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海滩植物厚藤(Ipomoea pescaprae)的生物学及生理生态特性



全 文 :第 26 卷 第 4 期
2011 年 12 月
湖南科技大学学报(自然科学版)
Journal of Hunan University of Science & Technology(Natural Science Edition)
Vol. 26 No. 4
Dec. 2011
海滩植物厚藤(Ipomoea pescaprae)的
生物学及生理生态特性 ①
欧阳蒲月1,刘楠2,张伟伟2,3,王俊2,简曙光2
(1. 广东食品药品职业学院,广东 广州 510520;2.中国科学院 华南植物园,广东 广州 510650;
3.中国科学院 研究生院,北京 100039)
摘 要:厚藤(Ipomoea pescaprae L.)是一种具有重要生态、药用和观赏价值的海滩植物,在滨海地区海滩固沙、绿化及生
态恢复等方面发挥重要作用.通过对厚藤的生物学及生理生态特性进行研究发现,厚藤属典型阳生性植物,具有较高的光合
潜能.其快速光响应曲线(RLC)显示厚藤的相对电子传递速率(rETR)随光合有效辐射(PAR)的升高而逐渐增加,并在 2 551
μmolm - 2s - 1 时达到最大值.厚藤叶绿素荧光参数显示相对较高的能量利用效率.厚藤叶片的叶绿素含量较低,叶绿素 a /b
比值符合理论值(3 ︰ 1).厚藤对营养元素的利用率较高,其中叶片的 N,P,K和 Na含量最高,根部 Ca和 Mg含量最高,这些
特点利于厚藤的生长和光合作用.本研究为厚藤的引种、栽培及开发利用提供重要的理论依据.
关键词:厚藤;海滩植物;生物学及生理生态特性;开发利用
中图分类号:Q946. 887;R285 文献标识码:A 文章编号:1672 - 9102(2011)04 - 0117 - 05
厚藤(Ipomoea pescaprae L.) ,又名马鞍藤、沙灯
心、马蹄草、鲎藤、海薯(藤)、走马风、马六藤、白花
藤、沙藤、海茹藤、海滩牵牛、二裂牵牛、二叶红薯、红
花马鞍藤、马蹄金、马蹄莲、马蹄藤、狮藤等,为旋花
科(Convolvulaceae)番薯属(Ipomoea)多年生匍匐蔓
生草本植物,广布于全球热带及亚热带沿海地区,在
我国广泛分布于浙江、台湾、福建、广东、广西、海南
等热带和亚热带海滩上. 厚藤全株无毛;茎平卧,有
时缠绕.叶肉质,干后厚纸质,卵形、椭圆形、圆形、肾
形或长圆形,长 3. 5 ~ 9 cm,宽 3 ~ 10 cm,顶端微缺
或 2 裂,裂片圆,裂缺浅或深,有时具小凸尖,基部阔
楔形、截平至浅心形;在背面近基部中脉两侧各有 1
枚腺体,侧脉 8 ~ 10 对;叶柄长 2 ~ 10 cm.多歧聚伞
花序,腋生,有时仅 1 朵发育;花序梗粗壮,长 4 ~ 14
cm,花梗长 2 ~ 2. 5 cm;苞片小,阔三角形,早落;萼
片厚纸质,卵形,顶端圆形,具小凸尖,外萼片长 7 -
8 mm,内萼片长 9 ~ 11 mm;花冠紫色或深红色,漏
斗状,长 4 ~ 5 cm;雄蕊和花柱内藏.蒴果球形,高 1.
1 ~ 1. 7 cm,2 室,果皮革质,4 瓣裂. 种子三棱状圆
形,长 7 ~ 8 mm,密被褐色茸毛[1].
厚藤嫩茎叶可炒食,也可做猪饲料;全草入药,
性辛、微苦,温;可用于祛风除湿,拔毒消肿,治风寒
感冒,腰肌劳损,风湿关节痛、腰腿痛;外用治疮疖,
痔疮.民间常用其干燥叶煎汁内服,对海蜇刺伤引起
的风疹、瘙痒有良好的解毒作用[2 - 3].厚藤的叶先端
明显凹陷或接近两裂,似马鞍形.厚藤多生长在沙滩
上以及路边向阳处,通常生长在海滩较高的地方,且
能在含盐及高盐分的环境生长. 其种子能在水面上
漂浮,且生长不受海水影响,是可透过海洋传播的抗
盐植物[1,4 - 5].厚藤生长速度快,匍匐茎极长,节处易
生不定根,根系发达,入土深,抗盐性强,有良好的定
砂能力和耐海水冲刷能力,可作海滩固沙或覆盖植
物.常成片生长于贫瘠的沙砾滩涂,与其他耐盐植物
形成滨海沙滩植被景观,是一种很有潜力的沿海滩
711

收稿日期:2011 - 03 - 03
基金项目:科技部支撑计划项目(2008BAJ10B03) ;广东省科技计划项目(2008A060207017,2008B020300011,2010B060200039)
通信作者:简曙光(1972 -) ,男,江西九江人,博士,研究员,主要从事分子生态学、植物生态学研究. E - mail:jiansg@ scbg. ac. cn
涂绿化先锋植物. 其叶片碧绿,叶形奇特,花大,艳
丽,且几乎全年开花,尤以夏秋季最甚,有较高的景
观价值,是优良的海滩地被植物[5].
我国盐碱土面积达 0. 333 亿多 hm2,另外有次
生盐渍化土 0. 066 亿 hm2,广泛分布于内陆、沿海及
岛屿[6].植物抗盐性的研究已成为植物学及生态学
研究的重点领域之一. 厚藤作为沿海重要的盐生植
物,具有海滩固沙和裸滩植被恢复的潜力. 但是,国
内外目前对厚藤相关研究很少,仅集中在化学成
分[3,7 - 10]、耐盐机理[5]、栽培技术及应用,尚缺乏对
其生态及生物学特性方面的研究,这一定程度上制
约了厚藤的开发利用. 本文对厚藤的生态及生物学
特性进行调查和研究,试图为其引种、栽培及开发利
用提供理论依据.
1 材料与方法
1. 1 植物材料及研究地区概况
本研究的植物材料 -厚藤均采自广东湛江红树
林国家级自然保护区. 该保护区是我国红树林面积
最大的自然保护区,自然资源丰富,有真红树和半红
树植物 15 科 25 种,红树林伴生植物 14 科 21 种,是
我国大陆海岸红树林种类最多的地区. 该地属北热
带气候区,常有台风或特大暴风潮发生,海洋性自然
灾害多发,土壤多为海滨沙土和滨海盐土,其中滨海
盐土多为浅海沉积或河流冲击物发育而成. 研究样
地分别在麻章区东北大堤(地理位置为东经 110°
19,北纬 21° 06)和雷州市附城镇芙蓉湾(东经
110°09,北纬 20°56).红树林植被群落主要为无瓣
海桑 (Sonneratia apetala)林、白骨壤 (Avicennia
marina )林 和 桐 花 树 + 秋 茄 林 (Aegiceras
corniculatum + Kandelia candel)等,另有红海榄
(Rhizophora stylosa)、木榄(Bruguiera gymnohiza)、海
漆(Excoecaria agallocha)、黄槿(Hibiscus tiliaceus)等
红树植物和半红树植物,以及草海桐(Scaevola
frutcscens)、阔 苞 菊 (Pluchea indica)、假 茉 莉
(Clerodendrum inerme)、老鼠簕(Acanthus ilicifolius)、
卤蕨(Acrostichum aureum)、鱼藤(Derris trifoliata)等
红树林伴生植物.厚藤自然散生于红树林边缘的海
滩及附近沙地,生长良好,覆盖度约 20%;附近还有
少量南方碱蓬(Suaeda australis)、海马齿(Sesuvium
portulacastrum)和盐地鼠尾粟(Sporobolus virginicus)
混生.
1. 2 研究方法
1. 2. 1 形态学特征
平均节间距、枝角、叶面积等形态学指标采用任
海等[11]方法测定,各选取 4 株同龄植株进行测量.
叶片结构按 Duncan[12]和任海的方法[13],通过制片
在显微镜下进行观测.叶面积采用美国 Li - cor3000
叶面积仪直接测定.
1. 2. 2 生理生态学特征
叶绿素含量的测定:取厚藤不同部位叶片打孔,
获得 5 个叶圆片(面积为 1. 413 cm2) ,以 80%的丙
酮浸提叶圆片,用紫外分光光度计(UV - 3802,
Unico)分别于 663 nm,645 nm 和 440 nm 处测定吸
光度,重复测量 6 次,计算叶片的叶绿素 a、叶绿素
b、总叶绿素、类胡萝卜素含量及叶绿素 a /b 的
比值[14 - 15].
叶绿素荧光参数的测定:叶绿素荧光参数由便
携式荧光测定仪(PAM - 2100,Germany)测定和计
算.测定前将植物叶片暗适应 30 min. 其中,光系统
Ⅱ最大光化学效率 Fv /Fm = (Fm - F0)/Fm,光系统
Ⅱ实际光化学效率 ФPSII = 1 - Fs /Fm,光化学荧光
淬灭 qP = (Fm - Fs)/(Fm - F0) ;非光化学荧光
淬灭NPQ = Fm /Fm - 1.这里,Fm和F0分别代表暗
适应后的最大和初始荧光,Fm 和 F0 代表光适应
后的最大荧光和初始荧光,Fs 是稳态荧光
[16].
采用 便 携 式 荧 光 测 定 仪 (PAM - 2100,
Germany)测量相对电子传递速率(rETR) ,设置 8 个
光强梯度(72,174,390,776,1 131,1 731,2 551,
3 562 μmol m -2s - 1) ,每个梯度持续 10 s,分别测量
其 rETR值并自动记录,重复测量 4 次,绘制快速光
响应曲线(RLC)[15].
1. 2. 3 植物营养元素及土壤理化性质测定
在野外采集具有代表性的新鲜植物样品,按叶、
茎、根分开,称重,带回实验室用 60 ℃烘干. 干样品
磨碎、过筛后用酸消化,其中全 N 用自动离子分析
仪测定,全 P采用钼比色法测定,K,Na,Ca 和 Mg 用
原子吸收光谱仪测定. 在 3 个厚藤的野外种群样方
内采集 0 ~ 30 ㎝的混合土壤样品,风干,研细;一份
通过 0. 83 mm 筛,用 pH211 酸度离子测定仪进行
pH值测定(土 ∶ 水 = 1 ∶ 5) ,另一份通过 0. 075 mm
筛,用自动离子分析仪进行全 N养分测定[14].
1. 2. 4 数据处理
数据分析和作图均采用 Excel软件进行.
2 结果分析
2. 1 生物学特征
通过野外实地调查及观察发现,厚藤多生长在
滨海地区的沙滩或砂岸上,及路边向阳处.厚藤适应
性很强,对土壤要求不高,微酸性到微碱性土壤中均
可生长,还可在高盐分的土壤中生长. 喜干燥、阳光
充足的环境,耐热耐旱,耐贫瘠,抗盐碱,忌土壤潮湿
或滞水不退.生长速度快,茎在节处长根,根系发达,
覆盖能力强.其叶片大小及形状因生长条件不同而
有一些变异,甚至同一株上叶形也会有卵形、椭圆
形、圆形、肾形或长圆形的变化;花冠漏斗形,紫色至
811
深红色.
2. 2 形态解剖学特征
厚藤的形态解剖学特征如表 1 所示.与一般的
藤本植物相比,厚藤的枝叶指标显示它的株形较均
匀,枝叶繁茂,叶尤其发达,枝角大[17 - 19]. 叶片的解
剖结构显示其叶片大而厚,角质层薄,气孔多,叶肉
内栅栏组织发达,胞间隙小,具备了明显的阳生性
特征.
表 1 厚藤的形态解剖学特征
Tab. 1 Morphological characteristics of Ipomoea pescaprae
枝角 /
(°)
单位叶面
积干重 /
(mg·cm -2)
平均叶面
积 / cm2
叶长
/ cm
叶宽
/ cm
叶厚度
/μm
栅栏组织
厚度 /μm
小脉间
距 /μm
下表皮
气孔数 /
(No·mm -2)
栅皮比
脉岛数 /
(No·mm -2)
90. 83 7. 67 28. 04 7. 63 7. 84 270. 0 126. 7 181. 5 195. 7 5. 60 29. 3
2. 3 生理生态学特征
厚藤叶片的叶绿素 a、叶绿素 b 和总叶绿素含
量分别为(9. 533 ± 1. 064)μg· cm -2,(3. 169 ±
0. 295)μg·cm -2和(12. 703 ± 1. 344)μg·cm -2,叶
绿素 a /b比值为 3. 005 ± 0. 123,类胡萝卜素含量为
(7. 409 ± 0. 849)μg·cm -2 .在暗适应下的叶片 PSII
的最大光化学效率(Fv /Fm)为 0. 776 ± 0. 018. 实
际光化学效率(Ф PSII)为 0. 698 ± 0. 020,光化学荧
光淬灭(qP)为 0. 973 ± 0. 004,非光化学荧光淬灭
(NPQ)为 2. 023 ± 0. 415.其相对电子传递速率快速
光相应曲线如图 1 所示,相对电子传递速率随着光
合有效辐射的增强而逐渐升高至最大值. 厚藤的
rETR值出现在 PAR 为 2 551 μmol m -2 s - 1处(曲线
第 7 个点) ,随后趋于稳定.
图 1 厚藤相对电子传递速率快速光响应曲线
Fig. 1 Rapid light response curves of relative electron
transport rate (rETR)of Ipomoea pescaprae
2. 4 营养物质分布及利用
厚藤各营养器官总营养元素含量(以 mean ±
SE表示)如表 2 所示.叶片的总营养元素含量最高,
茎次之,根最低.植株加权平均养分含量(即整个植
株磨碎混匀后测定结果)为 Na(20. 2%)>全 K(13.
3%)>全 N(8. 8%)> Mg(4. 4%)> Ca(3. 1%)>
全 P(1. 0%) ;就各器官来说,叶片的全 N、全 P、全 K
和全 Na含量最高,根的全 Ca和全 Mg含量最高.
表 2 厚藤各器官营养元素含量
Tab. 2 Nutrient content in different organs of Ipomoea pescaprae
(单位:g /kg)
器官 全氮 全磷 全钾 Na Ca Mg
叶 17. 7 ± 0. 3 1. 8 ± 0. 1 23. 7 ± 0. 6 29. 8 ± 1. 9 1. 4 ± 0. 3 3. 8 ± 0. 3
茎 5. 7 ± 0. 3 0. 8 ± 0. 1 12. 3 ± 0. 1 8. 1 ± 0. 0 3. 3 ± 0. 7 3. 3 ± 0. 1
根 3. 0 ± 0. 2 0. 6 ± 0. 0 4. 9 ± 0. 31 19. 3 ± 2. 7 4. 6 ± 0. 1 5. 6 ± 0. 1
平均值 8. 8 ± 1. 1 13. 3 ± 1. 5 20. 2 ± 2. 1 1. 0 ± 0. 2 3. 1 ± 0. 2 4. 4 ± 0. 3
对调查地的土壤养分含量进行分析,全 N、全
P、全 K,Na,Ca,Mg含量分别为(3. 2 ± 0. 1)%,(0. 5
± 0. 1)%,(4. 2 ± 0. 1)%,(4. 4 ± 0. 1)%,(0. 1 ±
0. 1)%,(1. 2 ± 0. 2)%,其中 Na 含量最高,Ca 含量
最低.比较厚藤各营养器官营养元素含量,发现其
根、茎、叶中全 K 和全 Na 含量均较高,与土壤中全
K和全 Na含量高的趋势一致.
3 讨论
厚藤多生长在热带和亚热带滨海地区,适应性
强,耐盐碱,耐干旱贫瘠,但忌土壤潮湿或滞水不退.
其生长速度快,根系发达,覆盖能力强,且易繁殖,在
热带和亚热带滨海地区海滩固沙、绿化美化及退化
废弃地植被恢复(作为先锋物种)方面具有良好的
应用前景.
通常认为,栅栏组织越厚,光合能力越强[20].本
研究结果显示,厚藤叶片大,枝角大,使其能充分利
用空间,竞争到更多的光照.厚藤叶片的下表皮气孔
数量众多,有利于固定空气中的 CO2,加之其浓密的
叶脉有利于水分在叶片中的运输,提高水分利用效
率.因而,较之以往研究的一些物种[11,15],厚藤不仅
具有较高的光合能力,同时可以更好地控制蒸腾作
用,在强烈光照下保持植物体内水分平衡.这使得该
物种在较干旱或寒冷的环境下,有更强的竞争力,从
而有效增加生物量,其向更大的空间攀缘和伸展.
以叶绿素荧光参数为基础计算的相对电子传递
速率的快速光强响应曲线反映叶片对光照条件波动
911
的耐受性,从而提供对光合活性的可靠评价[21]. 厚
藤的相对电子传递速率的快速光强响应曲线随着光
合有效辐射的增强而逐渐升高至最大值,随后趋于
稳定,其光饱和点(约 2 500 μmol m -2s - 1)高于当地
太阳辐射的最大值(约 1 500 ~ 1 700 μmol m -2
s - 1) ,显示了强阳生性的生物学特点.叶绿素荧光诱
导曲线反映了植物从暗适应到光照后的光合作用诱
导的动力学变化,相应的荧光参数是植物的重要生
理指标[22].尽管在暗适应下,厚藤的最大光合效率
Fv /Fm(0. 776)略低于光能转换效率的理论值
0. 832[23],但在自然生长光照条件下厚藤的光能利
用效率很高,与一般的藤本植物相比,显示了较高的
光系统 II 实际光化学效率(ФPSII)和光化学荧光淬
灭(qP)[15]. 这表明厚藤能够充分利用和转化太阳
光能,并有效的将这部分能量储存在植物体内,有利
于生物量积累.
光合色素(叶绿素和类胡萝卜素)是植物光合
作用的主要色素,其含量和比例可以反映叶片的光
合潜能及光合初级产物的水平[24]. 本研究显示,厚
藤的叶绿素含量较低,这表明,在光能充沛的滨海地
区,厚藤有效降低了其叶绿素含量,减少了过剩光能
进入光合机构从而产生细胞亚结构氧化伤害的潜在
危险.同时,厚藤光合系统具有合理的光能捕获天线
色素和光能反应中心色素的比例,接近于叶绿素 a /
b比值符合理论值(3 ︰ 1) ,说明厚藤能够构建合理
的光合系统结构,有效将光能转化为化学能,储存在
植物体内.在细胞的非酶抗氧化系统中,类胡萝卜素
中的叶黄素循环组分中,玉米黄质和环氧玉米黄质
之间的相互转化,在对过量激发能的耗散,防止膜脂
过氧化伤害中起到了重要的作用[25]. 这与本研究
中,厚藤具有高含量的类胡萝卜素相一致.厚藤的非
光化学荧光淬灭值较高,表明其在强光照射条件下,
叶片具有充分耗散过剩光能、保护光合机构免受氧
化胁迫的能力[15].
厚藤生长的沙质土壤养分含量较低,但厚藤植
物体内营养元素含量不低,这一方面说明厚藤的营
养元素利用率较高,另一方面也与厚藤耐贫瘠,适应
性强有关. 植物体中 N 和 P 是重要的结构组成元
素,N能够促进植物的生长和提高光合作用;K虽然
不是植物结构组分元素,却是植物生理活动最重要
的元素之一,能够促进植物的光合作用;Na 使细胞
膨胀从而促进生长,对许多植物的生长是有益的,而
且 Na还可以部分地代替 K 的作用.厚藤叶片中 N,
Na和 K含量高,这有助于厚藤合成生长所需各种氨
基酸,增加体内的叶绿素及光合作用相关酶的含量,
促进细胞的分裂和生长.
4 结论
厚藤属典型阳生性植物,适应强光生长环境,具
有较高的光合潜能和能量利用效率. 厚藤叶片的叶
绿素含量较低,对营养元素的利用率较高,其叶片的
N,P,K和 Na含量最高,根部 Ca和 Mg含量最高,这
些特点利于厚藤的生长和光合作用. 本研究结果对
厚藤的引种、栽培及应用过程中具有重要意义,如厚
藤适合引种到热带及南亚热带地区,宜栽种于光照
较好的沙质土地,忌荫蔽和潮湿积水.在用于防风固
沙、沙滩绿化及生态恢复过程中应该适量增加营养
元素的供应,以促进厚藤的生长、攀援覆盖及适应
环境.
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Biological and ecophysiological characteristics of
a beach plant Ipomoea pescaprae
OUYANG Pu - yue1,LIU Nan2,ZHANG Wei - wei2,3,WANG Jun2,JIAN Shu - guang2
(1. Guangdong Food and Drug Vocational College,Guangzhou 510520,China;
2. South China Botanical Garden,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510650,China;
3. Graduate University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100039,China )
Abstract:Ipomoea pescaprae L. is a beach plant with importantecological,medicinal and ornamental values.
It plays an important role in sand fixation,greening and ecological restoration in coastal regions. The current study
on the biological and ecophysiological characteristics of I. pescaprae showed that this species is a typical heliophyte
with high photosynthetic capacity. The rapid light response curves (RLC)of I. pescaprae showed that relative
electron transport rate (rETR)increased with elevated photosynthetic active radiation (PAR)and reached its peak
value at PAR was 2 551 μmolm -2 s - 1 . Its chlorophyll fluorescence parameters indicated a relatively high level of
energy use efficiency. The total chlorophyll content is relatively low and the chlorophyll a /b ratio is equivalent to
theoretic value (3 ︰ 1). It showed that I. pescaprae has a high level of nutrient utilization efficiency and has the
highest N,P,K and Na content in leaf,and Ca and Mg content in root,which are benefiical to its growth and
photosynthesis. The results are useful for introduction,cultivation,exploitation and utilization of I. pescaprae in
coastal regions.
Key words:Ipomoea pescaprae L;beach plant;biological and ecophysiological characteristics;exploitation
and utilization
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