3种唇形科野生花卉在遮光下的光合特性变化及耐阴性评价.pdf
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1、54卷南 方 农 业 学 报 14363种唇形科野生花卉在遮光下的光合特性变化及耐阴性评价李立婷,张鸽香*,苏同向,丁彦芬(南京林业大学风景园林学院,江苏南京210037)摘要:【目的】探究遮光对唇形科花卉形态、光合作用及叶绿素荧光参数的影响,为唇形科野生花卉开发利用提供理论依据。【方法】以益母草(Leonurus japonicus)、活血丹(Glechoma longituba)和紫背金盘(Ajuga nipponensis)盆栽为试验材料,分别进行30%、50%、70%和90%的遮光处理,以不遮光为对照(CK),测定3种唇形科花卉的光合指标及叶绿素荧光指标,并运用主成分分析和隶属函数法对
2、其进行耐阴性评价。【结果】经遮光处理的3种唇形科花卉,其叶长、叶宽和株高均高于CK,叶片含水量与遮光度呈正相关,比叶重与遮光度呈负相关。遮光处理的益母草和活血丹的各光合色素含量随着遮光度的增加持续上升,紫背金盘则表现为先升后降的变化趋势;活血丹和紫背金盘的叶绿素a/b(Chla/b)均显著低于CK(P0.05)。随遮阴度的增加,3种唇形科花卉的表观量子效率(AQY)呈先升后降的变化趋势,光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(Rd)呈下降趋势,益母草的最大净光合速率(Pnmax)呈先升后降的变化趋势,活血丹和紫背金盘的Pnmax则一直下降;除初始荧光(Fo)、单位反应中心吸收的光能
3、(ABS/RC)和热耗散的能量(DIo/RC)3个叶绿素荧光参数,3种唇形科花卉在遮光下的叶绿素荧光参数值均较CK有不同程度的上升。运用主成分分析和隶属函数对上述指标进行综合评价,活血丹和紫背金盘的耐阴性较益母草好。【结论】光照强度的减小导致益母草、活血丹和紫背金盘的形态、光合特性及叶绿素荧光参数受影响程度不同,表现出不同的耐阴性,益母草较适宜生长的遮光环境为30%遮光度,活血丹和紫背金盘则在50%遮光度下生长效果更好。关键词:唇形科;野生花卉;遮光;形态特征;光合特性;耐阴性中图分类号:S688.4文献标志码:A文章编号:2095-1191(2023)05-1436-10收稿日期:2022-
4、12-20基金项目:国家重点研发计划项目(2019YFD1100404)通讯作者:张鸽香(1968-),https:/orcid.org/0009-0005-6009-1076,博士,副教授,主要从事园林植物栽培与应用研究工作,E-mail:nld_z 第一作者:李立婷(1998-),https:/orcid.org/0009-0005-7172-1926,研究方向为园林植物栽培与应用,E-mail:南方农业学报Journal of Southern Agriculture2023,54(5):1436-1445ISSN 2095-1191;CODEN NNXAABhttp:/DOI:10.3
5、969/j.issn.2095-1191.2023.05.016Photosynthetic characteristics changes and evaluation on shadetolerance of three kinds of Lamiaceae wild flowers under shadingLI Li-ting,ZHANG Ge-xiang*,SU Tong-xiang,DING Yan-fen(College of LandscapeArchitecture,Nanjing Forestry University,Nanjing,Jiangsu 210037,Chin
6、a)Abstract:【Objective】This study explored the effects of shading on morphology,photosynthetic indexes and chloro-phyll fluorescence parameters of Lamiaceae flowers,in order to provide theoretical basis for Lamiaceae flowers develop-ment and utilization.【Method】Leonurus japonicus,Glechoma longituba,A
7、juga nipponensis of potted flowers as testedmaterials were subjected to 30%,50%,70%and 90%shading treatment,with unshading ones as control(CK).Theirphotosynthetic indexes and chlorophyll fluorescence parameters were studied,and the shade tolerance was evaluated byprincipal component analysis and mem
8、bership function.【Result】The leaf length,leaf width and plant height of the threekinds of Lamiaceae flowers treated with shading were higher than those of CK.Leaf water content was positively correla-ted with shading intensity,while leaf weight was negatively correlated with shading intensity.The ph
9、otosynthetic pigmentcontents of L.japonicus and G.longituba under shading treatment continued to increase with the increase of shading in-tensity.A.nipponensis showed a change trend of rising first and then falling.The chlorophyll a/b(Chla/b)of G.longitubaand A.nipponensis were both significantly lo
10、wer than those of CK(P0.05).With the increase of shading intensity,theapparent quantum yield(AQY)of the three kinds of Lamiaceae flowers increased first and then decreased.and the lightsaturation point(LSP),light compensation point(LCP)and dark respiration rate(Rd)decreased.The maximum net pho-5期143
11、70引言【研究意义】野生花卉由于契合生态园林的发展理念,兼具观赏价值高、适应性强及养护管理成本低等优点,日益受到关注和重视。益母草(Leonurusjaponicus)、活血丹(Glechoma longituba)和紫背金盘(Ajuga nipponensis)均隶属于唇形科(Lamiaceae)野生花卉,广泛分布于我国大部分地区,且3种花卉均可全草入药,又具有重要的药用和经济价值(喻晓雁等,2019)。综合开发和利用野生花卉,既有利于维持当地生态平衡,还可带动相关产业的发展。光照是影响植物生长的重要环境因子,林下荫蔽处、建筑物背阴面及立交桥下常年缺乏光照,能适宜上述环境生长的地被植物种类较
12、少且单调。因此,研究野生花卉在不同遮光处理下的光合能力,对其野生资源保护及人工栽培管理具有重要意义。【前人研究进展】植物的光合作用受水分、光照和温度等环境因子的影响,其中光照强度能直接影响光合作用的强弱,不同植物对弱光和强光的利用能力存在明显差异(朱文杰等,2022)。植物的形态变化最能直接反映外部环境的变化,轻度和中度遮光环境中,植物叶长和叶宽大于全光照环境,但重度遮光环境会抑制植株的生长发育(黄娟等,2006;郭思佳等,2015);遮光会导致植物叶片的比叶重(Specific leaf weight,SLW)下降,叶片变薄,使同样叶片生物量形成更大的叶面积,增强对光照的捕获能力(王俊峰等,
13、2004)。弱光环境中,植物叶片的叶绿素含量会上升,叶绿素a/b(Chla/b)下降,从而增加对蓝紫光的吸收,是植物适应弱光环境的表现(王庆等,2020)。汪小飞和靳文文(2014)研究表明遮光环境下,耐阴性强的植物光饱和点(Light saturation point,LSP)和光补偿点(Light compensation point,LCP)会降低;植物最大荧光(Fm)、PS最大光化学效率(Fv/Fm)、PS潜在光化学效率(Fv/Fo)等叶绿素荧光参数会随着遮光度的增加而升高,吸收的光能、耗散的能量等比活性参数则会下降(梁文华等,2018)。主成分分析和隶属函数相结合的方法能对多个指标进
14、行综合评价,避免单一指标的片面性,使试验结果更加客观全面,在抗逆性评价中的应用越来越普遍。罗耀等(2013)利用该方法将遮光处理下9种暖季型草坪草形态及生理等12个指标转化为4个综合变量,筛选出了耐阴性较强的草坪草;任保兰等(2021)利用该方法结合生理指标及叶绿素荧光参数综合评价了3种辣木属(Moringa)幼苗的耐涝性,探究辣木应对淹水胁迫的生理响应机制。【本研究切入点】目前对益母草、活血丹和紫背金盘3种唇形科花卉在不同遮光条件下的形态变化及光合特性研究较少,且尚无采用多个指标综合评价其耐阴性的相关报道。【拟解决的关键问题】选取3种唇形科花卉为研究对象,探究不同遮光处理下其形态、光合指标及
15、叶绿素荧光参数的变化,并结合主成分分析法和隶属函数法对耐阴性进行综合评价,以期为唇形科野生花卉开发利用提供理论依据。1材料与方法1.1试验材料试验材料为2021年12月从南京紫金山挖取的益母草、活血丹和紫背金盘幼苗。把幼苗种植在塑料盆内,盆高11.5 cm、上口径13.0 cm、下口径11.5 cm,基质为园土与营养土2 1混合。置于南京林业大学国家级园林实验教学示范中心进行缓苗。1.2试验设计于2022年3月中旬选取长势一致、生长状况良好的植株进行遮光处理,试验期间土壤与水分管理正常。搭设棚架,规格为3.0 m1.5 m1.5 m(长宽高),棚间距5.0 m,使用遮光率不同的遮阳网进行覆盖,
16、设30%、50%、70%和90%4个遮光处理。以不遮光为对照(CK)。每15盆1个重复,每处理3个重tosynthetic rate(Pnmax)of L.japonicus increased first and then decreased,while the Pnmaxof G.longituba and A.nipponen-sis decreased all the time.Except for chlorophyll fluorescence parameters of initial fluorescence(Fo),absorbed light ener-gy per uni
17、t area(ABS/RC)and dissipated energy(DIo/RC),the values of the remaining parameters of the threekinds of Lamiaceae flowers increased to different degrees under shading compared with CK.Using principal componentanalysis and membership function to comprehensively evaluate above indexes,the results show
18、ed that the shade toleranceof G.longituba and A.nipponensis was better than that of L.japonicus.【Conclusion】With the decrease of light intensity,the morphology,photosynthetic characteristics and chlorophyll fluorescence parameters of L.japonicus,G.longitubaand A.nipponensis are affected differently,
19、and show different shade tolerance.The suitable shading environment for L.japonicus is 30%shading,while the growth of G.longituba andA.nipponensis is better under 50%shading.Key words:Lamiaceae;wild flowers;shading;morphological characteristic;photosynthetic characteristic;shadetoleranceFoundation i
20、tems:National Key Research and Development Project(2019YFD1100404)李立婷等:3种唇形科野生花卉在遮光下的光合特性变化及耐阴性评价54卷南 方 农 业 学 报 1438复。遮光60 d后开始进行相关指标的测定,各指标重复测定3次。1.3指标测定及计算方法株高的测定为植株的绝对高度,用直尺测量植株从盆土到生长点的距离;选取植株主茎中上部长势良好且完全展开的叶片,用游标卡尺进行平展测量其长度和宽度。比叶重、叶片含水量(Leaf watercontent,LWC)及光合色素均参照李合生(2000)的方法进行测定。光合光响应曲线于2022
21、年5月初采用美国PP-system的CIRAS-3型便携式光合仪进行测定,测定时选择晴朗无风的天气,于上午9:0011:00每处理选择3株长势一致的植株,每株选择中上部健康成熟、朝向一致的叶片进行测定。测定环境CO2浓度为400 mol/mol,空气相对湿度为75%,通过控制红蓝光LED光源,依次设定光强(PAR)为1800、1600、1400、1200、1000、800、600、400、300、200、150、100、50和0 mol/(m2s),每个测定重复3次。利用叶子飘和王建林(2009)的双曲线修正模型拟合各遮光处理下3种唇形科花卉的光合光响应曲线,并得出表光量子效率(AQY)、最大
22、净光合速率(Pnmax)、LSP、LCP、暗呼吸速率(Rd)等光合光响应参数。于上午9:0011:00利用HandyPEA植物效率分析仪(Hansatech Instrument,英国)进行叶片不离体测定初始荧光(Fo)、可变荧光(Fv)、Fv/Fm、Fv/Fo、单位反应中心吸收的能量(ABS/RC)、单位反应中心用于热耗散的光能(DIo/RC)、单位反应中心捕获的光能(TRo/RC)和单位反应中心用于电子传递的能量(ETo/RC),其中RC表示光系统(PS)单位反应中心,而ABS、DIo、TRo和ETo分别对应吸收的能量、用于热耗散的能量、捕获的能量及用于电子传递的能量。测定前,避开主叶脉夹
23、住叶片,暗适应20 min后,移开叶夹,直接测定。耐阴性评价:耐阴系数=处理组测定值/对照组对应值(1)Yi=j=1n Zj Pij(2)式中,Yi为所有指标耐阴系数主成分分析后所得的各综合指标值(i=1,2,3,4),Zj为单项指标耐阴系数标准化后的值(j=1,2,n),Pij为综合指标的系数。隶属函数值U(Yi)=Yi/YminYmax/Ymin(3)式中,U(Yi)为第i个综合指标的隶属函数值(i=1,2,n),Yi为第i个综合指标值,Ymax和Ymin分别为第i个综合指标中的最大值和最小值。权重Wi=Pii=1nPi(4)式中,Wi为第i个综合指标在所有综合指标中所占比重(i=1,2,
24、n),Pi为第i个综合指标贡献率。综合评价值D=i=1nU(Yi)Wi(5)1.4统计分析采用Excel 2019和SPSS 19.0进行数据处理及制图。2结果与分析2.1不同遮光处理对3种唇形科花卉形态指标的影响由表1可知,3种唇形科花卉的叶长、叶宽及株高均随遮光度的增加呈先升后降的变化趋势。其中,益母草和活血丹在50%遮光下有最大值,显著高于CK(P0.05,下同),在90%遮光下均显著降低,并达最小值。2.3不同遮光处理对3种唇形科花卉叶片光合光响应参数的影响结合图2和表2可看出,3种唇形科花卉的AQY随遮光度增加呈先上升后下降的变化趋势。益母草的AQY在30%遮光下达最高值,比CK显著
25、增长33.05%,活血丹和紫背金盘在70%遮光下有最大值,5期1439分别较CK显著增加15.20%和12.40%。3种唇形科花卉的Pnmax、LSP、LCP及Rd随着遮光度的增加整体上呈下降趋势。益母草的Pnmax在70%和90%遮光下与CK差异显著,而活血丹和紫背金盘的Pnmax在所有遮光下均显著低于CK。益母草和紫背金盘的LSP在90%遮光度下为最小值,分别为926.92和904.22 mol/(m2s),活血丹的LSP在70%遮光下最低。3种唇形科花卉的LCP均在90%遮光下有最低点,分别为7.41、11.39和17.79 mol/(m2s);Rd也在90%遮光下有最小值,分别比CK显
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