保定室外绿墙火焰南天竹的生理变化研究

李肖谛,孟霄哲,孟庆瑞

(河北农业大学 园林与旅游学院，河北 保定 071000)

随着城市化进程的加快，高楼大厦拔地而起，绿地面积不断减少，为满足人们生活环境质量的需求，新型绿化方式应运而生[1]。绿墙作为新型绿化方式之一，在我国有一定的发展与应用[2]。但保定市室外绿墙的应用较少，且优良的四季观赏植物种类单一。火焰南天竹(Nandinadomestica‘Firepower’) 是小檗科南天竹属常绿灌木，在秋季降温时,叶色由绿变红并持续到次年春天,极具观赏价值[3]。虽然在北方地区已有引种，但未有大规模生产及应用，对其研究大部分集中于观赏性、繁殖、养护等方面，而在北方室外绿墙上的生理变化研究却未见报道。因此，本试验对保定市室外绿墙上的火焰南天竹进行生理变化研究，为其在绿墙上的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料为2年生火焰南天竹，材料来自于上海上房园艺有限公司，于2018年10月栽植于室外绿墙。

1.2 试验地概况

绿墙位于保定市莲池区河北绿地花卉景观研创中心(北纬115°49′，东径38°82′)，为西向墙(南北墙)，长3.97 m，高2.44 m。结构层次由墙面到外依次是防水层，基底(魔法草炭)，种植槽(盒子)和种植基质；绿墙上日平均光照强度变化范围为0.38～20 860.76 Lx，基质日均温度变化范围为6.22～29.55 ℃，日均湿度变化范围为12.74%～26.40%；绿墙采用的浇水方式为滴灌式，采用手机智能操控形式。地面光照强度变化范围为0.32～20 581.76 Lx，土壤温度变化范围11.50～32.26 ℃，湿度变化范围为12.56%～22.35%。

1.3 方法

1.3.1 材料处理 以地栽火焰南天竹为对照(CK)，共4个处理：自然区域草炭基质(F1)和水苔基质(F2)，防寒区域草炭基质(F3)和水苔基质(F4)，其余条件相同。防寒区域指在2019年过冬时对一部分火焰南天竹进行了越冬保护措施的区域。

于2020年5月至9月，每月采集对照及每处理下各3株火焰南天竹的健康叶片，每株取3片，放入保鲜袋，装入冰盒带回实验室进行各指标测定，试验设3次重复。

1.3.2 指标测定 叶绿素测定参考王卓远的方法；MDA测定参考罗丹的方法；SOD测定参考张荣梅的方法；POD测定参考王冠明的方法；可溶性糖测定参考黄风杰的方法；可溶性蛋白参考邓磊的方法[4-9]。

1.3.3 数据处理分析 利用Excel 2010及SPSS 22.0等软件对所有数据整理归纳、进行模糊隶属函数分析评价。

2 结果与分析

2.1 不同处理对火焰南天竹叶绿素含量的影响

越夏期间，不同处理下火焰南天竹叶绿素变化情况，见表1。

表1 火焰南天竹不同月份叶绿素含量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月的叶绿素含量呈现的变化规律为“升-降”，不同处理的叶绿素含量均值表现为F3>F4>F1>F2>CK。叶绿素含量于8月达最高值，绿墙最低值出现时间与CK有差异。各处理叶绿素含量均值分别比CK增加26.21%、13.71%、66.13%、50.81%；使用防寒措施区域叶绿素含量均值比自然区域增加32.10%。由方差分析检验结果来看，F3与CK存在显著性差异。

植物叶色与色素含量有关。5-8月的火焰南天竹处于生长期，叶绿素含量不断增加，植物的绿色不断加深，9月份火焰南天竹叶绿素含量不断减少，叶色开始变红。叶绿素含量反映植物健康状态和光合能力，含量的增多有利于植物积累光合产物，提高自身抗逆性[10]。结果表明，绿墙上植物状态优于对照，采用防寒措施区域的植物状态优于自然区域，这说明绿墙上的光照、温度、湿度等环境因素利于火焰南天竹的生长，越冬时采用防寒措施，有助于火焰南天竹以后更好的越夏。

2.2 不同处理对火焰南天竹MDA含量的影响

越夏期间，不同处理下火焰南天竹叶MDA变化情况，见表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含量呈现的变化规律为“降-升-降”，不同处理的MDA含量均值表现为CK>F2>F1>F4>F3。6月MDA含量最低， 8月MDA含量最高。不同处理MDA含量均值分别比CK下降31.52%、14.63%、50.84%、35.48%；使用防寒措施区域MDA含量均值比自然区域降低了21.62%。由方差分析检验结果来看，F3与CK对比始终存在极显著性差异。

MDA是细胞膜脂过氧化作用的产物之一,它的产生能加剧膜的损伤,其产生数量的多少能够代表膜脂过氧化的程度,也可间接反映植物组织抗氧化能力的强弱[11]。5-6月温度适宜，火焰南天竹生长状态良好防御能力提高，相应的MDA含量不断减少；7-8月为北方高温季，高温伤害使MDA含量的值不断增高；9月温度下降，伤害减弱，MDA含量随之下降。绿墙火焰南天竹MDA含量低于CK，说明绿墙植物受伤害程度小于CK；使用防寒措施区域的MDA含量低于自然区域，说明防寒措施的使用，有助于植物次年越夏防御能力的提升。

2.3 不同处理对火焰南天竹保护酶的影响

越夏期间，不同处理下火焰南天竹叶保护酶SOD、POD变化情况，见表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呈现的变化规律为 “升-降”，不同处理的SOD、POD含量均值均表现为F3>F4>F1>F2>CK。5月SOD、POD值活性最低；8月份活性最高。不同处理下SOD均值分别比CK增加了22.27%、10.44%、37.79%、27.96%；POD均值分别比CK增加了33.22%、15.16%、66.45%、48.19%。使用防寒措施区域的植物SOD、POD均值分别比自然区域增加了14.20%、26.68%。由方差分析检验结果来看，5-7月各处理下的SOD与CK无显著性差异，8-9月，F3处理与CK相比具有显著性差异；而F3处理下的POD与CK相比，始终具有极显著性差异。

SOD为清除植物体内超氧阴离子的酶，POD为还原植物体内过氧化氢的酶，它们可以减弱植物细胞膜受到的伤害，其活性的高低可以反映植物抗性强弱[12-13]。5-8月火焰南天竹的生长及外界环境伤害的增加使植物体内SOD、POD活性不断增强；初秋时节，高温伤害的减弱及植物生理活动的减弱，使得SOD、POD值下降。绿墙SOD、POD值高于CK，说明绿墙的综合条件比CK有利于火焰南天竹的生长；使用防寒措施区域的SOD、POD值高于自然区域，这说明越冬时使用防寒措施，有利于火焰南天竹次年越夏防御能力提升。

2.4 不同处理对火焰南天竹营养物质的影响

越夏期间，不同处理下火焰南天竹叶可溶性糖、可溶性蛋白变化情况，见表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、可溶性蛋白呈现的变化规律均为“升-降-升”，不同处理的可溶性糖含量、可溶性蛋白均值均表现为F3>F4>F1>F2>CK。6月可溶性糖含量最高，绿墙可溶性糖含量最低值出现时间与CK有异；9月可溶性蛋白含量最高，8月最低。不同处理可溶性糖含量均值分别比CK增加了53.45%、33.47%、14.53%、89.44%；可溶性蛋白均值分别比CK增加了14.22%、6.77%、28.33%、21.69%。使用防寒措施区域可溶性糖与可溶性蛋白含量均值分别比自然区域增加了51.51%、13.14%。由方差分析检验结果来看，F3、F4的可溶性糖、可溶性蛋白与CK相比，具有极显著差异。

可溶性糖、可溶性蛋白为植物体内的营养物质，同时也是渗透调节物质，其含量的多少可以反映新陈代谢过程中为植物提供能量的强弱及植物抗性强弱[14-15]。5-6月，火焰南天竹不断合成营养物质为植物以后的生长提供能量；6-8月火焰南天竹进入旺盛生长阶段，能量消耗加剧，致使可溶性糖、可溶性蛋白含量下降；9月入秋时节，火焰南天竹不断积累有机物以备越冬。

2.5 隶属函数分析

隶属函数值的大小可以反映植物抗性强弱。由表7可以看出，不同处理对植物的抗性强弱有影响，不同处理下的植物抗性由强到弱依次为F3> F4> F1> F2>CK。

表7 火焰南天竹隶属函数分析结果Table 7 The results analysis of membership function of Nandina domestica ‘Firepower’

3 讨论与结论

3.1 讨论

叶绿素作为植物体内的光合色素，其变化与植物种类及光照、温度、湿度等环境因素密切相关[16]。本研究中绿墙上光照及湿度高于地面，温度低于地面，结果表明绿墙上火焰南天竹叶绿素含量高于地面。李小琴等人的研究表明，适当的增加光照可以增加风吹楠幼苗叶绿素含量；徐文强等人的研究表明，温度升高和水分增加有利于提升玉米幼苗叶绿素含量。本研究中叶绿素的变化与上述研究所得规律基本相符[17-18]。

植物体内MDA含量反映植物受伤害程度，其含量与植物抗性成负相关[19]。本研究中绿墙上光照及湿度高于地面，温度低于地面，结果表明绿墙上火焰南天竹MDA含量低于地面。王艳茹等人的研究表明光强的增强可以降低药用白菊的MDA含量；孟阿静等人的研究表明在一定范围内增加根区温度可降低棉花的MDA含量；王海珍等人的研究表明土壤水分的降低加剧灰胡杨的膜氧化程度。本研究MDA的变化与王艳茹、王海珍的研究结果一致，但与孟阿静的研究结果相反，原因有待进一步的研究[20-22]。

SOD、POD为植物体内保护酶，其变化受植物种类及外界环境影响。本研究中绿墙上光照及湿度高于地面，温度低于地面，结果表明绿墙上火焰南天竹SOD、POD活性均高于地面。崔波等对白及的研究结果表明SOD、POD酶活性变化趋势相同，在一定范围内，光照强度的增强可提高保护酶活性；常涛等的研究表明根区温度的降低可增强黄瓜幼苗保护酶的活性；刘婧等的研究表明一定范围内湿度的增加可以提高黄瓜幼苗保护酶活性。本研究中SOD、POD的变化与上述规律吻合[23-25]。

抗性越强的植物可溶性糖与可溶性蛋白含量越高[26]。本研究中绿墙上光照及湿度高于地面，温度低于地面，结果表明绿墙上火焰南天竹可溶性糖与可溶性蛋白含量均高于地面。李冬林等的研究表明一定范围内，光强的增强可以增加香果树可溶性糖与可溶性蛋白的含量；王小玲等的研究表明基质温度的升高可以提高插穗的可溶性糖、可溶性蛋白的含量；韩愈等人研究表明一定范围内，土壤水分的增多可以提高地枫皮幼苗可溶性糖的含量[27-29]。本研究中可溶性糖与可溶性蛋白含量的变化与李冬林、韩愈的研究所得规律相符，但与王小玲的相反。

3.2 结论

通过对室外绿墙及地栽火焰南天竹越夏期间生理指标的研究，得出结论如下：

5-9月，绿墙上火焰南天竹叶绿素含量及保护酶活性变化规律为升-降； MDA变化规律为降-升-降；可溶性糖与可溶性蛋白变化规律为升-降-升。

绿墙火焰南天竹叶绿素含量、保护酶活性 、营养物质含量均值都高于CK，MDA含量均值低于CK。自然区域草炭、自然区域水苔、防寒区域草炭、防寒区域水苔处理叶绿素含量均值分别比CK增加26.21%、13.71%、66.13%、50.81%；SOD均值分别比CK增加了22.27%、10.44%、37.79%、27.96%；POD均值分别比CK增加了33.22%、15.16%、66.45%、48.19%；可溶性糖含量均值分别比CK增加了53.45%、33.47%、14.53%、89.44%；可溶性蛋白含量均值分别比CK增加了14.22%、6.77%、28.33%、21.69%；MDA含量均值分别比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时叶绿素含量、保护酶活性、营养物质含量，降低MDA含量。防寒区域叶绿素、SOD、POD、可溶性糖、可溶性蛋白含量均值分别比自然区域增加32.10%、14.20%、26.68%、51.51%、13.14%，MDA含量均值则降低了21.62%。

火焰南天竹抗性由强到弱依次为防寒区域草炭基质、防寒区域水苔基质、自然区域草炭基质、自然区域水苔基质。综上所述，防寒区域草炭基质最有利于火焰南天竹生长。