李冬林 金雅琴 崔夢(mèng)凡 黃琳曦 裴文慧

(1.江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院，南京 211153； 2.金陵科技學(xué)院園藝學(xué)院，南京 210038)

在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中，不同植物長(zhǎng)期處于不同的光環(huán)境，自然形成了其特有的需光特性[1]。大量研究表明，生長(zhǎng)期間通過(guò)遮蔭可顯著影響植物株高生理生長(zhǎng)、花芽分化、組織結(jié)構(gòu)、葉片形態(tài)等生物學(xué)性狀，同時(shí)還影響植物葉片的光合色素及光合作用特性參數(shù)，引起植物生理生態(tài)的一系列適應(yīng)性變化[2]。因此，研究遮蔭條件下植物生理生態(tài)參數(shù)的變化，可以反映出某種特定植物對(duì)光照強(qiáng)度的需求，進(jìn)而推斷其對(duì)庇蔭環(huán)境的忍耐性，這對(duì)于指導(dǎo)農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)，提高種苗繁育的成活率和保存率，改進(jìn)生產(chǎn)管理措施具有重要意義。

香果樹(shù)(EmmenopteryshenryiOliv.)是茜草科(Rubiaceae)香果樹(shù)屬(Emmenopterys)植物，我國(guó)特有單種屬。由于其自然更新能力差，加上環(huán)境惡化和人為破壞等因素的影響，該物種已瀕臨滅絕，被列為國(guó)家Ⅱ級(jí)重點(diǎn)保護(hù)珍稀野生植物[3]。在我國(guó)，香果樹(shù)分布于陜西、甘肅、安徽、浙江、福建、河南、湖北、湖南、廣西、江西、四川、貴州、云南等省[4]，但多零星分布，成片資源很少。近年來(lái)，受大規(guī)模旅游開(kāi)發(fā)和人為干擾的影響，我國(guó)香果樹(shù)資源趨于萎縮，多地瀕臨滅絕，急需采取人為措施予以保護(hù)和回歸。目前，香果樹(shù)的種群挽救和保護(hù)依然存在一定困難，林下自然成苗量很少，更新保育存在障礙。有關(guān)香果樹(shù)的生物學(xué)特性已有一定報(bào)道，但多集中在種群與群落特征[5～7]、開(kāi)花生理[8～9]及種子生理[10]等方面，與種群保育緊密相關(guān)的需光性及耐蔭性研究較少。郭連金[11]研究了不同生境(冠下、冠緣、林窗和林緣)中2年生香果樹(shù)實(shí)生苗的光合速率、水分利用效率、葉綠素、幼苗生長(zhǎng)及生物量等因子的變化及其與生境因子的關(guān)系，但自然林內(nèi)透光率穩(wěn)定性差，據(jù)此推測(cè)香果樹(shù)的耐蔭性具有一定的局限性。本文以2年生實(shí)生苗為研究對(duì)象，通過(guò)人為遮蔭創(chuàng)造了不同梯度的光環(huán)境，對(duì)幼苗生理和解剖特性進(jìn)行研究，分析不同光環(huán)境下香果樹(shù)幼苗生理生態(tài)參數(shù)和葉片超微結(jié)構(gòu)的變化，旨在為香果樹(shù)野生種群的更新拯救和種苗繁育提供一定的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地自然條件

試驗(yàn)地位于江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)(江蘇南京，118°46′00″E，31°51′25″N)。地處北亞熱帶的邊緣，季風(fēng)氣候，年均氣溫15.0～15.9℃，極端最高氣溫39.0～40.5℃，極端最低氣溫-9.5～-13.1℃，年相對(duì)濕度78%～80%，年降雨量1 034～1 276 mm，年均日照時(shí)數(shù)2 212.8 h。試驗(yàn)土壤為山地黃棕壤，pH6.8。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試材料來(lái)自湖北省宜昌市五峰縣，為生長(zhǎng)健壯、規(guī)格一致的2年生實(shí)生苗，平均苗高75 cm，平均地徑11.8 mm。幼苗于2018年3月下旬定植，經(jīng)過(guò)3個(gè)月的緩苗生長(zhǎng)后，于2018年6月20日開(kāi)始用黑色遮蔭網(wǎng)進(jìn)行遮蔭處理，并一直維持到10月下旬。遮蔭棚南北設(shè)置，棚高2.0 m，兩邊覆蓋苗床并延伸到地面，南北敞開(kāi)，便于通風(fēng)透氣。參考相關(guān)文獻(xiàn)，并結(jié)合香果樹(shù)野生種群的外業(yè)調(diào)查，試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理：一層遮蔭(L1，輻射光強(qiáng)相當(dāng)于全光照60%)、二層遮蔭(L2，輻射光強(qiáng)相當(dāng)于全光照25%)、三層遮蔭(L3，輻射光強(qiáng)相當(dāng)于全光照10%)，全光照(L0，輻射光強(qiáng)100%)為對(duì)照處理。采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次，并掛牌標(biāo)記。不同處理間留有1.5 m的間距，以免交錯(cuò)遮蔭。苗期正常管理，確保不同處理間栽培管理技術(shù)一致。

1.3 指標(biāo)測(cè)定與方法

1.3.1 葉片含水量與葉片形態(tài)

10月上旬取樣測(cè)定葉片含水量與葉片形態(tài)。葉面積采用AM-300手持式葉面積儀聯(lián)體測(cè)定；葉片含水量(LWC)測(cè)定采用烘干法，并用以下公式計(jì)算：

LWC=(葉鮮重-葉干重)/葉干重×100%

(1)

比葉面積(LAM)和比葉重(LMA)由以下公式換算[12]：

LAM=(葉面積/葉干重)

(2)

LMA=(葉干重/葉面積)

(3)

1.3.2 光合作用參數(shù)

8月份選取連續(xù)晴朗的白天進(jìn)行光合作用日變化測(cè)定。不同處理選擇發(fā)育完好的幼苗植株各3株，每株選擇3片位置相當(dāng)、發(fā)育成熟的功能葉(頂端數(shù)第4片，葉柄涂標(biāo))測(cè)定。測(cè)定時(shí)最高氣溫36.8℃，最低氣溫27.8℃，最高輻射光強(qiáng)1 740 μmol·m-2·s-1。自當(dāng)天7:00～18:00，每隔1h用LI-6400型便攜式光合作用測(cè)定儀測(cè)定1次，每次測(cè)定40～60 s。測(cè)定光合指標(biāo)有：凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)、胞間CO2濃度(Ci)。同時(shí)記錄不同處理的環(huán)境參數(shù)：光合有效輻射(PAR)、氣溫(Ta)、大氣相對(duì)濕度(RH)、CO2濃度(Ca)等。

1.3.3 生理指標(biāo)

自7月10日開(kāi)始，每隔20 d取樣1次，持續(xù)到9月底。葉綠素指標(biāo)測(cè)定采用80%丙酮提取，分光光度法，并根據(jù)Arnon公式計(jì)算[13]。超氧化物歧化酶(SOD)活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑染色法；過(guò)氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚顯色法[14]。丙二醛(MDA)含量用硫代巴比妥酸法；可溶性糖采用蒽酮法；蛋白質(zhì)采用考馬斯亮藍(lán)染色法[14]。

1.3.4 葉片超微結(jié)構(gòu)

10月上旬測(cè)定葉片超微結(jié)構(gòu)。不同處理中采集涂標(biāo)的功能葉(頂端數(shù)第4片)，中部近葉脈處取材，取材大小為1.5 mm×1.5 mm。放入預(yù)冷的2.5%戊二醛中固定12 h(4℃)，0.1 mol·L-1磷酸緩沖液(pH=7.2)漂洗3次，每次20 min。然后轉(zhuǎn)移至1%的鋨酸中后固定4 h(4℃)，丙酮梯度脫水，之后用SPI-812樹(shù)脂滲透、包埋，Leica UC6超薄切片機(jī)切成60～80 nm超薄切片，醋酸鈾—檸檬酸鉛雙染色，用日立H-7650型透射電鏡觀察，并用Gatan公司生產(chǎn)的832SC1000W數(shù)字成像系統(tǒng)拍照。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(Mean±SD)的形式表示，應(yīng)用Excel 2016作圖，SPSS17.0進(jìn)行方差分析和相關(guān)分析，多重比較采用最小顯著極差法(LSD法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 遮蔭對(duì)香果樹(shù)葉片含水量(LWC)與葉片形態(tài)的影響

從表1、圖1可見(jiàn)，遮蔭對(duì)香果樹(shù)幼苗的葉片發(fā)育有顯著影響。從單葉面積(SLA)來(lái)看，遮蔭與全光照相比，其SLA有顯著差異(P<0.05)，表現(xiàn)為遮蔭后個(gè)體SLA顯著增大，尤以L2處理的SLA最大(109.67 cm2)，為全光下SLA的1.844倍，L1和L3處理的SLA與全光下相比也有顯著差異(P<0.05)；全光下單葉鮮重(SLWf)與L1、L2差異不顯著，單葉干重(SLWd)卻有顯著差異(P<0.05)。遮蔭條件下，SLWd明顯減小，尤其是L3處理下降最甚，其SLWd僅為0.25 g，為全光下的0.43倍，說(shuō)明遮蔭下葉內(nèi)干物質(zhì)明顯減少。從LWC的變化來(lái)看，遮蔭條件下隨著遮蔭強(qiáng)度的增強(qiáng)葉片內(nèi)LWC顯著增加，這可能與遮蔭后林內(nèi)氣溫下降、相對(duì)濕度適量增加有關(guān)。

圖1 遮蔭對(duì)香果樹(shù)葉片形態(tài)發(fā)育的影響Fig.1 Effect of shading on morphological development of E.henryi leaves

比葉重(LMA)為單位面積葉干重，反應(yīng)葉片干物質(zhì)積累的多少[12]。從表1中可見(jiàn)，遮蔭對(duì)LMA、LAM的影響較大，表現(xiàn)為隨著遮蔭強(qiáng)度的增強(qiáng)LMA日趨減小，而LAM則日漸增大，方差分析呈現(xiàn)出顯著差異(P<0.05)。遮蔭引起幼苗SLA和SLWd的改變，進(jìn)而導(dǎo)致了LMA、LAM的顯著變化。

2.2 遮蔭對(duì)香果樹(shù)葉片光合作用參數(shù)的影響

2.2.1 光合作用參數(shù)的日變化

不同遮蔭條件下香果樹(shù)葉片Pn的日變化不同(圖2A)。全光和L1處理Pn呈現(xiàn)明顯的雙峰曲線，中午12:00時(shí)出現(xiàn)了明顯的“午休”。L2處理在中午時(shí)分Pn也呈現(xiàn)了下降， 但下降趨勢(shì)不明顯，而L3處理的Pn變化平緩，沒(méi)有出現(xiàn)“午休”。從光合日變化進(jìn)程來(lái)看，7:00～9:00內(nèi)全光下Pn高于其他處理，但是9:00時(shí)后全光照下Pn有所下降，而L1處理的Pn則仍保持增高的趨勢(shì)，并逐漸超過(guò)L0和其他處理，這種趨勢(shì)一直持續(xù)到11:00時(shí)。15:00時(shí)以后，所有處理的Pn都處于低值變化，尤其是在18:00時(shí)，L3處理的Pn出現(xiàn)了負(fù)值。日均Pn的大小排序?yàn)長(zhǎng)1>L0>L2>L3(表2)。方差分析表明，不同處理下日均Pn有顯著差異(P<0.05)。

表1 遮蔭對(duì)香果樹(shù)葉片含水量及葉片形態(tài)的影響

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，不同字母表示差異顯著(P<0.05)；下同。

Note：Data of table are average value±standard error, different letters mean significant differences；The same as below.

表2 遮蔭條件下香果樹(shù)葉片光合作用參數(shù)的日均值

表3 遮蔭條件下香果樹(shù)葉片光合作用參數(shù)與葉片含水量及葉片形態(tài)的相關(guān)矩陣

Table 3 Relationship matrix of the photosynthesis parameters with relative water contents and morphology indexes ofE.henryileaves under shading

PnGsCiTrSLASLWfSLWdLWCLMAPn10.881?-0.587?0.948??-0.623?0.4130.836??-0.862??0.796??Gs1-0.4260.937??-0.380.6020.810??-0.692?0.626?Ci1-0.4220.063-0.695-0.725??0.514-0.52Tr10.647?0.3810.818??-0.862??0.791??SLA10.335-0.4550.816??-0.813??SLWf10.67?-0.2160.215SLWd1-0.849??0.864??LWC1-0.954LMA1

注：*和**分別表示相關(guān)性達(dá)0.05和0.01顯著水平。

Note：*and**indicate significant corretion at 0.05 and 0.01 level, respectively.

一般而言，氣孔導(dǎo)度反映大氣CO2和水汽與植物葉片傳導(dǎo)、交換能力的高低。由圖2B可見(jiàn)，不同處理下Gs變化規(guī)律基本一致。11:00時(shí)之前不同處理葉片Gs較高，后期趨于下降，與Pn的變化基本相似，其變化與Pn呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)(表3)。從整個(gè)Gs日變化進(jìn)程來(lái)看，除了中午12:00和18:00時(shí)之外，其他時(shí)間段L1處理的Gs一直高于其他處理，說(shuō)明一層遮蔭的光強(qiáng)有利于香果樹(shù)氣孔的調(diào)節(jié)，并有利于個(gè)體光合作用效率提高。L0處理Gs在9:00時(shí)之前都是逐漸升高的，但之后明顯下降，13:00時(shí)以后一直處于低位變化。L2處理Gs中午之前出現(xiàn)了2次高峰(10:00、12:00)，后期Gs值一直很低；L3處理的Gs在整個(gè)日進(jìn)程中一直走低。日均Gs的大小排序也為L(zhǎng)1>L0>L2>L3(表2)。方差分析表明，不同處理間日均Gs有顯著差異(P<0.05)，但L1與L0間差異不顯著。

不同處理下Ci的變化相似，盡管有一定的波動(dòng)，但基本上呈緩慢降低、后期抬升的趨勢(shì)(圖2C)。不同處理下日均Ci大小依次為L(zhǎng)3>L1>L0>L2(表2)。方差分析表明，不同處理間Ci差異顯著(P<0.05)。L3處理強(qiáng)度遮蔭，17:00以后光照強(qiáng)度已經(jīng)很低，并出現(xiàn)負(fù)值，而Gs很低，CO2同化率低，致使較多CO2積聚在細(xì)胞間，導(dǎo)致Ci后期急劇增高。Ci的變化與Pn呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)(表3)。

不同遮蔭條件下香果樹(shù)幼苗的Tr變化見(jiàn)圖2D。就日均Tr比較而言，L1>L0>L2>L3(表2)。方差分析表明，L1與L0間差異不顯著，但與L2、L3處理間有顯著差異(P<0.05)(表2)。Tr的日變化也呈現(xiàn)雙峰波動(dòng)，其變化與Pn呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)(表3)。由于光照強(qiáng)度的差異，L0和L1處理雙峰出現(xiàn)在10:00和14:00，而L2處理雙峰出現(xiàn)在12:00和16:00，L3處理無(wú)雙峰波動(dòng)變化。

圖2 遮蔭條件下香果樹(shù)葉片凈光合作用速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)的日變化Fig.2 Diurnal variation of net photosynthesisrate(Pn),stomatal conductance(Gs), intercellular CO2 concentration(Ci),transpiration rate(Tr) of E.henryi leaves under shading

2.2.2 光合作用參數(shù)與葉片含水量及葉片形態(tài)指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系

將遮蔭處理下香果樹(shù)幼苗光合作用參數(shù)日均值與葉片含水量及葉片形態(tài)指標(biāo)作相關(guān)分析見(jiàn)表3。結(jié)果表明，遮蔭條件下Pn與SLWd、LMA也呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，而與SLA和LWC呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與SLWf相關(guān)性不顯著,Gs、Tr具有類(lèi)似的相關(guān)性，而Ci與之相關(guān)性相反。可見(jiàn)，遮蔭條件下，盡管植株SLM增加，但由于SLWd和LMA減小，Pn卻隨之下降，進(jìn)而影響到幼苗正常的生理生長(zhǎng)。

2.3 遮蔭對(duì)香果樹(shù)葉片葉綠素及類(lèi)胡蘿卜素含量的影響

葉綠素是植物光合作用最有效的光能吸收色素，而類(lèi)胡蘿卜素也是不可缺少的色素，因此葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素含量是分析植物光合作用能力的主要參數(shù)。反過(guò)來(lái)，環(huán)境中光照條件的變化也影響到葉綠素及類(lèi)胡蘿卜素的合成與分解，通過(guò)增加單位葉面積色素來(lái)提高其捕光能力[15～16]。由表4可知，遮蔭對(duì)香果樹(shù)葉片葉綠素及類(lèi)胡蘿卜素含量均有顯著影響(P<0.05)。遮蔭初期(20 d)不同處理間香果樹(shù)葉片內(nèi)類(lèi)胡蘿卜素有顯著差異(P<0.05)，但葉綠素a、葉綠素b及葉綠素(a+b)差異不顯著，說(shuō)明短期內(nèi)遮蔭對(duì)葉綠素含量的影響較??；但是遮蔭一定時(shí)期后(20 d后)不同處理間葉片內(nèi)葉綠素a、葉綠素b、葉綠素(a+b)、類(lèi)胡蘿卜素均有顯著差異(P<0.05)?？偟内厔?shì)來(lái)看，遮蔭條件下葉片內(nèi)葉綠素a、葉綠素b、葉綠素(a+b)、類(lèi)胡蘿卜素(Car)均有增加，而且隨著遮蔭強(qiáng)度的加大其含量遞增。同時(shí)，隨著遮蔭處理的持續(xù)葉綠素及類(lèi)胡蘿卜素的含量遞減，說(shuō)明短時(shí)間內(nèi)遮蔭對(duì)色素含量的影響較小，隨著遮蔭時(shí)間的延長(zhǎng)葉片內(nèi)光合色素的合成受到抑制，尤其是葉綠素a、葉綠素b、葉綠素(a+b)的變化較為明顯。

表4 遮蔭條件下香果樹(shù)葉片葉綠素及類(lèi)胡蘿卜素含量的變化

注：表中數(shù)據(jù)為3次測(cè)定平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；不同小寫(xiě)字母表示同一處理不同處理時(shí)間差異顯著(P<0.05)；不同大寫(xiě)字母表示相同時(shí)間內(nèi)不同處理間有顯著差異(P<0.05)。

Note:Data were the mean of separate experiments with their stand deviation.Different normal letters indicate significant difference between the time in the same treatment(P<0.05); Different capital letter indicate significant difference between treatments in the same time(P<0.05).

圖3 遮蔭條件下葉片可溶性糖及可溶性蛋白質(zhì)含量的變化Fig.3 Changs of soluble sugar and protein content of leaves under shading

2.4 遮蔭對(duì)香果樹(shù)葉片可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)和丙二醛(MDA)含量的影響

2.4.1 可溶性糖含量

可溶性糖是植物體內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其含量變化可以影響到植物體內(nèi)的滲透勢(shì)，以利于植物在逆境下維持其自身的水分、營(yíng)養(yǎng)平衡，提高其抗逆性[17～18]。從不同遮蔭條件下香果樹(shù)葉片內(nèi)可溶性糖含量的變化來(lái)看，總的趨勢(shì)為L(zhǎng)0>L1>L2>L3，說(shuō)明遮蔭不利于香果樹(shù)體內(nèi)糖的積累(圖3A)。從不同遮蔭條件下可溶性糖含量的時(shí)間變化來(lái)看，不同處理時(shí)間葉片內(nèi)可溶性糖含量均有顯著差異(P<0.05)，總的趨勢(shì)是呈現(xiàn)先期降低而后期上升(60 d前后分界)，尤其是L0和L1處理的指標(biāo)變化最為劇烈，而重度遮蔭下(L3)變化較為平穩(wěn)，這可能與遮蔭60d前后外環(huán)境的季節(jié)變化有關(guān)。

2.4.2 可溶性蛋白質(zhì)含量

遮蔭條件下香果樹(shù)幼苗葉片可溶性蛋白質(zhì)含量見(jiàn)圖3B。從圖3中可見(jiàn)，隨著遮蔭時(shí)間的延長(zhǎng)，不同處理可溶性蛋白質(zhì)含量逐漸積累，不同處理之間可溶性蛋白質(zhì)含量差異顯著(P<0.05)。遮蔭40 d時(shí)，不同處理可溶性蛋白質(zhì)含量比較接近，重度遮蔭(L3)下可溶性蛋白質(zhì)最小(1.69 mg·g-1)。隨著遮蔭時(shí)間的延長(zhǎng)，不同處理間的指標(biāo)值逐漸拉開(kāi)，到遮蔭80 d時(shí)，不同處理的可溶性蛋白質(zhì)的大小順序?yàn)長(zhǎng)0(12.170)>L1(8.586)>L2(10.546)>L3(7.180)。遮蔭后期，隨著氣溫的下降，不同處理可溶性蛋白質(zhì)含量均有所下降，仍以L0處理的指標(biāo)值最大(13.314)。

圖4 遮蔭條件下葉片MDA含量的變化Fig.4 Changes of MDA contents of leaves under shading

圖5 遮蔭條件下葉片SOD及POD活性的變化Fig.5 Changs of both SOD and POD activities of leaves under shading

2.4.3 MDA含量

葉片內(nèi)MDA含量變化見(jiàn)圖4。不同遮蔭條件下MDA含量變化較為緩和，呈現(xiàn)先期緩慢上升，中期平穩(wěn)，后期回升的態(tài)勢(shì)。方差分析表明，不同處理間葉片內(nèi)MDA含量均呈現(xiàn)顯著差異(P<0.05)，說(shuō)明遮蔭影響到香果樹(shù)葉片內(nèi)MDA的積累，并呈現(xiàn)出隨遮蔭強(qiáng)度的加大MDA含量遞減。其中，在遮蔭40 d時(shí)不同處理的MDA含量差異最大，此時(shí)L1、L2、L3處理的MDA含量分別為L(zhǎng)0處理的81.82%、63.64%、45.46%，并達(dá)到顯著水平(P<0.05)，后期不同處理間的差異變小，但仍有顯著差異(P<0.05)。

2.5 遮蔭對(duì)香果樹(shù)葉片2種保護(hù)酶活性的影響

2.5.1 SOD活性

2.5.2 POD活性

與SOD的變化類(lèi)似，隨著遮蔭時(shí)間的延長(zhǎng)，葉片中POD活性呈現(xiàn)出先升后降的變化(圖5B)。在遮蔭60 d時(shí)，4種處理葉片內(nèi)POD活性均達(dá)到極大值，其排列順序?yàn)椋篖2(104.460)>L1(99.840)>L0(66.600)>L3(52.90)。這時(shí)，L1與L2處理的變化差異不顯著，但與L0、L3處理之間差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。在處理100 d時(shí)，各處理葉片中POD活性相差很小。

2.6 遮蔭對(duì)香果樹(shù)葉肉細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響

葉綠體是植物進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所，也是細(xì)胞中對(duì)逆境最敏感的細(xì)胞器[20]。因此，分析葉片中葉綠體的結(jié)構(gòu)變化可以為植物遭受不良生境下的生理反應(yīng)作出解釋。從葉片超微結(jié)構(gòu)圖片可以看出，全光(L0)條件下，高強(qiáng)度光輻射葉肉組織中細(xì)胞輪廓可鑒，葉綠體緊靠細(xì)胞壁幾乎呈平行分布，形狀如梭形，細(xì)胞中央形成有大的空腔，類(lèi)囊體片層與葉綠體長(zhǎng)軸近似平行排列，基粒類(lèi)囊體略有膨脹，基質(zhì)片層模糊，零散分布有淀粉粒和嗜鋨顆粒(圖6:a,e)；L1處理下細(xì)胞內(nèi)輪廓清晰，葉綠體數(shù)量明顯增加，在細(xì)胞中占有面積增加，葉綠體中類(lèi)囊體排列緊密，之間通過(guò)類(lèi)囊體片層相連，葉綠體中淀粉粒明顯增多，嗜鋨顆粒相應(yīng)減少(圖6:b,f)；L2、L3處理細(xì)胞結(jié)構(gòu)與葉綠體變化不大，葉綠體外形逐漸呈圓球形或橢圓形，在細(xì)胞中占有比例較大，淀粉粒數(shù)量較多，但嗜鋨顆粒相應(yīng)減少，類(lèi)囊體結(jié)構(gòu)清晰，片層厚度加大，零散分布有嗜鋨顆粒(圖6:c～d,g～h)。

圖6 不同光環(huán)境下香果樹(shù)葉片葉肉細(xì)胞超微結(jié)構(gòu) a,e. L0處理；b,f. L1處理；c,g. L2處理；d,h. L3處理 CW.細(xì)胞壁；Ch.葉綠體；Th.類(lèi)囊體片層；OG.嗜鋨顆粒；S.淀粉粒；V.液泡Fig.6 Ultrastructure of mesophyllic cells of E.henryi leaves under different light intensities a,e. L0 treatrment; b,f. L1 treatrment; c,g. L2 treatrment; j,k,l. L3 treatrment CW.Cell wall; Ch.Chloroplast; Th. Thylakoids; OG. Osmiophilic globule; S. Starch grains; V. Vacuole

3 討論

光是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育最主要、最直接的外界因素之一[21～22]。因此，光照條件的改變直接影響到植物個(gè)體的外部形態(tài)及生長(zhǎng)發(fā)育。不同光環(huán)境對(duì)香果樹(shù)幼苗的形態(tài)產(chǎn)生了顯著影響，表現(xiàn)為隨著遮蔭強(qiáng)度的增大，單葉面積(SLA)顯著增加，單葉干重(SLWd)和比葉重(LMA)明顯減小，但比葉面積(LAM)增大，這與前人的研究結(jié)果類(lèi)似[23]。全光下LMA較高、LAM較低，SLA較小，說(shuō)明幼苗葉片較厚，從而減緩了光在葉片內(nèi)部的傳導(dǎo)等，這樣可以避免強(qiáng)光對(duì)葉片內(nèi)部機(jī)構(gòu)造成破壞，而弱光下LMA較低、LAM較高、SLA較大，說(shuō)明幼苗通過(guò)擴(kuò)大葉面積而獲取更多的光強(qiáng)，以彌補(bǔ)光能的不足。

遮蔭對(duì)香果樹(shù)幼苗的光合作用產(chǎn)生了顯著影響。全光和L1處理下Pn呈明顯的雙峰曲線，“午休”現(xiàn)象明顯，葉片中Pn隨之下降，同時(shí)伴隨著Tr和Gs的下降，說(shuō)明此時(shí)的Pn下降可能與氣孔限制有關(guān)[24]。L2處理中Pn略有下降，但L3處理“午休”完全消失。從Pn的日均變化來(lái)看，L1處理的Pn日均值已經(jīng)超過(guò)L0，說(shuō)明適度遮光有利于香果樹(shù)光合作用效率的提高，而L3處理下光強(qiáng)過(guò)于微弱，形成了光照脅迫，不利于幼苗的健壯成長(zhǎng)。全光下，外界有效輻射最大達(dá)1 740 μmol·m-2·s-1以上，但過(guò)剩的強(qiáng)光并未對(duì)幼苗的組織器官造成明顯灼傷，仍能維持一定的光合作用效率，這一點(diǎn)說(shuō)明香果樹(shù)對(duì)外界強(qiáng)光具有一定的忍耐性，也表現(xiàn)出一定的喜光性。

葉綠素含量及相對(duì)比例同光合作用的關(guān)系十分密切，其含量在一定程度上可以反映植物同化物質(zhì)的能力[25]。本試驗(yàn)表明，遮蔭條件下香果樹(shù)葉片葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總和(a+b)、類(lèi)胡蘿卜素均有一定程度增加，而且隨著遮蔭強(qiáng)度的加大其含量遞增。李霞等[26]認(rèn)為，耐蔭性植物品種遮蔭后植株葉片葉綠素含量增加，而不耐蔭的植物品種葉綠素含量降低。從這一理論可以推斷，香果樹(shù)表現(xiàn)出一定的耐蔭性[27]。同時(shí)，遮蔭時(shí)間的長(zhǎng)短也影響葉片內(nèi)光合色素的變化，短期內(nèi)影響不顯著說(shuō)明香果樹(shù)對(duì)短期庇蔭具有忍耐性，長(zhǎng)期庇蔭將引起葉片光合色素的適應(yīng)性調(diào)節(jié)，增強(qiáng)了葉片的捕光能力。

植物體內(nèi)過(guò)量活性氧自由基的產(chǎn)生可引發(fā)膜脂過(guò)氧化，MDA是膜脂過(guò)氧化的主要產(chǎn)物之一，其大量累積是活性氧傷害作用的表現(xiàn)，是膜脂過(guò)氧化的指標(biāo)之一，因而MDA含量可反映膜脂質(zhì)過(guò)氧化作用的強(qiáng)弱[28～29]。試驗(yàn)表明，遮蔭條件下MDA變化較為緩和，呈現(xiàn)先期緩慢上升，中期下降后期回升的態(tài)勢(shì)，但遮蔭條件下MDA始終小于全光照，說(shuō)明全光下過(guò)高的光照強(qiáng)度已經(jīng)導(dǎo)致了香果樹(shù)體內(nèi)的活性氧代謝失衡，葉片發(fā)生膜脂過(guò)氧化作用，可對(duì)植物的健康帶來(lái)一定危害；而適度遮蔭則有利于幼苗自身的活性氧的代謝調(diào)節(jié)，維持正常的生理發(fā)育。

一般而言，逆境中植物葉肉細(xì)胞可溶性糖的含量增加和蛋白質(zhì)積累可以增強(qiáng)細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)能力，這對(duì)提高植物自身的抗逆性是有益的[30]。本試驗(yàn)中，遮蔭條件下香果樹(shù)葉片內(nèi)可溶性糖含量均小于全光照，說(shuō)明遮蔭不利于香果樹(shù)葉片內(nèi)糖的積累，從而降低了幼苗自身的滲透調(diào)節(jié)能力。同時(shí)，葉片內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量卻隨遮蔭時(shí)間的延長(zhǎng)而遞增，說(shuō)明香果樹(shù)通過(guò)提高體內(nèi)蛋白質(zhì)含量來(lái)適應(yīng)環(huán)境中光照不足對(duì)幼苗的影響[31]。但是，在遮蔭后期細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)含量有下降趨勢(shì)，而且與全光照相比重度遮蔭下葉片內(nèi)蛋白質(zhì)含量明顯下降，說(shuō)明嚴(yán)重的光不足會(huì)影響幼苗自身的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累，抑制幼苗的正常生長(zhǎng)。

遮蔭對(duì)香果樹(shù)葉肉細(xì)胞解剖結(jié)構(gòu)均會(huì)帶來(lái)一定的影響，進(jìn)而影響到自身光合產(chǎn)物的積累。全光下香果樹(shù)葉綠體緊靠細(xì)胞壁平行分布，類(lèi)囊體排列均勻，發(fā)育正常，有淀粉粒和嗜鋨顆粒存在，但數(shù)量較少。而遮蔭條件下，特別是輕度遮蔭，細(xì)胞內(nèi)葉綠體數(shù)量明顯增加，在整個(gè)細(xì)胞中占有比例增大，類(lèi)囊體排列緊密，堆疊程度增高，這將有利于葉綠素片層附著更多的補(bǔ)光色素與光合酶，有利于植物吸收較多的光能以彌補(bǔ)弱光的不足，提高其光合作用效率[35～36]。遮蔭條件下，葉綠體中淀粉粒數(shù)量增多，這可能是由于光合產(chǎn)物合成后迅速轉(zhuǎn)化為淀粉暫時(shí)貯存于葉綠體中，而弱光下同化產(chǎn)物的運(yùn)輸速度相應(yīng)降低，使得淀粉積累在葉綠體內(nèi)形成較大的顆粒。同時(shí)，遮蔭條件下葉綠體類(lèi)囊體葉綠體膜發(fā)育不完全，未見(jiàn)有明顯的結(jié)構(gòu)紊亂，葉綠體數(shù)、類(lèi)囊體數(shù)和類(lèi)囊體片層數(shù)也沒(méi)有出現(xiàn)顯著降低，片層發(fā)育良好，說(shuō)明香果樹(shù)幼苗能夠通過(guò)正常的光合作用維持自身生長(zhǎng)和生理需要，體現(xiàn)出一定的耐蔭性和對(duì)環(huán)境的可塑性。

綜上所述，香果樹(shù)對(duì)光照的生態(tài)幅較寬，適應(yīng)性較強(qiáng)。輕度遮蔭(光強(qiáng)達(dá)全光照60%以上)條件下，幼苗仍能維持較高的凈光合作用效率，以確保植株生長(zhǎng)良好；而中度和重度遮蔭(光強(qiáng)低于全光照50%)則會(huì)嚴(yán)重降低香果樹(shù)的光合作用效率，并導(dǎo)致植株?duì)I養(yǎng)缺乏，生長(zhǎng)受抑，影響植物個(gè)體的質(zhì)量。因此，在香果樹(shù)生產(chǎn)育苗中，可以對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼谑a處理，以降低高溫和日灼危害，并可以減少土壤水分蒸發(fā)，緩和夏季干旱對(duì)幼苗生長(zhǎng)的制約，但遮蔭強(qiáng)度不能過(guò)大，有效輻射光強(qiáng)以不低于自然光強(qiáng)的60%為宜，以滿足幼苗正常生長(zhǎng)發(fā)育所需要的基本環(huán)境條件。