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单叶铁线莲Clematis henryi为多年生常绿木质藤本,为毛茛科Ranunculaceae铁线莲属Clematis植物。铁线莲属植物种类丰富,全世界约300种,中国分布108种。该属植物多为藤本,兼具药用以及观赏价值,栽培品种多样,在西方园林中应用广泛,素有“藤本皇后”之美誉[1−2]。中国拥有丰富的铁线莲属植物资源,但绝大多数仍处于野生状态[3]。单叶铁线莲花为白色或淡黄色,聚伞花序,花量大,具芳香,花期为12月至翌年2月,有效填补了现有铁线莲品种冬季少花的空白,具有极大的开发利用潜力[4]。
光照对植物的生长和发育具有重要的作用,除了影响光合作用之外,也影响植物体内激素的产生和形态建成、生理特征、新陈代谢和基因表达调控等[5−6]。城市园林中的小环境光照强度变化多样,光照过强会灼伤植株叶片,破坏光系统,过低则降低植物的光合效率,影响植物生长和观赏效果[7]。研究表明:遮光条件下植株具有形态可塑性,植物可以通过调节体内保护酶活性和次生代谢物含量适应遮光环境,夏季适度遮光能够明显提高光合作用[8−9]。选择适宜的光照环境,对园林植物健康生长,以及生态价值、观赏价值的充分发挥起到决定性作用。现有铁线莲品种多为春秋季开花的喜阳类型,单叶铁线莲作为冬季开花且具有良好耐阴性的植株种类,可以满足林下栽培、室内观赏等多种景观需求,将有效扩大铁线莲品种的栽培应用范围。因单叶铁线莲药用价值高,前人对其研究多集中在药材性状、资源调查、药理作用等方面[10],而关于单叶铁线莲的园林应用和遮光对其生理特性影响的研究尚未见报道。本研究对不同遮光强度下单叶铁线莲幼苗的生长发育及生理特性进行研究,探讨其对不同遮光强度响应的生理机制,为单叶铁线莲在园林中的栽培应用提供依据。
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遮光处理30 d后单叶铁线莲叶片颜色均比对照颜色深,其中T1为浓绿色;处理60 d后,T3、T4处理组叶片发黄,对照叶片边缘及叶尖出现明显的皱缩和焦枯现象(图1)。表明遮光处理有利于叶片生长,高光强叠加高温会降低叶绿素的合成甚至使叶片受到损害。
方差分析(表1)显示:与对照相比,T1处理的分蘖数、节数总体平均增加了63.0%、24.3%,60 d时,T1、T2、T3处理的节间距分别高于对照29.8%、10.7%、36. 6%。随着时间的延长,植株分蘖数、节数和节间距均有增长,30 d时增幅最大,整体呈先快后慢的增长趋势。此外,不同遮光处理之间的植株生长也存在一定差异,如60 d时,T4处理的分蘖数最多(3.6个),T1处理的节数最多(13.6个),T3处理的节间距最大(17.9 cm)。可见,促进分蘖数、节数和节间距增加的最适宜光强存在差异。生物量测定结果显示:T2、T3处理的生物量显著高于其他处理(P<0.05),分别比对照高58.2%和61.7%(表2),表明50%~60%的遮光促进植株生长,高温、强光不利于植株干物质积累。
处理 分蘖数/个 节数/个 节间距/cm 15 d 30 d 60 d 15 d 30 d 60 d 15 d 30 d 60 d T1 2.10±0.10 a 3.00±0.10 a 3.20±0.16 AB 10.20±0.10 AB 13.00±0.10 A 13.60±0.16 a 16.00±0.10 A 16.80±0.10 A 17.00±0.16 B T2 1.75±0.04 a 2.50±0.85 ab 2.70±0.20 AB 8.20±0.04 B 10.00±0.85 B 12.10±0.20 ab 14.00±0.04 B 14.30±0.30 B 14.50±0.20 C T3 2.00±0.13 a 3.40±0.30 a 3.50±0.20 AB 10.20±0.13 AB 12.00±0.30 AB 12.30±0.20 ab 17.00±0.13 A 17.50±0.30 A 17.90±0.20 A T4 2.10±0.07 a 3.50±0.05 a 3.60±0.10 AB 10.30±0.07 AB 12.50±0.05 AB 13.00±0.10 a 13.00±0.07 B 14.00±0.05 BC 14.20±0.10 C ck 1.75±0.20 a 2.00±0.15 b 2.10±0.01 B 12.50±0.20 A 13.00±0.15 AB 13.00±0.01 a 13.00±0.20 B 13.10±0.15 C 13.10±0.01 D 说明:不同大写字母表示同一时间不同处理间差异极显著(P<0.01);不同小写字母表示同一时间不同处理间差异显著(P<0.05)。 Table 1. Effect of shading on tillers, number of nodes, and internode spacing of C. henryi
处理 生物量/g T1 35.0±3.1 b T2 40.5±2.0 a T3 41.4±1.7 a T4 33.2±2.4 b ck 25.6±1.3 c 说明:不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。 Table 2. Effects of shading on biomass of C. henryi
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由图2可知:对照处理的可溶性蛋白(SP)最低,45和60 d时,T1处理的MDA质量摩尔浓度显著低于其他处理(P<0.05),遮光处理促进蛋白质合成的同时减少MDA的产生。随着处理时间的延长,除对照和T4处理外,SP质量分数呈升—降—升的变化趋势,对照处理的MDA质量摩尔浓度持续升高,60 d时达最大值(56.4 μmol·g−1),表明高温高光强胁迫下植物对于能量的固定能力下降,引发较强细胞膜脂过氧化作用。T3处理60 d时的SP质量分数高于30 d,而MDA质量摩尔浓度却分别低于T4、ck处理25.0%、26.6%,即适宜遮光度更有利于有机物积累,减少膜脂过氧化分解产物生成,膜系统更稳定。
从表3可见:遮光处理15 d时,T1处理的叶绿素a/b最高(4.37)。60 d时遮光组的各指标均高于对照,高温、强光胁迫降低了单叶铁线莲合成叶绿素的能力。除15 d以外,T1处理的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b均最高,并显著高于对照(P<0.05)。说明单叶铁线莲可以通过提高叶绿素质量浓度适应遮光环境,更大限度地捕捉光能。
处理
时间/d叶绿素a/(mg·L−1) 叶绿素b/(mg·L−1) T1 T2 T3 T4 ck T1 T2 T3 T4 ck 15 0.44±0.06 B 0.79±0.29 A 0.43±0.13 B 0.73±0.14 AB 0.67±0.06 AB 0.11±0.05 a 0.26±0.16 a 0.11±0.04 a 0.18±0.05 a 0.15±0.03 a 30 0.60±0.12 A 0.42±0.13 AB 0.62±0.00 A 0.34±0.11 B 0.29±0.09 B 0.23±0.03 A 0.13±0.06 BC 0.20±0.01 AB 0.07±0.06 C 0.07±0.05 C 45 1.54±0.16 A 0.66±0.09 B 0.29±0.04 D 0.48±0.06 C 0.24±0.02 C 0.73±0.08 A 0.38±0.04 B 0.24±0.02 CD 0.30±0.02 BC 0.22±0.01 D 60 0.62±0.10 A 0.42±0.05 B 0.28±0.01 C 0.42±0.03 B 0.15±0.03 D 0.23±0.03 A 0.13±0.02 B 0.14±0.08 AB 0.14±0.02 AB 0.13±0.02 B 处理
时间/d叶绿素a+b/(mg·L−1) 叶绿素a/b T1 T2 T3 T4 ck T1 T2 T3 T4 ck 15 0.55±0.10 B 1.05±0.35 A 0.54±0.16 B 0.91±0.17 AB 0.82±0.03 AB 4.37±1.30 a 3.82±1.93 a 3.98±0.87 a 4.17±1.08 a 4.68±1.15 a 30 0.83±0.15 A 0.56±0.18 AB 0.81±0.01 A 0.42±0.16 B 0.36±0.14 B 2.64±0.28 a 3.35±0.80 a 3.11±0.09 a 6.95±4.51 a 5.93±3.95 a 45 2.28±0.25 A 1.03±0.12 B 0.53±0.05 CD 0.78±0.07 BC 0.47±0.03 D 2.10±0.02 A 1.74±0.08 B 1.24±0.07 D 1.55±0.11 C 1.11±0.05 D 60 0.85±0.13 A 0.55±0.06 B 0.42±0.07 BC 0.56±0.03 B 0.28±0.06 C 2.74±0.06 A 3.73±0.25 A 4.24±2.46 A 3.05±0.36 A 1.24±0.17 B 说明:不同大写字母表示同一时间不同处理间差异极显著(P<0.01);不同小写字母表示同一时间不同处理间差异显著(P<0.05)。 Table 3. Comparison of different shading treatments on leaf chlorophyll content
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图3显示:遮光时间对POD、CAT和SOD活性均有影响,其中POD和CAT活性随时间推移整体上升,SOD则不断下降,表明7月高温和强光胁迫叠加下,氧离子和氢氧根离子的积累超出了SOD的清除能力,POD和CAT被不断激活,成为保护细胞活力的主要力量,并起主要作用来抵抗植物体内的氧化物。除15 d之外,POD和CAT活性随着遮光强度由强到弱,均呈升—降—升的变化趋势,表明不同遮光环境下2种酶协同发挥作用,共同维持细胞膜稳定。45 d时T1处理的POD活性较低,T4处理的CAT活性分别显著高于T1、T2处理(P<0.05),说明短期高温高光强胁迫下,遮光强度较高时POD保持较低活性,即可抵御逆境带来的损害,遮光强度较低时CAT活性升高以维持细胞内部稳定。
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相关性分析(表4)表明:CAT、SOD和POD活性均与MDA呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)正相关,说明弱光或高温高光强环境使植物体内积累过量MDA,此时植株通过提高抗氧化酶活性来清除逆境下产生的有害物质。MDA与节间距、生物量均呈极显著负相关(P<0.01),而可溶性蛋白与节间距、生物量呈极显著正相关(P<0.01),膜脂过氧化产物对植物造成损伤,不利于植物形态发育以及干物质的积累。
指标 生物量 分蘖数 节数 节间距 叶绿素
总量可溶性
蛋白MDA CAT POD SOD 生物量 1 分蘖数 0.152 1 节数 −0.142 0.542* 1 节间距 0.585* 0.421 0.300 1 叶绿素总量 0.303 0.733** 0.579* 0.420 1 可溶性蛋白 0.854** 0.423 0.102 0.718** 0.531* 1 MDA −0.684** −0.302 −0.234 −0.707** −0.623* −0.789** 1 CAT −0.325 −0.594* −0.375 −0.143 −0.794** −0.468 0.604* 1 POD −0.403 −0.461 −0.453 −0.952** −0.454 −0.613* 0.689** 0.203 1 SOD −0.631* −0.442 −0.012 −0.444 −0.535* −0.744** 0.684** 0.692** 0.425 1 说明:*表示显著相关(P<0.05);**表示极显著相关(P<0.01)。 Table 4. Correlation analysis of morphological and physiological indexes under different shading treatments
Effects of shading treatment on growth and physiological characteristics of Clematis henryi
doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20230508
- Received Date: 2023-10-18
- Accepted Date: 2024-03-22
- Rev Recd Date: 2024-01-17
- Available Online: 2024-05-22
- Publish Date: 2024-05-22
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Key words:
- Clematis henryi /
- shading treatment /
- protect enzyme activity /
- chlorophyll /
- physiological index
Abstract:
Citation: | CHEN Zihang, TAO Li, CHOU Tianze, YANG Hanxi, LIU Zhigao, YU Huiting, SHEN Yamei. Effects of shading treatment on growth and physiological characteristics of Clematis henryi[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2024, 41(3): 615-623. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20230508 |