遮陰處理對(duì)米槁幼苗生理特性的影響

文愛(ài)華， 劉濟(jì)明， 熊 雪， 柳嘉佳， 駱 暢， 李麗霞

(貴州大學(xué)林學(xué)院，貴州貴陽(yáng) 550025)

通信作者：劉濟(jì)明，博士，教授，從事植物生態(tài)學(xué)研究。E-mail：karst0623@163.com。

光能作為植物生長(zhǎng)發(fā)育的主要能量來(lái)源，不僅是光合作用的原材料，還對(duì)植物的形態(tài)建成及代謝活動(dòng)有重要影響。植物在弱光(低光量子密度)環(huán)境下的生存能力稱為植物的耐陰性，耐陰性是植物的一種綜合性狀[1]。耐陰性是植物本身為適應(yīng)弱光環(huán)境所表現(xiàn)出的一種適應(yīng)機(jī)制。隨著臭氧空洞的出現(xiàn)，光照對(duì)植物環(huán)境脅迫的作用愈來(lái)愈明顯[2]。

米槁(CinnamomummigaoH. W. Li)又稱大果木姜子，屬于樟科樟屬的常綠植物[3-4]。米槁是貴州苗族人民的一種常用民間藥材，據(jù)《重慶草藥》記載：“米槁有逐寒、鎮(zhèn)痛、健脾、消飽脹、治心胃冷氣痛等功效”[5]。民間主要用米槁種子治療腹脹、腹痛、暈車及牛馬腹脹等人畜疾病。國(guó)內(nèi)外關(guān)于米槁的研究主要集中于化學(xué)成分分離與鑒定、化學(xué)成分的生物活性與藥理特性、栽培與選育技術(shù)、種質(zhì)資源調(diào)查等幾個(gè)方面[6-10]，有關(guān)生理生化指標(biāo)的研究較少。因此，本研究以一年生米槁幼苗為對(duì)象，設(shè)置不同的光照處理，探討其在不同遮陰梯度下的生理生態(tài)響應(yīng)機(jī)制，以期為米槁的科學(xué)栽培、管理提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選用貴州羅甸米槁幼苗(2015年3月25日移栽)帶回貴州大學(xué)林學(xué)院苗圃，采用盆栽方式種植備用(盆底部?jī)?nèi)徑 24 cm，盆口內(nèi)徑29 cm，盆高27 cm)。盆栽土壤一致，選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗進(jìn)行遮陰脅迫試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用白紗和黑色遮陽(yáng)網(wǎng)搭設(shè)遮陰棚，共設(shè)置3種遮陰處理，在晴朗天氣條件下用ST-85型照度計(jì)測(cè)定各處理的透光率，分別為全光對(duì)照L1(100%)，單層80目白色尼龍絲線紗布，中度遮陰(L2)，透光率(75±3)%，單層黑色尼龍遮陽(yáng)網(wǎng)，重度遮陰(L3)，透光率(40±5)%。遮陽(yáng)網(wǎng)長(zhǎng)寬各2 m，高1.6 m。每盆栽1株，每個(gè)處理20盆，每盆編號(hào)，試驗(yàn)期間為避免降水對(duì)試驗(yàn)的影響，試驗(yàn)地位于貴州大學(xué)林學(xué)院苗圃溫室大棚內(nèi)，每天在17：00—18：00時(shí)對(duì)花盆稱質(zhì)量并調(diào)節(jié)水分狀況(電子秤，感量5 g)。試驗(yàn)開(kāi)始于2015年6月25日，脅迫試驗(yàn)持續(xù)120 d左右，每20 d對(duì)水分生理生化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)試驗(yàn)時(shí)期為40 d，期間不施肥并隨時(shí)拔除雜草。

1.3 測(cè)定方法

葉片相對(duì)含水量采用烘干稱質(zhì)量法測(cè)定，葉片可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法進(jìn)行測(cè)定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法[11]進(jìn)行測(cè)定，游離脯氨酸采用酸性茚三酮顯色法[12]進(jìn)行測(cè)定。葉片丙二醛(MDA)含量采用TBA顯色法[13]進(jìn)行測(cè)定，葉片超氧化物歧化酶(SOD)活性采用NBT光還原法進(jìn)行測(cè)定，葉片過(guò)氧化氫酶(CAT)的活性采用H2O2還原法進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

所有獲得數(shù)據(jù)的差異顯著性分析均由SPSS 19.0完成，圖表處理采用Excel 2007軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)米槁葉片相對(duì)含水量的影響

細(xì)胞水分含量常表示為相對(duì)含水量(RWC)，植物細(xì)胞遭受環(huán)境脅迫時(shí)，RWC變化范圍可以從100%到50%或更低[14]。不同處理下不同時(shí)期米槁幼苗葉片相對(duì)含水量狀況見(jiàn)表1。隨著透光率的降低，RWC總體上呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，試驗(yàn)后期有顯著性差異。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，3個(gè)處理下的RWC有不同的變化過(guò)程，這可能是由于氣溫和空氣濕度的原因，直接影響到植物的生長(zhǎng)狀態(tài)。L2處理下RWC達(dá)到了最大值96.67%，出現(xiàn)這種結(jié)果的原因可能是米槁雖然是亞熱帶植物，但幼苗在全光照下生長(zhǎng)由于光照過(guò)強(qiáng)會(huì)有一定抑制性。Fenner的研究表明，強(qiáng)光照下會(huì)降低葉片含水量[15]，即使田間水分含量足夠，但全光照下葉片的相對(duì)含水量也有所降低。

表1 不同處理下不同時(shí)期米槁葉片相對(duì)含水量

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示在0.05水平上差異顯著。下同。

2.2 不同處理對(duì)米槁葉片可溶性蛋白含量的影響

不同處理下不同時(shí)期米槁幼苗可溶性蛋白的含量變化如圖1。可溶性蛋白含量在同一時(shí)期不同處理下呈先下降后上升趨勢(shì)，在L2處理下有最小值58.03 μg/g FW，在試驗(yàn)后期，L1和L3處理有顯著性差異。隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，不同的處理可溶性蛋白含量呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)，L2處理呈緩慢下降趨勢(shì)，可能是因?yàn)樵谒殖渥銜r(shí)，適度的遮陰處理更有利于植物生長(zhǎng)。

很多研究表明，遮陰脅迫下可溶性蛋白含量隨遮陰的加重而逐漸降低[16]，而黃衛(wèi)東等對(duì)中國(guó)矮櫻桃的研究表明，在遮陰處理中，葉片中可溶性蛋白含量隨著光照強(qiáng)度的減弱而逐漸升高，在透光率為48%時(shí)，出現(xiàn)顯著性差異，但透光率為11%時(shí)可溶性蛋白含量增加不顯著，研究認(rèn)為可溶性蛋白含量在一定程度上可以作為增強(qiáng)對(duì)逆境抗性的一種手段[17]。

2.3 不同處理對(duì)米槁葉片可溶性糖含量的影響

由圖2可見(jiàn)，3個(gè)處理下可溶性糖的含量變化趨勢(shì)基本一致，即可溶性糖含量隨著遮陰脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)均呈現(xiàn)緩慢升高的變化趨勢(shì)。在處理前期和中期，各處理之間無(wú)顯著性差異，在試驗(yàn)后期，L1(225.33 μg/g FW)和L3(287.09 μg/g FW)處理間有顯著性差異。整個(gè)處理期間，L2處理下達(dá)到最小值191.63 μg/g FW。可能的原因是適度的遮陰處理，更加有利于植株進(jìn)行光合作用，L3處理時(shí)可溶性糖含量升高，說(shuō)明重度遮陰脅迫對(duì)植株造成嚴(yán)重傷害，植物產(chǎn)生更多的可溶性糖來(lái)維持細(xì)胞滲透勢(shì)，緩解由脅迫造成的生理代謝不平衡，這與程小毛等關(guān)于不同水分處理對(duì)香樟幼苗生理指標(biāo)的影響的研究結(jié)果[18]一致。而與許多前人研究的可溶性糖在遮陰處理下降的結(jié)果[19-20]不一致，這可能是米槁適應(yīng)弱光環(huán)境的一種手段。

2.4 不同處理對(duì)米槁葉片游離脯氨酸含量的影響

游離脯氨酸是一種有機(jī)溶質(zhì)，具有較強(qiáng)的親水性，可以維持穩(wěn)定的水環(huán)境[21-22]。有研究表明，隨著遮陰脅迫的加劇，脯氨酸含量逐漸下降[23]。由圖3可知，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，各處理下的游離脯氨酸含量呈逐漸升高趨勢(shì)。在整個(gè)處理期間，L2處理下有最小值21.77 μg/g，這說(shuō)明對(duì)于通過(guò)游離脯氨酸維持滲透壓平衡來(lái)說(shuō)，中度遮陰比對(duì)照組的細(xì)胞生長(zhǎng)更好，L3處理后期達(dá)到了最大值56.77 μg/g，表明在重度遮陰下細(xì)胞受損嚴(yán)重，植株為抵抗脅迫而脯氨酸含量升高。同一時(shí)期不同處理間，L1和L2處理與L3處理間均有顯著性差異，但L1和L2處理間差異不顯著。

2.5 不同處理對(duì)米槁葉片抗氧化酶活性的影響

SOD是抵御自由基損害的第一道屏障，對(duì)植物的抗旱性具有重要意義。SOD活性的變化與植物的抗逆反應(yīng)及衰老進(jìn)程有密切關(guān)系，SOD活性的高低是植物抗性的重要指標(biāo)之一，幾乎所有的環(huán)境脅迫都可誘導(dǎo)其活性增加。圖4是不同處理下不同時(shí)期SOD活性變化趨勢(shì)，由圖4可知，整個(gè)試驗(yàn)期間，L1和L2處理隨著時(shí)間的延長(zhǎng)呈先升后降趨勢(shì)，L3處理則緩慢升高，最小值出現(xiàn)在L2處理期間(143.32 U/g)。同一時(shí)期內(nèi)，隨著透光率的降低，SOD活性呈先下降后上升趨勢(shì)，后期L1和L2處理與L3處理間均有顯著性差異，這與上面的滲透物質(zhì)的研究?jī)?nèi)容一致，說(shuō)明中度遮陰下植物長(zhǎng)勢(shì)較好，細(xì)胞沒(méi)有明顯受損，數(shù)值變化不大，但L1和L3處理對(duì)植物造成了弱光脅迫，植株產(chǎn)生化學(xué)防御體系[24]。

遮陰脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，L1和L2處理都表現(xiàn)了先升高后下降趨勢(shì)，L3處理則為逐漸升高趨勢(shì)，3個(gè)處理間最小值出現(xiàn)在L2處理的前期(111.93 U/g)，可能是由于米槁在全光照時(shí)出現(xiàn)了光抑制現(xiàn)象，適度的遮陰反而有利于植株的正常生長(zhǎng)，使POD的活性相對(duì)降低了。在試驗(yàn)前期和中期，各處理間沒(méi)有顯著性差異，在試驗(yàn)后期，L1和L2處理與L3處理之間有顯著性差異。同一時(shí)期內(nèi)，隨著遮陰脅迫的加劇，POD活性呈先下降后升高變化趨勢(shì)，最大值出現(xiàn)在L3處理(227.26 U/g)的后期。POD活性的變化說(shuō)明米槁具有一定的耐陰性，其中，L3脅迫對(duì)米槁POD活力的影響最大。

植物在遭受逆境脅迫時(shí)，體內(nèi)的H2O2含量升高從而破壞細(xì)胞膜，使細(xì)胞加快衰老和分解。過(guò)氧化氫酶(CAT)作為植物體內(nèi)重要的酶促防御系統(tǒng)之一，可以清除體內(nèi)多余的有害氧。因此，CAT活性的高低與植物的抗逆性有密切關(guān)系。

表2為不同處理下不同時(shí)期CAT活性變化規(guī)律，由表2可知，不同處理間的米槁幼苗CAT活性變化的趨勢(shì)基本一致，即CAT活性隨著遮陰脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈逐漸升高變化趨勢(shì)，L2處理在試驗(yàn)前期達(dá)到了最小值143.54 U/g，L3處理在試驗(yàn)后期達(dá)到了最大值，這可能是由于光照嚴(yán)重不足，米槁采取了大量增大過(guò)氧化氫酶來(lái)分解葉片內(nèi)的過(guò)氧化氫，減弱細(xì)胞受損程度。在同一時(shí)期內(nèi)，隨著遮陰強(qiáng)度的升高，CAT活性表現(xiàn)出先下降后升高的趨勢(shì)，并且3個(gè)時(shí)期內(nèi)，L1和L2處理間都沒(méi)有顯著性差異，但分別與L3處理有顯著性差異。

表2 不同處理下不同時(shí)期過(guò)氧化氫酶(CAT)活性變化

3 討論與結(jié)論

光照是植物光合作用的必需物，也是植物生長(zhǎng)發(fā)育的最關(guān)鍵因子，同時(shí)還是植物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的重要限制性因子，植物在逆境環(huán)境中長(zhǎng)期生長(zhǎng)，會(huì)形成比較特殊的生理活動(dòng)機(jī)制，分析植物在不同光照處理下的生理生化指標(biāo)等方面的差異，可更好地掌握植物對(duì)遮陰脅迫的適應(yīng)。本研究通過(guò)對(duì)米槁幼苗的葉片相對(duì)含水量、滲透物質(zhì)、抗氧化系統(tǒng)等生理指標(biāo)進(jìn)行分析研究，以期得到米槁對(duì)遮陰的響應(yīng)機(jī)制。

同一試驗(yàn)期間，米槁幼苗的可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸的含量和3種抗氧化酶的活性，隨著透光率的降低呈先下降后升高趨勢(shì)，并且所有生理指標(biāo)都在中度遮陰處理下出現(xiàn)了最小值。

葉片含水量在一定程度上反映植物組織活動(dòng)的強(qiáng)弱，植物葉片含水量越高，說(shuō)明葉片儲(chǔ)水能力越強(qiáng)，抗旱性越強(qiáng)[25]。同一脅迫時(shí)期，葉片相對(duì)含水量隨透光率的降低呈先增大后減小趨勢(shì)，在中度遮陰處理下出現(xiàn)了最大值，原因可能是全光照下，米槁受光抑制影響，導(dǎo)致葉片受到傷害而含水量下降，而中度遮陰則避免了光抑制現(xiàn)象。在試驗(yàn)后期，各處理間葉片相對(duì)含水量存在顯著性差異。滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)在耐陰性研究中涉及較少，相對(duì)較多研究的主要有游離脯氨酸和可溶性糖的含量，但具體變化原因還不明確。有研究認(rèn)為，植物無(wú)法抵抗遮陰脅迫時(shí)脯氨酸含量會(huì)下降[26]，可溶性糖通常在遮陰環(huán)境下含量下降[20]，但楊渺等對(duì)假儉草的研究表明，遮光條件下假儉草的可溶性糖、游離脯氨酸含量都有所增加[27]。米槁葉片內(nèi)的3種滲透物質(zhì)在L2處理下有最小值，但L1和L2處理無(wú)顯著性差異，這說(shuō)明米槁在適度的遮陰下生長(zhǎng)得更好，具有一定的耐陰性，重度遮陰下需要采取增加可溶性糖、游離脯氨酸等滲透物質(zhì)維持細(xì)胞滲透壓平衡。在植物遭受逆境脅迫時(shí)，體內(nèi)的抗氧化保護(hù)酶系統(tǒng)為保持細(xì)胞的正常生理代謝活動(dòng)會(huì)通過(guò)CAT、SOD、POD等酶活性的改變產(chǎn)生化學(xué)防御體系，減小細(xì)胞受損程度。

所有生理生化指標(biāo)都表現(xiàn)出在中度遮陰下米槁生長(zhǎng)最好，表明米槁具有一定的耐陰性。進(jìn)一步證明了在全光照下米槁由于受到光抑制的影響，各種生理指標(biāo)在一定程度上受到影響。然而，植物的抗旱性還受諸多因素的影響，如土壤水分和氣候因子等，因此，米槁幼苗的抗逆性還需進(jìn)一步驗(yàn)證與研究。

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