不同光照强度对叉花草叶片结构和叶绿素含量的影响

杨秉建，朱敏群，黄慧青，陈志锋，杜小姣

(深圳市日昇园林绿化有限公司，深圳 518000)

现代园林倡导自然、生态，空间造景讲究生态效益。注重立地生态条件，提倡以植物造景为主，灌草有机结合的立体绿化模式[1]。因此，耐荫或半耐荫植物在园林植物配置中占据了较为重要的地位，研究植物的耐荫性对林下或立交桥下园林植物的种类选择具有现实意义。我国对植物耐荫性的研究始于20世纪70年代，主要集中在植株形态特征、叶绿素含量和光合作用曲线等方面，以比较阳性植物和荫性植物在形态和生理上的差异以及对光照的适应性[2，3]。

叉花草(Diflugossacolorata)属爵床科疏花马兰属多年生小灌木，多枝，常着生于林下或林缘，在我国主要分布在福建和广东等地，在园林绿化中应用较少。在深圳地区花期6～8月，开花时整株有吊钟状红花，极为靓丽。选用野生种子自行繁殖的两年生叉花草植株，在不同遮荫条件下进行植株形态、叶绿素含量和叶片解剖结构的研究，旨在了解叉花草的耐荫特性，为其在园林绿化中的应用提供理论基础。

1 材料和方法

1.1 试验方法

试验于2013年10月～2014年4月在深圳职业技术学院园林实训基地进行。供试材料来源于深圳市仙湖植物园盆栽叉花草，两年生扦插苗，生长健壮，长势一致。试验采用单因素遮光设计，设4个处理(包括对照)，每个处理3次重复，随机区组排列。将植株放入2 m×2 m×2 m的钢架棚中，钢架棚上用市售黑色不同遮阳率的遮阳网分别进行覆盖，并用光照度计测试，其钢架棚内的相对光照强度分别为：处理1相对遮光为60%～70%；处理2为70%～80%；处理3为80%～85%；以不使用遮阳网为CK，相对光照强度100%。每处理选3株，共36株。植株处理60 d后取样测定叶绿素含量，重复3次，取样时选取植株枝条顶端向下第5～6片成熟叶，发育完整，无病虫害侵染。植株高度、叶面积和叶片结构的观察也是处理60 d后测定，重复3次。

1.2 测定项目及方法

植株高度和叶片面积的测定 用米尺取植株最高点量取，叶片面积用YMJ-A叶面积仪测定，取每株植物最大的叶片3片，分别量取，结果取平均值；叶绿素含量采用丙酮研磨提取法；叶片解剖结构的观测在植株的向阳面选取3个枝条，在每个枝条上选取从顶部向下的第5～6片成熟叶片置于冰壶中带回实验室，使用FAA固定液进行脱水、浸蜡、染色、包埋，标本制作完成后，采用徕卡RM2126RT切片机，进行石蜡切片。在Nikon 50i型显微镜镜检叶片厚度、海绵组织厚度和栅栏组织厚度，并进行显微摄影。

1.3 数据分析

试验采用SAS 9.0软件进行方差分析和多元统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同光照强度对叉花草植株和叶片生长的影响

在全光照下，植株生长缓慢，而在遮光处理下，植株生长较快(图1)，且随着遮光逐渐增加，植株高度呈现增加的趋势，遮光60%～70%处理的植株高度比CK的增加18.5%，达到显著水平(P<0.05)。

植株叶面积随遮荫度的增加而增加(图2)，处理1为CK的1.7倍，处理2较处理1增加20%。CK与处理1，处理1与2均达到极显著差异(P<0.01)，处理2和3的差异不显著(P>0.05)。

全光照下，叉花草不仅植株生长缓慢，叶片较小且泛黄；遮荫60%～70%的环境下，叉花草不仅叶片较大，植株生长较快，而且生长较为健壮；而遮荫70%～80%的环境下，虽然植株生长快，叶面积大，但节间变长，枝条变软，难以直立；遮荫80%～85%的环境下，尽管植株叶片最大，但节间持续变长，植株无法直立生长，说明叉花草适合在遮荫60%～70%的环境条件生长。

2.2 不同光照强度下叉花草叶片结构

图1 不同遮荫处理下叉花草植株高度Fig.1 Plant Height under different light intensity of Diflugossa colorata

图2 不同光照强度下的叉花草叶面积Fig.2 Leaf size under different light intensity of Diflugossa colorata

注：a,b,c,d表示差异达显著水平(α=0.05)；A，B，C表示差异达到极显著水平(单位mm2)，以下同

叶片的结构，尤其是栅栏组织厚度以及栅栏组织与海绵组织的比值与植物的喜光性密切相关[4]，栅栏组织多，表明植物中含有的叶绿体多，便于植物进行光合作用。对叉花草进行4种不同光强处理60 d后，叶片的立面解剖结构结果表明(表1、图3)，叉花草在不同光照下，叶片的栅栏组织排列整齐，为1层，但海绵组织相对松散。与CK相比，遮光处理后叉花草的叶片厚度和栅栏组织厚度均有所下降，但处理1的叶片厚度变化较小，仅减少5%，而处理2和处理3的叶片厚度相对减少44%和50%；类似的趋势是随着光强的减弱，栅栏组织和海绵组织的厚度以及栅栏组织/海绵组织的比值均表现降低的趋势，表明遮荫处理不仅通过减少栅栏组织和海绵组织厚度使叶片变薄，而且使栅栏组织与海绵组织的比值减小，说明遮荫条件下海绵组织减小的幅度小于栅栏组织。

统计分析可知(表1)，CK与处理1的叶片厚度差异不显著(P>0.05)，但CK与处理2和3之间的叶片厚度差异均达到显著水平，栅栏组织和海绵组织厚度处理2和3差异不显著，对照与处理1的海绵组织差异不显著。表明叉花草在遮荫条件下，对叶片内部的栅栏组织厚度影响较大，60%～70%的遮荫条件对叉花草叶片结构的影响相对较小。

表1 不同光照强度对叉花草叶片结构

图3 不同光照强度下叉花草叶片结构纵切面

2.3 不同光照强度对叉花草叶绿素含量的影响

叶绿素是植物吸收光照制造有机物的主要色素，主要吸收红光和蓝紫光，其中，叶绿素a吸收红光，叶绿素b吸收蓝紫光，遮荫会造成红光比例降低，蓝光比例增高[1]。叉花草在遮荫60 d后，植物叶片中的叶绿素含量相比CK均有所增加(表2)，且表现出随光照减少，叉花草的叶绿素总量、叶绿素a/b的含量均有增加的趋势，表明叉花草需要增加叶绿素的含量来弥补光照的不足。叶绿素a/b的比值随光强的减弱而减小，表明遮荫后叉花草的叶绿素a含量增加的幅度小于叶绿素b。较低的叶绿素a/b有利于叉花草遮光后充分利用蓝紫光，以便更好地适应遮荫环境。

表2 不同光照强度下叉花草叶片叶绿素含量

3 讨论与结论

光照强度是影响植物生长和形态建成的重要因素，尤其是叶片的生长更是与光照密不可分[5]。有研究表明，阳性植物在遮荫的条件下，通过增加对光的吸收面积来增强光合作用，比如增加株高和冠幅、扩大叶面积和增加叶数等，有助于同化有机物质的增长和呼吸消耗的降低，是阳性植物对弱光的一种适应性表现[6]。试验也获得类似的结果，叉花草在遮荫条件下，植株高度和叶面积等均随光照强度的减弱而增加，但光照强度低于日照强度的30%时，会出现枝条和叶片柔软，易倒伏的现象，这是植物在过弱的光照下，植物同化的有机物不足所造成，这也从侧面反映出叉花草具有一定的耐荫性，同时，叉花草在100%光照下具有叶片黄化，植株较为矮小的特征，由此可知，叉花草适宜在遮光60%～70%的环境中生长。

在低光强下，植物叶片厚度的变化是判断植物是否耐荫的依据之一，耐荫性强的植物叶片厚度变薄更明显，海绵组织相对更发达[7]。厚皮香、桃叶珊瑚、油麻藤、石楠和栀子等5种植物在不同光强下叶片厚度下降幅度大，海绵组织发达，是耐荫性较强的植物[4]。结果表明，60%～70%遮光条件下的叶片厚度与对照差异不显著，且在不同遮荫条件下，海绵组织较栅栏组织发达，初步推断叉花草是较为耐荫的植物。植物叶片的解剖结构，尤其是栅栏组织、海绵组织厚度和二者的比值是判断植物对光照要求的重要依据[8]。阳性植物栅栏组织发达，细胞排列紧密且层数较多；而荫性植物叶肉中含有较多的海绵组织，栅栏组织相对减少或退化。刘欣欣等[4]研究发现，马尾松等植物的叶片结构中有3层栅栏组织，为强阳性植物，乌桕、红叶石楠、苦槠含有2层栅栏组织，为阳性植物，竹柏1层栅栏组织，海绵组织最发达，为耐荫树种。叉花草在全光照下，叶片栅栏组织排列整齐，且为1层，海绵组织较为松散，细胞间隙较大，栅栏组织/海绵组织小于1；随着光照条件的减弱，栅栏组织/海绵组织和叶肉组织厚度均减小，但海绵组织在叶肉中的比例增加，较发达的海绵组织有利于光在散乱排列的海绵组织气体一液体界面的反射，使光在叶片内的光程增加，有利于叉花草在有限的光强下吸收更多的光。

叶绿素a/b的比值是植物是否耐荫的另一重要指标[9]。张永霞等[10]研究认为，遮光会引起阴生植物头花蓼的叶绿素含量增加，尤其是叶绿素b含量的增加幅度大于叶绿素a，从而引起叶绿素a/b比值下降。刘宝臣等[1]研究玉簪的耐荫性也有相似的结论。叉花草随遮光度的增加，叶绿素含量增加，叶绿素a/b的值减小，表明叉花草在遮荫环境下，叶绿素b增加的幅度大于叶绿素a，这是因为遮光处理不仅会降低光照强度，也会改变光谱组成，通常造成红光比例降低，蓝光比例增高。因此，叶绿素b含量相对较高的植物能充分利用蓝紫光，更好地适应遮荫环境。有关叉花草对光照适应性的机制还有待进一步深入研究。

参考文献:

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[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．

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[4] 刘欣欣，张明如，邹伶俐，等．浙江省15个树种苗期叶片解剖结构特征比较分析[J]．浙江农林大学学报，2013，30(4)：484-489．

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[9] 周玉迁，李永辉，李滨胜，等．卵叶玉簪耐荫性的研究[J]．生态农林，2010(14)：53-75．

[10] 吴宗萍．遮荫对头花蓼形态和生理指标的影响[J]．西南师范大学学报，2010，35(3)：85-89．