅迫，都會(huì)造成MDA的積累[17]。本研究中，隨著光照強(qiáng)度的下降，相對(duì)電導(dǎo)率和MDA均先降后升，在46.4%NS達(dá)到最小值，說(shuō)明過(guò)強(qiáng)或過(guò)弱的光照都會(huì)使幼苗細(xì)胞膜受到損害而進(jìn)入脅迫狀態(tài)，適度弱光對(duì)細(xì)胞膜起到保護(hù)作用，這與於艷萍等[6]對(duì)秋楓(BischofiajavanicaBl.)、熊靜等[7]對(duì)朱砂根(ArdisiacrenataSims)的遮陰研究結(jié)果一致。

可溶性糖可以反映植物在逆境狀態(tài)下的適應(yīng)能力[18]。雙色木番茄幼苗可溶性糖含量隨著光照強(qiáng)度的下降而下降，這與陳藝群等[11]對(duì)4個(gè)品種茄子(SolanummelongenaL.)的弱光脅迫研究結(jié)果一致。一方面，遮陰使幼苗光合效率降低，減少了光合產(chǎn)物的積累；另一方面遮陰可能增強(qiáng)了幼苗的光呼吸，增加了光合產(chǎn)物的消耗[19]。當(dāng)光照強(qiáng)度從全光降至46.4%NS時(shí)，雙色木番茄幼苗可溶性蛋白含量降低，翟玫瑰等[4]的研究亦表明光強(qiáng)由全光降至48.5%NS時(shí)，山茶可溶性蛋白含量有所降低。而隨著光照強(qiáng)度的繼續(xù)下降，雙色木番茄可溶性蛋白含量反而上升，但46.4%NS與11.8%NS、11.8%NS與5.6%NS并不存在顯著差異，這與翟玫瑰等[4]的遮陰試驗(yàn)結(jié)果不一致，具體原因有待進(jìn)一步研究。Pro在正常植物內(nèi)的含量通常較低，當(dāng)植物受到逆境脅迫時(shí)，其含量會(huì)提高以維持細(xì)胞穩(wěn)定。本研究中，Pro隨光照強(qiáng)度的下降先下降后上升，在46.4%NS時(shí)達(dá)到最小值。表明46.4%NS光照下雙色木番茄受脅迫程度最低。

正常狀態(tài)下，植株產(chǎn)生和清除氧自由基的能力是平衡的，逆境脅迫會(huì)打破這種平衡而使自由基在細(xì)胞內(nèi)積累，此時(shí)植株會(huì)提高SOD、POD活性以清除自由基[20]。本研究中，雙色木番茄幼苗葉片SOD和POD活性均隨光照強(qiáng)度的下降先降后升，CK和46.4%NS時(shí)分別是最大值和最小值。說(shuō)明過(guò)強(qiáng)或過(guò)弱的光照都會(huì)使幼苗進(jìn)入脅迫狀態(tài)進(jìn)而造成氧自由基的積累，而適度遮陰有利于幼苗避免氧自由基的傷害。

LSP和LCP可以反映植物對(duì)強(qiáng)光或弱光的利用能力[8]。遮陰條件下，雙色木番茄幼苗LSP、LCP的下降有利于其提高對(duì)弱光的利用能力，Rd的下降則有利于其在低光照強(qiáng)度下維持生長(zhǎng)。這與於艷萍等[6]對(duì)秋楓、楊亞男等[5]對(duì)四季桂(Osmanthusfragransvar.semperflorens)的研究結(jié)果一致。AQY反映植株在弱光下的光合能力，其大小代表色素蛋白復(fù)合體的多少，該值越大植物利用弱光的能力越強(qiáng)[21]。遮陰條件下，雙色木番茄幼苗的AQY較對(duì)照組有所提高，說(shuō)明其對(duì)弱光有一定的利用能力。本研究中，幼苗Pn、Gs和Tr隨著光照強(qiáng)度的下降而下降，而WUE先升后降，在46.4%NS時(shí)達(dá)到最大值。說(shuō)明雙色木番茄幼苗氣孔在弱光環(huán)境下閉合，Gs下降導(dǎo)致氣體交換能力減弱，進(jìn)而Pn和Tr隨之降低。這與楊亞男等[5]對(duì)四季桂的遮陰研究結(jié)果相似。過(guò)弱的光照條件下，植株會(huì)消耗更多的水分以維持自身的光合速率，因此低于46.4%NS的光照強(qiáng)度，幼苗的WUE不斷下降[8]。通常情況下，植物會(huì)增加葉綠素含量，改變?nèi)~綠素a/b值來(lái)適應(yīng)弱光環(huán)境[7]。本試驗(yàn)中，雙色木番茄幼苗在光照強(qiáng)度減弱的情況下，通過(guò)增加葉綠素來(lái)捕獲更多光能，這與熊靜等[7]、陳藝群等[11]、楊亞男等[5]的研究結(jié)果一致。葉綠素b相對(duì)葉綠素a增值更大，有利于吸收遮陰下占優(yōu)勢(shì)的藍(lán)紫光。Fv/Fm反應(yīng)了光系統(tǒng)的最大光能轉(zhuǎn)化效率，當(dāng)植株處于非脅迫條件時(shí)Fv/Fm變化極小，當(dāng)植株處于脅迫條件時(shí)該值明顯下降[22]。Fo的變化可以反映PSⅡ反應(yīng)中心的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，F(xiàn)o上升代表PSⅡ反應(yīng)中心受到破壞[23]。本研究中，隨著光照強(qiáng)度的下降，F(xiàn)v/Fm和Fv/Fo均先上升后下降，在46.4%NS時(shí)達(dá)到最大值，46.4%NS的Fv/Fm與對(duì)照組存在極顯著差異，與5.6%NS存在顯著差異。由此可推測(cè)，過(guò)強(qiáng)或過(guò)弱光照下的幼苗，PSⅡ反應(yīng)中心受損，光能利用能力下降。而處于適度弱光下的幼苗PSⅡ反應(yīng)中心沒(méi)有或少受傷害，其光化學(xué)反應(yīng)中心活性得到一定的保持，這與蔡建國(guó)等[8]對(duì)繡球[Hydrangeamacrophylla(Thunb.) Ser.]、 韓春麗等[24]對(duì)臍橙(Citrussinensiscv.Newhall)的研究結(jié)果一致。

各項(xiàng)指標(biāo)的隸屬函數(shù)綜合分析結(jié)果顯示，苗木質(zhì)量最佳的處理為46.4%NS。本研究采用盆栽的形式在苗圃進(jìn)行試驗(yàn)，植株生長(zhǎng)環(huán)境與自然生長(zhǎng)狀況有差異，研究結(jié)果可能受到一定影響。