弱光脅迫對白蟾生理特性的影響

彭 琦，楊柳青

(中南林業(yè)科技大學，湖南 長沙 4150001)

1 引言

白蟾植物內(nèi)富含有梔子素(gardenin)、梔子苷(gardenoside)、有機酸酯類(Organic acid ester)、環(huán)烯醚萜苷類(Iridoid Glycoside)等其他類化合物化學成分[1]，應用于治療抗炎癥、抑郁癥、抗氧化、抗肝損傷、抗癡呆，對認知功能的神經(jīng)保護[2～4]，具有較高的經(jīng)濟價值；白蟾在樹蔭下、林下均能生長良好，耐陰性較強、適應性強、觀賞優(yōu)良，吸附室內(nèi)PM2.5的能力強，具有作為室內(nèi)園林植物以及垂直綠化植物開發(fā)潛力。

相比于城市園林綠地，室內(nèi)的光照強度相對不強，而植物的生長發(fā)育與光有關，光照因子與植物的光合特性相關，從植物的形態(tài)結構和生理特性等方面促進或阻礙著植物生長，室內(nèi)植物應順應弱光環(huán)境才能發(fā)揮其最佳的景觀效果[5]。研究發(fā)現(xiàn)，植物在不同的弱光環(huán)境下，其游離脯氨酸(Fpro)、可溶性糖(SS)、可溶性蛋白(SP)等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)起到了保護作用，會增加或者減少滲透物質(zhì)含量使得細胞滲透維持平衡[6，7]，降低弱光環(huán)境下對細胞膜的傷害；抗氧化系統(tǒng)在不同的弱光環(huán)境下也起到了一定的保護作用，當植物處在弱光環(huán)境下，植物細胞內(nèi)的活性氧含量較高，導致保護性酶(SOD)的活性含量會發(fā)生變化，也會對植物的葉綠素含量(CC)、類胡羅卜素(CK)含量產(chǎn)生影響[8]。目前國內(nèi)外有關弱光脅迫的研究集中在花卉、喬灌木、水果與蔬菜作物等對象的生理生化過程[9～12]，還沒有出現(xiàn)過對白蟾的弱光脅迫研究。因此探究植物在弱光脅迫下對白蟾的生理特性影，能為植物培育條件與室內(nèi)植物景觀園林應用提供科學依據(jù)。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗材料處理

白蟾采自湖南省中蘭林責任有限公司，對每株白蟾進行相同水分、養(yǎng)分和通風管理，保持植物的正常發(fā)育和光合代謝生長一個月；待其生長至相似的生長狀況的時候，選擇生長健壯的、相似的白蟾放置120 mm花盆栽培種植，其土壤基質(zhì)比為蘑菇渣比泥炭比珍珠巖是8∶2∶1，給植物澆水，待其沒有水流出來時在放置于中南林業(yè)科技大學的負一樓實驗室的人工氣候箱內(nèi)，光照強度約為200 μmol·m-2·s-1、溫度約為25 ℃、濕度為70%)的環(huán)境下讓其適應新環(huán)境3 d之后，再將其放置在試驗弱光照條件下。

2.2 實驗設計

白蟾在林下、屋檐下生長良好，用便攜式測光儀測得夏季林下12：00～14：00的最高平均光強為200μmol·m-2·s-1；綜合考慮：CK組：200 μmol·m-2·s-1為對照組；設置處理組A：100 μ mol·m-2·s-1(相當于室內(nèi)的最高光照強度)；處理組B：40 μmol·m-2·s-1(相當于室內(nèi)陽臺光照強度)；處理組C：20 μmol·m-2·s-1(相當于為雨天室內(nèi)陽臺光照強度)；處理組D：10 μmol·m-2·s-1(相當于室內(nèi)光照強度)；處理組E：2 μmol·m-2·s-1(相當于室內(nèi)背光處光強)。每組設4個重復，共24盆，每隔2～3 d澆1次水，每隔10 d為1個周期，每隔10 d測每株植物3～4片葉片，測3種植物的各項生理指標，歷時45 d。

2.3 測定指標與測定方法

試驗測葉綠素含量用丙酮法、測相對電導率用電導法、測相對含水量采用恒重法、測MDA含量采用比色法TBA(硫代巴比妥酸)比色法、測可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法、測可溶性糖含量采用蒽酮比色法、測游離脯氨酸含量采用茚三酮顯色法、測SOD酶活性含量采用氮藍四唑(NBT)光化還原法。

2.4 數(shù)據(jù)處理與分析

所得數(shù)據(jù)采用Excel軟件對數(shù)據(jù)進行簡單記錄處理，用SPSS25軟件進行單因素方差分析與主成分分析，得出其平均值、方差和各處理間的差異顯著性。采用prism軟件進行繪圖。

3 結果與分析

3.1 弱光脅迫對白蟾形態(tài)特征的影響

弱光脅迫下白蟾形態(tài)特征變化如表1所示：隨著弱光時間的增加，白蟾各個組都隨著弱光脅迫時間的增加呈現(xiàn)增長的趨勢，白蟾從試驗開始到45 d，在葉片顏色變化上，白蟾各個處理組基本不變；各個處理組植物葉片都變大；對于株高增長量看，各個組的株高增長關系為：處理組A>CK>B>C>D>E，較初始分別增加了10、11、9、8、9、5 cm，白蟾能適應弱光環(huán)境，且能正常生長；其中處理組A(光照條件為100 μmol·m-2·s-1)時的白蟾長勢最佳，植物生長最好；

表1 弱光脅迫下白蟾植物形態(tài)變化

3.2 弱光脅迫對白蟾光合色素含量的影響

3.2.1 弱光脅迫對白蟾葉綠素總含量的影響

弱光脅迫對白蟾葉綠素總含量變化如圖1可知：白蟾各組葉綠素含量變化趨勢略有不同，總體呈持續(xù)增長的趨勢。

圖1 弱光脅迫下葉綠素含量變化

白蟾試驗5 d時，處理組A、B、C、D、E較CK組葉綠素含量分別下降6%、32%、43%、52%、43%，值分別為3.3、2.42、2.03、1.7、2.03 mg/g，其中處理組D與CK組差異顯著；試驗15 d時，處理組A較CK組葉綠素含量增加7%，處理組B、C、D、E分別下降1%、26%、26%、29%，差異不顯著；試驗25 d時，處理組A、B、C、D、E較CK組葉綠素含量分別下降8%、27%、14%、47%、0%，差異不顯著；試驗35 d時，各組葉綠素含量相差較小，差異不顯著；試驗45 d，處理組A、B、C較CK組葉綠素含量分別增加12%、35%、5%；處理組D、E分別下降18%、22%。

在實驗45 d時，白蟾的葉綠素含量都隨著弱光強度的降低呈先升后降的趨勢，其中白蟾處理組A的葉綠素含量最高為5.833 mg/g，處理組D、E葉綠素含量顯著小于CK組，而處理組A、B、C顯著高于CK組。

3.2.2 弱光脅迫對白蟾葉綠素a/b的影響

弱光脅迫對白蟾植物葉綠素a/b含量的變化如圖2可知：隨著脅迫時間得增加，白蟾CK組與處理組A、B、C、D、E的葉綠素a/b含量變化不完全一樣，總體呈逐漸先增后降的趨勢。

圖2 弱光脅迫下葉綠素a/b含量變化

白蟾試驗5 d時，處理組A、B、C、D、E較CK組葉綠素a/b含量分別下降17%、34%、27%、31%、15%，值分別為2.6、2.09、2.3、2.68、2.53 mg/g，其中處理組B、C顯著；試驗15 d，處理組A、B、C較CK組葉綠素a/b含量分別下降9%、15%、27%，處理組D、E較CK組葉綠素a/b含量分別增加43%、45%，差異不顯著；試驗25 d，處理組A較CK組葉綠素a/b含量下降6%，值為2.19 mg/g，處理組B、C、D、E較CK組葉綠素a/b含量分別增加45%、35%、9%、6%，值分別為3.42、3.19、2.58、2.51 mg/g；試驗35 d，處理組B、D與CK組差異顯著，較CK組葉綠素a/b含量增加42%、減小36%，值分別為3.91、1.74 mg/g；試驗45 d，各組與CK組差異不顯著，變化不大。

試驗45 d，白蟾植物葉綠素a/b含量與弱光強度呈先增后降的關系，其中白蟾處理組A的葉綠素a/b含量最高為3.43 mg/g；白蟾在試驗45 d時處理組D、E均存活，且白蟾的各個處理組的葉綠素a/b含量較CK組高。

3.2.3 弱光脅迫對白蟾類胡蘿卜素含量的影響

弱光脅迫對白蟾植物類胡羅卜素含量的變化如圖3可知：隨著脅迫時間得增加，白蟾CK組與處理組A、B、C的類胡蘿卜素含量變化整體呈緩慢增加的趨勢。

圖3 弱光脅迫下類胡羅卜素含量變化

試驗5～45 d時各個處理組與CK組差異均不顯著；試驗5 d時，處理組A較CK組類胡羅卜素含量增加16%，處理組B、C、D、E較CK組含量分別下降22%、38%、16%、36%，值分別為0.53、0.42、0.57、0.43 mg/g；試驗15 d時，各處理組含量與CK組差異不大；試驗25 d時，處理組A、B、C、D、E較CK組含量分別增加12%、31%、8%、28%、35%，值分別為0.79、0.92、0.76、0.9、0.95 mg/g；試驗35 d，各處理組類胡羅卜素含量與CK組差異較?。辉谠囼?5 d，處理組B、C、D、E較CK組含量分別下降45%、7%、39%、46%，值分別為1.06、0.67、0.92、0.71、0.66 mg/g。

試驗45 d時，白蟾植物的類胡蘿卜素含量與弱光強度呈先上升后下降的趨勢；其中白蟾的處理組A的類胡羅卜素的含量最高，最終為1.06 mg/g，且處理組D、E顯著小于CK組。

3.3 弱光脅迫對白蟾相對電導率含量的影響

弱光脅迫對白蟾植物相對電導率含量的影響如圖4可知：白蟾各組植物的相對電導率含量總體隨著脅迫時間的推移而呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢。

圖4 弱光脅迫下相對電導率含量變化

試驗5 d時，處理組A、B、C、D、E較CK組相對電導率含量增加了19%、51%、51%、49%、76%，值分別為39.4、50.01、50.02、49.55、58.41%，各組較CK組差異顯著；試驗15 d，處理組B、D較CK組差異顯著，相對電導率含量分別降低了45%、46%，其他各組與CK組相差不大；試驗25 d，處理組B較CK組相對電導率含量差異顯著；試驗35 d，處理組A、B、C、D、E較CK組相對電導率含量增加13%、1%、3%、1%、40%；試驗45 d，處理組A較CK組相對電導率含量增加了4%，處理組B、C、D、E較CK組相對電導率含量減小了17%、10%、6%、6%，各組與CK組差異不顯著。

試驗45 d，白蟾的相對電導率含量隨著弱光強度的增加呈先上升后下降的趨勢；其中處理組A的相對電導率含量最高。

3.4 弱光脅迫對白蟾相對含水量含量的影響

弱光脅迫對白蟾植物相對含水量含量的影響如圖5可知：白蟾各處理組相對含水量隨著弱光脅迫時間的增加呈現(xiàn)逐漸增加后減小的趨勢；白蟾CK組、處理組A、處理組B、處理組C、處理組D、處理組E相對含水量5～45 d的下降速率關系為：處理組D>E>C>B>A>CK，分別較初始下降了10%、8%、6%、5%、2%、1%。

圖5 弱光脅迫下相對含水量變化

白蟾試驗5 d時，處理組C、D較CK組含水量差異顯著，CK組含水量為72.86%，處理組C、D較CK組含水量相差12%、11%，值分別為84.93、83.26%；試驗15 d，各處理組較CK組差異不顯著，CK組相對含水量為72.25%；試驗25 d，處理組A相對含水量較CK組差異顯著，值為80.25%，較CK組增加8%；試驗35 d，各處理組與CK組差異不顯著，處理組A、B、C、D、E比CK組高7%、7%、4%、3%、7%；試驗45 d，各處理組與CK組差異不顯著，值分別為77%、76%、75%、71%、73%、72%。

試驗45 d，白蟾相對含水量隨弱光強度的增加呈先升后降的趨勢，其中CK組相對含水量含量最低，處理組A相對含水量含量最高。

3.5 弱光脅迫對白蟾MDA含量的影響

弱光脅迫對白蟾植物MDA含量的影響如圖6可知：白蟾CK組與處理組A、B、C隨著脅迫時間的增加呈先減小后增加的趨勢。

圖6 弱光脅迫下MDA含量變化

白蟾試驗5 d時，處理組D、E較CK組MDA含量變化顯著，處理組D、E值分別為40、30 μmol/g，CK組含量為49 μmol/g；試驗15 d時，處理組A較CK組MDA含量增加16%，值為30 μmol/g處理組B、C、D、E較CK組MDA含量分別減小57%、53%、33%、32%，值分別為35、19、20、21 μmol/g；試驗25 d與35 d，各處理組與CK組MDA含量差異不大；試驗45 d，處理組D、E與CK組MDA含量差異顯著，處理組D、E較CK組MDA含量減小36%、28%。

試驗45 d，白蟾的MDA含量與弱光強度呈先升后降的趨勢，其中處理組B的MDA含量最高，處理組D、E的MDA含量顯著小于CK組MDA含量，處理組A、B、C高于CK組MDA含量。

3.6 弱光脅迫對白蟾滲透物質(zhì)含量的影響

3.6.1 弱光脅迫對白蟾可溶性蛋白含量的影響

弱光脅迫對白蟾植物可溶性蛋白含量的影響如圖7可知：白蟾可溶性蛋白含量都隨著時間的推移呈現(xiàn)先升后降的趨勢。

圖7 弱光脅迫下可溶性蛋白含量變化

試驗5 d時，處理組A、B、E較CK組可溶性蛋白含量增加19%、4%、2%，值分別為6.51、5.66、5.58 mg/g處理組C、D較CK組可溶性蛋白含量分別減小4%、9%，值分別為5.17、4.95 mg/g，與CK組差異不顯著；試驗15 d，CK組可溶性蛋白含量7.29 mg/g，各處理組可溶性蛋白含量與CK組差異不大；試驗25 d，處理組A、B、C較CK組可溶性蛋白含量分別增加12%、64%、41%，處理組D、E較CK組可溶性蛋白含量分別減小1%、23%；試驗35 d，處理組A、B較CK組可溶性蛋白含量分別增加25%、14%，處理組C、D、E較CK組可溶性蛋白含量分別減小10%、2%、32%，處理組A與CK組差異顯著；試驗45 d，處理組A、B、C、D、E較CK組可溶性蛋白含量分別下降1%、12%、20%、48%、54%，值分別為5.19、4.52、4.11、2.69、2.36 mg/g。

在試驗45 d時，白蟾的可溶性蛋白含量與弱光程度呈緩慢降低的關系，白蟾CK組可溶性蛋白含量最高為5.19 mg/g，處理組D、E的可溶性蛋白含量顯著小于CK組。

3.6.2 弱光脅迫對白蟾可溶性糖含量的影響

弱光脅迫對白蟾植物可溶性糖含量的影響如圖8可知：白蟾各組隨著弱光脅迫時間的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。

圖8 弱光脅迫下可溶性糖含量變化

白蟾試驗5 d時，處理組A、B、D可溶性糖含量較CK組可溶性糖含量分別增加30%、31%、7%，處理組C、E較CK組分別下降27%、33%，各處理組較CK組差異均不顯著；試驗15 d，處理組A與CK組可溶性糖含量差距不大，處理組B、C、D、E較CK組分別下降39%、43%、48%、46%，值分別為15.97%、14.9%、13.82%、14.23%，各處理組與CK組差異不顯著；試驗35 d，處理組A、B、C、D、E較CK組增加32%、52%、21%、6%、29%；試驗45 d，處理組E差異顯著，較CK組下降60%，可溶性糖含量值為13.26%。

試驗45 d，白蟾各組的可溶性糖含量與弱光強度呈先增后降的趨勢，其中處理組A、B的可溶性糖含量顯著高于CK組與處理組C、D、E的可溶性糖含量；白蟾處理組B可溶性糖含量最高，其最大值可溶性糖含量分別為56.29%。

3.6.3 弱光脅迫對白蟾游離脯氨酸含量的影響

弱光脅迫對白蟾植物游離脯氨酸含量的影響如圖9可知：白蟾CK組在5～35 d變化不大；處理組A、B、C、D、E呈先下降后上升的趨勢。

圖9 弱光脅迫下游離脯氨酸含量變化

試驗5 d時，白蟾處理組A與CK組差距不大，處理組B、C、D、E游離脯氨酸含量較CK組游離脯氨酸含量分別下降29%、15%、39%、43%，各處理組游離脯氨酸含量分別為81、96、69、65 μg，其中處理組D、E較CK組差距顯著；試驗15 d，處理組A、B、C、D、E較CK組分別下降11%、43%、24%、56%、53%，其中處理組B、D、E較CK組差距顯著；試驗25 d，處理組C較CK組差異顯著，較CK組增加44%；試驗35 d，處理組D較CK組差異顯著，較CK組游離脯氨酸含量下降37%，其他各組與CK組差距不大；試驗45 d，各處理組與CK組差異不顯著，處理組A與CK組差距不大，處理組B、C、D、E游離脯氨酸含量較CK組游離脯氨酸含量分別增加22%、24%、17%、9%，游離脯氨酸含量分別為143、181、184、148、173、162 μg。

試驗45 d后，白蟾游離脯氨酸含量與弱光強度呈先降后增再降的拋物線趨勢，白蟾處理組B、C、D、E的游離脯氨酸含量顯著高于CK組、處理組A，其中處理組C的游離脯氨酸含量最高。

3.7 弱光脅迫對白蟾超氧化物歧化酶(SOD)活性含量的影響

弱光脅迫對白蟾植物SOD酶活性含量的影響如圖10可知：白蟾各處理組都隨著弱光脅迫時間的增加呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢。

圖10 弱光脅迫下SOD活性含量變化

白蟾試驗5 d時，處理組A、B、C、D、E的SOD酶活性含量較CK組SOD酶活性含量分別下降5%、7%、22%、19%、2%；試驗15 d，處理組A、B、C、D、E的SOD酶活性含量較CK組SOD酶活性含量分別增加14%、1%、41%、4%、39%，各處理組值分別為296、237、368、272、362U/g；試驗25 d，處理組A、B、C、D、E較CK組分別增加9%、27%、18%、46%、80%，各處理組值分別為295、345、322、397、489 U/g；試驗35 d，處理組A、B、C、D、E較CK組增加46%、118%、106%、130%、165%，其中處理組A與CK組差異顯著；試驗45 d，處理組A、B、C、D、E較CK組分別增加30%、34%、64%、82%、92%，值分別為346、357、436、486、510 U/g。

試驗45 d白蟾SOD酶活性含量與弱光強度呈持續(xù)增長的拋物線趨勢，其中白蟾處理組E的SOD酶活性含量最高。

4 討論與結論

4.1 討論

在弱光條件下，植物的光受體感知會對環(huán)境紅光和遠紅光比例不一，會導致植物Chl a/b 含量降低、葉綠素含量(CC)升高[13,14]，本試驗結果研究表明：白蟾葉綠素總量都是隨時間增加而變大，葉綠素a/b隨時間的脅迫呈逐漸減小的趨勢；白蟾處理組D、E的總?cè)~綠素含量最高，可能因為白蟾在人工氣候箱的邊角地，導致吸收光能減弱導致葉綠素b含量的累計，葉綠素總含量增加，造成葉綠素a/b含量的減小。

當植物遭受逆境傷害時，會致使植物產(chǎn)生失水或者其他變化；其植物滲透物資含量會變高，加速植物新陳代謝[15]；本試驗得出試驗45時白蟾處理組D、E在試驗時可溶性蛋白含量趨勢是逐漸減小，白蟾的處理組D、E的游離脯氨酸含量顯著高于處理組A、處理組B、處理組C與CK組，可能是由于處理組D、E白蟾的光線更暗，導致植物的抗逆境能力減弱，使得其含量小于其他各組，也可能是由于在弱光強度下，光合作用不活躍。

超氧化物酶(SOD)以使植物間的膜透性變強，使得植物能夠在弱光條件下生存；體內(nèi)會殘留大量超氧化物酶和丙二醛等調(diào)節(jié)物質(zhì)來保持細胞內(nèi)平衡[16,17]；本試驗探究出白蟾除CK組的SOD酶活性含量隨著時間的增加呈先下降后上升的趨勢，且在試驗45 d時，白蟾處理組D、E的SOD酶活性含量顯著高于處理組A、處理組B、處理組C與CK組，可能是由于其植物自生的調(diào)節(jié)機制相關，白蟾植物自生在酶活性因子上更能調(diào)節(jié)SOD酶活性含量來適應弱光環(huán)境。白蟾處理組A、CK、B、C的丙二醛含量在5～25 d時呈持續(xù)降低的趨勢，說明白蟾在此期間沒有遭受弱光逆境的傷害；處理組D、E在試驗5～15 d時顯著上升，說明白蟾在2～10 μmol·m-2·s-1的弱光環(huán)境下遭受了逆境傷害使得丙二醛含量變高，15d后降低說明白蟾適應了弱光環(huán)境，遭受傷害變小。

植物在弱光的光照情況下，植物的細胞膜會遭受逆境的損傷，使得植物會通過增加相對電導率的含量來適應較為弱光的環(huán)境，白蟾各處理組在5～15 d下降，可能是植物在弱光脅迫的前期，是其他物質(zhì)在增大而使得植物的細胞膜沒有遭受損害，在15～35 d時，相對電導率上升，且處理組E含量最高，說明在弱光脅迫遭受損傷嚴重，使得白蟾在35 d時細胞膜的透性變大；相對含水量反應了植物對于儲存水的強弱關系，其下降的越慢，說明其植物的存水能力更強。白蟾的處理組D、E均是變化最快的，可能是由于植物在弱光環(huán)境下，會導致植物的存水能力發(fā)生變化，使得白蟾植物的保水能力減弱。植物丙二醛的含量反應的是植物字逆境下受傷害的程度。

4.2 結論

白蟾在光照條件為200、100、40、20、10、2 μmol·m-2·s-1時均正常生長、葉色沒有黃化現(xiàn)象、葉片變大，自我調(diào)節(jié)能力較強，其中當光照條件為100 μmol·m-2·s-1時白蟾生長得最好。