光照強(qiáng)度對5 種觀賞蕨生理指標(biāo)的影響

張國珍，曾富春，李策宏，謝孔平

（1.四川省自然資源科學(xué)研究院，四川成都610015；2.峨眉山生物資源實(shí)驗(yàn)站，四川峨眉山614201；3.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，四川溫江611130）

光照強(qiáng)度對5 種觀賞蕨生理指標(biāo)的影響

張國珍1，2，曾富春3，李策宏2，謝孔平1，2

（1.四川省自然資源科學(xué)研究院，四川成都610015；2.峨眉山生物資源實(shí)驗(yàn)站，四川峨眉山614201；3.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，四川溫江611130）

[目的]探討峨眉山5種觀賞蕨對不同光照的生理響應(yīng)。[方法]以峨眉山5種優(yōu)良觀賞蕨類峨眉耳蕨、瘤足蕨、長葉實(shí)蕨、光石韋和井欄邊草為試驗(yàn)材料，設(shè)置全光照、遮陰30%、遮陰50%、遮陰83%共4個(gè)光照梯度，探討不同光照強(qiáng)度對5種觀賞蕨生理指標(biāo)的影響。[結(jié)果]光照強(qiáng)度對觀賞蕨葉綠素a、b及葉綠素總量影響較大，在一定光照范圍內(nèi)，葉綠素總量隨著光照強(qiáng)度降低而增加，而葉綠素a/b值卻降低；具有較高葉綠素含量和較低的葉綠素a/b值的蕨能夠在較弱光照下生活；光照脅迫下，觀賞蕨的游離Pro含量、MDA含量不同程度地增加，而可溶性蛋白含量卻下降；光脅迫下，觀賞蕨POD酶活性增加，POD酶活性變化量及其活性高低與觀賞蕨忍耐光脅迫的能力呈正相關(guān)；根據(jù)5種觀賞蕨對光照的生理響應(yīng)情況推測，它們的耐陰能力排序?yàn)椋壕畽谶叢荩鹃L葉實(shí)蕨＞峨眉耳蕨＞瘤足蕨＞光石韋。[結(jié)論]研究結(jié)果為觀賞蕨的開發(fā)與應(yīng)用提供了參考。

觀賞蕨；光照強(qiáng)度；耐陰性；生理指標(biāo)

逆境脅迫下，植物體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生與清除之間的平衡被破壞，活性氧量大大增加，從而導(dǎo)致葉片膜的損傷，電解質(zhì)外滲加劇，進(jìn)而引起其他生理生化的異常。蕨類是介于高等植物與低等植物中間的過渡類群，其生活史包括孢子體和配子體2個(gè)階段，具有食用、藥用、觀賞以及環(huán)境指示等價(jià)值，且大多種類集多種價(jià)值于一身，其價(jià)值，尤其是觀賞價(jià)值越來越受到人們的關(guān)注和認(rèn)可。光照是影響蕨類正常生長的最重要環(huán)境因子之一，當(dāng)它成為生長限制因子時(shí)，蕨類會(huì)產(chǎn)生一定的反應(yīng)。前人就此作了不少研究，但主要集中在配子體階段[1-3]，光照對蕨類孢子體階段影響的研究相對較少，而且方法大多是測量葉綠素和光合速率[4-6]，很少涉及其他生理指標(biāo)。鑒于此，筆者從峨眉山豐富的蕨類資源中遴選出觀賞價(jià)值較高的5種，探討它們對不同光照的生理響應(yīng)，以期為觀賞蕨的開發(fā)與應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

以峨眉耳蕨（Polystichum omeienseC.Chr.）、長葉實(shí)蕨[Bolbitis heteroclita（C.Presl）Ching]、井欄邊草（Pteris multifidaPoir.）、瘤足蕨 [Plagiogyria adnata（Bl.）Bedd.]和光石韋[Pyrrosia calvata（Baker）Ching] 5種野生觀賞蕨為試驗(yàn)材料，其來源信息見表1。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主因素為4個(gè)光照梯度，分別為全光照、遮陰30%（透光70%）、遮陰50%（透光50%）、遮陰83%（透光17%），記為處理①、②、③、④。副因素為5種試驗(yàn)材料，主、副區(qū)均采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)。于3月初開始控光，處理60 d后取當(dāng)年生成熟葉測量以下生理指標(biāo)：①葉綠素含量及葉綠素a、b，采用混合液法[7]測定；②游離脯氨酸（Pro）含量，采用酸性茚三酮比色法[7]測定；③丙二醛（MDA）采用雙組分光光度法[7]測定；④可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法[7]測定；⑤POD活性參照張憲政[8]的方法測定。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理方法。采用DPS（Data Processing

System）3.01等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

表1 試驗(yàn)蕨類材料及其來源

2 結(jié)果與分析

2.1 光照強(qiáng)度對5種觀賞蕨葉綠素含量及葉綠素a/b值的影響

由表2可知，井欄邊草在各種光處理下的葉綠素總量最高，其次為長葉實(shí)蕨，而光石韋的最低；光照強(qiáng)度對5種蕨的葉綠素總量及葉綠素a/b值影響較大。隨著光照強(qiáng)度降低，蕨類的葉綠素總量不同程度增加，而葉綠素a/b值卻呈現(xiàn)不同程度的降低。不同蕨類植株葉片的葉綠素總量及葉綠素a/b值在不同光處理下的增減量不同，方差分析結(jié)果見表2。葉綠素總量增加最急劇的是長葉實(shí)蕨和瘤足蕨，各遮陰處理與全光照之間差異極顯著，其次是峨眉耳蕨和井欄邊草，而光石韋增幅最小，僅在透光率17%時(shí)差異顯著。葉綠素a/b值井欄邊草下降最明顯，透光70%以下的處理與其他處理間表現(xiàn)出極顯著差異，其次為長葉實(shí)蕨和峨眉耳蕨，而瘤足蕨、光石韋的下降幅度最小，僅在17%透光處理時(shí)顯著低于其他處理。

2.2 光照強(qiáng)度對5種觀賞蕨游離Pro含量的影響

Pro是水溶性最大的氨基酸。正常情況下，植物游離Pro含量很少，但逆境脅迫時(shí)，它可成10倍地增加，以維持各器官較強(qiáng)的滲透調(diào)節(jié)能力，從而提高植株對逆境的適應(yīng)能力[9]。由圖1可知，在一定光強(qiáng)范圍內(nèi)，5種蕨的游離Pro含量較低，在此基礎(chǔ)上隨著光強(qiáng)的增強(qiáng)或減弱，其游離Pro含量都出現(xiàn)不同程度的增加，說明更強(qiáng)或更弱的光照都不同程度地抑制它們的正常生長。從游離Pro含量的變化趨勢來看，受光強(qiáng)影響最顯著的是長葉實(shí)蕨和光石韋。它們的游離Pro含量變化趨勢圖接近鏡像對稱，隨著光照強(qiáng)度降低，前者的游離Pro含量變化趨勢為“升—降—升”，而后者為“降—升—降”，另外3種蕨的變化趨勢均為先降低再升高。另外，幾種蕨保持低Pro含量的光照范圍存在一定差異，長葉實(shí)蕨的范圍最窄，在透光50%左右，井欄邊草最寬，在50%～17%，而光石韋和瘤足蕨在透光率70%左右至全光照范圍內(nèi)游離Pro含量都保持在相對較低水平。

表2 不同光照下5種觀賞蕨葉綠素含量及葉綠素a/b值

圖1 不同處理下5種蕨Pro含量

2.3 光照強(qiáng)度對5種觀賞蕨可溶性蛋白含量的影響

可溶性蛋白是反映葉片生理功能的可靠指標(biāo)之一，其含量的多少既能反映葉片N代謝水平和生活力的高低，也是葉片光合產(chǎn)物代謝強(qiáng)弱的重要指標(biāo)[10]。由圖2可見，5種蕨在全光照下的可溶性蛋白含量都處在相對較低的水平，遮陰處理后其含量表現(xiàn)出增加趨勢，增長到一定數(shù)值后，隨著遮陰度的繼續(xù)增加，可溶性蛋白含量反而降低，說明蕨類在適度遮陰情況下生活力最旺盛，過強(qiáng)光和過弱光都抑制它們的生長。在遮陰處理下，可溶性蛋白含量下降最早的是光石韋和瘤足蕨。它們在透光率低于70%后可溶性蛋白含量出現(xiàn)下降，下降最急劇的是瘤足蕨，而受遮陰抑制最小的是井欄邊草，遮陰后其可溶性蛋白一直保持在較高水平，遮陰50%以上后開始下降，但變幅較小，直到17%的透光環(huán)境其含量還略高于全光照。2.4 光照強(qiáng)度對5種觀賞蕨MDA含量的影響

圖2 各處理下5種蕨可溶性蛋白含量

MDA是“自由基”假說中植物為應(yīng)對逆境啟動(dòng)膜脂過氧化的產(chǎn)物[9]，可見，逆境條件下植物體內(nèi)MDA的積累量可以反映植物膜脂過氧化程度。由圖3可見，不同光照下蕨類MDA含量與可溶性蛋白含量的變化趨勢相反，供試5種蕨在適度遮陰處理下的MDA含量都處在較低水平，在全光照和遮陰度高的光照處理下，MDA含量都有不同程度的增加，以高遮陰度處理下的增長劇烈，說明全光照和高遮陰環(huán)境對幾種蕨的正常生長構(gòu)成了脅迫，尤其是嚴(yán)重遮陰環(huán)境。不同光照下幾種蕨MDA含量變化存在差異，變化最急劇的是峨眉耳蕨，強(qiáng)于或弱于50%透光率的光照下，其MDA含量都迅速增加，變化最輕微的是井欄邊草，其MDA含量在4種光處理下變幅最小，說明它受光脅迫的程度輕微。

圖3 不同處理下5種蕨MDA含量

2.5 光照強(qiáng)度對5種觀賞蕨POD活性的影響

5種蕨在不同光處理下的POD活性都有一定的變化。由圖4可知，光石韋和瘤足蕨的酶活性曲線變化趨勢相同，在透光70%處理下，酶活性保持在較低水平，隨著光照加強(qiáng)或降低，酶活性有一定程度的增加，在全光照下酶的活力分別提高11.5和19.0U/gFW，而在50%遮光處理下分別提高56.5和41.0 U/gFW，隨著遮陰度繼續(xù)增加，它們的酶活性反而下降。同時(shí)，峨眉耳蕨和長葉實(shí)蕨的酶活性變化趨勢也一致，在透光率50%處理下酶活性較低。隨著光照增強(qiáng)或減弱，其酶活性都有不同程度的增加，當(dāng)光照增強(qiáng)到全光照時(shí)出現(xiàn)下降。井欄邊草在各種光處理下的酶活性都較高，而且處理間變幅相對較小，說明其生命力旺盛，能較好地適應(yīng)各種光照環(huán)境，長葉實(shí)蕨則相反。

圖4 不同處理下5種蕨POD活性變化

3 結(jié)論與討論

3.1 光照強(qiáng)度影響觀賞蕨葉綠素總量及葉綠素a/b值

葉綠素是光合作用的光敏化劑，而葉綠素b主要是利用漫射光中占優(yōu)勢的藍(lán)紫光，并促進(jìn)捕光葉綠素蛋白復(fù)合體（LHCP）的合成，從而提高葉綠體的捕光能力，增強(qiáng)對弱光的利用率[9]。一般認(rèn)為，具有較高葉綠素含量和較低葉綠素a/b值的植物能夠在較弱光照下生活[4-6，11]。該研究發(fā)現(xiàn)，光照強(qiáng)度對觀賞蕨葉綠素a、b及葉綠素總量影響較大，在一定光照范圍內(nèi)，葉綠素總量隨著環(huán)境光照強(qiáng)度的降低而增加，而葉綠素a/b值卻表現(xiàn)出相反的變化趨勢。同時(shí)，不同蕨葉綠素總量和葉綠素a/b值在不同光照的變化存在差異。若以葉綠素總量、葉綠素a/b值以及它們的變化情況為指標(biāo)來判斷幾種蕨對光照的適應(yīng)性，5種蕨中，井欄邊草對弱光具有最強(qiáng)的適應(yīng)性，其次為長葉實(shí)蕨、峨眉耳蕨，光石韋和瘤足蕨對弱光適應(yīng)性最差，但對強(qiáng)光適應(yīng)能力強(qiáng)，最強(qiáng)的是光石韋。

3.2 光照強(qiáng)度影響觀賞蕨游離Pro、MDA以及可溶性蛋白含量

Pro和MDA被公認(rèn)為植物的抗旱生理指標(biāo)。該研究發(fā)現(xiàn)，光脅迫下，蕨類葉片中的Pro和MDA同可溶性蛋白一樣也發(fā)生了改變，不同強(qiáng)度光照脅迫下，觀賞蕨的游離Pro、MDA含量不同程度地增加，而可溶性蛋白含量卻不同程度地下降。在全光照到83%遮陰的4種光強(qiáng)下，5種觀賞蕨的游離Pro含量、MDA含量變化趨勢大體一致，近似“V”型，而可溶性蛋白含量變化呈倒“V”型。這是因?yàn)檫^強(qiáng)光和過弱光都抑制觀賞蕨的正常生長，可溶性蛋白的合成因受光調(diào)控而受阻礙，導(dǎo)致葉片可溶性蛋白含量降低；而游離Pro和MDA含量卻隨著光抑制的加強(qiáng)而增高，這是蕨類應(yīng)對光逆境生理響應(yīng)的結(jié)果，這與前人總結(jié)的其他植物應(yīng)對逆境的生理反應(yīng)結(jié)論相符[12-13]。

3.3 光照強(qiáng)度影響觀賞蕨膜系統(tǒng)保護(hù)酶活性

POD是植物膜系統(tǒng)保護(hù)酶之一，逆境脅迫下，它可以通過清除體內(nèi)的H2O2來維持活性氧代謝平衡，從而保護(hù)膜結(jié)構(gòu)，使植物能在一定程度上忍耐、減緩或抵抗逆境脅迫[9]。研究發(fā)現(xiàn)，觀賞蕨在適宜的光照范圍內(nèi)POD活性波動(dòng)較小，當(dāng)受到光脅迫時(shí)，其活性增加，而且隨著脅迫程度的加強(qiáng)而增強(qiáng)，當(dāng)增長到一定量后，隨著脅迫的加劇，POD活性被抑制而下降，這與報(bào)道的其他植物抵御逆境機(jī)制相同[13-14]。同時(shí)，POD活性高低與植物忍耐逆境的能力相關(guān)，5種蕨中，井欄邊草在各種光強(qiáng)下的酶活性都較高，說明其對光環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，而長葉實(shí)蕨在各光處理下的酶活性較低，說明其對光強(qiáng)適應(yīng)范圍較窄，這與上述其他幾種生理指標(biāo)推斷的結(jié)論一致。

[1]牟鴻飛.光照對蕨類植物孢子萌發(fā)的影響 [J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，16（2）：38-39.

[2]張光飛，翟書華，楊慧，等.光照和溫度對扇蕨孢子萌發(fā)的影響[J].植物生理學(xué)通訊，2009，45（9）：847-850.

[3]孫鑫，朱旋律，張瑩，等.光照強(qiáng)度對水蕨孢子萌發(fā)及配子體性別分化的影響[J].植物研究，2010，30（2）：170-173.

[4]丁曉浩，何云核.10種觀賞蕨類植物的耐蔭性[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（6）：148-150.

[5]徐冰，金水虎，丁炳揚(yáng).耐陰蕨類植物的篩選和園林應(yīng)用[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)：農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版，2006，32（3）：329-333.

[6]崔秋芳，先旭東，石章鎖.腎蕨的耐蔭性及園林應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2007（19）：24-26.

[7]李合生，孫群，趙世杰，等.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M].高等教育出版社，2000.

[8]張憲政.作物生理研究法[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1992.

[9]潘瑞熾，董愚德.植物生理學(xué)[M]上海：高等教育出版社，1994.

[10]萊謝姆.植物衰老過程和調(diào)控[M].胡文玉等譯.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1986.

[11]應(yīng)求是，呂敏，丁華嬌，等.6種園林地被植物的耐蔭性比較[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（3）：488-490.

[12]遲偉，王榮富，張成林.遮蔭條件下草莓的光合特性變化[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2001，12（4）：566-568.

[13]易金鑫，陳靜華.弱光脅迫對茄子植株形態(tài)及兩項(xiàng)生理指標(biāo)的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，1998（6）：62-65.

[14]常彩濤，劉文明.弱光下青椒外部形態(tài)及生理指標(biāo)變化的研究[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué)，1996，2（4）：8-10.

（責(zé)任編輯 張楊林）

Effects of Light Intensity on Physiological Indexes of Five Ornamental Ferns

ZHANG Guo-Zhenet al.（Sichuan Provincial Nature Resources Science Academy,Chengdu,Sichuan 610015)

[Objective]The aim was to study the physiological response of 5 kinds of ornamental fern on Mt. Emei to light.[Method]Five native ornamental ferns (Polystichum omeiense, Plagiogyria adnata, Bolbitisheteroclite, Pyrrosia calvata and Pteris multifida) collected from Mt.Emei were tested under four level of shadedegree (0%、30%、50%、83% of full sunlight),and the variation of physiological indexes of every ferns under different light intensity treatments were studied.[Result]The results showed that Chlorophyll(Chl)contents and chla/b ratio of ornamental ferns were influenced greatly by illumination intensity.As the illumination intensity weakening,Chl contents of all ferns increased and Chla/b ratio reduced.And the fern with higher Chl content and lower Chla/b ratio could live under weak light.The proline contents and MDA contents of all ferns increased constantly under light intensity stress,while the soluble protein contents decreased.The POD enzyme activity of ornamental ferns increased under light intensity stress.And the enzymatic activity of POD and it’s variation of ferns were positively correlated with their endurance abilities to light stress.According to the physiological responses to light stress of five tested ornamental ferns,the order for the shade-tolerance of them was Pteris multifida＞Bolbitis heteroclita＞Polystichum omeiense＞Plagiogyria adnata＞Pyrrosia calvata. [Conclusion]The results provided references for development and application of ornamental fern.

Ornamental fern;Illumination intensity;Shade-tolerance;Physiological index

S682

A

2095-0896（2014）02-032-04

四川省科技條件平臺項(xiàng)目——四川省植物資源共享平臺建設(shè)項(xiàng)目；四川省財(cái)政廳基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目。

張國珍（1977-），女，四川簡陽人，助理研究員，碩士，從事植物生理、生態(tài)方面的研究，E-mail：zgzmj@163.com。

2014-01-16