弱光脅迫對白蟾生理特性的影響

彭 琦，楊柳青

(中南林業科技大學，湖南 長沙 4150001)

1 引言

白蟾植物內富含有梔子素(gardenin)、梔子苷(gardenoside)、有機酸酯類(Organic acid ester)、環烯醚萜苷類(Iridoid Glycoside)等其他類化合物化學成分[1]，應用于治療抗炎癥、抑郁癥、抗氧化、抗肝損傷、抗癡呆，對認知功能的神經保護[2～4]，具有較高的經濟價值；白蟾在樹蔭下、林下均能生長良好，耐陰性較強、適應性強、觀賞優良，吸附室內PM2.5的能力強，具有作為室內園林植物以及垂直綠化植物開發潛力。

相比于城市園林綠地，室內的光照強度相對不強，而植物的生長發育與光有關，光照因子與植物的光合特性相關，從植物的形態結構和生理特性等方面促進或阻礙著植物生長，室內植物應順應弱光環境才能發揮其最佳的景觀效果[5]。研究發現，植物在不同的弱光環境下，其游離脯氨酸(Fpro)、可溶性糖(SS)、可溶性蛋白(SP)等滲透調節物質起到了保護作用，會增加或者減少滲透物質含量使得細胞滲透維持平衡[6，7]，降低弱光環境下對細胞膜的傷害；抗氧化系統在不同的弱光環境下也起到了一定的保護作用，當植物處在弱光環境下，植物細胞內的活性氧含量較高，導致保護性酶(SOD)的活性含量會發生變化，也會對植物的葉綠素含量(CC)、類胡羅卜素(CK)含量產生影響[8]。目前國內外有關弱光脅迫的研究集中在花卉、喬灌木、水果與蔬菜作物等對象的生理生化過程[9～12]，還沒有出現過對白蟾的弱光脅迫研究。因此探究植物在弱光脅迫下對白蟾的生理特性影，能為植物培育條件與室內植物景觀園林應用提供科學依據。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗材料處理

白蟾采自湖南省中蘭林責任有限公司，對每株白蟾進行相同水分、養分和通風管理，保持植物的正常發育和光合代謝生長一個月；待其生長至相似的生長狀況的時候，選擇生長健壯的、相似的白蟾放置120 mm花盆栽培種植，其土壤基質比為蘑菇渣比泥炭比珍珠巖是8∶2∶1，給植物澆水，待其沒有水流出來時在放置于中南林業科技大學的負一樓實驗室的人工氣候箱內，光照強度約為200 μmol·m-2·s-1、溫度約為25 ℃、濕度為70%)的環境下讓其適應新環境3 d之后，再將其放置在試驗弱光照條件下。

2.2 實驗設計

白蟾在林下、屋檐下生長良好，用便攜式測光儀測得夏季林下12：00～14：00的最高平均光強為200μmol·m-2·s-1；綜合考慮：CK組：200 μmol·m-2·s-1為對照組；設置處理組A：100 μ mol·m-2·s-1(相當于室內的最高光照強度)；處理組B：40 μmol·m-2·s-1(相當于室內陽臺光照強度)；處理組C：20 μmol·m-2·s-1(相當于為雨天室內陽臺光照強度)；處理組D：10 μmol·m-2·s-1(相當于室內光照強度)；處理組E：2 μmol·m-2·s-1(相當于室內背光處光強)。每組設4個重復，共24盆，每隔2～3 d澆1次水，每隔10 d為1個周期，每隔10 d測每株植物3～4片葉片，測3種植物的各項生理指標，歷時45 d。

2.3 測定指標與測定方法

試驗測葉綠素含量用丙酮法、測相對電導率用電導法、測相對含水量采用恒重法、測MDA含量采用比色法TBA(硫代巴比妥酸)比色法、測可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法、測可溶性糖含量采用蒽酮比色法、測游離脯氨酸含量采用茚三酮顯色法、測SOD酶活性含量采用氮藍四唑(NBT)光化還原法。

2.4 數據處理與分析

所得數據采用Excel軟件對數據進行簡單記錄處理，用SPSS25軟件進行單因素方差分析與主成分分析，得出其平均值、方差和各處理間的差異顯著性。采用prism軟件進行繪圖。

3 結果與分析

3.1 弱光脅迫對白蟾形態特征的影響

弱光脅迫下白蟾形態特征變化如表1所示：隨著弱光時間的增加，白蟾各個組都隨著弱光脅迫時間的增加呈現增長的趨勢，白蟾從試驗開始到45 d，在葉片顏色變化上，白蟾各個處理組基本不變；各個處理組植物葉片都變大；對于株高增長量看，各個組的株高增長關系為：處理組A>CK>B>C>D>E，較初始分別增加了10、11、9、8、9、5 cm，白蟾能適應弱光環境，且能正常生長；其中處理組A(光照條件為100 μmol·m-2·s-1)時的白蟾長勢最佳，植物生長最好；

表1 弱光脅迫下白蟾植物形態變化

3.2 弱光脅迫對白蟾光合色素含量的影響

3.2.1 弱光脅迫對白蟾葉綠素總含量的影響

弱光脅迫對白蟾葉綠素總含量變化如圖1可知：白蟾各組葉綠素含量變化趨勢略有不同，總體呈持續增長的趨勢。

圖1 弱光脅迫下葉綠素含量變化

白蟾試驗5 d時，處理組A、B、C、D、E較CK組葉綠素含量分別下降6%、32%、43%、52%、43%，值分別為3.3、2.42、2.03、1.7、2.03 mg/g，其中處理組D與CK組差異顯著；試驗15 d時，處理組A較CK組葉綠素含量增加7%，處理組B、C、D、E分別下降1%、26%、26%、29%，差異不顯著；試驗25 d時，處理組A、B、C、D、E較CK組葉綠素含量分別下降8%、27%、14%、47%、0%，差異不顯著；試驗35 d時，各組葉綠素含量相差較小，差異不顯著；試驗45 d，處理組A、B、C較CK組葉綠素含量分別增加12%、35%、5%；處理組D、E分別下降18%、22%。

在實驗45 d時，白蟾的葉綠素含量都隨著弱光強度的降低呈先升后降的趨勢，其中白蟾處理組A的葉綠素含量最高為5.833 mg/g，處理組D、E葉綠素含量顯著小于CK組，而處理組A、B、C顯著高于CK組。

3.2.2 弱光脅迫對白蟾葉綠素a/b的影響

弱光脅迫對白蟾植物葉綠素a/b含量的變化如圖2可知：隨著脅迫時間得增加，白蟾CK組與處理組A、B、C、D、E的葉綠素a/b含量變化不完全一樣，總體呈逐漸先增后降的趨勢。

圖2 弱光脅迫下葉綠素a/b含量變化

白蟾試驗5 d時，處理組A、B、C、D、E較CK組葉綠素a/b含量分別下降17%、34%、27%、31%、15%，值分別為2.6、2.09、2.3、2.68、2.53 mg/g，其中處理組B、C顯著；試驗15 d，處理組A、B、C較CK組葉綠素a/b含量分別下降9%、15%、27%，處理組D、E較CK組葉綠素a/b含量分別增加43%、45%，差異不顯著；試驗25 d，處理組A較CK組葉綠素a/b含量下降6%，值為2.19 mg/g，處理組B、C、D、E較CK組葉綠素a/b含量分別增加45%、35%、9%、6%，值分別為3.42、3.19、2.58、2.51 mg/g；試驗35 d，處理組B、D與CK組差異顯著，較CK組葉綠素a/b含量增加42%、減小36%，值分別為3.91、1.74 mg/g；試驗45 d，各組與CK組差異不顯著，變化不大。

試驗45 d，白蟾植物葉綠素a/b含量與弱光強度呈先增后降的關系，其中白蟾處理組A的葉綠素a/b含量最高為3.43 mg/g；白蟾在試驗45 d時處理組D、E均存活，且白蟾的各個處理組的葉綠素a/b含量較CK組高。

3.2.3 弱光脅迫對白蟾類胡蘿卜素含量的影響

弱光脅迫對白蟾植物類胡羅卜素含量的變化如圖3可知：隨著脅迫時間得增加，白蟾CK組與處理組A、B、C的類胡蘿卜素含量變化整體呈緩慢增加的趨勢。

圖3 弱光脅迫下類胡羅卜素含量變化

試驗5～45 d時各個處理組與CK組差異均不顯著；試驗5 d時，處理組A較CK組類胡羅卜素含量增加16%，處理組B、C、D、E較CK組含量分別下降22%、38%、16%、36%，值分別為0.53、0.42、0.57、0.43 mg/g；試驗15 d時，各處理組含量與CK組差異不大；試驗25 d時，處理組A、B、C、D、E較CK組含量分別增加12%、31%、8%、28%、35%，值分別為0.79、0.92、0.76、0.9、0.95 mg/g；試驗35 d，各處理組類胡羅卜素含量與CK組差異較小；在試驗45 d，處理組B、C、D、E較CK組含量分別下降45%、7%、39%、46%，值分別為1.06、0.67、0.92、0.71、0.66 mg/g。

試驗45 d時，白蟾植物的類胡蘿卜素含量與弱光強度呈先上升后下降的趨勢；其中白蟾的處理組A的類胡羅卜素的含量最高，最終為1.06 mg/g，且處理組D、E顯著小于CK組。

3.3 弱光脅迫對白蟾相對電導率含量的影響

弱光脅迫對白蟾植物相對電導率含量的影響如圖4可知：白蟾各組植物的相對電導率含量總體隨著脅迫時間的推移而呈現先降低后增加的趨勢。

圖4 弱光脅迫下相對電導率含量變化

試驗5 d時，處理組A、B、C、D、E較CK組相對電導率含量增加了19%、51%、51%、49%、76%，值分別為39.4、50.01、50.02、49.55、58.41%，各組較CK組差異顯著；試驗15 d，處理組B、D較CK組差異顯著，相對電導率含量分別降低了45%、46%，其他各組與CK組相差不大；試驗25 d，處理組B較CK組相對電導率含量差異顯著；試驗35 d，處理組A、B、C、D、E較CK組相對電導率含量增加13%、1%、3%、1%、40%；試驗45 d，處理組A較CK組相對電導率含量增加了4%，處理組B、C、D、E較CK組相對電導率含量減小了17%、10%、6%、6%，各組與CK組差異不顯著。

試驗45 d，白蟾的相對電導率含量隨著弱光強度的增加呈先上升后下降的趨勢；其中處理組A的相對電導率含量最高。

3.4 弱光脅迫對白蟾相對含水量含量的影響

弱光脅迫對白蟾植物相對含水量含量的影響如圖5可知：白蟾各處理組相對含水量隨著弱光脅迫時間的增加呈現逐漸增加后減小的趨勢；白蟾CK組、處理組A、處理組B、處理組C、處理組D、處理組E相對含水量5～45 d的下降速率關系為：處理組D>E>C>B>A>CK，分別較初始下降了10%、8%、6%、5%、2%、1%。

圖5 弱光脅迫下相對含水量變化

白蟾試驗5 d時，處理組C、D較CK組含水量差異顯著，CK組含水量為72.86%，處理組C、D較CK組含水量相差12%、11%，值分別為84.93、83.26%；試驗15 d，各處理組較CK組差異不顯著，CK組相對含水量為72.25%；試驗25 d，處理組A相對含水量較CK組差異顯著，值為80.25%，較CK組增加8%；試驗35 d，各處理組與CK組差異不顯著，處理組A、B、C、D、E比CK組高7%、7%、4%、3%、7%；試驗45 d，各處理組與CK組差異不顯著，值分別為77%、76%、75%、71%、73%、72%。

試驗45 d，白蟾相對含水量隨弱光強度的增加呈先升后降的趨勢，其中CK組相對含水量含量最低，處理組A相對含水量含量最高。

3.5 弱光脅迫對白蟾MDA含量的影響

弱光脅迫對白蟾植物MDA含量的影響如圖6可知：白蟾CK組與處理組A、B、C隨著脅迫時間的增加呈先減小后增加的趨勢。

圖6 弱光脅迫下MDA含量變化

白蟾試驗5 d時，處理組D、E較CK組MDA含量變化顯著，處理組D、E值分別為40、30 μmol/g，CK組含量為49 μmol/g；試驗15 d時，處理組A較CK組MDA含量增加16%，值為30 μmol/g處理組B、C、D、E較CK組MDA含量分別減小57%、53%、33%、32%，值分別為35、19、20、21 μmol/g；試驗25 d與35 d，各處理組與CK組MDA含量差異不大；試驗45 d，處理組D、E與CK組MDA含量差異顯著，處理組D、E較CK組MDA含量減小36%、28%。

試驗45 d，白蟾的MDA含量與弱光強度呈先升后降的趨勢，其中處理組B的MDA含量最高，處理組D、E的MDA含量顯著小于CK組MDA含量，處理組A、B、C高于CK組MDA含量。

3.6 弱光脅迫對白蟾滲透物質含量的影響

3.6.1 弱光脅迫對白蟾可溶性蛋白含量的影響

弱光脅迫對白蟾植物可溶性蛋白含量的影響如圖7可知：白蟾可溶性蛋白含量都隨著時間的推移呈現先升后降的趨勢。

圖7 弱光脅迫下可溶性蛋白含量變化

試驗5 d時，處理組A、B、E較CK組可溶性蛋白含量增加19%、4%、2%，值分別為6.51、5.66、5.58 mg/g處理組C、D較CK組可溶性蛋白含量分別減小4%、9%，值分別為5.17、4.95 mg/g，與CK組差異不顯著；試驗15 d，CK組可溶性蛋白含量7.29 mg/g，各處理組可溶性蛋白含量與CK組差異不大；試驗25 d，處理組A、B、C較CK組可溶性蛋白含量分別增加12%、64%、41%，處理組D、E較CK組可溶性蛋白含量分別減小1%、23%；試驗35 d，處理組A、B較CK組可溶性蛋白含量分別增加25%、14%，處理組C、D、E較CK組可溶性蛋白含量分別減小10%、2%、32%，處理組A與CK組差異顯著；試驗45 d，處理組A、B、C、D、E較CK組可溶性蛋白含量分別下降1%、12%、20%、48%、54%，值分別為5.19、4.52、4.11、2.69、2.36 mg/g。

在試驗45 d時，白蟾的可溶性蛋白含量與弱光程度呈緩慢降低的關系，白蟾CK組可溶性蛋白含量最高為5.19 mg/g，處理組D、E的可溶性蛋白含量顯著小于CK組。

3.6.2 弱光脅迫對白蟾可溶性糖含量的影響

弱光脅迫對白蟾植物可溶性糖含量的影響如圖8可知：白蟾各組隨著弱光脅迫時間的增加呈現先增加后減小的趨勢。

圖8 弱光脅迫下可溶性糖含量變化

白蟾試驗5 d時，處理組A、B、D可溶性糖含量較CK組可溶性糖含量分別增加30%、31%、7%，處理組C、E較CK組分別下降27%、33%，各處理組較CK組差異均不顯著；試驗15 d，處理組A與CK組可溶性糖含量差距不大，處理組B、C、D、E較CK組分別下降39%、43%、48%、46%，值分別為15.97%、14.9%、13.82%、14.23%，各處理組與CK組差異不顯著；試驗35 d，處理組A、B、C、D、E較CK組增加32%、52%、21%、6%、29%；試驗45 d，處理組E差異顯著，較CK組下降60%，可溶性糖含量值為13.26%。

試驗45 d，白蟾各組的可溶性糖含量與弱光強度呈先增后降的趨勢，其中處理組A、B的可溶性糖含量顯著高于CK組與處理組C、D、E的可溶性糖含量；白蟾處理組B可溶性糖含量最高，其最大值可溶性糖含量分別為56.29%。

3.6.3 弱光脅迫對白蟾游離脯氨酸含量的影響

弱光脅迫對白蟾植物游離脯氨酸含量的影響如圖9可知：白蟾CK組在5～35 d變化不大；處理組A、B、C、D、E呈先下降后上升的趨勢。

圖9 弱光脅迫下游離脯氨酸含量變化

試驗5 d時，白蟾處理組A與CK組差距不大，處理組B、C、D、E游離脯氨酸含量較CK組游離脯氨酸含量分別下降29%、15%、39%、43%，各處理組游離脯氨酸含量分別為81、96、69、65 μg，其中處理組D、E較CK組差距顯著；試驗15 d，處理組A、B、C、D、E較CK組分別下降11%、43%、24%、56%、53%，其中處理組B、D、E較CK組差距顯著；試驗25 d，處理組C較CK組差異顯著，較CK組增加44%；試驗35 d，處理組D較CK組差異顯著，較CK組游離脯氨酸含量下降37%，其他各組與CK組差距不大；試驗45 d，各處理組與CK組差異不顯著，處理組A與CK組差距不大，處理組B、C、D、E游離脯氨酸含量較CK組游離脯氨酸含量分別增加22%、24%、17%、9%，游離脯氨酸含量分別為143、181、184、148、173、162 μg。

試驗45 d后，白蟾游離脯氨酸含量與弱光強度呈先降后增再降的拋物線趨勢，白蟾處理組B、C、D、E的游離脯氨酸含量顯著高于CK組、處理組A，其中處理組C的游離脯氨酸含量最高。

3.7 弱光脅迫對白蟾超氧化物歧化酶(SOD)活性含量的影響

弱光脅迫對白蟾植物SOD酶活性含量的影響如圖10可知：白蟾各處理組都隨著弱光脅迫時間的增加呈現持續增加的趨勢。

圖10 弱光脅迫下SOD活性含量變化

白蟾試驗5 d時，處理組A、B、C、D、E的SOD酶活性含量較CK組SOD酶活性含量分別下降5%、7%、22%、19%、2%；試驗15 d，處理組A、B、C、D、E的SOD酶活性含量較CK組SOD酶活性含量分別增加14%、1%、41%、4%、39%，各處理組值分別為296、237、368、272、362U/g；試驗25 d，處理組A、B、C、D、E較CK組分別增加9%、27%、18%、46%、80%，各處理組值分別為295、345、322、397、489 U/g；試驗35 d，處理組A、B、C、D、E較CK組增加46%、118%、106%、130%、165%，其中處理組A與CK組差異顯著；試驗45 d，處理組A、B、C、D、E較CK組分別增加30%、34%、64%、82%、92%，值分別為346、357、436、486、510 U/g。

試驗45 d白蟾SOD酶活性含量與弱光強度呈持續增長的拋物線趨勢，其中白蟾處理組E的SOD酶活性含量最高。

4 討論與結論

4.1 討論

在弱光條件下，植物的光受體感知會對環境紅光和遠紅光比例不一，會導致植物Chl a/b 含量降低、葉綠素含量(CC)升高[13,14]，本試驗結果研究表明：白蟾葉綠素總量都是隨時間增加而變大，葉綠素a/b隨時間的脅迫呈逐漸減小的趨勢；白蟾處理組D、E的總葉綠素含量最高，可能因為白蟾在人工氣候箱的邊角地，導致吸收光能減弱導致葉綠素b含量的累計，葉綠素總含量增加，造成葉綠素a/b含量的減小。

當植物遭受逆境傷害時，會致使植物產生失水或者其他變化；其植物滲透物資含量會變高，加速植物新陳代謝[15]；本試驗得出試驗45時白蟾處理組D、E在試驗時可溶性蛋白含量趨勢是逐漸減小，白蟾的處理組D、E的游離脯氨酸含量顯著高于處理組A、處理組B、處理組C與CK組，可能是由于處理組D、E白蟾的光線更暗，導致植物的抗逆境能力減弱，使得其含量小于其他各組，也可能是由于在弱光強度下，光合作用不活躍。

超氧化物酶(SOD)以使植物間的膜透性變強，使得植物能夠在弱光條件下生存；體內會殘留大量超氧化物酶和丙二醛等調節物質來保持細胞內平衡[16,17]；本試驗探究出白蟾除CK組的SOD酶活性含量隨著時間的增加呈先下降后上升的趨勢，且在試驗45 d時，白蟾處理組D、E的SOD酶活性含量顯著高于處理組A、處理組B、處理組C與CK組，可能是由于其植物自生的調節機制相關，白蟾植物自生在酶活性因子上更能調節SOD酶活性含量來適應弱光環境。白蟾處理組A、CK、B、C的丙二醛含量在5～25 d時呈持續降低的趨勢，說明白蟾在此期間沒有遭受弱光逆境的傷害；處理組D、E在試驗5～15 d時顯著上升，說明白蟾在2～10 μmol·m-2·s-1的弱光環境下遭受了逆境傷害使得丙二醛含量變高，15d后降低說明白蟾適應了弱光環境，遭受傷害變小。

植物在弱光的光照情況下，植物的細胞膜會遭受逆境的損傷，使得植物會通過增加相對電導率的含量來適應較為弱光的環境，白蟾各處理組在5～15 d下降，可能是植物在弱光脅迫的前期，是其他物質在增大而使得植物的細胞膜沒有遭受損害，在15～35 d時，相對電導率上升，且處理組E含量最高，說明在弱光脅迫遭受損傷嚴重，使得白蟾在35 d時細胞膜的透性變大；相對含水量反應了植物對于儲存水的強弱關系，其下降的越慢，說明其植物的存水能力更強。白蟾的處理組D、E均是變化最快的，可能是由于植物在弱光環境下，會導致植物的存水能力發生變化，使得白蟾植物的保水能力減弱。植物丙二醛的含量反應的是植物字逆境下受傷害的程度。

4.2 結論

白蟾在光照條件為200、100、40、20、10、2 μmol·m-2·s-1時均正常生長、葉色沒有黃化現象、葉片變大，自我調節能力較強，其中當光照條件為100 μmol·m-2·s-1時白蟾生長得最好。