淹水對金葉冬青葉片色差及生理生化指標的影響

周余華，顧敏敏

（江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212400）

金葉冬青（Ilex cornuta‘Oigon’）是冬青屬常綠小灌木，單葉互生，葉緣疏生小刺。一年四季葉片都保持金黃色，適用于花園、廣場和其他綠化區(qū)域內(nèi)種植。金葉冬青作為新推出的一個花園觀葉植物品種，耐寒，也很耐修剪?？梢孕藜舫汕驙睢⑺?、層狀等特殊造型，在造景方面可以和其他植物相配置，可叢植或孤植，是具有良好發(fā)展前景的常綠彩葉植物［1］。

被發(fā)現(xiàn)和引進的冬青屬植物品種在中國就有四分之一左右。對中國來說，關(guān)于其藥用價值的學(xué)術(shù)研究是冬青屬植物現(xiàn)階段的主要方向［2］。即使近年來植物界對冬青屬植物的園林應(yīng)用價值方面較為關(guān)注，但是其不足之處還有很多。例如，對于能夠科學(xué)并合理地進行園林應(yīng)用的植物品種，只有冬青、豆瓣冬青等幾個少數(shù)品種，與國外相比較，對冬青屬植物的研究遠遠不夠［3］。

近年來城市園林的發(fā)展比較樂觀，但是惡劣的環(huán)境條件是由來已久的問題，對園林植物的影響很大。對全人類來說，最具破壞力的自然災(zāi)害中就包括洪澇災(zāi)害。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織和國際土壤學(xué)協(xié)會繪制的世界土壤圖，全球約12%的土壤常年處于過濕狀態(tài)［4］。目前，關(guān)于其他植物的水脅迫研究比較多，而與金葉冬青淹水脅迫有關(guān)的研究報道較少。任貴軍［5］研究表明，淹水脅迫下銀杏葉片的葉綠素含量不斷降低，F(xiàn)o明顯上升，F(xiàn)m、Fv/Fm、Fv/Fo均表現(xiàn)為顯著降低的趨勢；蔡金峰［6］研究發(fā)現(xiàn)，澇漬脅迫下，烏桕葉片的MDA含量隨淹水時間的持續(xù)而逐漸增加。彭秀等［7］、王義強等［8］在淹水條件下，分別對中華蚊母、銀杏的研究表明，可溶性總糖的含量在試驗前期呈現(xiàn)出上升的趨勢，但是試驗后期卻處于下降的狀態(tài)。本試驗試圖在淹水脅迫條件下，對金葉冬青的色差及生理特性進行研究，以期為深入研究金葉冬青的耐澇性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與處理

試驗材料為金葉冬青。選取生長旺盛、長勢一致的二年生金葉冬青扦插幼苗30株，共3組重復(fù)，移至帶托盤的花盆中（花盆直徑22 cm、高19 cm）。脅迫處理前維持金葉冬青正常生長。

2018年10月7日起開始進行試驗，設(shè)置淹水的水面位于根頸2 cm。淹水處理采用“雙套盆法”［9］，即在塑料桶內(nèi)放入栽有二年生金葉冬青扦插苗的花盆，定期續(xù)水，保證2 cm的淹水深度。測定時間為中午12：00，每隔5 d一次，直到葉片無法采樣為止。選取生長點下第3～5片葉進行相關(guān)指標的測定，同時采集植株中上部的葉片，快速放置于有冰塊的保鮮箱內(nèi)，并迅速送到超低溫冰箱內(nèi)保存，用于測定滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和丙二醛的含量，樣品袋上需做好相應(yīng)的標記。當天測定數(shù)據(jù)及時導(dǎo)出，并做好備份工作。試驗區(qū)位于通風、光照良好的開闊場地，設(shè)置雨棚，防止淋雨對試驗造成影響。

儀器：梅特勒ML204型萬分之一天平；美國MD SpectraMax 190波長酶標儀。

1.2 測定指標與方法

1.2.1 葉片色差測定 選用CM-700 d/600 d分光測色計，第一次測出的數(shù)據(jù)作為標準色，之后的數(shù)據(jù)則為對比色，主要測定△L、△a、△b、△Eab等指標。

1.2.2 葉片熒光測定 選用Handy PEA高速連續(xù)激發(fā)式熒光儀對葉綠素的熒光參數(shù)進行測定。對待測的金葉冬青葉片進行30 min的暗反應(yīng)后，測出Fo、Fm、Fv/Fm以及Fv/Fo等指標的值。

1.2.3 葉片光譜測定 選用Unispec-SC型光譜分析儀，測定R640、R700和R800等參數(shù)值，依據(jù)葉片反射指標來計算葉綠素的含量。

1.2.4 葉片可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)含量的測定可溶性糖含量測定采用蒽酮法［10］，可溶性蛋白質(zhì)含量測定采用考馬斯亮藍法［11，12］。

1.2.5 葉片丙二醛（MDA）含量的測定 試劑盒法測定MDA含量［13］。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理

運用Excel進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 淹水對金葉冬青葉片色差的影響

金葉冬青在淹水條件下，由于試驗時間的延長，植株葉片的色彩會發(fā)生明顯的變化。從圖1可以看出，隨著金葉冬青淹水脅迫時間的延長，葉片的顏色由最初的金黃色漸漸變紅，最后至紅褐色。從第1天到第23天期間，葉片的色彩逐漸變深，但是在第39天之后植株的葉色變化沒有之前明顯。

圖1 淹水脅迫下葉片色彩的變化

Lab色能夠感知并測量任何顏色，亦可以利用△L、△a、△b和△Eab來對標準樣與測試樣的色差進行表示：如果△L的值為正，則表示測試樣的顏色比標準樣的顏色要淺或白，為負則表示葉片顏色偏深或黑。如果△a的值為正，則測試樣的顏色比標準樣的顏色要紅，為負則表示葉片的顏色偏綠；如果△b為正，則測試樣的顏色比標準樣的顏色要黃，為負則葉片的顏色偏藍；△Eab代表的是總色差，可以作為一個指標用于色差的評定，它的值越大，說明葉片的色差越大，反之則表示葉片的色差越?。?4］。

從圖2可以看出，△L、△a、△b三者的值在10月17日（第11天）前變化很小，說明在這11 d內(nèi)，金葉冬青對淹水較適應(yīng)；從第11天后到10月29日（第23天）間急劇變化，說明淹水已經(jīng)對金葉冬青產(chǎn)生明顯的影響，在這12 d中，金葉冬青葉色上的變化表明淹水已經(jīng)影響到金葉冬青正常的生理活動；第23天之后，金葉冬青的葉色再次趨于穩(wěn)定，說明金葉冬青已經(jīng)處于淹水的傷害之中。

圖2 淹水脅迫下△L、△a、△b的變化

△a的變化：淹水脅迫對△a的影響總體上不大，并且變化相對平緩?！鱝的值始終大于0，表明隨淹水時間的延長，金葉冬青的葉片逐漸變紅。且第17天的△a的值是第11天的6倍多，在第23天之前淹水條件對金葉冬青的影響較大，而之后△a的值趨于平緩。

△L、△b的變化：淹水脅迫對△L、△b的影響較大，第23天之后變化幅度較小?！鱈、△b總體上均為負增長，表明隨淹水時間的延長，葉片顏色偏黑和偏藍。第6天均為負值，第11天均變?yōu)檎?，之后又均變?yōu)樨撝?，且不斷負增長，第11天至第23天變化極為明顯，分別降低了9.5、8.3倍。

△Eab的變化：從圖3可以看出，隨淹水時間的延長，金葉冬青葉片的總色差△Eab變化很明顯，呈直線上升趨勢。第11天到第23天之間的3次色差測定，總色差的值直線上升，增加了6.3倍，可能是金葉冬青苗木受到淹水脅迫的影響，從而表現(xiàn)出葉片色彩的變化。第23天之后，葉片總色差變化總體上呈波浪起伏，相對緩慢地增加。

圖3 淹水脅迫下總色差△Eab的變化

2.2 淹水對金葉冬青葉片熒光特性的影響

2.2.1 淹水對金葉冬青葉片F(xiàn)o、Fm的影響 當PSⅡ反應(yīng)中心在完全開放的狀態(tài)下的熒光產(chǎn)量，稱作為初始熒光，即Fo，亦稱為基礎(chǔ)熒光；而當PSⅡ反應(yīng)中心在完全關(guān)閉的狀態(tài)下的熒光產(chǎn)量，可以稱為最大熒光，即Fm［15］。

從圖4可以看出，在試驗次數(shù)增加的情況下，金葉冬青葉片的初始熒光Fo總體上呈現(xiàn)大幅下降的趨勢。至第23天其Fo降低了58.6%，表明金葉冬青對淹水脅迫較敏感，但是之后其Fo反而略上升，說明金葉冬青通過自身的調(diào)節(jié)，減少了淹水脅迫對PSⅡ的破壞程度。而金葉冬青的最大熒光Fm呈下降的趨勢，至第23天Fm的值變化顯著，下降了75.8%，第23天之后則呈相對平穩(wěn)不變的狀態(tài)。

圖4 淹水脅迫下初始熒光Fo、最大熒光Fm的變化

第23天后Fm與Fo的值趨于接近的狀態(tài)，且隨試驗時間的延長兩個參數(shù)的值更加接近，表明PSⅡ反應(yīng)中心完全開放和關(guān)閉時的熒光產(chǎn)量幾乎相同，其受到了明顯的破壞，而金葉冬青所受到的影響較明顯。

2.2.2 淹水對金葉冬青葉片F(xiàn)v/Fo、Fv/Fm的影響 Fv/Fo可以作為脅迫條件測定光化學(xué)反應(yīng)狀況的一項重要的測試指標。Fv/Fm對金葉冬青的葉片來說，在光合作用的利用方面起著決定性的作用，這兩個參數(shù)值對研究金葉冬青所受到淹水脅迫的影響是否顯著很重要［16-18］。

由圖5可知，第1天至第34天（11月9日），F(xiàn)v/Fo與Fv/Fm的值呈直線下降趨勢，分別降低了86.5%、75.1%，表明淹水條件對金葉冬青的生長產(chǎn)生了很大的影響。同時，淹水脅迫下金葉冬青的PSⅡ反應(yīng)中心產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損傷，妨礙了葉片的光合過程。第34天之后，二者的值均明顯提高。第44天到第49天，兩個參數(shù)的值分別上升了6.9、3.2倍；第49天至第54天，兩個參數(shù)的值分別下降了79%、63%。出現(xiàn)這種情況可能是因為受到天氣情況的影響，其他測定時期所得到Fv/Fo、Fv/Fm的值均趨于平穩(wěn)且波動幅度不大，但是兩個指標都達到了最小值，說明雖然金葉冬青對淹水脅迫產(chǎn)生了耐受性，但是反應(yīng)中心受到了比較嚴重的破壞。

2.3 淹水對金葉冬青葉綠素含量的影響

對于植物來說，有一種為其生長、開花結(jié)實等生命周期提供所需營養(yǎng)的物質(zhì)，就是葉綠素。植株葉片的光合作用強度能夠用葉綠素的含量來反映。

圖6中，參數(shù)R800/R640和R800/R700的值與葉綠素含量呈正相關(guān)。因此，可以清晰地看出在整個試驗過程中，大多次試驗中葉綠素含量的變化是處于平緩、略增加的狀態(tài)，葉綠素含量的變化不明顯，說明一定的淹水條件能夠使葉綠素含量增加，光合作用增強。但是，第28天和第67天測定的數(shù)據(jù)高于其他次的試驗數(shù)據(jù)，第23天R800/R640的值分別上升和下降了76.3%、37.2%，R800/R700的值分別上升和下降了36.4%、26.2%；第60天R800/R640的值分別上升和下降了33.7%、33.4%，R800/R700的值分別上升和下降了37.5%、30.4%。第28天和第67天這兩次測定中，出現(xiàn)這種突然增加的情況的原因可能是，氣候條件或天氣狀況等不確定因素，不利于金葉冬青的生長，此外水脅迫對其生長狀況亦造成不良的影響，金葉冬青為抵抗種種不良因素，使得葉綠素含量顯著增加。

圖6 淹水脅迫下R800/R640、R800/R700的變化

2.4 淹水對金葉冬青葉片可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

可溶性糖是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，易受淹水脅迫的影響，植物為了適應(yīng)惡劣的環(huán)境會積累可溶性糖，且為植物提供能量，可以減輕植株所受到的傷害；蛋白質(zhì)對植物來說是重要的結(jié)構(gòu)和功能物質(zhì)。淹水條件下會影響植物蛋白質(zhì)的合成，所以它能夠反映植物在逆境中所受的傷害程度；二者均通過滲透調(diào)節(jié)，降低水勢，維持細胞的正常代謝［19，20］。

由圖7可知，金葉冬青在淹水脅迫下，由于試驗次數(shù)的增加，金葉冬青葉片可溶性糖含量呈緩慢上升的趨勢，表現(xiàn)為升、降的規(guī)律性變化。第1天至第6天可溶性糖的變化較明顯，升高了46.1%，第11天至第84天僅增加了20%，增長較為平緩。由此說明，淹水脅迫對可溶性糖含量具有一定的積累作用，這也是適應(yīng)淹水脅迫的結(jié)果。

圖7 淹水脅迫下可溶性糖的含量變化

圖8表明，金葉冬青葉片可溶性蛋白質(zhì)含量的變化表現(xiàn)為升、降的規(guī)律性變化，大致呈上升趨勢。但是其蛋白質(zhì)含量時低時高，第60 d與第67 d相比下降了32%。因此，淹水脅迫的環(huán)境條件對金葉冬青葉片產(chǎn)生了嚴重的影響，增加了金葉冬青葉片蛋白質(zhì)的合成。

圖8 淹水脅迫下可溶性蛋白質(zhì)的含量變化

2.5 淹水對金葉冬青葉片丙二醛（MDA）含量的影響

MDA是膜脂過氧化的重要產(chǎn)物，能夠反映膜脂過氧化的程度。對于植物來說，衡量植株受損害程度的一個極為重要的指標，就是植物體內(nèi)丙二醛的含量，對研究淹水脅迫有重要的意義［21］。

由于所受到的淹水時間延長，金葉冬青葉片的MDA含量在不斷變化。由圖9可以看出，第1天至第60天的試驗過程中，MDA的含量呈波動上升，波動幅度比較穩(wěn)定。第72天至第84天，MDA的含量波動較大。第72天至第78天，MDA的含量增加了47.5%；第78天至第84天，則下降了42.6%，上升以及下降的幅度很大。因此，金葉冬青在前12次的試驗過程中，MDA的含量變化波動不大，表明金葉冬青受到了澇漬環(huán)境的影響，使MDA的含量有規(guī)律的增加，且這種影響是在忍受范圍內(nèi)的。第67天測定之后，MDA含量波動挺大，可能是由于金葉冬青為了抵御淹水條件，產(chǎn)生的消極影響比較強烈。

圖9 淹水脅迫下MDA含量的變化

3 小結(jié)與討論

金葉冬青淹水脅迫采用“雙套盆法”，分析淹水脅迫下二年生金葉冬青的葉片色差、葉綠素含量、熒光特性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)以及丙二醛等相關(guān)指標的變化。通過84 d的淹水脅迫，隨著脅迫不斷持續(xù)，金葉冬青葉片的顏色變暗，葉片的Fo、Fm值、Fv/Fo與Fv/Fm的值呈現(xiàn)直線下降的趨勢，直到10月29日（第23天），此后各值趨于平穩(wěn)。說明在第23天前，淹水脅迫對金葉冬青葉片的形態(tài)色澤、葉片生理因子的影響產(chǎn)生劇烈的變化，此時期內(nèi)，金葉冬青受到淹水的影響，植株生活力不斷降低?？扇苄蕴?、可溶性蛋白質(zhì)和MDA含量在整個試驗過程中，整體呈上升趨勢；可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)在前6 d內(nèi)不斷增加，表明植株不斷積極抵消淹水脅迫的不良影響，金葉冬青能夠?qū)ρ退{迫的環(huán)境作出響應(yīng)并能進行自我調(diào)節(jié)；MDA含量在10月29日（第23天）前總體平穩(wěn)變化，之后則有較明顯的上升趨勢，說明隨淹水脅迫的不斷持續(xù)，對金葉冬青的傷害也愈趨明顯。葉綠素的含量處于平緩的增加狀態(tài)，表示一定的淹水條件能夠使葉綠素含量增加。

綜上，金葉冬青葉片的色差和各個相關(guān)生理指標，在淹水條件下受到顯著影響，并且由于淹水脅迫的持續(xù)進行，金葉冬青所受到的損傷處于不斷加重的狀態(tài)。但是，金葉冬青經(jīng)過84 d的試驗，依舊處于存活的狀態(tài)，且淹水180 d后，成活率為20%。因此，金葉冬青作為城市園林綠化新引進的彩葉樹種，有一定的耐澇能力，可以適應(yīng)較長時間的淹水脅迫，然而長時間的淹水會對其生長會造成嚴重的抑制作用。

淹水脅迫通常會使植物葉片的葉綠素含量降低，例如不結(jié)球白菜的葉綠素含量明顯下降［22］。然而有一些植物在淹水條件下卻增強了葉綠素的合成，使得葉綠素的含量增加，即淹水脅迫條件并不會減少植物葉片光合色素的含量［23］。在丁香［24］、煙草［25］的研究中，這兩種植物葉綠素的含量明顯上升，MDA含量顯著增加，可溶性糖的含量因為試驗的時間變長而增加，本研究的結(jié)果與該結(jié)果相符合。

由于本試驗處于相對理想的環(huán)境條件，金葉冬青的耐澇性可能會隨著外界環(huán)境條件的變化而發(fā)生改變，例如溫度的升高或下降、光照的強弱。本試驗中，對于葉綠素含量并不是通過試驗提取的方式獲得，僅僅通過計算的方式繪制出其變化趨勢，非具體的數(shù)據(jù)可能存在偏差；且沒有測花青素的含量，該指標對色差的數(shù)據(jù)分析很重要。Perata等［26］首次在洪水研究中利用擬南芥抗洪性的自然變異，有趣的是，擬南芥的抗洪性與水分脅迫下的葉柄生長呈負相關(guān)，但與淀粉和可溶性糖的初始量無關(guān)。本試驗對于苗木的葉柄、根徑和株高等相關(guān)指標未進行測定，淹水脅迫可能對其產(chǎn)生一定的影響。以上情況對試驗的結(jié)果有著直接的影響，可能會帶來耐澇性的差異，試驗結(jié)果需要進一步驗證。