遮陰處理對米槁幼苗生理特性的影響

文愛華， 劉濟明， 熊 雪， 柳嘉佳， 駱 暢， 李麗霞

(貴州大學林學院，貴州貴陽 550025)

通信作者：劉濟明，博士，教授，從事植物生態學研究。E-mail：karst0623@163.com。

光能作為植物生長發育的主要能量來源，不僅是光合作用的原材料，還對植物的形態建成及代謝活動有重要影響。植物在弱光(低光量子密度)環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弱光環境所表現出的一種適應機制。隨著臭氧空洞的出現，光照對植物環境脅迫的作用愈來愈明顯[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《重慶草藥》記載：“米槁有逐寒、鎮痛、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。國內外關于米槁的研究主要集中于化學成分分離與鑒定、化學成分的生物活性與藥理特性、栽培與選育技術、種質資源調查等幾個方面[6-10]，有關生理生化指標的研究較少。因此，本研究以一年生米槁幼苗為對象，設置不同的光照處理，探討其在不同遮陰梯度下的生理生態響應機制，以期為米槁的科學栽培、管理提供理論依據和技術指導。

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)帶回貴州大學林學院苗圃，采用盆栽方式種植備用(盆底部內徑 24 cm，盆口內徑29 cm，盆高27 cm)。盆栽土壤一致，選擇長勢一致的幼苗進行遮陰脅迫試驗。

1.2 試驗設計

試驗采用白紗和黑色遮陽網搭設遮陰棚，共設置3種遮陰處理，在晴朗天氣條件下用ST-85型照度計測定各處理的透光率，分別為全光對照L1(100%)，單層80目白色尼龍絲線紗布，中度遮陰(L2)，透光率(75±3)%，單層黑色尼龍遮陽網，重度遮陰(L3)，透光率(40±5)%。遮陽網長寬各2 m，高1.6 m。每盆栽1株，每個處理20盆，每盆編號，試驗期間為避免降水對試驗的影響，試驗地位于貴州大學林學院苗圃溫室大棚內，每天在17：00—18：00時對花盆稱質量并調節水分狀況(電子秤，感量5 g)。試驗開始于2015年6月25日，脅迫試驗持續120 d左右，每20 d對水分生理生化指標進行測定，每個試驗時期為40 d，期間不施肥并隨時拔除雜草。

1.3 測定方法

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

1.4 數據統計與分析

所有獲得數據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 結果與分析

2.1 不同處理對米槁葉片相對含水量的影響

細胞水分含量常表示為相對含水量(RWC)，植物細胞遭受環境脅迫時，RWC變化范圍可以從100%到50%或更低[14]。不同處理下不同時期米槁幼苗葉片相對含水量狀況見表1。隨著透光率的降低，RWC總體上呈現先升高后下降的趨勢，試驗后期有顯著性差異。隨著時間的延長，3個處理下的RWC有不同的變化過程，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狀態。L2處理下RWC達到了最大值96.67%，出現這種結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由于光照過強會有一定抑制性。Fenner的研究表明，強光照下會降低葉片含水量[15]，即使田間水分含量足夠，但全光照下葉片的相對含水量也有所降低。

表1 不同處理下不同時期米槁葉片相對含水量

注：同列數據后不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。下同。

2.2 不同處理對米槁葉片可溶性蛋白含量的影響

不同處理下不同時期米槁幼苗可溶性蛋白的含量變化如圖1?？扇苄缘鞍缀吭谕粫r期不同處理下呈先下降后上升趨勢，在L2處理下有最小值58.03 μg/g FW，在試驗后期，L1和L3處理有顯著性差異。隨脅迫時間的延長，不同的處理可溶性蛋白含量呈現不同的變化趨勢，L2處理呈緩慢下降趨勢，可能是因為在水分充足時，適度的遮陰處理更有利于植物生長。

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]，而黃衛東等對中國矮櫻桃的研究表明，在遮陰處理中，葉片中可溶性蛋白含量隨著光照強度的減弱而逐漸升高，在透光率為48%時，出現顯著性差異，但透光率為11%時可溶性蛋白含量增加不顯著，研究認為可溶性蛋白含量在一定程度上可以作為增強對逆境抗性的一種手段[17]。

2.3 不同處理對米槁葉片可溶性糖含量的影響

由圖2可見，3個處理下可溶性糖的含量變化趨勢基本一致，即可溶性糖含量隨著遮陰脅迫時間的延長均呈現緩慢升高的變化趨勢。在處理前期和中期，各處理之間無顯著性差異，在試驗后期，L1(225.33 μg/g FW)和L3(287.09 μg/g FW)處理間有顯著性差異。整個處理期間，L2處理下達到最小值191.63 μg/g FW?？赡艿脑蚴沁m度的遮陰處理，更加有利于植株進行光合作用，L3處理時可溶性糖含量升高，說明重度遮陰脅迫對植株造成嚴重傷害，植物產生更多的可溶性糖來維持細胞滲透勢，緩解由脅迫造成的生理代謝不平衡，這與程小毛等關于不同水分處理對香樟幼苗生理指標的影響的研究結果[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果[19-20]不一致，這可能是米槁適應弱光環境的一種手段。

2.4 不同處理對米槁葉片游離脯氨酸含量的影響

游離脯氨酸是一種有機溶質，具有較強的親水性，可以維持穩定的水環境[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，隨著脅迫時間的延長，各處理下的游離脯氨酸含量呈逐漸升高趨勢。在整個處理期間，L2處理下有最小值21.77 μg/g，這說明對于通過游離脯氨酸維持滲透壓平衡來說，中度遮陰比對照組的細胞生長更好，L3處理后期達到了最大值56.77 μg/g，表明在重度遮陰下細胞受損嚴重，植株為抵抗脅迫而脯氨酸含量升高。同一時期不同處理間，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及衰老進程有密切關系，SOD活性的高低是植物抗性的重要指標之一，幾乎所有的環境脅迫都可誘導其活性增加。圖4是不同處理下不同時期SOD活性變化趨勢，由圖4可知，整個試驗期間，L1和L2處理隨著時間的延長呈先升后降趨勢，L3處理則緩慢升高，最小值出現在L2處理期間(143.32 U/g)。同一時期內，隨著透光率的降低，SOD活性呈先下降后上升趨勢，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的研究內容一致，說明中度遮陰下植物長勢較好，細胞沒有明顯受損，數值變化不大，但L1和L3處理對植物造成了弱光脅迫，植株產生化學防御體系[24]。

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

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

表2為不同處理下不同時期CAT活性變化規律，由表2可知，不同處理間的米槁幼苗CAT活性變化的趨勢基本一致，即CAT活性隨著遮陰脅迫時間的延長呈逐漸升高變化趨勢，L2處理在試驗前期達到了最小值143.54 U/g，L3處理在試驗后期達到了最大值，這可能是由于光照嚴重不足，米槁采取了大量增大過氧化氫酶來分解葉片內的過氧化氫，減弱細胞受損程度。在同一時期內，隨著遮陰強度的升高，CAT活性表現出先下降后升高的趨勢，并且3個時期內，L1和L2處理間都沒有顯著性差異，但分別與L3處理有顯著性差異。

表2 不同處理下不同時期過氧化氫酶(CAT)活性變化

3 討論與結論

光照是植物光合作用的必需物，也是植物生長發育的最關鍵因子，同時還是植物在生長發育過程中的重要限制性因子，植物在逆境環境中長期生長，會形成比較特殊的生理活動機制，分析植物在不同光照處理下的生理生化指標等方面的差異，可更好地掌握植物對遮陰脅迫的適應。本研究通過對米槁幼苗的葉片相對含水量、滲透物質、抗氧化系統等生理指標進行分析研究，以期得到米槁對遮陰的響應機制。

同一試驗期間，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，并且所有生理指標都在中度遮陰處理下出現了最小值。

葉片含水量在一定程度上反映植物組織活動的強弱，植物葉片含水量越高，說明葉片儲水能力越強，抗旱性越強[25]。同一脅迫時期，葉片相對含水量隨透光率的降低呈先增大后減小趨勢，在中度遮陰處理下出現了最大值，原因可能是全光照下，米槁受光抑制影響，導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象。在試驗后期，各處理間葉片相對含水量存在顯著性差異。滲透調節物質在耐陰性研究中涉及較少，相對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。有研究認為，植物無法抵抗遮陰脅迫時脯氨酸含量會下降[26]，可溶性糖通常在遮陰環境下含量下降[20]，但楊渺等對假儉草的研究表明，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]。米槁葉片內的3種滲透物質在L2處理下有最小值，但L1和L2處理無顯著性差異，這說明米槁在適度的遮陰下生長得更好，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維持細胞滲透壓平衡。在植物遭受逆境脅迫時，體內的抗氧化保護酶系統為保持細胞的正常生理代謝活動會通過CAT、SOD、POD等酶活性的改變產生化學防御體系，減小細胞受損程度。

所有生理生化指標都表現出在中度遮陰下米槁生長最好，表明米槁具有一定的耐陰性。進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一步驗證與研究。

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