（园林植物与观赏园艺专业论文）3种景天科地被植物光适应性的研究.pdf

摘要 摘要 胭脂红、紫地毯和阳光之旅是3 种景天科植物，不但叶色鲜艳美丽，而 且生长迅速，地面覆盖能力强，是非常优良的地被植物，但目前在我国的园林绿化中应 用较少。本研究通过不同的光胁迫处理( 全光照、遮荫3 0 、5 0 、7 0 、9 2 等梯 度) ，对其生长情况、解剖结构、光合色素、可溶性糖和可溶性蛋白含量、质膜透性、 脯氨酸含量、光合特性等方面进行综合分析，得出3 种景天的光适应性评价，为其在园 林植物设计中的合理运用提供科学依据。 结果如下： 1 3 种景天光适应性不同，对光强的适应范围由大到小排序为：紫地毯 阳光 之旅 胭脂红，紫地毯能适应全光照至7 0 的遮荫，而胭脂红仅在全光照 下生长良好，是喜光植物。 2 光胁迫后3 种景天的叶片均显著变小，由显著性检验得出，遮荫对叶片的影响程 度从小到大为：紫地毯 c o c c i n e u m 1 w e a k e n sg r a d u a l l ya l o n gw i t ht h es t r e n g t ho fi l l u m i n a t i o n ，t h ew a t e rc o n t e n to f3 s e d u mc u l t i v a r sl e a v e sw a si n c r e a s e d ，c o m p a r e dw i t ht h e3s e d u mc u l t i v a r si ne v e r yd i s p o s a l f i n dt h a t ：p u r p l ec a r p e t t r i p m a d a m t c o c c i n e u m t t l el e a v e sw a sd e c r e a s e d t h ed e g r e e t h a ts h a d ei n f l a n c e d 3s e d u mc u l t i v a rr a n g ef r o ms m a l lt ob i gi s ：p u r p l ec a r p e t 射干 金叶过路黄【2 9 1 。w i t t e 等研究了1 l o 个常春藤品种 的耐荫性；s i my o n g g u 等研究了1 2 种地被植物的耐荫性，山麦冬和斑点虎耳草在5 0 全光下生长最好，垂盆草在7 5 全光下生长最好；j e o n gh y u n h w a n 研究遮荫( 0 ， 3 5 ，5 5 ，7 5 ，9 5 ，全光) 对富贵草生长的影响以选择最佳的光照条件，结果表明 两种植物在中度遮荫条件下( 3 5 5 5 ) 生长最好；l e ej e o n g s i k 等研究富贵草的最佳遮 荫环境和生长抑制剂，结果表明富贵草分枝数随遮荫增加而减少，3 0 全光时分枝数最 大【3 0 3 3 1 。从形态解剖与生理指标测定为主的研究，涉及光合作用特性及植物耐荫的生 理机理，取得了一定的进展。 1 4 肉质植物的特点及研究现状 植物肉质化是指植物叶片和茎部等器官的薄壁细胞组织大量增生，细胞数目增多， 体积增大，吸收和贮存大量水分，从而导致单位重量或体积组织( 细胞) 含水量显著增 加，从而适应不良环境的现象。发生肉质化的植物包括仙人掌科，番沓科的全部种类和 i 绪论 景天科、大戟科、百合科等5 0 余科的部分种类，总数超过万种。 1 4 1 肉质植物的类型 ， 按照植物肉质化的不同部位，将肉质植物分为4 大类：叶肉质化植物、茎肉质化植 物、茎基部肉质化植物、根肉质化植物。其中在叶肉质化植物中，叶片几乎全部由贮水 细胞组成。如景天科落地生根属的一些植物叶片中出现一些大球型贮水细胞。本研究中 的3 种地被类景天就是叶肉质化植物 “。 1 4 。2 肉质植物对逆境的适应 肉质植物具有很强的适应能力，分布极广。肉质植物可以在植物体中贮藏大量的水 分以度过不良的环境，所以，植物肉质化是植物对环境适应的结果。 1 4 2 1 肉质植物对干旱生境的适应 在于早条件下，很多植物通过叶片和茎部等器官的肉质化来维持自己的生存。如一 些具有特殊代谢类型的c a m 植物。这类植物夜间气孔开放，c 0 2 进入体内形成苹果 酸，苹果酸、柠檬酸的积累降低组织的渗透势，有利于水分的吸收；白天气孔紧闭，防 止水分散失。这种光合碳代谢途径减少了水分通过气孔的散失，促进了植物根系对水分 的吸收口”。肉质植物通过这种代谢方式合成每克碳水化合物所消耗的水分是c 3 植物的 十分之一。如果干旱程度加强，肉质植物的气孔在昼夜都可处于关闭状态，气体交换和 水分的散失几乎停止。不同的景天科植物具有不同类型的贮水结构，都能够吸收和贮存 大量水分【3 “。医此，即使在干旱条件下，植物也有足够的水分来维持必要的生理活动， 但一般生长缓慢。 1 4 2 2 肉质植物对盐渍生境的适应 在盐渍条件下，也有一些盐生植物会发生肉质化，红树中的一些植物在盐分胁迫 下，叶片的结构经常发生改变，包括叶片变厚并发生肉质化。盐碱地茎和叶片都发生肉 质化，而且在2 0 0 m m o l ln a c i 浇灌下，肉质化程度最佳【3 7 】。植物肉质化可稀释细胞内 商浓度豁，减少盐离子的毒害作用，为细胞正常的生理活动储备充足水分。 1 4 2 3 肉质植物对干旱、盐渍生境的适应 一般，适应干旱的肉质植物只在干旱条件下发生肉质化：适应盐渍的肉质植物只在 盐渍条件下发生肉质化。只有很少的几类植物既能在盐渍条件下也能在干旱条件下发生 肉质化，常见就是兼性c a m 植物冰叶r 中花【3 引。在营养介质中( 不含n a c l ) ，它不发生 肉质化，而在营养介质中含有n a c i 或受干旱胁迫时，叶片明显肉质化。冰叶日中花在 低盐或水分充足时生长是专性c 3 植物，赢盐或干旱时它转为c a m 植物【3 9 】。 1 4 3 肉质植物的研究现状 肉质植物有着很高的观赏价值，根据其习性在栽培上需要温暖和干燥的特殊环境。 因此，近些年在栽培和繁殖方面作了不少研究。黄海帆等研究得出影响长寿花离体培养 及植株再生的几个因素【帅】。牟豪杰等研究了多浆植物组培苗移栽的基质，发现在混合泥 炭+ 粗沙( 1 ：1 ) 中成活率最高，5 月或9 月适宜移栽。朱开元等2 0 0 2 2 0 0 3 年对生长在 东北转业大学顿上学位论文 不同基质仙人掌科多肉植物进行试验研究【4 2 】。 在光合生理方面，岳桦等对三种室内多浆植物龙骨、石莲、量天尺进行不同遮阴处 理，比较三种植物耐阴性特点及耐阴能力的排序为：龙骨 量天尺 石莲【4 3 】。阎秀峰等对 长白山高山红景天的气体交换特性进行研究，在吉林省的长白山北坡，选择海拔不同的 三块样地：小天池样地、树线样地、天文峰样地，测定的光合速率和蒸腾速率以从高到 低为：天文峰样地) ，树线样地 小天池样地，表观量子效率和水分利用效率恰好相反【4 4 1 。 1 4 3 1 肉质植物解剖结构的研究 王家利研究了自然干旱处理下的大叶落地生根，其叶片的薄壁细胞明显增大，细胞 含水量显著升高，叶片肉质化程度显著增加：叶片含水量、相对含水量显著上升【4 5 l 。尹 秀玲采用石蜡制片法对落地生根的结构进行解剖观察，表明：叶肉细胞栅栏组织和海绵 组织不明显，细胞形状类似于同化薄壁组织和储水组织，细胞大小不规则、壁薄、富含 黏液，表皮细胞柱型、有复表皮2 3 层【4 6 】。卢存福等对极具抗冻能力的唐古特红景天 进行研究，光镜组织化学切片显示，在唐古特红景天叶片中，特别是维管组织周围，存 在多糖、蛋白质或塘蛋白含量丰富的粘液细胞：高温驯化后长出的新叶片这种粘液细胞 明显减少或消失，据此推测，粘液细胞和叶肉细胞表面的糖蛋白层，对唐古特红景天抗 冻能力起着重要的作用【4 ”。高山红景天根、茎、叶中均有发达的通气组织，叶肉细胞中 的固体蛋白质多数存在于叶脉周围，构成了其较强抗冻能力的物质基础1 4 ”。 1 4 4c a m 植物的特点及研究现状 1 4 4 1c a m 植物的判断标准 科学家作了四条标准判断c a m 植物：夜间有节果酸积累，白天消失；气孔夜 间开放，白天大部分时间关闭；吸收c 0 2 主要在夜间进行；碳水化合物的贮存与苹 果酸积累星相反的平衡。具有以上四个特征者为c a m 植物1 4 9 1 。 1 4 4 2c a m 植物的类型 c a m 植物可分为两类轳”。i 专一c a m 植物：在个体发育中始终进行c a m 光合途 径，不因环境改变而改变其光合型，如落地生根、瓦松等；i i 兼性c a m 植物：在个体 发育的某一阶段或在某些环境条件下表现为c a m ，如费德琴伽蓝菜的幼叶表现为c 3 型 而成熟叶表现为c a m 型5 1 】；土三七【5 2 1 和长药景天在春夏季为c 3 型，秋天自然转变为 c a m 型：番杏科的一些种在正常条件下是c 3 型，遇水分胁迫时可转变为c a m 型【5 ， 露花【5 3 】、土三七【5 2 】、长药景天均如此；伽菜的幼叶，在长同照下很少或没有c a m 活 性，短同照能诱导幼叶成为c a m ”j 。 1 4 4 3c a m 植物的研究现状 9 0 年代，国内外对c a m 植物的研究主要集中在c a m 植物的重要酶的研究、光合 速率及叶绿素含量、不同叶龄与c a m 活性关系、兼性c a m 植物的c a m 诱导。对 c 0 2 浓度升高的响应等。 ( 1 ) 磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶( p e p c a s e ) 在c a m 中的调节 i 绪论 现在一般认为是羧化阶段的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶( p e p c a s e ) 在c a m 的调节中起 着关键作用【5 5 0 8 1 ，对其调节机制有较多的研究，但关于脱羧阶段调节的研究较少。并 将标志酶法作为鉴定植物光合碳代谢类型的多种方法之一。c a m 植物珍珠1 5 9 l 的 r u b p e a s e p e p c a s e 在6 月份明显高于9 月份，任一天内4 个时刻( a m 3 ：0 0 ，a m l 0 ：0 0 ， p m 3 ：o o ，p m l 0 ：0 0 ) 比值都是先逐渐增大，到p m 3 ：0 0 出现最高峰后下降。珍珠的 f d p a s e 明显低于其它兼性c a m 植物，泡泡刺的r u b p c a s e 和f d p a s e 活性都比较高， r u b p c a s e p e p c a s e 明显高于珍珠、沙拐枣等【57 1 。 ( 2 ) n a d p 苹果酸酶在c a m 中的调节 专性c a m 植物的c a m 活性昼夜和季节变化及兼性c a m 植物光合型的转变，无 论由于季节变化，还是干旱诱导以及c a m 活性的昼夜变化，都与n a d p 果酸酶有密切 关系1 6 ”。在昼夜变化中，专性和兼性c a m 植物的n a d p 一节果酸酶活性都表现昼高 夜低的规律。由研究表明n a d p 苹果酸酶活性受细胞质苹果酸浓度和p h 值的调节，同 时具有耐高温的特性。光对酶的活性影响不大，但阴天酶的活性有所下降【6 5 1 。兼性 c a m 植物在春夏季转变中，体内n a d p 苹果酸酶活性不断上升。专性c a m 植物 n a d p 苹果酸酶活性对苹果酸更敏感，活性比兼性植物高。兼性c a m 植物气体交换模 式存在阴晴差别，这也是长期适应环境的结果。 ( 3 1 兼性c a m 植物的快速诱导 王晨研究了兼性c a m 植物土三七和长药景天发生光合型转变的方法和原因，得出 适度干旱促进c a m 活性，长期极度干旱使c a m 活性降低【矧。张维经等对土三七研究 表明，在连续浇水的情况下，其光合代谢随季节变化，春天为c 3 型，夏天为c a m 型； 干旱诱导在三月份很难，四、五月份较容易，可认为土壤水势降低和夏季的高温是 c a m 活性出现的重要因素【5 2 j 。 ( 4 ) c a m 植物的光合速率及叶绿素含量 唐微等的研究表明在夏季高温条件下，棉花( c 3 植物) 、玉米( c 4 植物) 的光合日化曲 线均为双峰型；落地生根( c a m 植物1 的光合日变化曲线为单峰型。玉米叶绿素含量及其 a b 的值均最大，棉花叶绿素含量比落地生根的高，因此叶绿素含量及其a b 值的不同可 能是导致其光合速率的差异和光合速率日变化曲线型不同的重要原因【6 7 1 。 ( 5 ) c a m 植物对c 0 2 浓度升高的响应 研究发现，c a m 植物对c 0 2 浓度升高的响应远大于c 4 植物接近c 3 植物，c 0 2 吸 收的增加既有白天因r u b p 羧化酶活性增加带来的一部分，又有因夜间r u b p 羧化酶活 性增加带来的一部分【6 s 】。 1 5 本课题的研究的目的及意义 目前园林上应用的地被类景天植物种类不多，迫切需要应用新的植物来丰富园林景 观，增加园林植物物种多样性。然而，新型园林植物引种推广f ； 需熟悉其生态适应特 性，才能做到因地制宜。 本研究中选用的3 种地被类胭脂红、紫地毯、阳光之旅，在园林上应用较 少，但其叶色鲜艳美丽，能够很好的覆盖地面，有很大的应用前景。本文比较了不同光 环境下( 全光照、遮荫3 0 、5 0 、7 0 、9 2 等梯度) 生长的3 种地被类景天科植物 的光合生理特性( 生长情况、光合特性、生理特性及叶片形态解剖结构等) ，从而首次 提出了对这3 种景天科地被植物光适应范围和耐荫性的评价，为其在园林中植物设计的 光环境选择提供科学依据，具有指导意义。 1 6 本课题研究的技术路线 不同遮荫处理对3 种景 大生k 的影响 l 不同遮荫处理对3 种景l l 大解剖结构的影响r 号 1 奚星嚣藻蔼未橼l i - 一 l 大生理指标的影响 一 7 l 不同遮荫处理对3 种景i f 大光合特性的影响卜- 专 i 测定叶绿素的含餐 2 测定胭脂红”花青素 3 测定n i 片膜透性 4 埘4 定叶片可溶性耱含量 5 川片可溶性蛋白含量 6 删定叶片脯氨酸含量 1 测定净光合速率f p r i ) 2 测定蒸腾速率( t r l 3 删0 定气孔导度( g s ) 4 测定水分利埘效率( w u e ) 5 测定光合一光响应曲线 6 预0 n 1 片表观光合颦子效率 7 测定暗呼吸速率( ) 观察不同遮荫处理后翌年景 天的生k 状况 种 地 被 类 景 天 的 耐 荫 性 评 价 6 ，种景天科地被植物光适应性的研究 2 1 i i 州追曲处理对3 种地被类景天生长的影响 2 不同遮荫处理对3 种地被类景天生长的影响 2 1 实验材料 实验材料i ：国外引进品种的胭脂红7 ( s e d u ms p u r i u m c o c c i n e u m ) ，是景天科 宿根草本地被植物，植株低矮，高1 0 至2 0 c m ，花期多6 9 月，花开玫红色，因其叶片呈 胭脂红色而得名，在气候适宜地区能陆地过冬，叶片紫红色，枝叶生长茂盛，覆盖地面 能力强，速度快。同时，在栽培过程中表现出具有一定的耐旱、耐涝、耐热、耐荫、耐 寒等性状，但还没有做过量化试验研究。其幼苗从河北省购得。 实验材料i i ：紫地毯7 ( s e d u ms p u r i u m p u r p l ec a r p e t ) ，株高1 0 1 5 c m ，紫色 花，花期6 9 月，在栽培中表现强耐热性，在气候适宜地区可露地过冬叶色常绿，耐 寒等，没有具体的量化试验研究。其种子由北京购得。 实验材料i i i ：阳光之旅( s e d u mr e f l e x u m t r i p m a d a m t ) ，在气候适宜地区为多年 生常绿肉质草本。叶片尖端弯曲，全株灰绿色。花黄色，株高约1 5 2 5 c m 。栽培中表 现出喜光，亦耐半荫，耐旱，忌水涝。仍然没有具体的量化试验研究。也可用来布置花 坛或用作地被植物。其种子由北京购得。 2 2 实验内容及研究方法 于2 0 0 6 年5 月中旬将由河北引进的胭脂红幼苗定植。2 0 0 6 年6 月2 8 日开始在 露地条件下用不同遮阳率的黑色遮阳网进行遮荫处理，分别为全光照、遮荫3 0 、遮荫 5 0 、遮荫7 0 、遮荫9 2 。每个处理植株数量为3 0 株。 2 0 0 6 年5 月中旬由北京购得的紫地毯和阳光之旅种子，在室内播种于育苗 盘。2 0 0 6 年6 月上旬将己生长到幼苗期的植株移到直径为8 c m 、高1 0 c m 的营养钵中， 每钵l 2 株，栽培基质为草炭士：砂= 1 ：1 ，将它们放置在东北林业大学园林学院花卉栽 培基地温室中，其中温度常年在2 5 以上。6 月下旬，分别将景天一紫地毯系列和景 天一阳光之旅系列的植株，定植在种植床上。2 0 0 6 年7 月1 0 日开始在露缝条件下用不 同透光率的黑色遮阳网进行遮荫处理，分别为全光照、遮荫3 0 、遮荫5 0 、遮荫 7 0 、遮荫9 2 。每个处理植株数量为5 0 株。 3 种植物材料在光胁迫4 0 天后分别采样，于清晨6 点取新生叶第四第五片相同朝向 的叶片，纱布包好，带回实验室后立刻进行各项指标的测定。 2 2 1 叶片含水量的测定 取新鲜叶片于天平上称其鲜重w l ，后放入烘箱内1 0 5 杀青半小时，然后转入8 0 烘干至恒重，称其干重w 2 。叶片含水量以以下公式计算咿j ： 叶片含水量( ) = ( w i w g w l 】1 0 0 每种植物每个处理做3 次重复。 东北林业入学硕学位论文 2 2 2 叶片面积、叶长和叶厚的测定 ， 遮荫4 0 天后，每处理选出5 0 片，用l i 3 1 0 0 面积测定仪测量胭脂红和紫地 毯系列的叶片面积的平均值，测量方法：以1 0 片叶为一组，分5 次测完，比较不同 处理下叶面积的变化。用游标卡尺测量出5 0 片阳光之旅的叶片直径和相应的叶片 长度，再求平均值。 2 - 2 - 3 观察不同遮荫下3 种景天翌年生长情况 哈尔滨市气象台2 0 0 7 年3 月1 日发布消息，刚刚过去的冬季是哈尔滨市有资料记 载以来最暖的一个冬季。统计资料显示，这个冬季平均气温为1 0 0 ，比历年同期高 3 9o c 。 1 1 月将遮荫网全部取下，使得不同遮荫下的3 种景天科植物全部在无任何保护措施 下越冬。2 0 0 7 年春天观察3 种地被类景天的生长状况。 2 2 4 数据分析 本试验数据运用m i c r o s o f te x c e l 软件进行方差分析、差异显著性检验等数据分析。 2 3 结果和分析 2 3 1 不同遮荫处理对3 种地被类景天生长的影响 ( 1 ) 叶片含水量按试验设计，在不同遮荫处理条件下处理4 0 天后，丌始观察不同 光照条件下植株生长的差别。方差分析表明( 表2 - 1 ，2 - 2 ，2 - 3 ) ，遮荫处理对3 种地被 类景天的叶片含水量均有显著影响，表现为随光照强度的降低含水量逐渐上升( 表2 4 ) 。这反映出这3 种地被类景天对光照强度变化存在一定的响应。一般来说，随光照强 度的增加叶片含水量降低幅度较小的植物往往保水能力较强，对全光照生境的相对适应 能力较强。差异显著性分析表明，遮荫后阳光之旅叶片水分含量差异相对不大，但 显著高于全光照下4 以上( p o 0 1 ) ；即说明遮荫下水分含量增幅相对其它2 种地被类景 天小，保水能力较强，并且说明它对不同程度的遮荫环境的适应能力相对较强。紫地 毯在光照强度相对较高的生境下( 全光照、遮荫3 0 、遮荫5 0 ) 的水分含量差别不 大，但显著低于遮荫强度稍高的生境( 遮荫7 0 、遮荫9 2 ) 2 4 以上( p 0 0 1 ) 。叶片 含水量在遮荫条件下较高可能与遮荫的小环境有关，由于遮阳网的遮蔽作用，与全光照 条件相比，遮荫条件下光辐射强度较弱，气温较低，空气湿度较大，故叶片含水量相对 较高。 表2 1 不同遮荫处理f 胭脂红叶片水分含量的方差分析表 表2 2 不同遮荫处理下紫地毯叶片水分含量的方差分析表 处理 种类 胭脂红紫地毯阳光之旅 注：表中同一剁不同字母分别代表不同的筹异显著水平，小写字母代表0 ，0 5 水平差异显并( p 0 0 5 ) 大写字母代表o 0 1 水平差异显并( p 如0 1 ) 。以- 卜各表同。 ( 2 ) 叶片的大小由方差分析看( 表2 5 ，2 6 ) ，遮荫处理对胭脂红和紫地 毯的叶片面积有显著影响，随着生境的光照强度降低叶片面积逐渐变小( 表2 7 ) 。但 紫地毯在不同光胁迫下的差异不大( p 0 0 1 ) 。i j 人的研究结果表明。植物对生境的 光照有一定的适应性，当环境光线不足时，通过扩大叶面积来吸收更多的光能来弥补因 光线不足而造成的光合速率的降低；过度遮荫，由于光合产物积累较少，用于叶生长的 原料较少，时面积指数增长速率较慢f 7 0 j 。 方差分析表明( 表2 8 ，2 - 9 ) ，遮荫处理对阳光之旅的叶片的直径和叶片长度 都有显著影响，随着生境的光照强度降低叶片直径逐渐变小，叶片逐渐变短( 表2 1 0 ) 。 表2 - 5 不同遮荫处理对胭脂红叶片面积影响的方差分析 表2 7 不同遮荫处理对景天叶片面积的影响( c m 2 1 表2 - 8 不同遮荫处理对刚光之旅叶片直径影响的方差分析 处理 部位 叶片直径叶片i 受度 2 3 2 不同遮荫处理后3 种景天翌年生长的表现 越冬后，原在全光照下生长的胭脂红的生长状态良好。据观察胭脂红地上 部分和地下部分越冬时均生活良好，即地上部分未被冻死。2 0 0 7 年新生长出的叶片相对 于原生长在遮荫下( 遮荫5 0 ，7 0 ) 的较大，叶片生长较密，株型紧密对地面覆盖 好。原生长在遮荫3 0 下的胭脂红与原生长在全光照下的相似，仅是原全光照下生 长的胭脂红叶色比原生长在遮荫3 0 下的更鲜艳。原生长在遮荫5 0 和7 0 下的 胭脂红的新升片与原生长在全光照和遮荫3 0 下的植株比较，虽地上部分和地下部 分均露地越冬，但叶片面积明显变小，叶片稀少，茎在地上部分大量裸露。原生长在遮 荫9 2 的植株地上部分和地下部分全部死亡。 紫地毯越冬后在原全光照下生长的植株地上部分和地下部分均生活良好。新长 出的叶片与原生长在遮荫下的相比较大，株型紧密对地面覆盖好。除原生长在遮荫9 2 f 的植株地上部分和地下部分全部死亡外，其它原来在遮荫条件下的植株地上部分和地 f 部分经越冬后表现良好，且叶片大小、覆盖地面能力相似，即越冬后紫地毯遮荫 下的植株叶片生长较紧密，叶片较大，对地面覆盖能力较好( 见附图) 。 越冬后，。阳光之旅在原全光下生长的植株生长仍然良好，即地上部分和地下部 分均生活良好，且叶片生长紧密，且对地面覆盖良好。原生长在遮荫3 0 和5 0 下的植 2 不同遮鲭处理对3 种地破类景天生长的影响 株越冬后生长较好，只有少部分地上部分死亡，即原全光下生长的植株叶片与它们相比 更密集，但它们对地面的覆盖效果较好。原生长在遮荫7 0 下的植株越冬后地上大部分 死亡。 在原全光照下生长的3 种地被类景天越冬后生长状态相同，即叶片面积大、叶片较 厚，叶色鲜艳，时片较密，地面覆盖能力较好。在原遮荫下生长越冬后状态较好的为 紫地毯的遮荫3 0 ，5 0 和7 0 ，阳光之旅的遮荫3 0 和5 0 下，胭脂红的 遮荫3 0 。因此遮荫后越冬生长最好的为紫地毯。 2 4 讨论 光是调控植物生长的重要环境因子。不同植物对光强具有不同的适应性，这一方面 与植物的生长发育的环境有关，另一方面也是植物长期适应环境的结果，其适应能力是 可以遗传的，由基因型决定1 7 1 1 。处于不同生长光强下的植物，其株高、生物量、叶面 积、侧枝数量、叶片解剖结构等方面都有显著的影响1 7 2 。光对植物表型的可塑性在 前人的研究中己经得到了证到7 9 q ”。研究表明，生长在弱光下的植物，叶片数较少， 比叶重较4 、，帽对尘长率较低，叶面积减小，生物量降低 7 2 , 8 2 , 8 3 , 8 4 j 。 本研究表明，遮荫处理后3 种地被类景天叶片的含水量显著上升，这可能和遮荫后 的小环境光辐射较弱、温度相对较低、湿度相对较大有关。遮荫处理后胭脂红和 紫地毯的叶片面积显著减小，阳光之旅叶片直径和叶片长度也显著减小。这与 前人的研究结果相似 7 3 , 8 5 l 。3 种景天科地被植物的叶片含水量随遮荫程度的加大水分含 量的增幅差异不大，其中紫地毯的水分含量增幅最大，与全光照比增加了5 9 。 紫地毯与胭脂红相比叶片面积减小幅度相对较大。 从3 种地被类景天外观表现上看，全光照下的植株枝叶生长茂盛，株型紧凑；而遮 荫处理下胭脂红的植株生长状况相对较弱，而在遮荫9 2 下植株，表现为茎细弱， 叶稀疏，叶色失去原有紫红色，叶片面积与其它光环境相比显著减小，生长势极弱( 见 附图) 。而。紫地毯在遮荫下( 除遮荫9 2 ) 与胭脂红相比表现出相对较强的生 长势，即茎叶从视觉上看没有明显差别，它在遮荫9 2 下与胭脂红相似，即茎细 弱，叶稀疏，叶面积与其它光环境相比显著减小。遮荫下阳光之旅的生长状况与全 光照比相对较弱，但不同遮荫处理下的植株从外观表现上看差别不明显。由以上推测 紫地毯和阳光之旅较胭脂红景天耐荫。 由0 7 年3 种景天生长情况可看出，它们与0 6 年遮荫成正相关，这可能是0 6 年不 同光照环境下生长的植物营养物质积累不同的原因。 3 不同遮荫处理对3 种地被类景天叶片解剖结构的影响 光是影响植物生长发育最重要的环境变量，研究表明同种植物生长在不同的光环境 下，其植株形态、生物量、光合特性、生理生化特性都有明显的差异，就其显微结构来 讲，叶片的解剖结构、叶绿体数目和大小也都有明显的不同1 8 6 , 9 7 1 。植物叶片形态结构与 其对环境的生态适应性一直是研究的热点问题。近年来，国内外的学者在这方面做了大 量的研究工作，主要集中在优势种群及早生植物上【8 8 , 8 9 , 9 0 】，有关叶结构与光环境的适应 性研究也有少量报道【8 7 l ，目前尚未见有关不同遮荫处理下生长的胭脂红景天、紫 地毯和阳光之旅叶片结构的研究报道。 3 种地被类景天颜色艳丽，观赏价值较高，是具有很大园林应用前景的地被植物。 本文以不同遮荫处理下生长的这3 种地被类景天为研究材料，拟探讨遮荫对三者叶片解 剖结构的影响及它们之间光生态适应性的差异。 3 1 材料与方法 3 1 1 实验材料 实验材料i ：胭脂红7 ( s e d u ms p u r i u m c o e e i n e u m ) ；实验材料i i ：紫地毯 ( s e d u ms p u r i u m p u r p l ec a r p e t ) ；实验材料i ：阳光之旅( s e d u mr e f l e x u m t r i p m a d a m t ) 。 3 1 2 研究方法 本文中选用番红一固绿对染的方法【9 卯。番红为组织学上应用最广泛的一种染料，尤 其对高等植物中木质化细胞及角质化组织的染色不可缺少，对蛋白质、染色质、染色 体、孢子、花粉外壁都可染成鲜艳红色，并可与固绿、苯胺蓝等作二重染色，与结晶 紫、桔红g 作三重染色。固绿与苏木精、番红一并称为植物组织学上三大染料，应用也 很广泛，通常是与番红作二重染色。固绿见光不易褪色，能将纤维素壁、细胞质染为鲜 艳绿色。 取样与材料的固定：遮荫处理4 0 天后于9 月上旬采样，于清晨7 点取新生叶第四 片相同朝向的叶片，采样后将胭脂红和紫地毯的叶片沿中脉两侧剪取约 1 5 c m x l 5 c m 的小块，立刻用f a a 固定液固定，设3 个重复；同时，将阳光之旅的 叶片若干立刻用f a a 固定液固定，设定3 个重复。 f a a 固定液配方为：7 0 酒精：冰醋酸：福尔马林= 9 0 ：5 ：5 。 运用石蜡切片做叶片横切面的显微观察。固定好的材料先经7 0 、8 5 、9 5 、 1 0 0 ( 两次) 的梯度酒精脱水，后经过l 2 二甲苯+ 1 2 酒精、二甲苯( 两次) 透明，然后浸 蜡一天，晟后石蜡包埋。将包埋好的材料放在手动旋片机上切片，切片厚度为1 0 i t m ， 展片、烤片后经二甲苯、1 2 ：甲苯+ l 2 酒精、1 0 0 酒精、9 5 酒精、8 5 酒精、7 0 3 5 同遮荫处理对3 种地被类景天叶片解剁结构的影响 酒精、5 0 酒精脱蜡，然后用番红一固绿对染，再经脱水、透明、加拿大树胶封片后即 制成永久的石蜡切片。在光学显微镜下观测并拍照，l o 倍目镜，4 0 倍物镜。 3 2 结果与分析 在显微镜下观测到3 种地被类景天叶肉分为同化薄壁组织和贮存水分的薄壁组织， 同化组织无明显栅栏组织和海绵组织的分化。叶片的表皮均由一层细胞构成，表皮细胞 为多面体形，没有角质层，无表皮毛。随生境光照强度的逐渐减弱，同种类植物体内有 机物质的积累逐渐降低，图片上红色面积逐渐变小，植物组织逐渐变成浅绿色，这是因 为番红能将蛋白质、染色体等有机物质染成鲜红色。 n n 红叶片和紫地毯的表皮细胞大小不一致，上表皮细胞明显比下表皮细 胞密集。上下表皮均有气孔分布，上下表皮的气孔内均有较大的孔下室与胞间隙相通。 叶肉分为同化薄壁组织和贮存水分的薄壁组织，同化组织无明显栅栏组织和海绵组织的 分化，靠近叶面上表皮的为栅栏薄壁组织，靠近叶面下表皮的为海绵薄壁组织。 掘观察，这2 种地被类景天表皮细胞着色状况随生境光照强度的逐渐降低颜色由深 红色变为浅绿色，叶肉中红色面积也随光强的逐渐减弱而明显减少。栅栏薄壁组织和海 绵薄壁组织细胞在全光照下与遮荫下相比排列更加紧密，同时随遮荫程度的增加薄壁细 胞排列的疏松程度增大，即叶肉细胞中空隙增大。贮存水分的薄壁组织细胞发达，且随 光照强度的逐渐减弱逐渐增大，这也是随光照强度逐渐减弱水分含量逐渐增大的原因。 阳光之旅的叶片横截面为不规则椭圆形。叶肉同样分为同化薄壁组织和贮存水 分的薄壁组织，同化组织无明显栅栏组织和海绵组织的分化，靠近叶面表皮的为栅栏薄 壁组织，靠近中心的为海绵薄壁组织。据观测，其中有l 3 维管束。随胜境光照强度 逐渐减弱，图片中红色面积逐渐变小，说明有机物质的积累随光照强度的逐渐减弱而减 少。表皮细胞的大小随光照强度的逐渐降低而明显变小。与胭脂红和紫地毯相 似，在全光照下栅栏薄壁组织和海绵薄壁组织细胞排列较遮荫下紧密。在全光照下部分 海绵薄壁组织细胞靠近表皮细胞，同时海绵薄壁组织面积与遮荫下相比较大，遮荫下栅 栏薄壁组织面积显著高于全光照下。随着遮荫程度的逐渐增强栅栏薄壁组织和海绵薄壁 组织细胞问空隙增大，而贮存水分的薄壁组织则随光照强度减弱而逐渐增大，因此阳 光之旅在遮荫下叶片含水量增大。 3 3 讨论 植物性状是曲遗传因子和环境因子共同作用形成的，遗传的多样性决定了植物的多 样性，环境的多样性又深刻的影响着植物的多样性【9 0 j 。光是影响植物生长发育的最重要 的环境因子，它不仅影响着植物的外部形态，也直接影响着叶片的内部形态建成。由于 叶片是光合作用、气体交换和蒸腾作用的最重要的位点，叶形态结构对尘境条件的变化 反应也最为敏锐，可塑性也最大1 9 0 l 。静人在多种植物上的研究表明，和生长在强光下的 植物相比，遮荫处理后的植物叶片厚度变薄，栅栏组织、海绵组织厚度减小，栅栏组织 东北林业天学坝t 学位论文 海绵组织的比值变小，叶肉细胞的大小、数目减小，叶肉细胞间空隙增大。叶绿体显 微结构也发生变化，表现为叶绿体数目减少，基粒片层数增加【8 7 , 8 9 , 9 1 , 9 2 , 9 3 , 9 4 。 据文献记载，c a m 植物叶肉细胞没有栅栏与海绵组织之分，王泽方曾研究高山红 景天营养器官的解剖结构，表明其叶肉细胞形状不规则，无明显栅栏和海绵组织的区 别，叶肉细胞内有大量圆形叶绿体，叶肉细胞排列疏松，彼此交织成网状的通气系统， 在叶脉周围和叶肉细胞中间有零星分布的染色较深的异细胞，但整个叶肉细胞内没有淀 粉粒出现【叫。王桂芹等也对高山红景天的解剖结构进行了研究。结果表明，构成高山红 景天叶肉的细胞形状不规则，排列疏松，叶肉中发达的细胞间隙交织成网状的通气管 道。本实验研究也得到与前人相似结论，3 种地被类景天叶肉分为同化薄壁组织和贮存 水分的薄壁组织，同化组织无明显栅栏组织和海绵组织的分化。叶片厚度随遮荫程度的 逐渐增强叶片厚度变薄，表皮细胞逐渐变小。 同时本研究中也发现随生境光照强度逐渐降低，叶片中有机物质的积累逐渐减少， 薄壁组织细胞问隙变大，贮存水分的薄壁组织变大，因此遮荫下水分含量变大。叶片解 剖结构随光强的改变而变化是植物主动适应环境变化的结果。 4 不蚓遮荫处理对3 种地被类景天生理指标的影响 4 不同遮荫处理对3 种地被类景天生理指标的影响 光是影响植物形态和生理功能的重要生态因子，生长在不同遮荫处理下的植物的植 株形态、叶片解剖结构、光合特性和生理特性等方面均有显著影响【8 9 , 9 6 , 9 7 , 9 8 , 9 9 。目前有 关不同光环境处理下植物的光合特性的研究较多1 0 0 。0 3 1 ，而有关生理特性的研究较少 l7 0 8 8 , 1 0 4 , 1 0 5 , 1 w o ，目前尚未见有关不同遮荫处理下胭脂红、紫地毯和阳光之旅 生理特性遮荫下变化的研究报道。3 种地被类景天叶色亮丽，株型丰满，生长适应性较 强，具有较高的观赏价值和园林应用潜力。本研究拟通过对其在不同遮荫处理下生理特 性变化的研究，探讨3 种地被类景天的光适应性，为其合理的引种与栽培提供理论依 据。 4 1 材料与方法 4 1 1 实验材料 实验材料i ：胭脂红( s e d u ms p u r i u m c o c c i n e u m ) ：实验材料i i ：紫地毯 ( s e d u ms p u r i u m p u r p l ec a r p e t ) ；实验材料i i i ：阳光之旅( s e d u mr e f l e x u m t r i p m a d a m t ) 。 4 1 2 研究方法 遮荫处理4 0 天后分别采样，于清晨6 点取新生叶第四第五片相同朝向的叶片，纱 布包好，带回实验室后立刻进行各项指标的测定，各项指标均设三个重复。 4 1 2 1 叶绿素的测定 色素含量的测定采用李合生测定叶绿素的方法【1 0 7 l 。取新鲜植物叶片，剪成l 2 咖 的小段，加入1 0 m l 提取液8 0 丙酮，待叶片发白后，过滤转移至2 5 m l 棕色容量瓶 中，反复冲洗，定容，摇匀。以8 0 丙酮为空白，在波长6 6 3 n m ，6 4 6 n m 和4 7 0 n m 的 瓦罩安( c a r y s o ) 紫外可见分光光度计下分别测定叶绿体色素的吸光度。用修正的a r n o n 公式分别计算其叶绿素，类胡萝h 素浓度，公式如下： c a = 1 2 2 1a 6 6 3 2 8 1a 6 4 6 c b = 2 0 1 3 a 6 4 6 5 0 3 a 6 6 3 c x c = ( 1 0 0 0 a 4 7 0 3 2 7 c 。一| 0 4 c b ) 2 2 9 其中c a 、c b 、c x c 分别代表叶绿素a 、叶绿素b 及类活胡萝h 素的浓度，以m g l 为单位。 再用以下公式换算叶绿素a 、叶绿素b 及类活胡萝h 素的含量： 叶绿体色素的含i ( m g g 鲜重) = ( 色素浓度提取液体积稀释倍数) ，样品鲜重 4 1 2 2 花青素的测定 。 称取胭脂红叶片l g ，剪成2 3 c m 的碎片置于烧杯中，加入0 1 m o l lh c l 东北林业大学倾上学位论文 1 0 m l ，杯口用保鲜膜封好，以防水分蒸发。夏季置于常温下4 小时以上。而后过滤之， 取滤液用分光光度计在长波下5 3 0 r i m 下读取吸光度，以0 1 m o i lh c i 为空白对照，当 吸光度为o 1 时的花青素浓度称为1 个单位。比较花青素的相对含量。将测得的吸光度 乘上l o ，用以代表花青素的相对浓度单位【1 傩l 。 4 。1 2 。3 细胞膜透性的测定 细胞膜透性可用叶片电解质相对外渗率来衡量，相对外渗率越大，说明细胞膜透性 大，叶片的抗性较低。取新鲜叶片，擦净，用蒸馏水冲洗l 2 次，擦干后称取样品 0 1 9 左右，放入烧杯中，用蒸馏水2 0 m l 浸没样品，然后放入真空干燥箱抽真空，持续 0 5 h 后放气到常压，再抽真空持续o 5 h ，透明后在常压下2 3 h 保持振荡。这时用电导 率仪测得e c i 。后杯口用保鲜膜封好，把杯放入沸水中1 0 1 5 分钟杀死组织，破坏细 胞质膜。然后振荡l h ，测e c 2 。蒸馏水的电导率为e c o 【1 删。 用以下公式测其相对外渗率： 电解质的相对外渗率( ) = ( e c l e c o ) ( e c 2 一e c o ) 】1 0 0 4 1 2 4 可溶性总糖的测定 取新鲜植物叶片，擦净表面污物，剪碎混匀，称取3 份0 i g ，分别放入3 支具塞刻 度试管中，加入5 1 0 m l 蒸馏水，于沸水中提取3 0 m i n ( 提取2 次) ，提取液过滤入 2 5 m l 容量瓶中，反复漂洗试管及残渣，定容至刻度。 吸取样品提取液0 5 m l 于2 0 m l 刻度试管中，加蒸馏水1 5 m l ，然后向试管中加入 o 5 m l 葸酮乙酸乙脂试剂和5 m l 浓硫酸充分振荡。立即将试管放入沸水中，逐管放入 沸水浴中，逐管均准确保温l m i n ，取出后自然冷却至室温，以标准曲线中空白作参 比，在6 3 0 n m 波长下测其吸光度，计算可溶性糖的含量。 由标准线性方程求出糖的量( p g ) ，按下式计算测试样品的吸光度，计算可溶性糖的 含量【1 0 7 1 。 丛望絮妻萼粪罂提取液量x 稀释倍数 可溶性糖含量 = 塑显鲨丝韭麴塑竽莘赢质i ：二= = 1 0 0 4 1 2 5 可溶性蛋白的测定 考马斯亮蓝g 2 5 0 法测定其蛋白质含量【1 0 7 1 。取新鲜叶片，擦净组织表面污物，剪 碎、混匀。称好鲜样质量为0 2 0 5 放入研钵中，用5 m l 蒸馏水研磨成匀浆后， 3 0 0 0 r m i n 离心l o m i n ，称取上清夜体积。取上清夜l m l 于试管，加入5 m l 考马斯亮蓝 溶液，充分混合，放置2 r a i n 后在波长为5 9 5 n m 的瓦罩安紫外可见分光光度计下比色， 测定吸光度，并通过查标准曲线得到样品蛋白质浓度。按下列公式计算样品中可溶性蛋 白含量： 样品中蛋白质的含量= 瓦氚( 馏g ) 式中：c 、吩、珞、脚分别代表查标准曲线值、提取液总体积、测定时加样体积、 4 不同j ( 堑荫处理对3 种地被类景天生理指标的影响 样品重量。 4 1 。2 6 脯氢酸含量的测定 准确称取不同处理的待测植物叶片各o 5 9 ，分别置入大试管中，然后向各管分别加 入5 m l 3 的黄基水杨酸溶液，在沸水浴中提取l o m i n 提取过程中经常摇动，冷却后过 滤于干净的试管中，滤液为脯氨酸的提取液。 吸取2 m l 提取液于另一干净的具塞试管中，加入2 m l 冰醋酸及2 m l 酸性茚三酮试 剂，在沸水浴中加热3 0 r a i n ，溶液即呈红色。冷却后加入4 m l 甲苯，摇荡3 0 s ，静置片 刻，取上层液至l o m l 离心管中，在3 0 0 0 r m i n 下离心5 r a i n 。用吸管轻轻吸取上层脯氨 酸红色甲苯溶液于比色杯中，以甲苯为空白对照，在分光光度计上5 2 0 h m 波长处比 色，求得吸光度值。 根掘回归方程计算出2 m l 测定液中脯氨酸的浓度x ( i t g m l ) ，然后计算样品中脯氮 酸含量百分数【1 0 7 】。计算公式如下： 5 x = 单位鲜重样品的脯氨酸含量2 存董丽2 1 0 0 4 1 3 数据分析 本试验数据运用m i c r o s o f te x c e l 软件进行方差分析、差异显著性检验等数据分析。 4 2 结果和分析 4 2 1 不同遣荫处理对3 种地被类景天叶片色素含量的影响 遮荫处理对缝被类景天的光合色素有显著影响( 表4 1 ，4 - 2 ，4 3 ) 。除遮荫9 2 的 环境外，胭脂红和紫地毯的叶片叶绿素总量和类胡萝h 素含量均表现为随光照 强度的减弱而显著增加的趋势，并且这种差异表现为极显著( 表4 - 4 ) 。阳光之旅除 遮荫7 0 * 1 - ，其叶绿素总量和类胡萝h 素含量均随光强的逐渐减弱而显著增加。这3 种 地被类景天分别在遮荫9 2 和遮荫7 0 环境下叶绿素含量低显著低于其它光照环境。其 中随光强减弱叶绿素含量上丹最多的为紫地毯，3 种地被类景天，紫地毯、阳光 之旅和胭脂红的最高叶绿素总量与它们在全光照下相比分别增加了5 2 、3 0 和 2 2 7 。 、 叶绿素a b 则随光强的减弱而显著的呈下降趋势，其中降幅最多的为紫地毯，下 降了1 0 5 。根据前人的研究，在弱光下具有较低的叶绿素a y o 值及较高的叶绿素含量 的植物，也具有较高的光合活性 1 l o , l i i l 。因此，紫地毯叶绿素总量高。