不同光照強度對叉花草葉片結構和葉綠素含量的影響

楊秉建，朱敏群，黃慧青，陳志鋒，杜小姣

(深圳市日昇園林綠化有限公司，深圳 518000)

現代園林倡導自然、生態，空間造景講究生態效益。注重立地生態條件，提倡以植物造景為主，灌草有機結合的立體綠化模式[1]。因此，耐蔭或半耐蔭植物在園林植物配置中占據了較為重要的地位，研究植物的耐蔭性對林下或立交橋下園林植物的種類選擇具有現實意義。我國對植物耐蔭性的研究始于20世紀70年代，主要集中在植株形態特征、葉綠素含量和光合作用曲線等方面，以比較陽性植物和蔭性植物在形態和生理上的差異以及對光照的適應性[2，3]。

叉花草(Diflugossacolorata)屬爵床科疏花馬蘭屬多年生小灌木，多枝，常著生于林下或林緣，在我國主要分布在福建和廣東等地，在園林綠化中應用較少。在深圳地區花期6～8月，開花時整株有吊鐘狀紅花，極為靚麗。選用野生種子自行繁殖的兩年生叉花草植株，在不同遮蔭條件下進行植株形態、葉綠素含量和葉片解剖結構的研究，旨在了解叉花草的耐蔭特性，為其在園林綠化中的應用提供理論基礎。

1 材料和方法

1.1 試驗方法

試驗于2013年10月～2014年4月在深圳職業技術學院園林實訓基地進行。供試材料來源于深圳市仙湖植物園盆栽叉花草，兩年生扦插苗，生長健壯，長勢一致。試驗采用單因素遮光設計，設4個處理(包括對照)，每個處理3次重復，隨機區組排列。將植株放入2 m×2 m×2 m的鋼架棚中，鋼架棚上用市售黑色不同遮陽率的遮陽網分別進行覆蓋，并用光照度計測試，其鋼架棚內的相對光照強度分別為：處理1相對遮光為60%～70%；處理2為70%～80%；處理3為80%～85%；以不使用遮陽網為CK，相對光照強度100%。每處理選3株，共36株。植株處理60 d后取樣測定葉綠素含量，重復3次，取樣時選取植株枝條頂端向下第5～6片成熟葉，發育完整，無病蟲害侵染。植株高度、葉面積和葉片結構的觀察也是處理60 d后測定，重復3次。

1.2 測定項目及方法

植株高度和葉片面積的測定 用米尺取植株最高點量取，葉片面積用YMJ-A葉面積儀測定，取每株植物最大的葉片3片，分別量取，結果取平均值；葉綠素含量采用丙酮研磨提取法；葉片解剖結構的觀測在植株的向陽面選取3個枝條，在每個枝條上選取從頂部向下的第5～6片成熟葉片置于冰壺中帶回實驗室，使用FAA固定液進行脫水、浸蠟、染色、包埋，標本制作完成后，采用徠卡RM2126RT切片機，進行石蠟切片。在Nikon 50i型顯微鏡鏡檢葉片厚度、海綿組織厚度和柵欄組織厚度，并進行顯微攝影。

1.3 數據分析

試驗采用SAS 9.0軟件進行方差分析和多元統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同光照強度對叉花草植株和葉片生長的影響

在全光照下，植株生長緩慢，而在遮光處理下，植株生長較快(圖1)，且隨著遮光逐漸增加，植株高度呈現增加的趨勢，遮光60%～70%處理的植株高度比CK的增加18.5%，達到顯著水平(P<0.05)。

植株葉面積隨遮蔭度的增加而增加(圖2)，處理1為CK的1.7倍，處理2較處理1增加20%。CK與處理1，處理1與2均達到極顯著差異(P<0.01)，處理2和3的差異不顯著(P>0.05)。

全光照下，叉花草不僅植株生長緩慢，葉片較小且泛黃；遮蔭60%～70%的環境下，叉花草不僅葉片較大，植株生長較快，而且生長較為健壯；而遮蔭70%～80%的環境下，雖然植株生長快，葉面積大，但節間變長，枝條變軟，難以直立；遮蔭80%～85%的環境下，盡管植株葉片最大，但節間持續變長，植株無法直立生長，說明叉花草適合在遮蔭60%～70%的環境條件生長。

2.2 不同光照強度下叉花草葉片結構

圖1 不同遮蔭處理下叉花草植株高度Fig.1 Plant Height under different light intensity of Diflugossa colorata

圖2 不同光照強度下的叉花草葉面積Fig.2 Leaf size under different light intensity of Diflugossa colorata

注：a,b,c,d表示差異達顯著水平(α=0.05)；A，B，C表示差異達到極顯著水平(單位mm2)，以下同

葉片的結構，尤其是柵欄組織厚度以及柵欄組織與海綿組織的比值與植物的喜光性密切相關[4]，柵欄組織多，表明植物中含有的葉綠體多，便于植物進行光合作用。對叉花草進行4種不同光強處理60 d后，葉片的立面解剖結構結果表明(表1、圖3)，叉花草在不同光照下，葉片的柵欄組織排列整齊，為1層，但海綿組織相對松散。與CK相比，遮光處理后叉花草的葉片厚度和柵欄組織厚度均有所下降，但處理1的葉片厚度變化較小，僅減少5%，而處理2和處理3的葉片厚度相對減少44%和50%；類似的趨勢是隨著光強的減弱，柵欄組織和海綿組織的厚度以及柵欄組織/海綿組織的比值均表現降低的趨勢，表明遮蔭處理不僅通過減少柵欄組織和海綿組織厚度使葉片變薄，而且使柵欄組織與海綿組織的比值減小，說明遮蔭條件下海綿組織減小的幅度小于柵欄組織。

統計分析可知(表1)，CK與處理1的葉片厚度差異不顯著(P>0.05)，但CK與處理2和3之間的葉片厚度差異均達到顯著水平，柵欄組織和海綿組織厚度處理2和3差異不顯著，對照與處理1的海綿組織差異不顯著。表明叉花草在遮蔭條件下，對葉片內部的柵欄組織厚度影響較大，60%～70%的遮蔭條件對叉花草葉片結構的影響相對較小。

表1 不同光照強度對叉花草葉片結構

圖3 不同光照強度下叉花草葉片結構縱切面

2.3 不同光照強度對叉花草葉綠素含量的影響

葉綠素是植物吸收光照制造有機物的主要色素，主要吸收紅光和藍紫光，其中，葉綠素a吸收紅光，葉綠素b吸收藍紫光，遮蔭會造成紅光比例降低，藍光比例增高[1]。叉花草在遮蔭60 d后，植物葉片中的葉綠素含量相比CK均有所增加(表2)，且表現出隨光照減少，叉花草的葉綠素總量、葉綠素a/b的含量均有增加的趨勢，表明叉花草需要增加葉綠素的含量來彌補光照的不足。葉綠素a/b的比值隨光強的減弱而減小，表明遮蔭后叉花草的葉綠素a含量增加的幅度小于葉綠素b。較低的葉綠素a/b有利于叉花草遮光后充分利用藍紫光，以便更好地適應遮蔭環境。

表2 不同光照強度下叉花草葉片葉綠素含量

3 討論與結論

光照強度是影響植物生長和形態建成的重要因素，尤其是葉片的生長更是與光照密不可分[5]。有研究表明，陽性植物在遮蔭的條件下，通過增加對光的吸收面積來增強光合作用，比如增加株高和冠幅、擴大葉面積和增加葉數等，有助于同化有機物質的增長和呼吸消耗的降低，是陽性植物對弱光的一種適應性表現[6]。試驗也獲得類似的結果，叉花草在遮蔭條件下，植株高度和葉面積等均隨光照強度的減弱而增加，但光照強度低于日照強度的30%時，會出現枝條和葉片柔軟，易倒伏的現象，這是植物在過弱的光照下，植物同化的有機物不足所造成，這也從側面反映出叉花草具有一定的耐蔭性，同時，叉花草在100%光照下具有葉片黃化，植株較為矮小的特征，由此可知，叉花草適宜在遮光60%～70%的環境中生長。

在低光強下，植物葉片厚度的變化是判斷植物是否耐蔭的依據之一，耐蔭性強的植物葉片厚度變薄更明顯，海綿組織相對更發達[7]。厚皮香、桃葉珊瑚、油麻藤、石楠和梔子等5種植物在不同光強下葉片厚度下降幅度大，海綿組織發達，是耐蔭性較強的植物[4]。結果表明，60%～70%遮光條件下的葉片厚度與對照差異不顯著，且在不同遮蔭條件下，海綿組織較柵欄組織發達，初步推斷叉花草是較為耐蔭的植物。植物葉片的解剖結構，尤其是柵欄組織、海綿組織厚度和二者的比值是判斷植物對光照要求的重要依據[8]。陽性植物柵欄組織發達，細胞排列緊密且層數較多；而蔭性植物葉肉中含有較多的海綿組織，柵欄組織相對減少或退化。劉欣欣等[4]研究發現，馬尾松等植物的葉片結構中有3層柵欄組織，為強陽性植物，烏桕、紅葉石楠、苦櫧含有2層柵欄組織，為陽性植物，竹柏1層柵欄組織，海綿組織最發達，為耐蔭樹種。叉花草在全光照下，葉片柵欄組織排列整齊，且為1層，海綿組織較為松散，細胞間隙較大，柵欄組織/海綿組織小于1；隨著光照條件的減弱，柵欄組織/海綿組織和葉肉組織厚度均減小，但海綿組織在葉肉中的比例增加，較發達的海綿組織有利于光在散亂排列的海綿組織氣體一液體界面的反射，使光在葉片內的光程增加，有利于叉花草在有限的光強下吸收更多的光。

葉綠素a/b的比值是植物是否耐蔭的另一重要指標[9]。張永霞等[10]研究認為，遮光會引起陰生植物頭花蓼的葉綠素含量增加，尤其是葉綠素b含量的增加幅度大于葉綠素a，從而引起葉綠素a/b比值下降。劉寶臣等[1]研究玉簪的耐蔭性也有相似的結論。叉花草隨遮光度的增加，葉綠素含量增加，葉綠素a/b的值減小，表明叉花草在遮蔭環境下，葉綠素b增加的幅度大于葉綠素a，這是因為遮光處理不僅會降低光照強度，也會改變光譜組成，通常造成紅光比例降低，藍光比例增高。因此，葉綠素b含量相對較高的植物能充分利用藍紫光，更好地適應遮蔭環境。有關叉花草對光照適應性的機制還有待進一步深入研究。

參考文獻:

[1] 劉寶臣，唐偉斌.遮蔭對麥冬和玉簪葉面積及葉綠素含量的影響[J]．北方園藝，2012(14)：77-79.

[2] Masakazu Iwai．Distinct physiological responses to a high light and low CO2environment revealed by fluorescence quenching in photo-autotrophieally grown Chlamydomonas reinhardtii[J]．Photosynth Res，2007，94：307-314．

[3] 蘇雪痕．園林植物耐蔭性及其配置[J]．北京林業大學學報，1981(6)：63-71．

[4] 劉欣欣，張明如，鄒伶俐，等．浙江省15個樹種苗期葉片解剖結構特征比較分析[J]．浙江農林大學學報，2013，30(4)：484-489．

[5] Paquette A，Boucharda A，Cogliastroa A．Morphological plasticity in seedlings of three deciduous species under shelterwoed under-planting management does not correspond to shade tolerance ranks[J]．Forest Ecol Manag，2007，241：278-87．

[6] Oguch R．Does the photosynthetic light acclimation need change in leaf anatomy[J]．Plant，Cell and Environment，2003，26：505-512．

[7] 丁圣彥．常綠闊葉林演替系列比較生態學[M]．開封：河南大學出版社，1999：64-76．

[8] 游文娟，張慶費，夏檑．城市綠化植物葉片結構對光強的響應[J]．西北林學院學報，2008，23(5)：22-25．

[9] 周玉遷，李永輝，李濱勝，等．卵葉玉簪耐蔭性的研究[J]．生態農林，2010(14)：53-75．

[10] 吳宗萍．遮蔭對頭花蓼形態和生理指標的影響[J]．西南師范大學學報，2010，35(3)：85-89．