黎修东，骆华容，莫惠芝，吴 志，裴福云

(深圳市铁汉生态环境股份有限公司，广东 深圳 518040)

水分是植物生长和发育的必要条件，也是光合作用的原料[1]。苔藓植物没有发达的吸水根系和可以控制水分蒸腾的气孔[2]，叶片仅由一层细胞构成，不具备输导水分和营养物质的维管组织，使植物体极易受到降水等自然环境因子变化的影响，甚至空气湿度略微变化也可导致植物体含水量变化[3]。这决定了藓体生理生化功能对湿度、温度等环境因素的变化尤为敏感[4]。环境干旱下苔藓会迅速失水而代谢缓慢甚至停止, 而当环境变湿润时，它们又可以迅速吸收水分、恢复正常的代谢活动[5]。光合色素是客观反映植物光能利用率的一类重要指标，可以作为判断植物光合生理能力、反映环境胁迫状况的重要指标[6-8]。叶绿素含量与植被的光合能力、发育阶段具有较好的相关性，它通常是光合作用能力和植被发育阶段(特别是衰老阶段)的指示器[9]。因此在逆境环境中叶绿体是最易受到破坏的细胞器之一，其结构的正常与否是判断植物细胞活性的一个重要指标[10]。

本课题研究了4组水分处理对3种苔藓植物的生理生化指标的影响，分析了3种苔藓植物培育适宜的给水量，可为其科学培育创造最佳的生长条件以及提供数据参考。

1　实验材料和方法

1.1　实验地概况

实验地设于广东省东莞市的铁汉生态研发基地温棚内。实验期间，白天光照强度在10～120 μmol/(m2·s)之间；温度变化范围在22.5～36.0 ℃，其中在25～30 ℃较为集中；湿度变化范围在60%～99%，湿度昼夜差较大，晚间湿度最高，在90%～99%，午间湿度最低，主要集中在60%～70%。

1.2　实验材料

3种供试苔藓植物分别为大灰藓(Hypnumplumaeforme)、尖叶匍灯藓(Plagiomniumacutum)、桧叶白发藓(Leucobryumjuniperoideum)。3种苔藓植物均在研发基地温棚中培育1年以上，生长健壮，覆盖度100%。

1.3　实验方法

选取大灰藓、尖叶匐灯藓、桧叶白发藓3种苔藓植物生长茂密、长势较好的配子体，分别修剪成10 cm×10 cm大小的样块，实验设定4组水分处理：处理0(T0)为不浇水；处理1(T1)为每天浇1次水，共177.3 mL/(m2·d)；处理2(T2)为每天浇2次水，共354.5 mL/(m2·d)；处理3(T3)为每天浇3次水，共531.8 mL/(m2·d)。浇水采用自动喷灌给水，选用四出口雾化喷头，喷头离种植面的高度为1.5 m；每个处理单次喷水时长为1 min，各处理一天的喷水量如表1所示。每个处理3次重复。实验观察60 d后，测定各处理苔藓植物的叶绿素含量和光响应曲线参数。

1.4　测定方法

1.4.1叶绿素含量的测定叶绿素的提取参考包维楷等的研究，采用95%乙醇提取法[11]：剪取苔藓植物生长末梢适量，淘去泥沙，去除杂质，晾干表面水分，剪碎(2 mm左右)，混合均匀。每个样品称取0.2 g左右，3个重复，分别放入研钵中，加少量石英砂及2～3 mL 95%乙醇，研磨成浆，转入10 mL离心管，再用少量乙醇洗净研钵并转入离心管中，以4000 r/min离心10 min；将上清液转入25 mL棕色容量瓶中，沉淀再加适量95%乙醇，充分摇匀，再次离心10 min，上清液一并转入容量瓶中，定容至刻度。比色测定色素，以95%乙醇为空白，在665、649 nm下测定吸光度。计算叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量，及叶绿素a/b。计算公式如下：

叶绿素a含量：ρchla=13.95A665nm-6.88A649nm

叶绿素b含量：ρchlb=24.96A649nm-7.32A665nm

色素含量/[w/(mg/g)]=ρ×V×N/m

总叶绿素含量=叶绿素a含量+叶绿素b含量

叶绿素a/b=叶绿素a含量/叶绿素b含量

式中：ρ为色素浓度(mg/L)；V为提取液体积(L)；N为稀释倍数；m为样品鲜重(g)。

1.4.2光响应曲线的测定于晴朗天气，使用Li-6400便携式光合系统分析仪测定不同处理苔藓植物的光响应曲线。测量时，使用专门的苔藓叶室，大气压为(100±1) kPa，采用液化CO2钢瓶提供稳定的CO2供给，控制CO2浓度为380 μmol/mol，叶室温度设定为(25±0.5)℃。光合有效辐射(PAR)强度由高到低设定为800、500、300、150、100、50、20、0 μmol/(m2·s)共8个。测量前，称取测量样品苔藓鲜重，用于换算单位鲜重苔藓净光合效率(Pn)。

1.5　数据分析

采用SPSS 20.0软件对数据进行方差分析，用Duncan法进行多重比较；采用Excel 2013软件对原始数据整理并制图；采用Photosynthesis软件进行光响应曲线拟合计算。

2　结果与分析

2.1　不同水分处理下3种苔藓植物的叶绿素含量

由表1可知，在相同的水分条件下，3种苔藓植物中，无论是叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量，均以尖叶匐灯藓的含量最高，大灰藓次之，桧叶白发藓最低。

大灰藓：在4种不同水分处理条件下，除T0(干旱)处理外，其余3种处理的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量和叶绿素a/b值均随着浇水次数的增加而降低。大灰藓的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量和叶绿素a/b均在T1处理条件下最高，在T3处理条件下显著低于其它处理。

尖叶匐灯藓：在4种不同水分处理条件中，其叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量均在T2处理条件下最高，由大到小排序均为T2>T1>T3>T0。叶绿素a/b值在T0处理下最高，T2次之，在T3处理下最低，且显著低于其它处理。

桧叶白发藓：在4种不同水分处理条件下，除T0(干旱)处理外，其余3种处理的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量均随着浇水次数的减少而增加，在T1处理条件下最高，并且显著高于其它处理。叶绿素a/b值在T0处理下显著低于T1和T3处理，在T1处理下最高，T3次之。

表1　不同水分条件下3种苔藓植物的叶绿素含量

2.2　不同水分条件下3种苔藓植物的光合参数分析

如图1所示，大灰藓、尖叶匐灯藓、桧叶白发藓3种苔藓在T0(干旱)条件下，光合速率均为负值，说明3种苔藓在干旱处理下均停止生长，处于休眠状态。大灰藓和桧叶白发藓的光合速率均随着浇水次数的增加而降低，同时均在T1条件下的光合速率最高，T2次之。尖叶匐灯藓的光合速率在T2条件下最高，T1次之。

从图1和表2中可知，在光照强度达到光饱和点前，3种苔藓的净光合速率随着光照强度的增加而增加，两者之间具有明显的正相关性；当光照强度超过光饱和点后，光合速率趋于下降。不同水分条件下3种苔藓的光补偿点(Lcp)整体范围为10～26 μmol/(m2·s)之间，同种苔藓的光补偿点变化不大。3种苔藓的光补偿点在T1～T3处理下，均随水分的增加而略微升高。不同水分条件下3种苔藓的光饱和点(Lsp)整体范围为88～341 μmol/(m2·s)之间。不同水分处理对3种苔藓的光饱和点均有不同程度的影响，桧叶白发藓的Lsp随水分的增加而降低；大灰藓和尖叶匐灯藓的Lsp均随水分的增加而先升高后降低。从表2中可看出，不同水分条件下3种苔藓的最大净光合速率(Pmax)以尖叶匐灯藓最高，大灰藓次之，桧叶白发藓最低。大灰藓和桧叶白发藓的Pmax均在T1处理下最高，分别为2.08 μmol/(kg·s)和0.92 μmol/(kg·s)，T2次之，T3最低。尖叶匐灯藓的Pmax在T2处理下最高，为4.64 μmol/(kg·s)，T1次之，T3最低。

图1　不同水分处理下3种苔藓的光响应曲线

2.3　不同水分条件下3种苔藓植物的蒸腾速率

由图2可知，大灰藓、尖叶匐灯藓、桧叶白发藓3种苔藓的蒸腾速率在T0(干旱)条件下，均随光照强度(PAR)的升高而呈现出很明显的上升趋势，但在其余3种条件下蒸腾速率基本保持恒定状态，不会随PAR值的上升而变动。3种苔藓植物在T1～T3条件下，尖叶匐灯藓的蒸腾速率最高，大灰藓次之，桧叶白发藓最低。在T1～T3处理条件下，3种苔藓植物的蒸腾速率范围分别为：大灰藓2.5～3.8 mmol/(kg·s)，尖叶匐灯藓5.7～9.6 mmol/(kg·s)，桧叶白发藓1.3～1.5 mmol/(kg·s)。大灰藓和桧叶白发藓均在T1处理下的蒸腾速率略高，其各处理之间相差不大；尖叶匐灯藓在T2处理下的蒸腾速率最高，T1和T3次之。

表2　3种苔藓植物光响应曲线参数

图2　不同水分处理下3种苔藓的蒸腾速率

3　结论与讨论

叶绿素a是光能捕获者，同时也是叶绿体膜内光电子传递者，叶绿素b仅仅是光能的捕获者[12-13]。净光合速率(Pn)是植物光合生理特性的综合反映, 也是体现其光合效能的直接指标[14]。蒸腾是一个生理过程, 叶片的蒸腾能力反映植物体内水分代谢的状况或植物对水分利用的效率[15], 与植物的多种生理过程有关, 对光合作用起到间接调节作用。植物叶片光合色素参与光合作用中光能的吸收、传递和转化, 其含量直接影响植物的光合能力,其中叶绿素与光合作用的关系最密切[16-17]。在T1～T3条件下，3种苔藓植物的光合速率与叶绿素含量的变化趋势基本一致。干旱条件下，3种苔藓的净光合速率均为负值，蒸腾速率随PAR的增加而明显的上升，叶绿素含量均较高，仅次于最佳处理，说明在干旱条件下，3种苔藓植物均生长停滞，陷入休眠状态，但未死亡，遇水可恢复生机。大灰藓和桧叶白发藓在177.3 mL/(m2·d)的给水条件下，叶绿素含量和光合效率最高；当光照强度>200 μmol/(m2·s)时，大灰藓和桧叶白发藓的光合效率均随PAR值的上升而缓慢下降。而尖叶匐灯藓在354.5 mL/(m2·d)的给水条件下，叶绿素含量和光合效率最高；当光照强度>350 μmol/(m2·s)时，其光合效率随PAR值的上升而缓慢下降。

植物受到干旱胁迫时，严重缺水常常造成细胞质的破坏，叶绿素也会发生降解。李涛等研究表明，耐旱性强的植物叶绿素含量表现为先上升而后下降的趋势，而抗旱性弱的则持续缓慢上升[18]。丁华娇等[19]对尖叶匐灯藓、细叶小羽藓、南亚灰藓和绿叶白发藓4种苔藓在干旱胁迫下叶绿素含量进行了测定，其研究结果表明，4种苔藓植物的叶绿素含量随着干旱程度的加剧出现先上升后下降的趋势。本实验结果表明，3种苔藓植物随着给水量的减少，叶绿素含量均表现为先升高后降低的趋势，说明3种苔藓均为耐旱性强的植物，这与丁华娇等的研究结果基本相似。尖叶匐灯藓对水分比较敏感，干旱下叶片极易卷曲，植株体失水比大灰藓和桧叶白发藓快，但在合适的环境下生长速度均高于大灰藓和桧叶白发藓。大灰藓和桧叶白发藓为耐旱藓种，水分过高会阻碍植物体对CO2的吸收能力，从而引起其光合作用速率的下降，主要是由于藓类植物体表面的水膜增加了气体交换的阻力[20]。在T3处理下，大灰藓和桧叶白发藓均出现发黄现象，说明随着水分增加到一定程度，会引起大灰藓和桧叶白发藓黄化死亡。

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