遮阴对双色木番茄幼苗生理特性的影响

郭品湘，尹 婷，粟春青，亢亚超，王凌晖

(广西大学林学院， 广西 南宁 530004)

光是植物生长发育的重要因素，当外界光环境发生不利变化时，植物会出现各种保护机制，如合成渗透调节物质、激活一系列酶促反应来消除活性氧[1-2]、调节光合作用以提高光能利用率[3]。近年，许多学者采取人工遮阴对植物在不同光环境下的生理响应进行了研究[4-8]。其中，翟玫瑰等[4]的研究表明，山茶(CamelliajaponicaL.)的净光合速率(net photosynthetic rate，Pn)、气孔导度(stomatal conductance，Gs)和胞间CO2浓度(intercellular CO2concentration，Ci)在48.5%自然太阳光(natural sunshine， NS)时出现最大值，该透光率最适宜山茶的夏季生长。杨亚男等[5]对四季桂(Osmanthusfragransvar.semperflorens)的遮阴研究表明，四季桂幼苗主要通过提高过氧化物酶(peroxidase， POD)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase， SOD)活性和Pn来适应强光环境，降低光饱和点(light saturation point， LSP)、光补偿点(light compensation point， LCP)、暗呼吸效率(dark respiration rate，Rd)等以适应弱光环境，75%NS和45%NS最有利于其在夏季的生长。因此，适度弱光有利于一些植物的生长，探索出适宜的光照条件对植物的栽培和应用起到积极作用。

双色木番茄(SolanumwrightiiBenth.)属于茄属(Solanum)的常绿大灌木或小乔木，原产于南美玻利维亚至巴西，现热带、亚热带地区广泛栽培[9]。双色木番茄作为一种园林观赏植物，四季常绿，主枝直立，花大形美，花期近乎全年，花色先紫后白，果实成熟时为金黄色，既能用于较大的环境景观，也适宜用于打造局部小环境，具有较好的园林应用前景[10]。当前对茄属植物的弱光胁迫研究已见报道[11]，林华[10]对双色木番茄的园林应用进行了探讨，关于双色木番茄其他方面的研究尚有所不足。本研究以双色木番茄幼苗为材料进行遮阴试验，探求其对弱光的适应程度，旨在为双色木番茄的栽培和应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

双色木番茄由广西南宁青秀山风景区提供，苗龄为1个月。试验地点位于广西大学林学院苗圃(108°17′E，22°51′N，海拔78 m)。2013年4月初，选取120株健康无病害的幼苗栽植于17 cm(径)×14 cm(高)的花盆中，每盆1株。腐殖质土与苗圃熟土按3∶1充分混合消毒后作为栽培基质，试验前测定基质养分含量：全氮为2.05 g·kg-1、全磷为1.07 g·kg-1、全钾为25.43 g·kg-1、有机质为29.86 g·kg-1，pH值6.23。试验于2013年4—11月进行，2013年5月6日开始遮阴处理。

1.2 试验方法

采用完全随机试验设计，将幼苗随机分成4组，分别给以100%NS全光照环境(CK，无遮阴网)、46.4%NS(一层遮阴网)、11.8%NS(两层遮阴网)和5.6%NS(三层遮阴网)处理，每个处理3个重复，每个重复10盆随机排列，共120盆，株行距25 cm。为保证遮阴效果，四周覆盖遮阴网形成四面遮阴环境，遮阴网底部距地面20 cm以保证通风。试验期间进行统一肥水管理，每周随机调整盆的位置，以保证各处理内的光照条件一致。2013年11月6日采摘成熟功能叶，液氮冷冻后置于-80℃冰箱中保存，用于生理指标测定。相对电导率采用电解质外渗量法测定；丙二醛(malondialdehyde， MDA)含量采用硫代巴比妥酸法测定；游离脯氨酸(free proline， Pro)含量采用酸性茚三酮法测定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定；可溶性蛋白质含量采用紫外吸收法测定；POD活性采用愈创木酚法测定；SOD活性采用NBT光化还原法测定；叶绿素含量采用80%丙酮浸提比色法测定。以上各指标的测定均参照李合生[12]的方法，3次重复。光合指标采用LI-6400XT便携式光合作用测定仪测定，光强梯度设置为1 800、1 600、1 400、1 200、1 000、800、600、400、200、150、100、50、20、0 μmol·m-2·s-1，光响应曲线根据刘建锋等[13]的方法进行拟合。叶绿素荧光参数采用便携式调制叶绿素荧光仪PAM-2500进行测定。隶属函数计算公式为：

U(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(1)

式中：Xi为某个指标测定值；Xmax和Xmin分别为该指标的最大值和最小值。

负相关指标用1-U(Xi)表示。

1.3 数据分析

采用WPS软件进行数据统计；EXCEL软件进行图表绘制；DPS 7.5、SPSS 18.1软件进行数据分析；Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 遮阴对相对电导率、丙二醛和渗透物质的影响

由表1可知，双色木番茄幼苗叶片的相对电导率和MDA、Pro、可溶性蛋白含量随着光照强度的降低先下降后上升，在46.4%NS处理时达到最小值，且该处理下的相对电导率、MDA、Pro与CK、5.6%NS的达极显著差异，可溶性蛋白含量与CK的达极显著差异。46.4%NS的相对电导率分别较CK和5.6%NS的下降58.82%和30.00%、MDA含量则分别下降了47.06%和34.42%、Pro含量分别下降了60.53%和29.09%、可溶性蛋白含量分别下降了78.28%和48.81%。可溶性糖含量随光照强度的下降不断下降，5.6%NS较CK下降了57.95%。叶片相对电导率和MDA含量的上升，说明过强或过弱的光照都会使双色木番茄幼苗出现胁迫；可溶性糖含量随光照强度的下降而下降，可能是因为其为光合直接产物，受到光照的影响较大。

表1 不同遮阴处理的相对电导率、丙二醛和渗透物质含量Table 1 The relative conductivity, MDA and osmotic substance content under different shade treatments

2.2 遮阴对超氧化物歧化酶、过氧化物酶活性的影响

由表2可知，双色木番茄幼苗叶片SOD、POD活性随光照强度的下降先下降后上升，在46.4%NS时达到最小值，且该处理下的SOD活性较CK的下降了18.58%，呈极显著差异，较5.6%NS的下降了10.73%，呈显著差异。POD活性则表现为CK与5.6%NS差异不显著，其余各处理组间差异极显著，46.4%NS较CK和5.6%NS的分别下降了62.29%和57.48%。说明过强或过弱的光照都会使双色木番茄幼苗提高SOD和POD活性以对抗胁迫，46.4%NS的光照强度有利于解除或缓解胁迫。

表2 不同遮阴处理的超氧化物歧化酶活性和过氧化物酶活性Table 2 The activity of SOD and POD under different shade treatments

2.3 遮阴对幼苗光合特性的影响

由表3可知，双色木番茄幼苗的Pmax、Rd、LSP、LCP均随光照强度的下降呈下降趋势，CK的Pmax、Rd、LSP、LCP分别为5.6%NS的4.25、3.59、2.22和3.87倍，而表观量子效率(apparent quantum yield， AQY)则先上升后下降，在11.8%NS时达到最大值，且所有遮光处理的AQY均大于CK。说明当光照强度减弱时，双色木番茄幼苗会通过降低LSP、LCP来提高利用弱光的能力，同时降低Rd以减少有机物的消耗。

双色木番茄幼苗叶片除了CK和46.4%NS的Pn差异不显著外，其余各处理组间的Pn和Tr均差异显著。各遮阴处理的Pn依次为CK的84.39%、59.33%和24.49%，Tr依次为CK的68.18%、54.73%和42.05%，Gs依次为CK的71.11%、53.33%和28.89%。WUE随光照强度的下降先上升后下降，在46.4%NS时达到最大值，是5.6%NS的2.16倍。说明随光照强度的下降，幼苗叶片气孔开启程度减弱，进而限制Pn的提高。

表3 不同遮阴处理的幼苗光合特性Table 3 The photosynthetic characteristics of the seedlings under different shade treatments

2.4 遮阴对叶片叶绿素含量和叶绿素荧光参数的影响

由表4可知，随光照强度的下降，双色木番茄幼苗叶片的叶绿素含量不断上升，在5.6%NS时达到最大值，且各组差异极显著，叶绿素a/b则逐渐降低，说明双色木番茄通过增加叶绿素含量，提高对光的吸收能力来适应弱光环境。随着光照强度的下降，PSⅡ原初光能转化效率(Fv/Fm)和PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)均先上升后下降，在46.4%NS时达到最大值，且均与CK呈极显著差异，该处理下Fv/Fm和Fv/Fo分别较CK提高了12.00%和62.65%；其次为11.8%NS，较CK提高了9.79%和49.62%。说明过强或过弱的光照都会使幼苗受到胁迫，进而对幼苗的光系统活性造成损害。

表4 不同遮阴处理的叶片叶绿素含量和叶绿素荧光参数Table 4 Chlorophyll contents and chlorophyll fluorescence parameters of the leaves under different shade treatments

2.5 隶属函数分析

由表5可知，各处理的隶属函数值均值排序为：46.4%NS>11.8%NS>CK>5.6%NS，表明46.4%NS最适宜双色木番茄幼苗的生长，CK和5.6%NS都会限制其生长，并且极弱光照的限制作用大于CK。以隶属均值为依据，可划分植物抗逆性为4个等级[14]：高抗型(1≥隶属值≥0.6)、 中抗型(0.6>隶属值≥0.4)、低抗型(0.4>隶属值≥0.2)和不抗型(隶属值<0.2)，双色木番茄幼苗平均隶属值为0.513，表明双色木番茄幼苗的光胁迫抗性为中抗型。

表5 不同遮阴处理的双色木番茄幼苗隶属函数值Table 5 Membership function values of the seedlings under different shade treatments

3 讨论与结论

叶片相对电导率可以反映细胞膜的受伤害程度，当质膜透性变大，组织液渗出加大时，相对电导率升高[15]。膜脂过氧化的程度可用其产物MDA来衡量[16]。不管强光还是弱光胁迫，都会造成MDA的积累[17]。本研究中，随着光照强度的下降，相对电导率和MDA均先降后升，在46.4%NS达到最小值，说明过强或过弱的光照都会使幼苗细胞膜受到损害而进入胁迫状态，适度弱光对细胞膜起到保护作用，这与於艳萍等[6]对秋枫(BischofiajavanicaBl.)、熊静等[7]对朱砂根(ArdisiacrenataSims)的遮阴研究结果一致。

可溶性糖可以反映植物在逆境状态下的适应能力[18]。双色木番茄幼苗可溶性糖含量随着光照强度的下降而下降，这与陈艺群等[11]对4个品种茄子(SolanummelongenaL.)的弱光胁迫研究结果一致。一方面，遮阴使幼苗光合效率降低，减少了光合产物的积累；另一方面遮阴可能增强了幼苗的光呼吸，增加了光合产物的消耗[19]。当光照强度从全光降至46.4%NS时，双色木番茄幼苗可溶性蛋白含量降低，翟玫瑰等[4]的研究亦表明光强由全光降至48.5%NS时，山茶可溶性蛋白含量有所降低。而随着光照强度的继续下降，双色木番茄可溶性蛋白含量反而上升，但46.4%NS与11.8%NS、11.8%NS与5.6%NS并不存在显著差异，这与翟玫瑰等[4]的遮阴试验结果不一致，具体原因有待进一步研究。Pro在正常植物内的含量通常较低，当植物受到逆境胁迫时，其含量会提高以维持细胞稳定。本研究中，Pro随光照强度的下降先下降后上升，在46.4%NS时达到最小值。表明46.4%NS光照下双色木番茄受胁迫程度最低。

正常状态下，植株产生和清除氧自由基的能力是平衡的，逆境胁迫会打破这种平衡而使自由基在细胞内积累，此时植株会提高SOD、POD活性以清除自由基[20]。本研究中，双色木番茄幼苗叶片SOD和POD活性均随光照强度的下降先降后升，CK和46.4%NS时分别是最大值和最小值。说明过强或过弱的光照都会使幼苗进入胁迫状态进而造成氧自由基的积累，而适度遮阴有利于幼苗避免氧自由基的伤害。

LSP和LCP可以反映植物对强光或弱光的利用能力[8]。遮阴条件下，双色木番茄幼苗LSP、LCP的下降有利于其提高对弱光的利用能力，Rd的下降则有利于其在低光照强度下维持生长。这与於艳萍等[6]对秋枫、杨亚男等[5]对四季桂(Osmanthusfragransvar.semperflorens)的研究结果一致。AQY反映植株在弱光下的光合能力，其大小代表色素蛋白复合体的多少，该值越大植物利用弱光的能力越强[21]。遮阴条件下，双色木番茄幼苗的AQY较对照组有所提高，说明其对弱光有一定的利用能力。本研究中，幼苗Pn、Gs和Tr随着光照强度的下降而下降，而WUE先升后降，在46.4%NS时达到最大值。说明双色木番茄幼苗气孔在弱光环境下闭合，Gs下降导致气体交换能力减弱，进而Pn和Tr随之降低。这与杨亚男等[5]对四季桂的遮阴研究结果相似。过弱的光照条件下，植株会消耗更多的水分以维持自身的光合速率，因此低于46.4%NS的光照强度，幼苗的WUE不断下降[8]。通常情况下，植物会增加叶绿素含量，改变叶绿素a/b值来适应弱光环境[7]。本试验中，双色木番茄幼苗在光照强度减弱的情况下，通过增加叶绿素来捕获更多光能，这与熊静等[7]、陈艺群等[11]、杨亚男等[5]的研究结果一致。叶绿素b相对叶绿素a增值更大，有利于吸收遮阴下占优势的蓝紫光。Fv/Fm反应了光系统的最大光能转化效率，当植株处于非胁迫条件时Fv/Fm变化极小，当植株处于胁迫条件时该值明显下降[22]。Fo的变化可以反映PSⅡ反应中心的运转情况，Fo上升代表PSⅡ反应中心受到破坏[23]。本研究中，随着光照强度的下降，Fv/Fm和Fv/Fo均先上升后下降，在46.4%NS时达到最大值，46.4%NS的Fv/Fm与对照组存在极显著差异，与5.6%NS存在显著差异。由此可推测，过强或过弱光照下的幼苗，PSⅡ反应中心受损，光能利用能力下降。而处于适度弱光下的幼苗PSⅡ反应中心没有或少受伤害，其光化学反应中心活性得到一定的保持，这与蔡建国等[8]对绣球[Hydrangeamacrophylla(Thunb.) Ser.]、 韩春丽等[24]对脐橙(Citrussinensiscv.Newhall)的研究结果一致。

各项指标的隶属函数综合分析结果显示，苗木质量最佳的处理为46.4%NS。本研究采用盆栽的形式在苗圃进行试验，植株生长环境与自然生长状况有差异，研究结果可能受到一定影响。