遮蔭對白槍桿苗期生長性狀和光合色素的影響*

葉 瀾 段華超 李燕燕 李世民 井卉竹 董 瓊

（西南林業(yè)大學(xué)/西南地區(qū)生物多樣性保育國家林業(yè)和草原局重點實驗室，云南 昆明 650233）

光是植物必不可少的生態(tài)因子，影響著植物的生長、生活和分布[1-2]。不同的植物對光照的需求不盡相同，選擇適宜的光照強(qiáng)度是提高植物生長質(zhì)量的重要措施[3]。農(nóng)林生產(chǎn)中人們常采用遮蔭等措施調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度來滿足植物的生長需求[4]。遮蔭能降低植物光合有效輻射，從而影響植物的光合作用和光形態(tài)建成[5-6]。植物通過對光合色素的合成來強(qiáng)化對光環(huán)境的適應(yīng)性，且通過合成大量光和色素能增強(qiáng)植物對光的利用能力，從而滿足植物自身的生命活動[7-8]。研究表明，遮蔭能影響植物幼苗生長發(fā)育、干物質(zhì)的積累和光合色素含量[4,9]。

白槍桿Fraxinus malacophylla,落葉小喬木，耐鹽、耐干旱瘠薄，抗逆性和發(fā)芽力強(qiáng)[10-12]。其主要分布于滇東南山原峽谷常綠闊葉林中，多為闊葉伴生樹種，也是該地區(qū)生態(tài)恢復(fù)常用樹種之一，具有很高的藥用和生態(tài)價值[13-14]。近年來，隨著國家生態(tài)文明建設(shè)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，西南巖溶石漠化地區(qū)生態(tài)恢復(fù)取得了顯著成果，白槍桿作為主要鄉(xiāng)土樹種之一，也被廣泛用于生態(tài)恢復(fù)，但在造林過程中，夏季的強(qiáng)光常造成白槍桿幼苗葉面枯黃，抑制自身營養(yǎng)物質(zhì)的積累[15]。筆者在研究中也發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)光下白槍桿幼苗葉片日灼現(xiàn)象較為嚴(yán)重，幼苗頂端往下3～4 片葉枯萎脫落。因此，適宜的光照條件是白槍桿育苗和造林成功的必要條件。目前，關(guān)于白槍桿的研究主要集中在抗旱等方面[16]，對白槍桿耐蔭性研究尚少見文獻(xiàn)報道。本研究以白槍桿幼苗為研究對象，探討遮蔭對白槍桿幼苗生長、干物質(zhì)積累和光合色素含量的影響，為白槍桿苗木培育和在石漠化地區(qū)生態(tài)恢復(fù)中推廣造林提供一定的理論指導(dǎo)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于西南林業(yè)大學(xué)樹木園（102°46′E、25°03′N）。試驗地處于亞熱帶高原季風(fēng)氣候區(qū)，海拔1 954 m，霜期短，氣候溫和，年平均溫度16.5 ℃，年平均降水量1 035 mm，年平均相對濕度67%，土壤為黃紅壤，基本符合白槍桿野外生存環(huán)境。土壤理化性質(zhì)如下（表1）。

表1 試驗地土壤理化指標(biāo)Table 1 Physical and chemical indexes of soil in plot

1.2 試驗材料

一年生白槍桿實生營養(yǎng)袋苗，為2019 年11月采種（24°0′3″N， 103°17′55″E），次年1 月播種，平均苗高6.7 cm、平均地徑1.22 mm；營養(yǎng)袋為直徑11 cm×高15 cm 無紡布袋；基質(zhì)配比為紅壤土:河沙=4 ∶1；不同透光度遮蔭網(wǎng)（分別采用長、寬、高為2.4 m×1.0 m×1.2 m 溫棚架固定遮蔭網(wǎng)）。苗木于試驗地適應(yīng)生長3 個月。2020 年6月將無病蟲害、大小一致、生長良好的白槍桿幼苗植于無紡布袋中，每袋1 株。于7 月至12 月生長結(jié)束（未落葉）前開展試驗。

1.3 試驗設(shè)計

采用單因素隨機(jī)區(qū)組試驗設(shè)計。參考黃文靜[3]、鄭堅[4]的試驗方法，設(shè)4 個處理，分別為不遮蔭（CK）、20%±5%遮蔭（輕度）、50%±5%遮蔭（中度）、75%±5%遮蔭（重度），分別標(biāo)記為F1、F2、F3和F4，每個重復(fù)75 株，3 個重復(fù)，每個處理75 株苗，共300 株苗參與試驗。

1.4 測定指標(biāo)

1.4.1 生長指標(biāo)測定 于試驗開始和結(jié)束時分別測定生長指標(biāo)。利用鋼尺（精確度0.01 cm）測定苗木苗高和冠幅（長冠幅與短冠幅和的均值）；利用游標(biāo)卡尺（精確度0.02 mm）測定苗木地徑，記錄并保存測定結(jié)果。

苗高生長量=生長周期結(jié)束苗高-初始苗高

冠幅生長量=生長周期結(jié)束冠幅-初始冠幅

地徑生長量=生長周期結(jié)束地徑-初始地徑

1.4.2 生物量獲取 2020 年12 月，于每個處理組選取18 株（每個重復(fù)選取6 株）長勢良好，大小基本一致的植株，采用標(biāo)準(zhǔn)取樣法將白槍桿幼苗從土壤中完整取出，用清水小心將根系和葉片清洗干凈，放于陰涼處晾干其表面附著水分，然后裝入信封帶中，帶回實驗室，置于烘箱中，以120 ℃殺青30 min，然后以80 ℃烘干至恒重，用Sartorius BT423S 電子天平（精確度0.001 g）稱取生物量。

質(zhì)量指數(shù)(QI)=總干質(zhì)量/(苗高/地徑+莖干質(zhì)量/根干質(zhì)量)[17]

1.4.3 葉綠素含量測定 采用分光光度法測定葉綠素含量，與生物量獲取同步進(jìn)行，隨機(jī)選取不同遮蔭處理白槍桿幼苗3 株（與生物量選取植株不重疊），摘取頂端往下第4～6 片成熟新鮮葉片，擦拭干凈，液氮保存，帶回實驗室。實驗室內(nèi)去除主脈，剪碎混勻，準(zhǔn)確稱取0.2 g，每處理3 次重復(fù)，以95%乙醇浸提一夜（12 h），過濾，定容至25 mL，利用紫外分光光度計分別測定提取液在665、649、470 nm 處的吸光值。根據(jù)公式計算每克葉片的葉綠素a（Chla）、葉綠素b 含量（Chlb）和類胡蘿卜素（Car）含量[18]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2016 整理數(shù)據(jù)，利用SPSS 25.0 軟件將所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，并進(jìn)行方差分析和Duncan 多重比較，再根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果利用Origin 8.0繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同遮蔭處理對白槍桿幼苗生長的影響

2.1.1 不同遮蔭處理對苗高的影響 圖1 的生長數(shù)據(jù)表明，在不同遮蔭處理下，白槍桿的苗高生長差異表現(xiàn)較大，遮蔭效果按苗高生長量大小順序排列為F3＞F2＞F1＞F4，F(xiàn)3處理的苗高生長量最大，生長周期結(jié)束時生長量達(dá)12.88 cm，比對照處理（F1）9.44 cm 高出36.44%，比F2（輕度遮蔭）高出32.78%，差異均達(dá)到顯著性水平。各遮蔭處理中，在中低遮蔭水平下，隨著遮蔭程度的增加，苗高生長量對遮蔭的響應(yīng)迅速增加，當(dāng)遮蔭增加到一定程度（F4）時，苗高生長量急速下降。

2.1.2 不同遮蔭處理對地徑的影響 遮蔭處理對白槍桿幼苗地徑生長具有較大的影響（圖1），F(xiàn)3遮蔭處理下，地徑生長量最大達(dá)2.42 mm，其次分 別 為F2（2.34 mm）、F1（2.26 mm）、F4（0.72 mm）。輕中度遮蔭處理F2和F3，對地徑生長的促進(jìn)作用高于其他處理，地徑生長量分別比對照處理高出3.54%、7.08%，但3 個處理之間差異不顯著；重度遮蔭處理（F4）對地徑生長產(chǎn)生抑制作用，生長量極顯著低于CK、F2和F3（P＜0.01）。

2.1.3 不同遮蔭處理對冠幅的影響 圖1 表明，遮蔭處理對白槍桿幼苗冠幅生長量具有顯著性影響，冠幅生長量最大的是F3遮蔭處理，達(dá)23.40 cm，其次是F2和F1，分別為15.08、14.61 cm，F(xiàn)4遮蔭處理冠幅生長量最小，僅為11.03 cm。試驗中，中度遮蔭處理株幅生長量分別是F1、F2和F4處理的1.60、1.55 和2.12 倍，差異均達(dá)到顯著性水平。

圖1 不同遮蔭處理下白槍桿冠幅生長量Fig. 1 High growth rate，ground diameter growth and crown growth of F. malacophylla seedlings under different shading treatments

2.2 不同遮蔭處理對生物量和生物量分配的影響

由表2 可知，白槍桿幼苗總生物量隨著遮蔭強(qiáng)度的提高呈先升后降的趨勢。與對照相比，輕、中度遮蔭顯著提高了總生物量，提高幅度分別為24.91%、39.03%，75%±5%遮蔭處理顯著降低了總生物量，降幅為48.42%。不同遮蔭處理下各器官生物量大小順序均為F3＞F2＞F1＞F4；不同遮蔭處理葉根生物量與對照均達(dá)到顯著性差異水平，莖生物量與對照在輕中度遮蔭處理下差異顯著，在重度遮蔭下無顯著差異；此外，不同遮蔭處理下，白槍桿幼苗質(zhì)量指數(shù)差異顯著，其中以處理F2、F3最佳，分別為2.00、2.16，分別是F4的3.03 倍、3.27 倍，且比CK 處理分別提高了52.67%、64.89% 。

遮蔭處理不同程度提高了白槍桿莖生物量分配比，不同程度的降低了根生物量分配比，F(xiàn)4莖生物量分配比與CK 差異顯著（圖2）。根冠比隨遮蔭強(qiáng)度的提高呈持續(xù)下降的趨勢。與CK 相比，重度遮蔭處理顯著降低了根冠比，其他遮蔭處理根冠比下降不顯著。

圖2 不同遮蔭處理對白槍桿幼苗生物量分配及根冠比Fig.2 Different shading treatments on the biomass allocation and root-shoot ratio of F. malacophylla seedlings

2.3 不同遮蔭處理對光合色素的影響

由表3 可知，遮蔭處理對白槍桿幼苗葉片光合色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)具有明顯影響。白槍桿幼苗葉片葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和葉綠素總含量均隨著遮蔭強(qiáng)度的增大而增加，大小順序 均 為F1＜F2＜F3＜F4；Chla/Chlb 隨 著 遮 蔭強(qiáng)度的增大而減小，表現(xiàn)為F1＞F2＞F3＞F4。其中，白槍桿幼苗3 個遮蔭處理（F2、F3、F4）的Chla、Chlb、Car 和Chl(a+b) 含 量 與F1相 比均極顯著增大，增幅分別為16.02%～271.36%、26.23%～490.16%、25.00%～305.00%、18.35%-321.35%。未遮蔭（F1）的Chla/Chlb 顯著高于3 個遮蔭處理，分別高出6.33%、15.07%、57.75%。

表3 不同遮蔭處理對白槍桿幼苗葉片光合色素含量的影響Table 3 Effects of different shading treatments on the photosynthetic pigment content in the leaves of F. malacophylla seedling

3 結(jié)論與討論

植物的生長發(fā)育和生理特性不僅受自身遺傳物質(zhì)的控制，而且還受外部環(huán)境因子的影響[19-20]。亞熱帶常綠闊葉林中下層光照較上層弱，易受光脅迫的影響，導(dǎo)致植物光合和生長能力下降，具體表現(xiàn)在植物的外部形態(tài)上，主要影響其株高、地徑、冠幅和生物量積累等[21]。此外，研究表明，在中度遮蔭處理下，白槍桿幼苗的苗高、地徑、株幅達(dá)到最大值；而在重度遮蔭處理下，白槍桿幼苗的生長受到顯著抑制，這與赪桐Clerodendrum japonicum、蒙古櫟Quercus mongolica和毛棉杜鵑Rhododendron moulmainense等的研究結(jié)果一致，表明重度遮蔭所提供的低光照環(huán)境無法滿足白槍桿幼苗生長發(fā)育的需求，從而使白槍桿幼苗的生長受到抑制[22-24]。

光照對植物生長影響的最終表現(xiàn)在生物量積累和分配過程中[25]。本研究發(fā)現(xiàn)，中度遮蔭處理下總生物量、根生物量、葉生物量和質(zhì)量指數(shù)最高，且隨著遮蔭程度的增強(qiáng)，白槍桿幼苗葉生物量分配比和根生物量分配比均減小，莖生物量分配比增大，表明遮蔭處理下，白槍桿幼苗傾向于將更多資源用于支持結(jié)構(gòu)和運(yùn)輸結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，便于提高養(yǎng)分運(yùn)輸效率，維持正常生命活動，其生物量分配方式與樹頭菜Crateva unilocularis、麻櫟Quercus acutissima和化香Platycarya strobilacea的分配方式相似[26-27]。

葉綠素是植物光合作用中的重要色素分子，Chla 主要偏向于吸收紅光，Chlb 在藍(lán)紫光部分吸收峰相對較高[7]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著遮蔭程度的增加，白槍桿幼苗的Chla 和Chlb 含量極顯著增加，表明弱光條件下，植物通過加速對葉綠素的合成來強(qiáng)化對弱光環(huán)境適應(yīng)性，這與郭歐英等[28]對華南毛蕨Cyclosorus parasiticus的研究結(jié)果相似。此外，Chla/Chlb 的下降可以增強(qiáng)植物對藍(lán)紫光的利用能力，從而增強(qiáng)植物的弱光利用能力[8]。本研究中，隨著遮陰強(qiáng)度增加，Chla/Chlb 與對照相比顯著下降，說明Chla 的相對增幅小于Chlb，這是由于弱光條件下植物需合成大量Chlb 增強(qiáng)植物對藍(lán)紫光的利用能力以滿足植物生命活動所需[29]。遮蔭下白槍桿通過調(diào)節(jié)光合色素含量及不同色素占比來增加對光能的利用，這與鄭堅等[4]對降香黃檀Dalbergia odorifera的研究結(jié)果一致，體現(xiàn)了白槍桿對弱光環(huán)境的一種適應(yīng)機(jī)制。

本次試驗經(jīng)50%±5%遮蔭處理的白槍桿幼苗的生長指標(biāo)、生物量及光合色素相對于其他處理較高，由此可知50%±5%遮蔭處理能有效促進(jìn)白槍桿幼苗的生長發(fā)育。白槍桿目前的研究較少，為滿足苗木培育需求，今后研究將會增加試驗因素，擴(kuò)大研究范圍，篩選出最適宜白槍桿幼苗生長的條件，為白槍桿苗木培育和在石漠化地區(qū)生態(tài)恢復(fù)中推廣造林提供一定的理論指導(dǎo)和技術(shù)參考。