光照强度对5 种观赏蕨生理指标的影响

张国珍，曾富春，李策宏，谢孔平

（1.四川省自然资源科学研究院，四川成都610015；2.峨眉山生物资源实验站，四川峨眉山614201；3.四川农业大学农学院，四川温江611130）

光照强度对5 种观赏蕨生理指标的影响

张国珍1，2，曾富春3，李策宏2，谢孔平1，2

（1.四川省自然资源科学研究院，四川成都610015；2.峨眉山生物资源实验站，四川峨眉山614201；3.四川农业大学农学院，四川温江611130）

[目的]探讨峨眉山5种观赏蕨对不同光照的生理响应。[方法]以峨眉山5种优良观赏蕨类峨眉耳蕨、瘤足蕨、长叶实蕨、光石韦和井栏边草为试验材料，设置全光照、遮阴30%、遮阴50%、遮阴83%共4个光照梯度，探讨不同光照强度对5种观赏蕨生理指标的影响。[结果]光照强度对观赏蕨叶绿素a、b及叶绿素总量影响较大，在一定光照范围内，叶绿素总量随着光照强度降低而增加，而叶绿素a/b值却降低；具有较高叶绿素含量和较低的叶绿素a/b值的蕨能够在较弱光照下生活；光照胁迫下，观赏蕨的游离Pro含量、MDA含量不同程度地增加，而可溶性蛋白含量却下降；光胁迫下，观赏蕨POD酶活性增加，POD酶活性变化量及其活性高低与观赏蕨忍耐光胁迫的能力呈正相关；根据5种观赏蕨对光照的生理响应情况推测，它们的耐阴能力排序为：井栏边草＞长叶实蕨＞峨眉耳蕨＞瘤足蕨＞光石韦。[结论]研究结果为观赏蕨的开发与应用提供了参考。

观赏蕨；光照强度；耐阴性；生理指标

逆境胁迫下，植物体内活性氧的产生与清除之间的平衡被破坏，活性氧量大大增加，从而导致叶片膜的损伤，电解质外渗加剧，进而引起其他生理生化的异常。蕨类是介于高等植物与低等植物中间的过渡类群，其生活史包括孢子体和配子体2个阶段，具有食用、药用、观赏以及环境指示等价值，且大多种类集多种价值于一身，其价值，尤其是观赏价值越来越受到人们的关注和认可。光照是影响蕨类正常生长的最重要环境因子之一，当它成为生长限制因子时，蕨类会产生一定的反应。前人就此作了不少研究，但主要集中在配子体阶段[1-3]，光照对蕨类孢子体阶段影响的研究相对较少，而且方法大多是测量叶绿素和光合速率[4-6]，很少涉及其他生理指标。鉴于此，笔者从峨眉山丰富的蕨类资源中遴选出观赏价值较高的5种，探讨它们对不同光照的生理响应，以期为观赏蕨的开发与应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

以峨眉耳蕨（Polystichum omeienseC.Chr.）、长叶实蕨[Bolbitis heteroclita（C.Presl）Ching]、井栏边草（Pteris multifidaPoir.）、瘤足蕨 [Plagiogyria adnata（Bl.）Bedd.]和光石韦[Pyrrosia calvata（Baker）Ching] 5种野生观赏蕨为试验材料，其来源信息见表1。

1.2 方法

1.2.1 试验设计。试验用裂区设计，主因素为4个光照梯度，分别为全光照、遮阴30%（透光70%）、遮阴50%（透光50%）、遮阴83%（透光17%），记为处理①、②、③、④。副因素为5种试验材料，主、副区均采用随机区组设计，3次重复。于3月初开始控光，处理60 d后取当年生成熟叶测量以下生理指标：①叶绿素含量及叶绿素a、b，采用混合液法[7]测定；②游离脯氨酸（Pro）含量，采用酸性茚三酮比色法[7]测定；③丙二醛（MDA）采用双组分光光度法[7]测定；④可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法[7]测定；⑤POD活性参照张宪政[8]的方法测定。

1.2.2 数据处理方法。采用DPS（Data Processing

System）3.01等软件进行数据分析。

表1 试验蕨类材料及其来源

2 结果与分析

2.1 光照强度对5种观赏蕨叶绿素含量及叶绿素a/b值的影响

由表2可知，井栏边草在各种光处理下的叶绿素总量最高，其次为长叶实蕨，而光石韦的最低；光照强度对5种蕨的叶绿素总量及叶绿素a/b值影响较大。随着光照强度降低，蕨类的叶绿素总量不同程度增加，而叶绿素a/b值却呈现不同程度的降低。不同蕨类植株叶片的叶绿素总量及叶绿素a/b值在不同光处理下的增减量不同，方差分析结果见表2。叶绿素总量增加最急剧的是长叶实蕨和瘤足蕨，各遮阴处理与全光照之间差异极显著，其次是峨眉耳蕨和井栏边草，而光石韦增幅最小，仅在透光率17%时差异显著。叶绿素a/b值井栏边草下降最明显，透光70%以下的处理与其他处理间表现出极显著差异，其次为长叶实蕨和峨眉耳蕨，而瘤足蕨、光石韦的下降幅度最小，仅在17%透光处理时显著低于其他处理。

2.2 光照强度对5种观赏蕨游离Pro含量的影响

Pro是水溶性最大的氨基酸。正常情况下，植物游离Pro含量很少，但逆境胁迫时，它可成10倍地增加，以维持各器官较强的渗透调节能力，从而提高植株对逆境的适应能力[9]。由图1可知，在一定光强范围内，5种蕨的游离Pro含量较低，在此基础上随着光强的增强或减弱，其游离Pro含量都出现不同程度的增加，说明更强或更弱的光照都不同程度地抑制它们的正常生长。从游离Pro含量的变化趋势来看，受光强影响最显著的是长叶实蕨和光石韦。它们的游离Pro含量变化趋势图接近镜像对称，随着光照强度降低，前者的游离Pro含量变化趋势为“升—降—升”，而后者为“降—升—降”，另外3种蕨的变化趋势均为先降低再升高。另外，几种蕨保持低Pro含量的光照范围存在一定差异，长叶实蕨的范围最窄，在透光50%左右，井栏边草最宽，在50%～17%，而光石韦和瘤足蕨在透光率70%左右至全光照范围内游离Pro含量都保持在相对较低水平。

表2 不同光照下5种观赏蕨叶绿素含量及叶绿素a/b值

图1 不同处理下5种蕨Pro含量

2.3 光照强度对5种观赏蕨可溶性蛋白含量的影响

可溶性蛋白是反映叶片生理功能的可靠指标之一，其含量的多少既能反映叶片N代谢水平和生活力的高低，也是叶片光合产物代谢强弱的重要指标[10]。由图2可见，5种蕨在全光照下的可溶性蛋白含量都处在相对较低的水平，遮阴处理后其含量表现出增加趋势，增长到一定数值后，随着遮阴度的继续增加，可溶性蛋白含量反而降低，说明蕨类在适度遮阴情况下生活力最旺盛，过强光和过弱光都抑制它们的生长。在遮阴处理下，可溶性蛋白含量下降最早的是光石韦和瘤足蕨。它们在透光率低于70%后可溶性蛋白含量出现下降，下降最急剧的是瘤足蕨，而受遮阴抑制最小的是井栏边草，遮阴后其可溶性蛋白一直保持在较高水平，遮阴50%以上后开始下降，但变幅较小，直到17%的透光环境其含量还略高于全光照。2.4 光照强度对5种观赏蕨MDA含量的影响

图2 各处理下5种蕨可溶性蛋白含量

MDA是“自由基”假说中植物为应对逆境启动膜脂过氧化的产物[9]，可见，逆境条件下植物体内MDA的积累量可以反映植物膜脂过氧化程度。由图3可见，不同光照下蕨类MDA含量与可溶性蛋白含量的变化趋势相反，供试5种蕨在适度遮阴处理下的MDA含量都处在较低水平，在全光照和遮阴度高的光照处理下，MDA含量都有不同程度的增加，以高遮阴度处理下的增长剧烈，说明全光照和高遮阴环境对几种蕨的正常生长构成了胁迫，尤其是严重遮阴环境。不同光照下几种蕨MDA含量变化存在差异，变化最急剧的是峨眉耳蕨，强于或弱于50%透光率的光照下，其MDA含量都迅速增加，变化最轻微的是井栏边草，其MDA含量在4种光处理下变幅最小，说明它受光胁迫的程度轻微。

图3 不同处理下5种蕨MDA含量

2.5 光照强度对5种观赏蕨POD活性的影响

5种蕨在不同光处理下的POD活性都有一定的变化。由图4可知，光石韦和瘤足蕨的酶活性曲线变化趋势相同，在透光70%处理下，酶活性保持在较低水平，随着光照加强或降低，酶活性有一定程度的增加，在全光照下酶的活力分别提高11.5和19.0U/gFW，而在50%遮光处理下分别提高56.5和41.0 U/gFW，随着遮阴度继续增加，它们的酶活性反而下降。同时，峨眉耳蕨和长叶实蕨的酶活性变化趋势也一致，在透光率50%处理下酶活性较低。随着光照增强或减弱，其酶活性都有不同程度的增加，当光照增强到全光照时出现下降。井栏边草在各种光处理下的酶活性都较高，而且处理间变幅相对较小，说明其生命力旺盛，能较好地适应各种光照环境，长叶实蕨则相反。

图4 不同处理下5种蕨POD活性变化

3 结论与讨论

3.1 光照强度影响观赏蕨叶绿素总量及叶绿素a/b值

叶绿素是光合作用的光敏化剂，而叶绿素b主要是利用漫射光中占优势的蓝紫光，并促进捕光叶绿素蛋白复合体（LHCP）的合成，从而提高叶绿体的捕光能力，增强对弱光的利用率[9]。一般认为，具有较高叶绿素含量和较低叶绿素a/b值的植物能够在较弱光照下生活[4-6，11]。该研究发现，光照强度对观赏蕨叶绿素a、b及叶绿素总量影响较大，在一定光照范围内，叶绿素总量随着环境光照强度的降低而增加，而叶绿素a/b值却表现出相反的变化趋势。同时，不同蕨叶绿素总量和叶绿素a/b值在不同光照的变化存在差异。若以叶绿素总量、叶绿素a/b值以及它们的变化情况为指标来判断几种蕨对光照的适应性，5种蕨中，井栏边草对弱光具有最强的适应性，其次为长叶实蕨、峨眉耳蕨，光石韦和瘤足蕨对弱光适应性最差，但对强光适应能力强，最强的是光石韦。

3.2 光照强度影响观赏蕨游离Pro、MDA以及可溶性蛋白含量

Pro和MDA被公认为植物的抗旱生理指标。该研究发现，光胁迫下，蕨类叶片中的Pro和MDA同可溶性蛋白一样也发生了改变，不同强度光照胁迫下，观赏蕨的游离Pro、MDA含量不同程度地增加，而可溶性蛋白含量却不同程度地下降。在全光照到83%遮阴的4种光强下，5种观赏蕨的游离Pro含量、MDA含量变化趋势大体一致，近似“V”型，而可溶性蛋白含量变化呈倒“V”型。这是因为过强光和过弱光都抑制观赏蕨的正常生长，可溶性蛋白的合成因受光调控而受阻碍，导致叶片可溶性蛋白含量降低；而游离Pro和MDA含量却随着光抑制的加强而增高，这是蕨类应对光逆境生理响应的结果，这与前人总结的其他植物应对逆境的生理反应结论相符[12-13]。

3.3 光照强度影响观赏蕨膜系统保护酶活性

POD是植物膜系统保护酶之一，逆境胁迫下，它可以通过清除体内的H2O2来维持活性氧代谢平衡，从而保护膜结构，使植物能在一定程度上忍耐、减缓或抵抗逆境胁迫[9]。研究发现，观赏蕨在适宜的光照范围内POD活性波动较小，当受到光胁迫时，其活性增加，而且随着胁迫程度的加强而增强，当增长到一定量后，随着胁迫的加剧，POD活性被抑制而下降，这与报道的其他植物抵御逆境机制相同[13-14]。同时，POD活性高低与植物忍耐逆境的能力相关，5种蕨中，井栏边草在各种光强下的酶活性都较高，说明其对光环境适应能力强，而长叶实蕨在各光处理下的酶活性较低，说明其对光强适应范围较窄，这与上述其他几种生理指标推断的结论一致。

[1]牟鸿飞.光照对蕨类植物孢子萌发的影响 [J].现代农业科学，2009，16（2）：38-39.

[2]张光飞，翟书华，杨慧，等.光照和温度对扇蕨孢子萌发的影响[J].植物生理学通讯，2009，45（9）：847-850.

[3]孙鑫，朱旋律，张莹，等.光照强度对水蕨孢子萌发及配子体性别分化的影响[J].植物研究，2010，30（2）：170-173.

[4]丁晓浩，何云核.10种观赏蕨类植物的耐荫性[J].江苏农业科学，2013，41（6）：148-150.

[5]徐冰，金水虎，丁炳扬.耐阴蕨类植物的筛选和园林应用[J].浙江大学学报：农业与生命科学版，2006，32（3）：329-333.

[6]崔秋芳，先旭东，石章锁.肾蕨的耐荫性及园林应用研究[J].现代农业科技，2007（19）：24-26.

[7]李合生，孙群，赵世杰，等.植物生理生化实验原理和技术[M].高等教育出版社，2000.

[8]张宪政.作物生理研究法[M].北京：农业出版社，1992.

[9]潘瑞炽，董愚德.植物生理学[M]上海：高等教育出版社，1994.

[10]莱谢姆.植物衰老过程和调控[M].胡文玉等译.沈阳：辽宁科学技术出版社，1986.

[11]应求是，吕敏，丁华娇，等.6种园林地被植物的耐荫性比较[J].浙江农业科学，2009（3）：488-490.

[12]迟伟，王荣富，张成林.遮荫条件下草莓的光合特性变化[J].应用生态学报，2001，12（4）：566-568.

[13]易金鑫，陈静华.弱光胁迫对茄子植株形态及两项生理指标的影响[J].江苏农业科学，1998（6）：62-65.

[14]常彩涛，刘文明.弱光下青椒外部形态及生理指标变化的研究[J].天津农业科学，1996，2（4）：8-10.

（责任编辑 张杨林）

Effects of Light Intensity on Physiological Indexes of Five Ornamental Ferns

ZHANG Guo-Zhenet al.（Sichuan Provincial Nature Resources Science Academy,Chengdu,Sichuan 610015)

[Objective]The aim was to study the physiological response of 5 kinds of ornamental fern on Mt. Emei to light.[Method]Five native ornamental ferns (Polystichum omeiense, Plagiogyria adnata, Bolbitisheteroclite, Pyrrosia calvata and Pteris multifida) collected from Mt.Emei were tested under four level of shadedegree (0%、30%、50%、83% of full sunlight),and the variation of physiological indexes of every ferns under different light intensity treatments were studied.[Result]The results showed that Chlorophyll(Chl)contents and chla/b ratio of ornamental ferns were influenced greatly by illumination intensity.As the illumination intensity weakening,Chl contents of all ferns increased and Chla/b ratio reduced.And the fern with higher Chl content and lower Chla/b ratio could live under weak light.The proline contents and MDA contents of all ferns increased constantly under light intensity stress,while the soluble protein contents decreased.The POD enzyme activity of ornamental ferns increased under light intensity stress.And the enzymatic activity of POD and it’s variation of ferns were positively correlated with their endurance abilities to light stress.According to the physiological responses to light stress of five tested ornamental ferns,the order for the shade-tolerance of them was Pteris multifida＞Bolbitis heteroclita＞Polystichum omeiense＞Plagiogyria adnata＞Pyrrosia calvata. [Conclusion]The results provided references for development and application of ornamental fern.

Ornamental fern;Illumination intensity;Shade-tolerance;Physiological index

S682

A

2095-0896（2014）02-032-04

四川省科技条件平台项目——四川省植物资源共享平台建设项目；四川省财政厅基本科研业务费项目。

张国珍（1977-），女，四川简阳人，助理研究员，硕士，从事植物生理、生态方面的研究，E-mail：zgzmj@163.com。

2014-01-16