不同光照強(qiáng)度對新娘草葉片形態(tài)建成及超微結(jié)構(gòu)的影響

陳斌，李洪瑤，劉筱瑋，夏斌，孫紹文，孫穎，何淼*

(1.東北林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.恒大地產(chǎn)集團(tuán)哈爾濱有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000)

光是影響植物生長和生存的重要生態(tài)限制因子[1]。對光的捕獲和利用能力直接影響了植物在自然生態(tài)系統(tǒng)中的生存和適合度[2-3]。光對植物生存和生長的影響主要是通過光強(qiáng)、光質(zhì)、光周期等因素來實(shí)現(xiàn)，而光強(qiáng)作為其中一個重要因素，對植物的形態(tài)建成[4]、生理代謝[5]和光合生理[6]等都會產(chǎn)生重要影響。適宜的光強(qiáng)，有利于植物維持良好的植株形態(tài)，較高的光合速率，發(fā)揮更高的生態(tài)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，而不適宜的光強(qiáng)會對植物產(chǎn)生光脅迫，光強(qiáng)過低，會造成植物體葉面褪色、葉片變薄、光合效率下降，生理代謝失衡等不良癥狀；光強(qiáng)過高同樣也會產(chǎn)生一系列的不良癥狀，如植株萎蔫、葉表灼傷、葉片變小、保護(hù)性酶失活等[7]。為了適應(yīng)復(fù)雜的光環(huán)境，植物在長期的進(jìn)化過程中，形成了一系列的保護(hù)機(jī)制以應(yīng)對各種光脅迫，如形態(tài)適應(yīng)機(jī)制、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制、保護(hù)酶調(diào)節(jié)機(jī)制，通過對植物這些保護(hù)機(jī)制的研究，可以為園林植物的栽培應(yīng)用和選育提供重要的科學(xué)依據(jù)。

鴨跖草科(Commelinaceae)植物在園林綠化中被廣泛應(yīng)用，它們具有適應(yīng)性強(qiáng)、分布廣泛、耐蔭蔽的特性，新娘草(Gibasispellucida)就是其中的代表之一。新娘草為鴨跖草科新娘草屬(Gibasis)的多年生蔓性植物，別名花園新娘、浪漫草、吉貝絲草，喜溫暖半陰環(huán)境，具觀賞性高、分枝繁密、莖枝纖細(xì)、莖節(jié)易生根、根固著力強(qiáng)、繁殖容易、生長迅速等優(yōu)良性狀，可作為一種良好的地被植物應(yīng)用于城市綠地建設(shè)中。

由于道路環(huán)境和樹木配置方式的不同，常造成地被植物遭受不同程度的光脅迫。不同的光照強(qiáng)度會誘發(fā)植物形態(tài)結(jié)構(gòu)和超微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一系列的響應(yīng)[8-9]，植物形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化是研究其光適應(yīng)性的基礎(chǔ)，而對超微結(jié)構(gòu)變化的研究，有利于從機(jī)理上闡釋植物光適應(yīng)性的機(jī)制。但目前對新娘草的研究多集中在花色素苷[10]和根毛極性[11]等方面，未見對其光適應(yīng)性研究的相關(guān)報(bào)道，因此，本試驗(yàn)欲通過人工模擬不同立地條件下的光照強(qiáng)度，通過遮陽網(wǎng)設(shè)置5種光照強(qiáng)度，以新娘草為研究對象，研究光強(qiáng)對新娘草葉片形態(tài)建成和超微結(jié)構(gòu)的影響，分析新娘草的適光策略和潛能，以期為闡明新娘草的適光機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)，也為在園林應(yīng)用中篩選具有良好光適應(yīng)性的植物提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2018年4-7月在黑龍江省哈爾濱市東北林業(yè)大學(xué)花卉研究所苗圃進(jìn)行。以購自哈爾濱花卉大市場的新娘草為材料，選取當(dāng)年生健壯的匍匐莖，剪取頂部莖段，選帶有4個節(jié)間，長約5 cm的莖段作為插條，基質(zhì)采用75%腐殖土+25%蛭石混合，經(jīng)120 ℃高溫滅菌后裝入直徑12 cm，高18 cm的花盆中，采用浸盆法充分浸潤盆中的栽培基質(zhì)，然后進(jìn)行扦插。每盆扦插6個莖段，共插100盆。扦插完畢后放置在育苗室內(nèi)緩苗，緩苗期間的環(huán)境條件為：溫度24～26 ℃，相對濕度60%～70%，12 h光照，光強(qiáng)為480 μmol·m-2·s-1。緩苗1個月后，選取長勢旺盛，無病蟲害的植株進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2018年5月在苗圃內(nèi)設(shè)置一個全光照環(huán)境和利用不同密度遮陽網(wǎng)營造的4個遮光環(huán)境，每個遮光處理間隔50 cm，遮陽網(wǎng)距植株體頂端30 cm。在晴天上午10：00，采用CEM DT-1301(產(chǎn)自上海)照度計(jì)測定5個處理的光照強(qiáng)度，實(shí)際的光照強(qiáng)度和遮光度如表1。每個光照強(qiáng)度處理18盆，3個重復(fù)。每隔5 d澆水一次，處理45 d后，對葉片取樣進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測定。

1.3 測定指標(biāo)

葉性狀的測定：取植株莖頂部第3～5片成熟的葉片，每盆取葉10片，每個處理3個重復(fù)，采用直尺法測定葉長和葉寬，采用LI-3000A(產(chǎn)自美國)葉面積儀測定葉面積。

表1 各處理組的遮光度和光照強(qiáng)度Table 1 Shading and light intensity of each treatment

葉色的比對：使用英國皇家園林協(xié)會(Royal Horticultural Society)植物比色卡比對頂端第3片功能葉的葉色。

葉片色素含量的測定：摘取莖頂部第3～5片成熟葉片，參照劉萍等[12]的丙酮-乙醇混合液浸提法測定并計(jì)算葉綠素a(chlorophyll a,Chl a)、葉綠素b(chlorophyll b,Chl b)、葉綠素a+b [Chl (a+b)]和葉綠素a/b (Chl a/b)的值；參照吳春太等[13]的鹽酸甲醇浸提法測定花色素苷(anthocyanin,Ant)含量，3次重復(fù)。

葉片解剖結(jié)構(gòu)觀察：摘取頂端第3片功能葉，用福爾馬林-乙酸-乙醇(formalin-aceto-alcohol, FAA)固定，每盆取3片，每組處理3個重復(fù)。采用常規(guī)石蠟法制片，用Leica DM2500顯微鏡觀察和拍照，測量并記錄葉片結(jié)構(gòu)，所得數(shù)據(jù)為9個視野的平均值。所觀測的葉片解剖結(jié)構(gòu)包括葉片厚度、上表皮厚度、下表皮厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度，并計(jì)算柵欄/海綿組織厚度和組織密實(shí)度(柵欄組織/葉片厚度)。

葉片超微結(jié)構(gòu)的觀察：取健壯植株的第3片功能葉，在葉脈兩側(cè)各取1 mm×3 mm的矩形小塊，每組處理取3片。用濃度為2.5%的戊二醛溶液和1%的鋨酸進(jìn)行雙固定，固定后用pH 6.8的磷酸緩沖液漂洗；然后用不同濃度的乙醇及丙酮溶液依次脫水，并用環(huán)氧樹脂包埋；采用LKB-5型超薄切片機(jī)進(jìn)行切片，切片經(jīng)醋酸鈾-枸櫞酸鉛雙染色后，于H 7650型透射電子顯微鏡下對材料進(jìn)行觀察并拍照[14]。

1.4 數(shù)據(jù)整理與分析

用Excel 2012對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和計(jì)算，利用SPSS 22.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，對處理結(jié)果進(jìn)行One-way ANOVA單因素方差分析，并用Duncan 法進(jìn)行多重比較，對各參數(shù)0.05水平顯著性檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光照強(qiáng)度對新娘草葉形和葉色的影響

不同光照強(qiáng)度對新娘草的葉長、葉寬、葉面積均具有顯著影響(P<0.05)(表2和圖1)。隨光照強(qiáng)度的不斷減弱，葉長、葉寬和葉面積均呈先增后減的變化趨勢，在遮光75%時，葉長、葉寬和葉面積均達(dá)到峰值。遮光度從0到75%梯度增加時，葉長、葉寬和葉面積的變化率較低，但遮光度由75%增加到95%時，葉長、葉寬和葉面積的下降率較高，分別為42.9%、20.6%和54.5%。

隨光強(qiáng)降低，葉片顏色也隨之產(chǎn)生了明顯的變化，葉正面顏色由黃綠色(Yellow Green 146 A)逐漸加深變成濃綠色(Green N 137 C)；葉背由深紫色(Purple N 79 A)逐漸變?yōu)闇\紫色(Purple N 77 C)，在95%遮光條件下，紫色幾乎全部消失。

表2 不同光照強(qiáng)度對葉形和葉色的影響Table 2 Effect of different light intensities on leaf shape and color

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Note: The different letters within the same column mean the significant differences atP<0.05, the same below.

圖1 不同光照強(qiáng)度下新娘草的葉形和葉色變化Fig.1 Changes of leaves shape and color of G. pellucida under different light intensities

2.2 不同光照強(qiáng)度對葉片色素含量的影響

光照強(qiáng)度對葉片中Chl a、Chl b、Chl (a+b)和Ant含量均有顯著影響(P<0.05)(表3)。隨光強(qiáng)降低，Chl a、Chl b、Chl (a+b)的含量逐步增加，其中遮光度從0～75%梯度變化時，增加率比較低，而遮光度從75%～95%變化時，增加率較高，分別為16.8%、19.4%和17.6%，在遮光95%條件下Chl a、Chl b、Chl (a+b)的含量分別為全光照的1.62、1.55和1.61倍；而Ant含量與光照強(qiáng)度呈正相關(guān)，其中在遮光度從75%～95%變化時降低率較高，降低了48.3%，全光照下Ant含量為95%遮光條件下的3.12倍，這表明與葉綠素含量的變化相比，光照強(qiáng)度對葉片內(nèi)Ant含量的影響較大。

表3 不同光照強(qiáng)度對葉片色素含量的影響Table 3 Effect of different light intensities on leaf pigment content

2.3 不同光照強(qiáng)度對新娘草葉片解剖結(jié)構(gòu)的影響

2.3.1葉表皮特征 新娘草在不同光照強(qiáng)度下的葉片解剖結(jié)構(gòu)見圖2，觀測結(jié)果見表4和表5。新娘草的葉片結(jié)構(gòu)由上表皮、柵欄組織、海綿組織、葉脈和下表皮組成，上下表皮均由一層細(xì)胞構(gòu)成，上表皮細(xì)胞近似長方形，切面面積較大；下表皮細(xì)胞形狀不規(guī)則，細(xì)胞排列緊密，切面面積較小(圖2)。隨光照強(qiáng)度的降低，葉片厚度、上表皮厚度、下表皮厚度均顯著降低(P<0.05)，其中葉片厚度和上表皮厚度下降的比率較大，分別下降了48.5%和60.6%，而下表皮厚度變化較小，僅下降了22.5%(表4)。

表4 不同光照強(qiáng)度對葉表皮結(jié)構(gòu)的影響 Table 4 Effect of different light intensities on leaf epidermis structure (μm)

圖2 不同光照強(qiáng)度下葉片解剖結(jié)構(gòu)Fig.2 Anatomical structures of leaves under different light intensities (×100) U-ep：上表皮Upper-epidermis；L-ep：下表皮 Lower- epidermis；Pal：柵欄組織 Palisade tissue；Sp：海綿組織 Spongy tissue.

2.3.2葉肉結(jié)構(gòu)特征 不同光照強(qiáng)度下，新娘草的葉肉結(jié)構(gòu)特征發(fā)生了明顯的變化(圖2)：在全光照下，葉片的柵欄組織細(xì)胞為2層，呈長條形，排列緊密，海綿組織細(xì)胞呈不規(guī)則的圓球形，排列規(guī)則，幾乎沒有間隙；在25%遮光下，柵欄組織仍為2層，但柵欄組織細(xì)胞變短，部分組織細(xì)胞排列不規(guī)整，海綿組織呈長橢圓形，排列不整齊，沒有明顯的分層現(xiàn)象；在50%遮光下，柵欄組織為2層，上層呈短條形，下層呈長圓形，排列規(guī)則緊密，海綿組織為大小不一的圓形，部分排列整齊，細(xì)胞間隙大；在75%遮光下，葉片的柵欄組織為2層，上層與50%遮光條件下無明顯差異，但下層部分消失，海綿組織為不規(guī)則的圓形，排列疏散；在95%遮光下，柵欄組織變?yōu)?層，呈短圓條形，排列松散，海綿組織數(shù)量較少，形狀不規(guī)則，排列散亂，間隙大。

表5 不同光照強(qiáng)度對葉肉結(jié)構(gòu)的影響Table 5 Effect of different light intensities on mesophyll structure

柵欄組織厚度和海綿組織厚度隨光照強(qiáng)度的降低而降低，95%遮光條件下柵欄組織厚度和海綿組織厚度比全光照強(qiáng)度下分別顯著下降了47.5%和36.8%(P<0.05)，其中全光照、25%遮光和50%遮光條件下的柵欄組織厚度之間無顯著差異(P>0.05)，而75%遮光和95%遮光條件下的柵欄組織厚度與其他3組處理之間差異顯著(P<0.05)。全光照和25%遮光條件下的海綿組織厚度之間無顯著差異(P>0.05)，而與其他3組處理之間具有顯著差異(P<0.05)。5組處理的柵欄/海綿組織厚度呈先增后減的變化趨勢，在50%遮光條件下達(dá)到峰值(2.59)，柵欄/海綿組織厚度在遮光度0～75%梯度變化間的變化率較小，而在遮光度75%～95%的變化率較大，為40.1%。組織密實(shí)度的變化趨勢和柵欄/海綿組織厚度的變化趨勢相同，也在50%遮光條件下達(dá)到峰值0.20，并與其他光照強(qiáng)度下的組織密實(shí)度具有顯著差異(P<0.05)。

2.4 不同光照強(qiáng)度對新娘草葉肉超微結(jié)構(gòu)的影響

經(jīng)不同光照強(qiáng)度處理后，新娘草葉肉細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了明顯的變化(圖3)。全光照下，細(xì)胞結(jié)構(gòu)完好，細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞壁結(jié)合緊密，未出現(xiàn)質(zhì)壁分離現(xiàn)象，細(xì)胞膜清晰可見，葉綠體呈長橢圓形至圓形，均勻分布在細(xì)胞的邊緣，并與細(xì)胞膜貼合緊密，葉綠體內(nèi)部含有1～2個大的淀粉粒，淀粉粒體積較大，占據(jù)整個葉綠體細(xì)胞體積的3/4，且淀粉粒上部分布有電子致密物(圖3，CC-1)。部分基粒類囊體片層和基質(zhì)類囊體片層出現(xiàn)輕微擴(kuò)張現(xiàn)象，且片層間空隙較大(圖3，CC-2)。線粒體多呈圓形，數(shù)量較多，集中分布在葉綠體細(xì)胞的間隙內(nèi)，線粒體內(nèi)的嵴豐富，在細(xì)胞質(zhì)中分布少量的嗜鋨顆粒(圖3，CC-3)。

25%遮光處理下，細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整，細(xì)胞膜和細(xì)胞壁平滑，且緊密結(jié)合，葉綠體結(jié)構(gòu)完好，呈長紡錘形且緊密分布在細(xì)胞的邊緣，葉綠體內(nèi)部的淀粉粒較小，呈長橢圓形，少數(shù)淀粉粒上有電子致密物，淀粉粒體積占整個葉綠體體積的1/2(圖3，C25-1)?；ｎ惸殷w片層排列規(guī)則，少量基質(zhì)類囊體片層排列松散(圖3，C25-2)。線粒體呈扁圓形，在葉綠體間隙間分布，結(jié)構(gòu)完好，內(nèi)部嵴明顯，在葉綠體細(xì)胞上分布少量的嗜鋨顆粒(圖3，C25-3)。

50%遮光處理下，細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整且細(xì)胞質(zhì)壁緊密結(jié)合，葉綠體多呈紡錘形，分布在細(xì)胞內(nèi)部邊緣，并與細(xì)胞壁緊密貼合，葉綠體內(nèi)部淀粉粒體積較小，約占整個葉綠體細(xì)胞的1/3(圖3，C50-1)。基粒類囊體和基質(zhì)類囊體片層排列緊密規(guī)則，無明顯的間隙出現(xiàn)(圖3，C50-2)。線粒體呈長橢圓形，結(jié)構(gòu)完整，內(nèi)部嵴清晰，在整個細(xì)胞內(nèi)未見明顯的嗜鋨顆粒(圖3，C50-3)。

75%遮光處理下，細(xì)胞和葉綠體細(xì)胞結(jié)構(gòu)均完好，且膜清晰，葉綠體多呈紡錘形均勻地分布在細(xì)胞內(nèi)壁邊緣，少量葉綠體內(nèi)部出現(xiàn)淀粉粒，并且淀粉粒體積較小，約占整個葉綠體細(xì)胞的1/6(圖3，C75-1)。基粒類囊體和基質(zhì)類囊體堆垛規(guī)則緊密(圖3，C75-2)。線粒體多呈圓球形，數(shù)個聚集在一起，結(jié)構(gòu)完好且嵴明顯，數(shù)量較多，在葉綠體內(nèi)部分布有少量嗜鋨顆粒(圖3，C75-3)。

95%遮光處理下，細(xì)胞結(jié)構(gòu)遭到破壞，出現(xiàn)質(zhì)壁分離現(xiàn)象，細(xì)胞壁厚度明顯減小，葉綠體腫脹呈圓球形，并向細(xì)胞中部偏移聚集，少量葉綠體膜破裂，出現(xiàn)解體現(xiàn)象，內(nèi)部多包含有2個淀粉粒，且淀粉粒多呈現(xiàn)空洞現(xiàn)象(圖3，C95-1)?；ｎ惸殷w變形，堆垛不緊密，片層間空隙較大，基質(zhì)類囊體變形更為嚴(yán)重，排列雜亂(圖3，C95-2)。線粒體呈不同大小的扁球形，結(jié)構(gòu)完整且內(nèi)部嵴數(shù)量較多(圖3，C95-3)。

圖3 不同光照強(qiáng)度下葉肉細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)Fig.3 Ultrastructure of mesophyll cells under different light intensities A：葉肉細(xì)胞全貌(×7000)Complete picture of mesophyll cells (×7000)；B：葉綠體超微結(jié)構(gòu)(×25000)Ultrastructure (×25000) of chloroplast；C：線粒體的超微結(jié)構(gòu)(×30000)Ultrastructure (×30000) of mitochondrion；CW：細(xì)胞壁 Cell wall；CM：細(xì)胞膜 Cell membrane；Chl：葉綠體 Chloroplast；Mi：線粒體 Mitochondrion；S：淀粉粒 Starch grain；OG：嗜鋨顆粒 Osmiophilic globule；GL：基粒類囊體 Granum thylakoid；SL：基質(zhì)類囊體 Stroma thylakoid.

2.5 不同光照強(qiáng)度與新娘草葉性狀指標(biāo)相關(guān)性的分析

方差分析表明(表6)，不同光照強(qiáng)度對新娘草所有葉性狀指標(biāo)均具有顯著影響(P<0.05)，其中對葉長、葉寬、葉面積、葉片厚度、上表皮厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、柵海比、葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b、葉綠素a/b、花色素苷具有極顯著影響(P<0.01)，影響順序?yàn)槿~綠素a>葉綠素a+b>葉綠素b>葉長>葉片厚度>葉面積>上表皮厚度>柵欄組織厚度>花色素苷>葉綠素a/b>海綿組織厚度>柵海比>下表皮厚度>葉寬>組織密實(shí)度。

3 討論

3.1 光照強(qiáng)度對葉形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響

光是植物生存環(huán)境中最重要的生態(tài)因子，而葉片又是植物進(jìn)化過程中對環(huán)境變化最為敏感且可塑性較大的器官之一[15]，植物葉片能通過多種途徑改變外在的形態(tài)特征，以適應(yīng)不同的光環(huán)境，因此，在研究中會將葉形態(tài)特征的變化作為評價植物對光適應(yīng)能力強(qiáng)弱的重要指標(biāo)[16]。研究發(fā)現(xiàn)，有的植物的葉長、葉寬、單葉面積隨著遮光度的增加而不斷降低[17]，而有的植物則通過增大葉面積、減小葉片厚度、提高葉長等方式來應(yīng)對遮光脅迫，以降低不適宜的光環(huán)境對植物體的損傷[8,18-19]，可見不同的植物在應(yīng)對光脅迫的策略上具葉肉是葉片進(jìn)行光合作用的主要場所, 柵欄組織和海綿組織厚度、表皮厚度及柵欄細(xì)胞的形態(tài)變化必然影響到葉片的光合效率[20]。 研究表明，方形或橢圓形的柵欄細(xì)胞可提高近軸面和側(cè)面葉綠體數(shù)量[21]，薄的柵欄組織、疏松的海綿組織 (大的胞間隙) 、近方形的柵欄細(xì)胞和表皮細(xì)胞可提高光的透射率[22]，植物體通過這些應(yīng)對策略提高葉片對低光環(huán)境中有限光輻射的利用率，達(dá)到對弱光環(huán)境的適應(yīng)。在對新娘草的研究中，發(fā)現(xiàn)了相同的應(yīng)對策略，即上表皮厚度和柵欄組織厚度與光照強(qiáng)度呈正相關(guān)，并且柵欄組織也由長條形變?yōu)槎虠l形，這表明新娘草具有良好的光適應(yīng)潛力，能夠通過調(diào)整葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)適應(yīng)不同的光環(huán)境。楊文權(quán)等[23]對白三葉(Trifoliumrepens)研究發(fā)現(xiàn)，弱光環(huán)境會增厚海綿組織，而本研究的結(jié)果與此相反，這可能是由于在弱光條件下，葉片厚度降幅比較大，海綿組織亦隨之大幅下降。隨光照強(qiáng)度的降低，柵欄/海綿組織厚度呈“先增后減”模式變化，此趨勢表明新娘草在0～50%遮光下葉片變薄主要以海綿組織變薄為主，而75%～95%遮光條件下葉片變薄主要以柵欄組織變薄為主。

表6 光照強(qiáng)度與葉性狀指標(biāo)的相關(guān)性Table 6 The correlation between light intensity and leaf index

注：F值表示F檢驗(yàn)的顯著性，F(xiàn)值越大表示越顯著，P值表示概率值。

Note:Fvalue indicate the significance of theFtest, with greaterFvalue means the more significant, andPvalue indicates the probability value.

有明顯的特異性。本研究中，新娘草能夠在全光照至極端弱光(95%遮光)的生境中生存，表明它具有良好的光適應(yīng)性。新娘草的葉長、葉寬、葉面積隨著光照強(qiáng)度的減弱而不斷增大，在75%遮光下達(dá)到最大值，可見新娘草在光照不足的情況下，可以通過增大葉面積的方式，擴(kuò)大光吸收面積，提高光合效率[18]，以應(yīng)對低光環(huán)境對生長產(chǎn)生的不利影響，但在95%遮光條件下顯著降低，這表明新娘草的形態(tài)可塑性具有明顯的閾值限制，在極端的弱光條件下，葉片不能進(jìn)行有效的光合作用為植株體正常生長發(fā)育提供充足的養(yǎng)分，只能通過縮小葉片面積的方式減少養(yǎng)分的損耗。

3.2 光照強(qiáng)度對葉片色素含量的影響

葉綠素是決定植物葉片顏色和參與光合作用的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，具有吸收和傳遞光量子的功能[24]，其含量和比例是植物應(yīng)對外界各種環(huán)境脅迫的重要指標(biāo)[25]。Chl a和Chl b是葉綠素的重要組成部分，它們具有不同的吸收光譜，其中Chl a的強(qiáng)吸收帶在波長為630～680 nm的紅光區(qū)，Chl b的強(qiáng)吸收帶在波長為400～460 nm的藍(lán)紫光區(qū)。趙洋等[26]在對少葉花楸(Sorbushupehensisvar.paucijuga)的研究中發(fā)現(xiàn)，在弱光條件下，植物能夠通過提高Chl a、Chl b和Chl (a+b) 的含量，降低Chl a/b的值，來抵消光照不足對植物生長發(fā)育所產(chǎn)生的影響。在本研究中，新娘草的Chl a、Chl b和Chl (a+b)的含量隨著遮光程度的增加而顯著提高，但Chl a/b的值變化與此規(guī)律相悖，除全光照外，其他光環(huán)境下的Chl a/b的值之間沒有顯著差異，且比全光照強(qiáng)度下的Chl a/b的值顯著提高，這可能是因?yàn)樵谌庹諒?qiáng)度下，光照強(qiáng)度過高，破壞了葉綠體類囊體的片層結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了光抑制現(xiàn)象[27-28]，從而導(dǎo)致了Chl a/b比值的降低。

花色素苷是高等植物中的另一重要色素[29]，研究發(fā)現(xiàn)這種類黃酮類色素不僅能與葉綠素、類胡蘿卜素協(xié)同決定葉片顏色，而且還可以通過過濾有害的輻射，減少植物光合器官所接受的入射光，從而達(dá)到降低光合機(jī)構(gòu)吸收過剩光能的風(fēng)險(xiǎn)[30-32]。許多脅迫因子都能夠誘導(dǎo)植物葉片合成花色素苷，其中光是必不可少的條件之一。研究發(fā)現(xiàn)新娘草花色素苷含量與光照強(qiáng)度呈正相關(guān)關(guān)系，這表明強(qiáng)光照下葉片內(nèi)花色素苷的積累是新娘草一種重要的抑制強(qiáng)光脅迫策略，而花色素苷含量在遮光度從75%～95%變化時下降率最高，這可能是在極端的弱光環(huán)境中，光合效率下降造成植株體內(nèi)碳水化合物含量的驟減，無法為花色素苷的合成提供充裕的碳水化合物造成的[33]。

3.3 光照強(qiáng)度對葉肉超微結(jié)構(gòu)的影響

大量研究表明，光環(huán)境的變化會使植物葉片內(nèi)部器官的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[34-36]，如長期在弱光條件下生活的植物，其葉綠體根據(jù)外界光環(huán)境做出相應(yīng)的形態(tài)調(diào)整，甚至發(fā)生結(jié)構(gòu)的變化，以增強(qiáng)對弱光的吸收利用能力[37]；呂晉慧等[38]在研究中發(fā)現(xiàn)，全光環(huán)境下的金蓮花(Trolliuschinensis)葉綠體外膜受到破壞，淀粉粒增多, 基粒片層松散并出現(xiàn)解體現(xiàn)象。基粒片層的狀態(tài)也反映了植物的生長狀態(tài)，一般認(rèn)為基粒片層排列越整齊緊密、數(shù)量越多，葉片的光合能力就越強(qiáng)[39]。本研究發(fā)現(xiàn)，全光和25%遮光條件下，葉綠體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)輕微的形變，部分基粒類囊體和基質(zhì)類囊體片層間出現(xiàn)很小程度的擴(kuò)張現(xiàn)象，淀粉粒數(shù)量多且體積較大；在50%和75%遮光條件下，基粒類囊體和基質(zhì)類囊體片層堆垛規(guī)則緊密，葉綠體結(jié)構(gòu)規(guī)則完整，淀粉粒體積縮小，部分消失。當(dāng)遮光度達(dá)到95%時，葉綠體腫脹變形并出現(xiàn)解體現(xiàn)象，淀粉粒數(shù)量增多，且淀粉粒多呈現(xiàn)空洞現(xiàn)象?？梢姡庹毡?5%遮光條件對新娘草葉肉細(xì)胞損傷的程度要小得多。在全光和極端弱光條件下，由于光合作用下降，光合產(chǎn)物主要以淀粉的形式沉積在葉肉細(xì)胞中[40]，因此，在新娘草的葉肉細(xì)胞中出現(xiàn)了大的淀粉粒。

4 結(jié)論

對不同光照強(qiáng)度下新娘草葉片形態(tài)建成和超微結(jié)構(gòu)的研究表明，新娘草具有較強(qiáng)的光適應(yīng)性，這為其應(yīng)用到各種生境的綠化環(huán)境中提供了科學(xué)依據(jù)。新娘草可以通過調(diào)整葉形、葉色、葉片解剖結(jié)構(gòu)的方式適應(yīng)不同的光環(huán)境，適宜的光照強(qiáng)度(遮光度50%～75%)有利于新娘草維持最佳的生長狀態(tài)，發(fā)揮最優(yōu)的生態(tài)效益，而極端弱光條件(遮光度95%)雖能讓新娘草存活，但對其葉片內(nèi)部器官的結(jié)構(gòu)造成了不可逆的損傷。