不同光照條件下杜鵑紅山茶幼苗的生長效應及抗氧化生理響應

李先民 劉新亮 李春牛 盧家仕 周錦業 黃昌艷 卜朝陽

摘? 要? 以兩年生杜鵑紅山茶（Camellia azalea）扦插苗為材料，研究遮光率分別為0、30%、50%、80%條件下其生長發育和生理指標的變化，以分析光照強度對杜鵑紅山茶生長發育和相關生理指標的影響，為合理栽培及提高品系抗性提供參考。結果表明：隨遮光率的增加，杜鵑紅山茶的苗高、地徑、冠幅、分枝數、成活率、根部干質量、莖部干質量、葉片干質量、總干質量均有一定程度的增加，且均在50%遮光條件下處于最高水平。隨著遮光強度的增加，葉片丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）活性均表現出先降低后上升的趨勢，且均在50%遮光條件下處于最低水平;葉片中游離氨基酸含量表現出逐漸下降的趨勢。因此，適度的遮光處理有助于杜鵑紅山茶幼苗的生長，50%遮光條件下杜鵑紅山茶幼苗栽植效果最佳。

關鍵詞? 遮光;杜鵑紅山茶;生長發育;抗氧化酶中圖分類號? S685.14? ? ? 文獻標識碼? A

Abstract? To provide references for rational cultivation and improvement of resistance of strains， the growth and physiological characteristics of two-year-old Camellia azalea at 0， 30%， 50% and 80% shading levels were investigated. The relationships between light intensities and growth and physiological characteristics were analyzed. The results showed that with increasing shading rate， the plant height， ground diameter， crown width， branch number， survival rate， root dry weight， stem dry weight， leaf dry weight and total dry weight of C. azalea increased to a certain extent， with all of them being at the highest level under the 50% shading condition. With the increasing shading intensity， the MDA content， and SOD and POD activities in leaves decreased， then increased， and finally reached the lowest level under the 50% shading condition. However， the content of free amino acids in leaves trended to decrease gradually. Therefore， moderate shading treatment helped the growth of C. azalea seedlings， with 50% shading as the best planting effect.

Keywords? shading; Camellia azalea; growth and development; antioxidant enzymes

DOI? 10.3969/j.issn.1000-2561.2019.04.010

杜鵑紅山茶（Camellia azalea）為山茶科（Theaceae）山茶屬（Camellia）常綠灌木或小喬木，是我國特有珍稀瀕危物種，僅在廣東省陽春市鵝凰嶂省級自然保護區內一個狹窄的河谷兩旁有零星分布[1]。杜鵑紅山茶花期長，夏、秋兩季為盛花期，在適宜的栽培條件下一年四季都可以開花，是世界上迄今為止發現的唯一能真正全年開花的山茶物種，彌補了山茶屬夏季和秋季不開花的空白[2]。杜鵑紅山茶開花稠密、花朵大而艷紅，葉形奇特、葉厚革質，植株緊湊，病蟲害少，適應性強，在園林與觀賞園藝方面具有廣闊的應用前景[3];同時，杜鵑紅山茶是培育雜交茶花優良品種的寶貴親本材料，具有極高的科研價值[4]。目前，國內外關于杜鵑紅山茶的研究主要集中在瀕危原因及保護[5]、繁育技術[6-7]、遺傳多樣性[8-9]、生物學特性[10-11]及新品種選育等方面[12]，有關生理生化指標的研究較少。

光是植物生存和生長發育重要的環境因子之一，植物與光環境的關系一直是植物生理生態學研究的熱點[13]。光照強度對植物的生長及形態結構建成具有重要作用，遮光可明顯改變植物生長環境，尤其對土壤和冠層溫度、濕度及土壤物理性狀影響較大，同時影響植物光合作用、營養物質吸收及其在植物體內重新分配等一系列生理過程[14]。杜鵑紅山茶是一種較為耐陰的半陽性植物，有關光照對其影響的報道主要集中在光合作用日變化特性[15]、光合作用特征[16]、光響應曲線模型的適用性[17]等方面，光照對其生長及生理指標影響的研究卻鮮有報道。本研究采用人工遮光的方法，探討不同光照強度對杜鵑紅山茶幼苗生長、生物量和抗氧化生理指標的影響，以期為杜鵑紅山茶的科學栽培、管理及規模化生產提供理論依據和技術支持。

1? 材料與方法

1.1? 材料

1.1.1? 試驗地概況? 試驗地位于廣西農業科學院花卉研發與推廣中心內（22°48′N、108°22′E），地處南亞熱帶季風氣候區，海拔73 m左右。年平均氣溫21.6 ℃，極端最高氣溫40.4 ℃，極端最低氣溫-2.4 ℃，年均降雨量1304.2 mm，平均相對濕度79%，無霜期334 d。該區環境條件能夠滿足試驗要求。

1.1.2? 材料? 選取杜鵑紅山茶長勢一致的兩年生扦插苗（平均苗高14.25 cm，地徑0.37 cm），于2016年3月移栽入直徑15 cm、高13.5 cm的塑料盆中，每盆種植2株，基質使用pH 6.5的砂質壤土。栽植區域上部架設三針遮光網1層（遮光度50%），盆栽統一進行正常水肥管理，至11月進行遮光脅迫試驗。

1.2? 方法

1.2.1? 實驗設計? 2016年11月開始對盆栽材料使用不同遮光率的遮光網進行遮光（以ZDS-10型照度計實際測定為準），共設置遮光30%（兩針遮光網1層，遮光率30%）、遮光50%（三針遮光網1層，遮光率50%）和遮光80%（六針遮光網1層，遮光率80%）3個處理，各處理遮光覆蓋均采用搭棚覆蓋法，即在盆苗上方搭建平c棚，棚高1.5 m、邊長2 m×2 m，將遮光網覆蓋于平棚上方。為保證盆苗通風透氣，遮光網底部距地面20 cm。以全光照（遮光率0）為對照，即透光率為100%。每組處理30盆，每10盆1個重復，共3個重復。2017年5月（遮光150 d）開始采樣，于早上9：00選擇長勢一致的當年生健康枝條頂端第3～4片成熟葉片。

1.2.2? 測定指標及方法? （1）生長指標測定：對所有試驗苗木的株高、地徑及冠幅進行測量，其中株高指從植株基部至植株最高點的長，用直尺測定（精確到1 mm）;地徑指苗木土痕處的直徑，用游標卡尺測定（精確到0.1 mm）;冠幅指植株南北或東西方向的寬度，用直尺測定（精確到1 mm）。每個處理取5株平均標準株測定生物量，即將標準株經105 ℃ 30 min殺青后，在80 ℃條件下烘干至質量恒定，用1/1000天平稱量根、莖和葉的干質量。

（2）抗氧化生理指標測定：對各處理苗木的葉片丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性和游離氨基酸（FAA）含量進行測定，其中MDA含量測定采用硫代巴比妥酸法，SOD活性測定采用還原氮藍四唑法，POD活性測定采用愈創木酚比色法，FAA含量測定采用水合茚三酮比色法[18-19]。

1.3? 數據處理

采用Excel 2010軟件進行數據統計，采用SPSS 19.0軟件進行方差分析和顯著性檢驗（Duncan新復極差法）。

2? 結果與分析

2.1? 遮光對杜鵑紅山茶幼苗生長的影響

遮光對杜鵑紅山茶幼苗生長表現的影響如表1所示，不同光照條件下杜鵑紅山茶成活率不同，50%遮光條件下成活率最高，為100%;全光照條件下成活率最低，僅為73.3%。各光照條件下植株苗高、地徑、冠幅及分枝數等生長指標差異達到了顯著水平。全光照條件下植株各生長指標均顯著低于各遮光處理條件;在50%遮光條件下，植株的苗高、地徑、冠幅均處于最高水平，分別為25.82、0.51、16.17 cm，其中苗高、冠幅顯著高于其他遮光處理。遮光處理條件下，植株分枝數顯著高于全光照條件;80%遮光條件下植株分枝數最多，達到了2.89條，與其他遮光條件差異不顯著。這說明遮光處理能夠促進杜鵑紅山茶幼苗側枝的萌發，明顯增加植株的分支條數。綜合分析各項生長指標得知，50%遮光條件的栽植效果最佳。

2.2? 遮光對杜鵑紅山茶幼苗生物量積累的影響

各光照處理條件下植株根部干質量、莖部干質量、葉片干質量及總干質量等生物量指標差異顯著（表2）。全光照條件下植株各生物量指標均顯著低于各遮光條件。植株根部干質量與葉片干質量隨著遮光率的增加而增加，在80%遮光條件下達到最高水平，分別為4.63、8.07 g，與50%遮光條件差異不顯著，但均顯著高于30%遮光條件。植株莖部干質量隨著遮光率的增加表現出先增大后減小的趨勢，在50%遮光條件下達到最大，為3.17 g，顯著高于80%遮光條件。在50%遮光條件下的總干質量最大，為15.63 g，與80%遮光條件差異不顯著，但均顯著高于30%遮光條件。因此，考慮植株生物量認為，杜鵑紅山茶幼苗的栽植采用50%～80%的遮光條件為宜。

2.3? 遮光對杜鵑紅山茶幼苗抗氧化生理指標的影響

遮光對杜鵑紅山茶幼苗抗氧化生理指標的影響見表3。由表3可知，隨著遮光強度的增加，杜鵑紅山茶葉片MDA含量表現出先降低后上升的趨勢。在全光照條件下葉片MDA含量最高，為183.18 nmol/g，顯著高于各遮光處理;在50%遮光條件下MDA含量最低，為152.22 nmol/g，顯著低于30%遮光條件，與80%遮光條件下差異不顯著。植株葉片中FAA含量隨著遮光強度的增加表現出逐漸下降的趨勢，80%遮光條件下達到最低水平，為17.98 μmol/g，顯著低于其他光照處理。植株葉片SOD和POD活性隨遮光強度的增加均表現出先降低后上升的趨勢，且均在50%遮光條件下處于最低水平。葉片SOD活性在全光照條件下最高，為284.67 U/g，顯著高于其他光照條件;各遮光處理條件下SOD活性差異不顯著。植株在50%遮光條件下葉片POD活性最低，為391.65 U/g，顯著低于其他光照條件。綜合分析各項抗氧化生理指標得知，杜鵑紅山茶幼苗的栽植采用50%的遮光條件能有效避免光照脅迫。

3? 討論

光照能夠促進植物細胞的增大和分裂，促進植物的生長發育，但不同光照強度對植物生長有不同影響，而自然界中也因需光特性不同特化出不同的植物類型，適宜的光照條件能增進植物組織與器官的分化，反之則會起到抑制作用 [20-22]。本研究中，杜鵑紅山茶幼苗在遮光處理下，其苗高、地徑、冠幅、分枝數以及成活率均大于全光照條件，這說明全光照條件不利于杜鵑紅山茶幼苗的生長發育，遮光條件則能促進其幼苗的生長發育。光照條件的不同會導致植物物質分配方式的變化，在不同的光照條件下植物會產生一定的適應性，通過形態調節和植株各部分的生長量調節主動適應環境，最終表現在植株各部位生物量的積累上[23]。本研究中杜鵑紅山茶幼苗的根生物量、莖生物量、葉生物量和總生物量的積累在全光照條件下均為最低，說明夏季全光照條件對杜鵑紅山茶幼苗形成了強光脅迫，不利于生物量積累，50%～80%的遮光處理有利于其幼苗光合產物的積累。幼苗冠幅和分枝數隨遮光程度增加而增加，這是由于在遮光條件下杜鵑紅山茶通過增加冠幅來捕獲更多光能，滿足光合作用所需。50%遮光處理對杜鵑紅山茶的生長發育及生物量積累有更大的促進作用，可能是由于遮光條件改善了種植環境的正午溫度、空氣相對濕度與CO2濃度，在該遮光條件下，葉片吸收的光能能夠充分有效地被利用[24-25]。

植物細胞在逆境脅迫條件下，細胞膜發生氧化分解，MDA大量積累，MDA作為膜脂過氧化的主要產物，其含量高低與植物承受逆境脅迫大小呈正相關關系[26-28]。本研究中，50%遮光條件下杜鵑紅山茶葉片中MDA含量最低，但隨著光照強度或遮光強度的增加，MDA含量較50%遮光條件下含量均有不同程度升高，表明光照過強或過弱均為不利于杜鵑紅山茶幼苗生長的環境條件，甚至形成了逆境脅迫，不同程度地引起植物細胞膜透性增大，造成膜脂過氧化，從而導致MDA含量升高。逆境脅迫的形成會使植物體內蛋白質合成受到抑制、降解加劇，使游離氨基酸含量上升，包括脯氨酸及其他氨基酸等[29-30]。滲透脅迫下細胞內游離氨基酸含量的增加，是細胞內膜系統主動代謝的結果，主要是作為細胞質滲透調節物質而發揮作用，植物體內游離氨基酸的累積是植物適應生長環境的一種表現[31]。本研究中，杜鵑紅山茶葉片中游離氨基酸含量隨著光照強度的增加而增加，這表明光照過強可能會導致滲透脅迫的形成，而植株在強光條件下生成大量的游離氨基酸，可能是為了降低植株滲透勢，來保證水分的吸收，以避免植株脫水死亡。

植物體內的活性氧會在植物受到脅迫時增加，在一定程度上誘導了活性氧清除酶類的升高及抗氧化物質含量的增加，從而更加有效地清除活性氧，保護植物細胞免受傷害[32-33]。光能吸收與利用的平衡常常會被強光或弱光逆境條件打破，導致吸收光能過剩以及氧自由基的產生，而抗氧化酶對植物有一定程度的保護作用。SOD和POD在植物的酶促系統中占有重要地位，是植物保護酶體系的關鍵組成部分[34]。本研究中，杜鵑紅山茶幼苗SOD、POD的活性均隨著光照強度的降低呈現V字形變化趨勢，在50%遮光條件下，葉片中SOD及POD活性最低，這是由于在強光脅迫及光照不足的相對逆境條件下，植株內部自由基大量產生，有害物質積累，抗氧化酶活性提高以清除過剩自由基，減弱自由基對植物細胞的傷害，即提高幼苗的抗氧化能力。

本研究以杜鵑紅山茶兩年生扦插幼苗作為供試材料，但不同繁殖類型的種苗對不同光照條件的響應可能存在差異，有必要對不同繁殖類型的杜鵑紅山茶種苗進行進一步的研究。同時，兩年生的種苗對不同光照條件的響應不能完全反映成年株的響應機理，因此，在以后的研究中，可以考慮同時用多年生的成年株作為研究材料。另外，光照條件對植物生長發育的影響較為復雜，遮光不僅改變了植物的光照條件，也改變了空氣和土壤的溫、濕度以及空氣中CO2體積分數，同時采用遮光材料營造的遮陰環境是否對植物利用的光質存在一定的影響，仍需進一步研究探討。

參考文獻

李先民， 李春牛， 卜朝陽， 等. 基質、促根劑及插穗對杜鵑紅山茶扦插生根的影響[J]. 西南農業學報， 2017， 30（2）： 426-431.

李辛雷， 孫振元， 李紀元， 等. 廣東鵝凰嶂自然保護區杜鵑紅山茶種群結構與空間分布格局[J]. 應用生態學報， 2013， 24（8）： 2115-2121.

李先民， 蔣月喜， 李春牛， 等. 杜鵑紅山茶無土栽培基質的篩選[J]. 江蘇農業科學， 2017， 45（20）： 147-151.

李辛雷， 孫振元， 李紀元， 等. 杜鵑紅山茶花芽分化及其代謝產物的變化[J]. 林業科學， 2012， 48（8）： 81-86.

李辛雷. 杜鵑紅山茶遺傳多樣性及其瀕危機制[D]. 北京： 中國林業科學研究院， 2012.

蔡靜如， 莊雪影， 楊躍生， 等. 杜鵑紅山茶離體快速繁殖[J]. 熱帶作物學報， 2010， 31（9）： 1469-1473.

趙鴻杰， 薛克娜， 張學平， 等. 不同肥力基質條件下張氏紅山茶扦插苗的生長和光合生理特性[J]. 東北林業大學學報， 2011， 39（9）： 40-41.

徐? 穎. 山茶屬植物個體內rDNA多態性及杜鵑紅山茶的空間遺傳結構[D]. 上海： 復旦大學， 2012.

徐? 斌， 彭莉霞， 楊會肖， 等. 杜鵑紅山茶葉片主要性狀的遺傳多樣性分析[J]. 植物研究， 2015， 35（5）： 730-734.

王? 霜， 王仲朗， 梁? 靜， 等. 瀕危植物杜鵑紅山茶的細胞學研究[J]. 云南植物研究， 2007， 29（6）： 655-658.

羅曉瑩， 唐光大， 莫羅堅， 等. 杜鵑紅山茶的傳粉生物學[J]. 生態學雜志， 2011， 30（3）： 552-557.

朱高浦， 李紀元. 珍稀瀕危植物張氏紅山茶研究進展（綜述）[J]. 亞熱帶植物科學， 2009， 38（3）： 83-89.

柴勝豐， 韋? 霄， 史艷財， 等. 強光脅迫對瀕危植物金花茶幼苗生長和葉綠素熒光參數的影響[J]. 植物研究， 2012， 32（2）： 159-164.

陳菊艷， 楊遠慶. 遮光對野扇花生長特性和生理指標的影響[J]. 西北植物學報， 2010， 30（8）： 1646-1652.

劉玉玲， 劉信凱， 諶光暉， 等. 杜鵑紅山茶與3個山茶栽培光合日變化特性研究[J]. 廣東林業科技術， 2011， 27（1）： 17-22.

劉紅曉， 袁蓮蓮， 劉? 楠， 等. 杜鵑紅山茶的扦插苗、嫁接苗和砧木的光合作用特征[J]. 生態環境學報， 2013， 22（6）： 996-1000.

張方秋， 楊會肖， 徐? 斌， 等. 杜鵑紅山茶的光響應特性及其最適模型篩選[J]. 生態環境學報， 2015， 24（10）： 1599-1603.

李合生. 植物生理生化試驗原理和技術[M]. 北京： 高等教育出版社， 2000.

陳建勛， 王曉峰. 植物生理學試驗指導[M]. 廣州： 華南理工大學出版社， 2006.

楊虎彪， 劉國道. 不同光照強度對幼齡期鷓鴣茶生長的影響[J]. 熱帶作物學報， 2017， 38（11）： 2056-2059.

王? 藝， 韋小麗. 不同光照對植物生長、生理生化和形態結構影響的研究進展[J]. 山地農業生物學報， 2010， 29（4）： 353-359.

李金鵬， 趙和祥， 董? 然， 等. 光照強度對兩種彩葉玉簪生長及光合特性的影響[J]. 南京林業大學學報（自然科學版）， 2012， 36（4）： 57-61.

遲? 偉， 王榮富. 遮光條件下的草莓光合生理特性[J]. 江蘇農業學報， 2001， 17（1）： 62-63.

劉賢趙， 康紹忠， 邵明安， 等. 土壤水分與遮蔭水平對棉花葉片光全特性的影響研究[J]. 應用生態學報， 2000， 11（3）： 377-381.

易干軍， 姜小文， 霍合強， 等. 琯溪蜜柚光合特性的研究[J]. 園藝學報， 2003， 30（5）： 519-524.

He S， Liu G， Yang H. Water use efficiency by alfalfa： Mechanisms involving anti-oxidation and osmotic adjustment under drought[J]. Russian Journal of Plant Physiology， 2012， 59（3）： 348-355.

周曙光， 孔祥生， 張妙霞， 等. 遮光對牡丹光合及其他生理生化特性的影響[J]. 林業科學， 2010， 46（2）： 56-60.

Mccord J M. The evolution of free radicals and oxidative stress[J]. American Journal of Medicine， 2000， 108（8）： 652-659.

譚? 勇， 梁宗鎖， 王渭玲， 等. 氮、磷、鉀營養對膜莢黃芪幼苗根系活力和游離氨基酸含量的影響[J]. 西北植物學報， 2006， 26（3）： 478-483.

Smirnoff N. Plant resistance to environmental stress[J]. Current Opinion in Biotechnology， 1998， 9（2）： 214-219.

張冠初， 張智猛， 慈敦偉， 等. 干旱和鹽脅迫對花生滲透調節和抗氧化酶活性的影響[J]. 華北農學報， 2018， 33（3）： 176-181.

Mittler R. Oxidative stress， antioxidants and stress tolerance[J]. Trends in Plant Science， 2002， 7（9）： 405-410.

Alscher R G， Donahue J L， Cramer C L. Reactive oxygen species and antioxidants： Relationships in green cells[J]. Physiologia Plantarum， 2010， 100（2）： 224-233.

秦? 健， 劉? 洋， 方升佐， 等. 光質和光強對青錢柳生長和抗氧化酶活性的影響[J]. 南京林業大學學報（自然科學版）， 2017， 41（4）： 13-18.