保定室外綠墻火焰南天竹的生理變化研究

李肖諦,孟霄哲,孟慶瑞

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 園林與旅游學(xué)院，河北 保定 071000)

隨著城市化進(jìn)程的加快，高樓大廈拔地而起，綠地面積不斷減少，為滿足人們生活環(huán)境質(zhì)量的需求，新型綠化方式應(yīng)運(yùn)而生[1]。綠墻作為新型綠化方式之一，在我國(guó)有一定的發(fā)展與應(yīng)用[2]。但保定市室外綠墻的應(yīng)用較少，且優(yōu)良的四季觀賞植物種類單一?；鹧婺咸熘?Nandinadomestica‘Firepower’) 是小檗科南天竹屬常綠灌木，在秋季降溫時(shí),葉色由綠變紅并持續(xù)到次年春天,極具觀賞價(jià)值[3]。雖然在北方地區(qū)已有引種，但未有大規(guī)模生產(chǎn)及應(yīng)用，對(duì)其研究大部分集中于觀賞性、繁殖、養(yǎng)護(hù)等方面，而在北方室外綠墻上的生理變化研究卻未見(jiàn)報(bào)道。因此，本試驗(yàn)對(duì)保定市室外綠墻上的火焰南天竹進(jìn)行生理變化研究，為其在綠墻上的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料為2年生火焰南天竹，材料來(lái)自于上海上房園藝有限公司，于2018年10月栽植于室外綠墻。

1.2 試驗(yàn)地概況

綠墻位于保定市蓮池區(qū)河北綠地花卉景觀研創(chuàng)中心(北緯115°49′，東徑38°82′)，為西向墻(南北墻)，長(zhǎng)3.97 m，高2.44 m。結(jié)構(gòu)層次由墻面到外依次是防水層，基底(魔法草炭)，種植槽(盒子)和種植基質(zhì)；綠墻上日平均光照強(qiáng)度變化范圍為0.38～20 860.76 Lx，基質(zhì)日均溫度變化范圍為6.22～29.55 ℃，日均濕度變化范圍為12.74%～26.40%；綠墻采用的澆水方式為滴灌式，采用手機(jī)智能操控形式。地面光照強(qiáng)度變化范圍為0.32～20 581.76 Lx，土壤溫度變化范圍11.50～32.26 ℃，濕度變化范圍為12.56%～22.35%。

1.3 方法

1.3.1 材料處理 以地栽火焰南天竹為對(duì)照(CK)，共4個(gè)處理：自然區(qū)域草炭基質(zhì)(F1)和水苔基質(zhì)(F2)，防寒區(qū)域草炭基質(zhì)(F3)和水苔基質(zhì)(F4)，其余條件相同。防寒區(qū)域指在2019年過(guò)冬時(shí)對(duì)一部分火焰南天竹進(jìn)行了越冬保護(hù)措施的區(qū)域。

于2020年5月至9月，每月采集對(duì)照及每處理下各3株火焰南天竹的健康葉片，每株取3片，放入保鮮袋，裝入冰盒帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行各指標(biāo)測(cè)定，試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。

1.3.2 指標(biāo)測(cè)定 葉綠素測(cè)定參考王卓遠(yuǎn)的方法；MDA測(cè)定參考羅丹的方法；SOD測(cè)定參考張榮梅的方法；POD測(cè)定參考王冠明的方法；可溶性糖測(cè)定參考黃風(fēng)杰的方法；可溶性蛋白參考鄧?yán)诘姆椒╗4-9]。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理分析 利用Excel 2010及SPSS 22.0等軟件對(duì)所有數(shù)據(jù)整理歸納、進(jìn)行模糊隸屬函數(shù)分析評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)火焰南天竹葉綠素含量的影響

越夏期間，不同處理下火焰南天竹葉綠素變化情況，見(jiàn)表1。

表1 火焰南天竹不同月份葉綠素含量Table 1 The content of chlorophyll in different months of Nandina domestica ‘Firepower’ mg/g FW

由表1可知，火焰南天竹5-9月的葉綠素含量呈現(xiàn)的變化規(guī)律為“升-降”，不同處理的葉綠素含量均值表現(xiàn)為F3>F4>F1>F2>CK。葉綠素含量于8月達(dá)最高值，綠墻最低值出現(xiàn)時(shí)間與CK有差異。各處理葉綠素含量均值分別比CK增加26.21%、13.71%、66.13%、50.81%；使用防寒措施區(qū)域葉綠素含量均值比自然區(qū)域增加32.10%。由方差分析檢驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，F(xiàn)3與CK存在顯著性差異。

植物葉色與色素含量有關(guān)。5-8月的火焰南天竹處于生長(zhǎng)期，葉綠素含量不斷增加，植物的綠色不斷加深，9月份火焰南天竹葉綠素含量不斷減少，葉色開(kāi)始變紅。葉綠素含量反映植物健康狀態(tài)和光合能力，含量的增多有利于植物積累光合產(chǎn)物，提高自身抗逆性[10]。結(jié)果表明，綠墻上植物狀態(tài)優(yōu)于對(duì)照，采用防寒措施區(qū)域的植物狀態(tài)優(yōu)于自然區(qū)域，這說(shuō)明綠墻上的光照、溫度、濕度等環(huán)境因素利于火焰南天竹的生長(zhǎng)，越冬時(shí)采用防寒措施，有助于火焰南天竹以后更好的越夏。

2.2 不同處理對(duì)火焰南天竹MDA含量的影響

越夏期間，不同處理下火焰南天竹葉MDA變化情況，見(jiàn)表2。

表2 火焰南天竹不同月份MDA含量Table 2 The content of MDA in different months of Nandina domestica ‘Firepower’ umol/(g·FW)

由表2可知，火焰南天竹5-9月的MDA含量呈現(xiàn)的變化規(guī)律為“降-升-降”，不同處理的MDA含量均值表現(xiàn)為CK>F2>F1>F4>F3。6月MDA含量最低， 8月MDA含量最高。不同處理MDA含量均值分別比CK下降31.52%、14.63%、50.84%、35.48%；使用防寒措施區(qū)域MDA含量均值比自然區(qū)域降低了21.62%。由方差分析檢驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，F(xiàn)3與CK對(duì)比始終存在極顯著性差異。

MDA是細(xì)胞膜脂過(guò)氧化作用的產(chǎn)物之一,它的產(chǎn)生能加劇膜的損傷,其產(chǎn)生數(shù)量的多少能夠代表膜脂過(guò)氧化的程度,也可間接反映植物組織抗氧化能力的強(qiáng)弱[11]。5-6月溫度適宜，火焰南天竹生長(zhǎng)狀態(tài)良好防御能力提高，相應(yīng)的MDA含量不斷減少；7-8月為北方高溫季，高溫傷害使MDA含量的值不斷增高；9月溫度下降，傷害減弱，MDA含量隨之下降。綠墻火焰南天竹MDA含量低于CK，說(shuō)明綠墻植物受傷害程度小于CK；使用防寒措施區(qū)域的MDA含量低于自然區(qū)域，說(shuō)明防寒措施的使用，有助于植物次年越夏防御能力的提升。

2.3 不同處理對(duì)火焰南天竹保護(hù)酶的影響

越夏期間，不同處理下火焰南天竹葉保護(hù)酶SOD、POD變化情況，見(jiàn)表3、表4。

表3 火炬南天竹不同月份SOD活性 Table 3 The activity of SOD in different months of Namdina domestica‘Firepower’ U/(g·min) FW

表4 火炬南天竹不同月份POD活性 Table 4 The activity of POD in different months of Nandina domestica ‘Firepower’ U/(g·min) FW

由表3、表4可知，火焰南天竹5-9月的SOD、POD呈現(xiàn)的變化規(guī)律為 “升-降”，不同處理的SOD、POD含量均值均表現(xiàn)為F3>F4>F1>F2>CK。5月SOD、POD值活性最低；8月份活性最高。不同處理下SOD均值分別比CK增加了22.27%、10.44%、37.79%、27.96%；POD均值分別比CK增加了33.22%、15.16%、66.45%、48.19%。使用防寒措施區(qū)域的植物SOD、POD均值分別比自然區(qū)域增加了14.20%、26.68%。由方差分析檢驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，5-7月各處理下的SOD與CK無(wú)顯著性差異，8-9月，F(xiàn)3處理與CK相比具有顯著性差異；而F3處理下的POD與CK相比，始終具有極顯著性差異。

SOD為清除植物體內(nèi)超氧陰離子的酶，POD為還原植物體內(nèi)過(guò)氧化氫的酶，它們可以減弱植物細(xì)胞膜受到的傷害，其活性的高低可以反映植物抗性強(qiáng)弱[12-13]。5-8月火焰南天竹的生長(zhǎng)及外界環(huán)境傷害的增加使植物體內(nèi)SOD、POD活性不斷增強(qiáng)；初秋時(shí)節(jié)，高溫傷害的減弱及植物生理活動(dòng)的減弱，使得SOD、POD值下降。綠墻SOD、POD值高于CK，說(shuō)明綠墻的綜合條件比CK有利于火焰南天竹的生長(zhǎng)；使用防寒措施區(qū)域的SOD、POD值高于自然區(qū)域，這說(shuō)明越冬時(shí)使用防寒措施，有利于火焰南天竹次年越夏防御能力提升。

2.4 不同處理對(duì)火焰南天竹營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的影響

越夏期間，不同處理下火焰南天竹葉可溶性糖、可溶性蛋白變化情況，見(jiàn)表5、表6。

表5 火焰南天竹不同月份可溶性糖含量Table 5 The content of soluble sugar in different months of Nandina domestica‘Firepower’ %

表6 火焰南天竹不同月份可溶性蛋白含量Table 6 The content of soluble protein in different months of Nandina domestica ‘Firepower’ %

由表5、表6可知，火焰南天竹5-9月的可溶性糖、可溶性蛋白呈現(xiàn)的變化規(guī)律均為“升-降-升”，不同處理的可溶性糖含量、可溶性蛋白均值均表現(xiàn)為F3>F4>F1>F2>CK。6月可溶性糖含量最高，綠墻可溶性糖含量最低值出現(xiàn)時(shí)間與CK有異；9月可溶性蛋白含量最高，8月最低。不同處理可溶性糖含量均值分別比CK增加了53.45%、33.47%、14.53%、89.44%；可溶性蛋白均值分別比CK增加了14.22%、6.77%、28.33%、21.69%。使用防寒措施區(qū)域可溶性糖與可溶性蛋白含量均值分別比自然區(qū)域增加了51.51%、13.14%。由方差分析檢驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，F(xiàn)3、F4的可溶性糖、可溶性蛋白與CK相比，具有極顯著差異。

可溶性糖、可溶性蛋白為植物體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)也是滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其含量的多少可以反映新陳代謝過(guò)程中為植物提供能量的強(qiáng)弱及植物抗性強(qiáng)弱[14-15]。5-6月，火焰南天竹不斷合成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)為植物以后的生長(zhǎng)提供能量；6-8月火焰南天竹進(jìn)入旺盛生長(zhǎng)階段，能量消耗加劇，致使可溶性糖、可溶性蛋白含量下降；9月入秋時(shí)節(jié)，火焰南天竹不斷積累有機(jī)物以備越冬。

2.5 隸屬函數(shù)分析

隸屬函數(shù)值的大小可以反映植物抗性強(qiáng)弱。由表7可以看出，不同處理對(duì)植物的抗性強(qiáng)弱有影響，不同處理下的植物抗性由強(qiáng)到弱依次為F3> F4> F1> F2>CK。

表7 火焰南天竹隸屬函數(shù)分析結(jié)果Table 7 The results analysis of membership function of Nandina domestica ‘Firepower’

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

葉綠素作為植物體內(nèi)的光合色素，其變化與植物種類及光照、溫度、濕度等環(huán)境因素密切相關(guān)[16]。本研究中綠墻上光照及濕度高于地面，溫度低于地面，結(jié)果表明綠墻上火焰南天竹葉綠素含量高于地面。李小琴等人的研究表明，適當(dāng)?shù)脑黾庸庹湛梢栽黾语L(fēng)吹楠幼苗葉綠素含量；徐文強(qiáng)等人的研究表明，溫度升高和水分增加有利于提升玉米幼苗葉綠素含量。本研究中葉綠素的變化與上述研究所得規(guī)律基本相符[17-18]。

植物體內(nèi)MDA含量反映植物受傷害程度，其含量與植物抗性成負(fù)相關(guān)[19]。本研究中綠墻上光照及濕度高于地面，溫度低于地面，結(jié)果表明綠墻上火焰南天竹MDA含量低于地面。王艷茹等人的研究表明光強(qiáng)的增強(qiáng)可以降低藥用白菊的MDA含量；孟阿靜等人的研究表明在一定范圍內(nèi)增加根區(qū)溫度可降低棉花的MDA含量；王海珍等人的研究表明土壤水分的降低加劇灰胡楊的膜氧化程度。本研究MDA的變化與王艷茹、王海珍的研究結(jié)果一致，但與孟阿靜的研究結(jié)果相反，原因有待進(jìn)一步的研究[20-22]。

SOD、POD為植物體內(nèi)保護(hù)酶，其變化受植物種類及外界環(huán)境影響。本研究中綠墻上光照及濕度高于地面，溫度低于地面，結(jié)果表明綠墻上火焰南天竹SOD、POD活性均高于地面。崔波等對(duì)白及的研究結(jié)果表明SOD、POD酶活性變化趨勢(shì)相同，在一定范圍內(nèi)，光照強(qiáng)度的增強(qiáng)可提高保護(hù)酶活性；常濤等的研究表明根區(qū)溫度的降低可增強(qiáng)黃瓜幼苗保護(hù)酶的活性；劉婧等的研究表明一定范圍內(nèi)濕度的增加可以提高黃瓜幼苗保護(hù)酶活性。本研究中SOD、POD的變化與上述規(guī)律吻合[23-25]。

抗性越強(qiáng)的植物可溶性糖與可溶性蛋白含量越高[26]。本研究中綠墻上光照及濕度高于地面，溫度低于地面，結(jié)果表明綠墻上火焰南天竹可溶性糖與可溶性蛋白含量均高于地面。李冬林等的研究表明一定范圍內(nèi)，光強(qiáng)的增強(qiáng)可以增加香果樹(shù)可溶性糖與可溶性蛋白的含量；王小玲等的研究表明基質(zhì)溫度的升高可以提高插穗的可溶性糖、可溶性蛋白的含量；韓愈等人研究表明一定范圍內(nèi)，土壤水分的增多可以提高地楓皮幼苗可溶性糖的含量[27-29]。本研究中可溶性糖與可溶性蛋白含量的變化與李冬林、韓愈的研究所得規(guī)律相符，但與王小玲的相反。

3.2 結(jié)論

通過(guò)對(duì)室外綠墻及地栽火焰南天竹越夏期間生理指標(biāo)的研究，得出結(jié)論如下：

5-9月，綠墻上火焰南天竹葉綠素含量及保護(hù)酶活性變化規(guī)律為升-降； MDA變化規(guī)律為降-升-降；可溶性糖與可溶性蛋白變化規(guī)律為升-降-升。

綠墻火焰南天竹葉綠素含量、保護(hù)酶活性 、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量均值都高于CK，MDA含量均值低于CK。自然區(qū)域草炭、自然區(qū)域水苔、防寒區(qū)域草炭、防寒區(qū)域水苔處理葉綠素含量均值分別比CK增加26.21%、13.71%、66.13%、50.81%；SOD均值分別比CK增加了22.27%、10.44%、37.79%、27.96%；POD均值分別比CK增加了33.22%、15.16%、66.45%、48.19%；可溶性糖含量均值分別比CK增加了53.45%、33.47%、14.53%、89.44%；可溶性蛋白含量均值分別比CK增加了14.22%、6.77%、28.33%、21.69%；MDA含量均值分別比CK下降31.52%、14.63%、50.84%、35.48%。

防寒措施的使用，可提升火焰南天竹次年越夏時(shí)葉綠素含量、保護(hù)酶活性、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量，降低MDA含量。防寒區(qū)域葉綠素、SOD、POD、可溶性糖、可溶性蛋白含量均值分別比自然區(qū)域增加32.10%、14.20%、26.68%、51.51%、13.14%，MDA含量均值則降低了21.62%。

火焰南天竹抗性由強(qiáng)到弱依次為防寒區(qū)域草炭基質(zhì)、防寒區(qū)域水苔基質(zhì)、自然區(qū)域草炭基質(zhì)、自然區(qū)域水苔基質(zhì)。綜上所述，防寒區(qū)域草炭基質(zhì)最有利于火焰南天竹生長(zhǎng)。