李照陽, 史云峰, 蔡嘉麗, 趙牧秋, 史志強(qiáng), 羅慧玨, 韓秋影

( 1. 海南熱帶海洋學(xué)院 崖州灣創(chuàng)新研究院, 海南 三亞 572022; 2. 海南省現(xiàn)代化海洋牧場工程研究中心, 海南 三亞 572022; 3. 海南省近岸海洋生態(tài)環(huán)境過程與碳匯重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 海南 三亞 572022 )

海草是世界范圍內(nèi)淺水潟湖、海岸及河口區(qū)的關(guān)鍵物種,以其為主要生物類群構(gòu)建的海草床是海岸帶重要的生態(tài)系統(tǒng)類型(蔡澤富等,2021)。海草床可為眾多的海洋生物提供食物來源、棲息地和產(chǎn)卵場(Unsworth &Cullen, 2010),兼具產(chǎn)氧、調(diào)節(jié)營養(yǎng)、固碳、穩(wěn)定沉積物和減少病原體(Duarte &Krause, 2017)等生態(tài)功能。據(jù)估算,全球海草床的生態(tài)服務(wù)價(jià)值不低于1.9萬億美元,對(duì)商業(yè)漁業(yè)的支持價(jià)值高達(dá)3 500美元·hm-2·a-1(Waycott et al., 2009)。然而,全球氣候變化和人類活動(dòng)導(dǎo)致的多種脅迫正在威脅海草床的健康,自1990年以來,海草分布面積以每年7%的速度下降,全球多達(dá)35%的海草床退化明顯(Manassa et al., 2017)。

干露是指水生生物因離開水體而停留在非水介質(zhì)中的狀態(tài),生物在干露條件下維持生命活動(dòng)的時(shí)長稱為露空時(shí)間(姜令緒等,2012)。受潮汐作用影響,主要分布于潮間帶的海草床淹水和干露狀態(tài)交替進(jìn)行(Kim et al., 2016),如果干露發(fā)生于晝間,就會(huì)伴隨高溫、強(qiáng)光等多重脅迫的疊加作用。因此,潮汐引起的日周期性干露成為制約海草在潮間帶分布的重要因素(Shafer et al., 2007)。董益等(2021)研究表明隨著海草露空時(shí)間的延長,其葉片表面水分會(huì)大量蒸發(fā),細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)濃度逐漸升高,致使細(xì)胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)變化,細(xì)胞內(nèi)生物化學(xué)反應(yīng)抗性增加。劉洪亮等(2014)研究表明長期干露會(huì)導(dǎo)致可用于海草光合作用的CO2濃度降低,光合與呼吸作用失衡,光系統(tǒng)Ⅰ與Ⅱ之間的電子傳遞被阻隔,最終造成海草葉片出現(xiàn)不可修復(fù)的損傷。Stapel等(1997)研究表明潮汐干露疊加強(qiáng)光和高溫可能導(dǎo)致海草在短期內(nèi)大量死亡,植株密度和覆蓋率驟降。

泰來草(Thalassiahemprichii)是熱帶西太平洋和印度洋海草群落的優(yōu)勢種,以及海南島東、南部海草床的主要建群種,通常會(huì)占據(jù)海岸帶的高潮間帶至中潮間帶區(qū)域(陳石泉等,2020)。泰來草的分布面積和生物量通常會(huì)表現(xiàn)出顯著的季節(jié)性差異,這可歸因于光照、溫度、水文條件、營養(yǎng)鹽含量等環(huán)境因素的周期性波動(dòng)(蔡澤富等,2017);潮汐干露可能是引起泰來草床結(jié)構(gòu)和功能季節(jié)性差異的重要原因(Azevedo et al., 2016)。比如,在海南陵水的新村潟湖,分布在高潮間帶的泰來草每次大潮過程的露空時(shí)間為2～3 h·d-1(Jiang et al., 2014),足以引起海草發(fā)生不可逆損傷。

盡管已有研究對(duì)泰來草一次性短期干露過程脫水率與光合活性的關(guān)系進(jìn)行了探索(Jiang et al., 2014; Wuthirak et al., 2016),但針對(duì)周期性潮汐干露與強(qiáng)光和高溫相疊加對(duì)其生長和生理特性影響的研究尚較缺乏。鑒于此,本研究以熱帶優(yōu)勢海草泰來草為對(duì)象,通過在日光溫室內(nèi)模擬高溫和強(qiáng)光環(huán)境,探索日周期光熱干露脅迫對(duì)泰來草生長和生理特征的影響,擬探討:(1)日周期光熱干露脅迫對(duì)泰來草的生長速率、光合生理、抗氧化活性及代謝物質(zhì)含量的影響;(2)隨露空時(shí)間的延長,日周期光熱干露脅迫對(duì)泰來草生長和生理特性影響程度的變化;(3)泰來草承受日周期光熱干露脅迫的極限時(shí)長。以期為深入了解泰來草在潮間帶生境中的生長適應(yīng)機(jī)制和季節(jié)分布規(guī)律,以及為受損泰來草床生態(tài)修復(fù)時(shí)的位置選擇和管護(hù)技術(shù)開發(fā)提供理論依據(jù)和支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

本研究所用泰來草于2021年7月低潮(潮高小于50 cm)時(shí)采自海南省三亞市小東海海區(qū)(109°29′48″ E、18°12′33″ N)。采樣時(shí)泰來草莖枝密度為(1 354±123) ind·m-2、株高(10.5±1.2) cm、葉寬(0.75±0.04) cm。采集海草時(shí)連同10 cm厚沉積物一并取出。將采集的原狀泰來草及沉積物置于水族箱(37 cm × 25 cm × 22 cm)中,去除死亡和衰老葉片以及健康葉片上的附生生物,添加海水至沒過海草葉片,運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室并置于日光溫室內(nèi)暫養(yǎng)(2周)備用。期間使用小型造浪泵保持海水呈流動(dòng)狀態(tài),每2 d更換一次海水。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)前期調(diào)查和預(yù)試驗(yàn)結(jié)果,結(jié)合Jiang等(2014)和Wuthirak等(2016)的研究,下列結(jié)論用于指導(dǎo)本研究的設(shè)計(jì):海南三亞周邊海域潮汐類型為不規(guī)則日潮,泰來草光熱潮汐干露主要出現(xiàn)在14:00—17:00;泰來草連續(xù)日周期性干露時(shí)間一般不超過7 d,平均露空時(shí)間通常不超過2 h·d-1,光熱條件下連續(xù)露空時(shí)間超過60 min可能引起不可逆損傷;泰來草干露復(fù)水12～24 h后,其最大光合效率(Fv/Fm)可趨于穩(wěn)定。

共設(shè)置6個(gè)處理:CK(不進(jìn)行露空處理)、PTD10(露空時(shí)間10 min·d-1)、PTD20(露空時(shí)間20 min·d-1)、PTD40(露空時(shí)間40 min·d-1)、PTD60(露空時(shí)間60 min·d-1)和PTD90(露空時(shí)間90 min·d-1)。試驗(yàn)在日光溫室內(nèi)開展,每處理重復(fù)3次。試驗(yàn)期間每天14:00將進(jìn)行光熱干露處理水族箱內(nèi)的海水抽干,使泰來草葉片完全暴露于空氣中。干露達(dá)到試驗(yàn)預(yù)設(shè)的露空時(shí)間后,立即對(duì)海草進(jìn)行復(fù)水至沒過所有海草葉片。光熱干露處理連續(xù)進(jìn)行7 d,最后一次干露復(fù)水24 h后開始對(duì)泰來草的各項(xiàng)生理和生化指標(biāo)進(jìn)行測定。

試驗(yàn)所用海水取自海南三亞附近海域。試驗(yàn)中使用小型造浪泵保持水族箱內(nèi)海水緩慢流動(dòng),其間海水鹽度為(31±2)‰,pH為8.08±0.04,溶解氧為(6.44±0.68) mg·L-1,NO3--N為(0.043±0.012) mg·L-1,NH4+-N為(0.026±0.009) mg·L-1,PO43--P為(0.012±0.003) mg·L-1。試驗(yàn)期間應(yīng)用光溫測量儀(HOBO-UA-64,美國)監(jiān)測,并記錄溫室內(nèi)的溫度和光量子通量密度,頻率為60 min·次-1。

1.3 生長速率、光合色素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定

試驗(yàn)期間泰來草的生長速率采用針孔法測定(Zieman,1974)。選取泰來草成熟葉片,采用改進(jìn)的80%丙酮浸提比色法(舒展等,2010),分別測定其葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量,結(jié)果以每g鮮重的海草葉片所含有的光合色素mg數(shù)表示。

采用水下調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x(DIVING-PAM-II,德國)測定泰來草葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)。每箱隨機(jī)選取1株海草,對(duì)其第二幼葉中部進(jìn)行測定。測定誘導(dǎo)曲線前將海草植株置于黑暗條件下暗適應(yīng)20 min,開啟測定程序后,由WinControl 3.0(Walz,德國)軟件自動(dòng)記錄暗適應(yīng)下的最小熒光(Fo)和最大熒光(Fm),參照Fang等(2020)的公式計(jì)算光系統(tǒng)Ⅱ(PS Ⅱ)的最大光合效率(Fv/Fm)、光化學(xué)淬滅系數(shù)(qP)、實(shí)際光化學(xué)量子效率(ΦPSⅡ)和表觀光合電子傳遞速率(electron transport rate, ETR)。

1.4 抗氧化酶活性、非結(jié)構(gòu)碳水化合物含量和次生代謝物質(zhì)含量測定

每箱隨機(jī)選取3～5株泰來草,將其分割為葉片和根兩部分,并分別將所有葉片和根混合。取一部分新鮮葉片或根,分別測定其抗氧化酶[過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)]活性和丙二醛(MDA)含量;取另一部分置于60 ℃持續(xù)烘干48 h至恒重,粉碎后用于測定非結(jié)構(gòu)碳水化合物(淀粉、可溶性糖)和次生代謝物質(zhì)(總酚、總黃酮)含量。

泰來草葉片和根的POD、SOD、CAT酶活性及MDA含量采用試劑盒(南京建成生物工程研究所)測定,具體操作參照試劑盒說明書進(jìn)行;非結(jié)構(gòu)碳水化合物(淀粉、可溶性糖)含量測定參照J(rèn)iang等(2013)的方法;次生代謝物質(zhì)(總酚、總黃酮)含量測定參照孫倩等(2019)的方法。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

每一時(shí)刻的溫度和光量子通量密度采用7 d所采集數(shù)據(jù)的平均值表示。各光熱干露處理數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示;采用Microsoft Excel 2019和IBM SPSS Statistics 26.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和繪圖。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性及方差齊性檢驗(yàn),如果不符合,則進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換;不同處理之間的差異顯著性采用單因素方差分析(one-way ANOVA,P<0.05),采用Duncan法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度和光量子通量密度

本研究開展時(shí)正值海南省夏季(7—8月)。試驗(yàn)期間天氣晴朗,日光溫室內(nèi)的平均溫度和光量子通量密度如圖1所示,溫度波動(dòng)為27.5 ℃(6:00)～44.5 ℃(14:00),光量子通量密度為0～1 967 μmol·m-2·s-1(12:00)。每天14:00開始處理光熱干露,此時(shí)日光溫室內(nèi)平均溫度為44.5 ℃,平均光量子通量密度為1 682 μmol·m-2·s-1;各處理露空時(shí)間最長為90 min(PTD90),該處理每天光熱干露結(jié)束時(shí)(15:30)溫度接近41.0 ℃,光量子通量密度約為633 μmol·m-2·s-1。

○表示光熱干露開始時(shí)日光溫室內(nèi)的平均溫度和光量子通量密度?！?indicates the average temperature and photon flux density in the greenhouse at the beginning of photothermal desiccation experiment.圖 1 試驗(yàn)期間日光溫室內(nèi)的平均溫度和光量子通量密度Fig. 1 Average temperature and photon flux density in greenhouse during experiment

圖 2 試驗(yàn)結(jié)束時(shí)不同光熱干露處理泰來草的葉片狀態(tài)Fig. 2 Leaf states of different photothermal desiccation treatments at the end of experiment

不同字母表示處理間差異顯著 (P<0.05)。下同。Different letters indicate significant differences between treatments (P<0.05). The same below.圖 3 不同光熱干露處理泰來草的葉片生長速率Fig. 3 Leaf growth rates of Thalassia hemprichii for different photothermal desiccation treatments

2.2 泰來草葉片狀態(tài)和生長速率

試驗(yàn)結(jié)束時(shí),不同光熱干露處理泰來草葉片展示出不同的狀態(tài)(圖2)。連續(xù)7 d每天10 min的光熱干露處理(PTD10),泰來草葉片與CK比較未發(fā)生明顯變化。當(dāng)露空時(shí)間達(dá)到20 min·d-1(PTD20)時(shí),葉片上緣開始出現(xiàn)少許褐色損傷斑,但并不嚴(yán)重;露空40 min·d-1(PTD40)時(shí),有近1/3的葉片轉(zhuǎn)為黃褐色;當(dāng)露空≥60 min·d-1(PTD60和PTD90)時(shí),整個(gè)海草葉片均呈褐色,并且PTD90處理葉片已從上緣開始干枯。可見,隨露空時(shí)間的延長,日周期光熱干露對(duì)泰來草葉片的損傷程度隨之加重。

如圖3所示,CK處理泰來草葉片生長速率為(0.88±0.03) mm·d-1;與CK相比,PTD10和PTD20處理葉片生長速率未呈現(xiàn)顯著性差異(P>0.05)。當(dāng)露空時(shí)間≥40 min·d-1時(shí),海草葉片生長速率顯著低于CK(P<0.05),PTD40、PTD60和PTD90處理葉片生長速率分別為CK的65%、45%和15%。由此可見,較短的露空時(shí)間(≤20 min·d-1)對(duì)泰來草葉片生長速率無影響,而長時(shí)間的光熱干露(≥40 min·d-1)會(huì)顯著抑制泰來草葉片的生長(P<0.05),并隨露空時(shí)間延長抑制效應(yīng)增強(qiáng)。

2.3 泰來草葉片光合色素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)

如圖4所示,隨露空時(shí)間的延長,泰來草葉片光合色素(葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素)含量及葉綠素a/葉綠素b均呈降低趨勢。與CK相比,PTD10處理的光合色素含量及葉綠素a/葉綠素b均無顯著性差異(P>0.05)。當(dāng)露空時(shí)間≥20 min·d-1時(shí),光合色素含量與CK比較顯著降低(P<0.05),但葉綠素a的降低程度明顯高于葉綠素b,導(dǎo)致不同處理的葉綠素a/葉綠素b隨露空時(shí)間的延長而降低。

由表1可知,不同光熱干露處理泰來草葉片F(xiàn)o無顯著性差異(P>0.05),其他葉綠素?zé)晒鈪?shù)(Fm、Fv/Fm、qP、ΦPS Ⅱ和ETR)均隨露空時(shí)間延長而降低。PTD10處理的所有葉綠素?zé)晒鈪?shù)與CK比較均未呈現(xiàn)顯著性差異(P>0.05);露空時(shí)間≥20 min·d-1處理的Fm和Fv/Fm顯著低于CK(P<0.05);露空時(shí)間≥40 min·d-1處理的ΦPSⅡ和ETR顯著低于CK(P<0.05);僅有PTD90處理的qP顯著低于CK(P<0.05)。

2.4 泰來草葉片和根抗氧化酶活性和MDA含量

如圖5所示,葉片和根的POD、SOD和CAT酶活性及MDA含量總體上隨露空時(shí)間的延長而升高。除根的POD外,PTD10處理海草葉片和根的抗氧化酶活性和MDA含量與CK比較均無顯著性差異(P>0.05)。隨露空時(shí)間的延長,葉和根的POD、CAT酶活性以及葉的MDA含量增加迅速;而葉和根的SOD酶活性以及根的MDA含量在露空時(shí)間≥20 min·d-1時(shí)幾乎不再發(fā)生顯著性變化(P>0.05)。

2.5 泰來草葉片和根非結(jié)構(gòu)碳水化合物和次生代謝物質(zhì)含量

如圖6所示,隨露空時(shí)間的延長,葉片和根的可溶性糖含量呈升高趨勢,根的淀粉含量呈下降趨勢,葉片的淀粉、總酚和總黃酮含量呈先升高后降低趨勢,而根的總酚和總黃酮含量在各處理間未呈現(xiàn)顯著性差異(P>0.05)。與CK比較,PTD10處理泰來草僅葉片的總酚含量顯著升高(P<0.05),其他指標(biāo)均未出現(xiàn)顯著性差異(P>0.05)。

3 討論

海水的潮汐運(yùn)動(dòng),使海草等生長在潮間帶的植物通常經(jīng)歷周期性干露。在缺水、高鹽和熱應(yīng)激等綜合作用下,干露過程可能會(huì)對(duì)海草的生理、生長和繁殖產(chǎn)生影響,進(jìn)而影響其在潮間帶的分布狀況(Clavier et al., 2011)。干露過程的持續(xù)時(shí)間是影響海草生長和生物量積累的主要因素之一(Collier & Waycott, 2014)。Unsworth等(2012)研究發(fā)現(xiàn),海菖蒲草床地上部生物量和生長速率下降明顯,并與潮汐干露存在顯著相關(guān)性。Suykerbuyk等(2018)研究證實(shí),隨干露時(shí)間的延長,諾氏鰻草(Zosteranoltii)的生長速率降低,導(dǎo)致地上生物量減少。本研究結(jié)果表明,日周期光熱干露脅迫對(duì)泰來草的生長存在負(fù)面影響。在溫度超過40 ℃、光量子通量密度超過800 μmol·m-2·s-1的夏季午后,露空40 min·d-1泰來草的生長速率降低了35%,而當(dāng)露空時(shí)間達(dá)到90 min·d-1時(shí),海草的生長速率則為CK的15%。本研究是在充分調(diào)查三亞周邊海域泰來草的潮汐干露狀況后設(shè)計(jì)的,即該海區(qū)夏季泰來草的潮汐干露主要出現(xiàn)在午后,其露空時(shí)間最長達(dá)2 h·d-1。盡管干露發(fā)生時(shí)的實(shí)際溫度可能稍低于本研究所采用的日光溫室,但自然條件可能具有更高的光量子通量密度和更快的水分蒸發(fā)損失?？梢酝茰y,在夏季午后的光熱干露過程中,三亞海區(qū)潮間帶泰來草的生長速率可能受到極大抑制,進(jìn)而影響其生物量和分布狀況。

本研究結(jié)果顯示,隨泰來草露空時(shí)間的延長,葉片顏色由綠色逐漸變?yōu)楹稚?說明海草葉片細(xì)胞內(nèi)的葉綠體已遭受嚴(yán)重破壞(董益等,2021)。光合色素含量測定結(jié)果表明,當(dāng)露空時(shí)間超過20 min·d-1時(shí),泰來草葉片的葉綠素含量顯著低于對(duì)照。隨著露空時(shí)間的延長, 泰來草的生長速率和葉綠素?zé)晒鈪?shù)降低,抗氧化酶活性和MDA含量升高。這充分說明海草體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生與清除平衡狀態(tài)被打破,累積的活性氧導(dǎo)致海草葉片細(xì)胞損傷和葉綠素含量的降低(Seddon &Cheshire, 2001)。林植芳等(1984)認(rèn)為光合色素中葉綠素a對(duì)環(huán)境變化脅迫的反應(yīng)比葉綠素b更敏感,脅迫發(fā)生時(shí)大量積聚的活性氧可能特異性地破壞葉綠素a,而對(duì)葉綠素b的破壞作用較低,最終可能導(dǎo)致葉綠素a/葉綠素b降低。本研究結(jié)果支持這一結(jié)論。因此,考慮通過泰來草葉綠素a/葉綠素b下降的程度來評(píng)價(jià)其受光熱干露脅迫的程度。

圖 4 不同光熱干露處理泰來草葉片的光合色素含量Fig. 4 Photosynthetic pigment contents of Thalassia hemprichii leaves for different photothermal desiccation treatments

不同小寫字母表示不同處理泰來草葉片間存在顯著性差異 (P<0.05); 不同大寫字母表示不同處理泰來草根間存在顯著性差異 (P<0.05)。下同。Different lowercase letters indicate significant differences between treatments for the leaves of Thalassia hemprichii (P<0.05); different uppercase letters indicate significant differences between treatments for the roots of T. hemprichii (P<0.05). The same below.圖 5 不同光熱干露處理泰來草的抗氧化酶活性和MDA含量Fig. 5 Antioxidant enzyme activities and MDA contents of Thalassia hemprichii for different photothermal desiccation treatments

圖 6 不同光熱干露處理泰來草的非結(jié)構(gòu)碳水化合物和次生代謝物質(zhì)含量Fig. 6 Nonstructural carbohydrate and secondary metabolite content of Thalassia hemprichii for different photothermal desiccation treatments

表 1 不同光熱干露處理泰來草葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù)Table 1 Chlorophyll fluorescence parameters of Thalassia hemprichii leaves for different photothermal desiccation treatments

本研究各光熱干露脅迫處理隨露空時(shí)間的延長,除Fo外的所有葉綠素?zé)晒鈪?shù)(Fm、Fv/Fm、qP、ΦPSⅡ和ETR)均降低,這表明隨露空時(shí)間的延長,泰來草葉片的光能利用率、光合作用的能量轉(zhuǎn)換和PS Ⅱ活性等都隨露空時(shí)間的延長而降低。這是細(xì)胞脫水導(dǎo)致內(nèi)部電解質(zhì)濃度激增,損傷了植物葉片類囊體及葉綠素-蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)(Malea et al., 2019),進(jìn)而影響葉綠素?zé)晒鈪?shù)(Wuthirak et al., 2016; Papathanasiou et al., 2020)。植物的最大光合效率(Fv/Fm)常被用于衡量各種環(huán)境脅迫下葉綠體PS Ⅱ活性的高低,通常逆境條件下該參數(shù)會(huì)明顯降低(張景平和黃小平,2009),Fv/Fm<0.44則意味著PS Ⅱ反應(yīng)中心完全失去活性(Schansker &Rensen, 1999)。本研究露空時(shí)間最長的PTD90處理在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)泰來草葉片的Fv/Fm為0.45,表明其已接近完全失活,即在試驗(yàn)設(shè)定條件下,連續(xù)7 d每天90 min的露空已是泰來草所能承受光熱干露脅迫的上限。

本研究中,無論是泰來草的葉片還是根,其MDA含量均隨露空時(shí)間的延長而升高,說明經(jīng)光熱干露脅迫處理后的泰來草,其葉片細(xì)胞膜可能遭受了不同程度的傷害,并且傷害隨露空時(shí)間的延長而增強(qiáng)(于飛等,2014)。本研究結(jié)果表明,干露脅迫使泰來草葉片和根的POD、SOD、CAT酶表現(xiàn)出較高的活性且隨露空時(shí)間的延長而快速升高,這是其體內(nèi)活性氧和自由基升高所誘導(dǎo)的結(jié)果(Brierley &Kingsford, 2009; Rakhmad et al., 2019)。干露脅迫發(fā)生時(shí),盡管泰來草抗氧化酶活性顯著升高(P<0.05),但在逆境條件下植物體內(nèi)生成的活性氧仍超過抗氧化酶體系的清除能力,使部分未能清除的活性氧引起膜脂過氧化,最終表現(xiàn)為MDA含量升高,葉片光合色素含量降低且由綠色變?yōu)楹稚?葉綠素?zé)晒鈪?shù)下降,生長速率受到抑制。本研究結(jié)果還表明,隨露空時(shí)間的延長,泰來草不同類型抗氧化酶活性變化趨勢表現(xiàn)不同,POD和CAT隨露空時(shí)間的延長急劇升高,而SOD在露空超過20 min·d-1后幾乎不再發(fā)生變化。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因可能是植物體內(nèi)不同類型過氧化物和自由基產(chǎn)量不均衡,使其誘導(dǎo)的不同類型抗氧化酶活性變化趨勢出現(xiàn)差異(魏愛麗和王志敏, 2004)。

本研究中,隨露空時(shí)間的延長,泰來草葉片淀粉含量呈先升高后降低趨勢,其原因可能是中等時(shí)長(20～40 min·d-1)的光熱干露影響了海草對(duì)氮營養(yǎng)的吸收,使葉片蛋白質(zhì)合成受阻,進(jìn)而導(dǎo)致碳水化合物含量的相對(duì)升高(Clabby &Osborne, 1997;孫倩等,2019)。與葉片不同,泰來草根的淀粉含量則隨露空時(shí)間的延長呈降低趨勢。一方面,隨露空時(shí)間的延長,泰來草光合效率降低,合成且轉(zhuǎn)移儲(chǔ)存至根部的淀粉量降低(江志堅(jiān)等,2012);另一方面,海草抵御外部環(huán)境脅迫以及修復(fù)受損組織需要消耗更多物質(zhì)和能量,可能導(dǎo)致根中儲(chǔ)存的淀粉作為碳源和能源被大量利用,使其含量降低。與淀粉不同,無論是葉片還是根中的可溶性糖含量均隨露空時(shí)間的延長而升高,其原因可能是植物細(xì)胞通過合成大量的可溶性糖作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來降低細(xì)胞內(nèi)水勢,維持較高滲透壓以抵制不良環(huán)境,從而保證細(xì)胞的正常生理功能(Koch et al., 2007; Touchette, 2007)。

泰來草葉片中的總酚和總黃酮含量均隨露空時(shí)間的延長呈先升高后降低趨勢。其原因可能是露空時(shí)間較短(≤20 min·d-1)時(shí),光合作用受抑制尚不嚴(yán)重,植物體能夠按照脅迫作用的強(qiáng)弱誘導(dǎo)生成次生代謝物質(zhì)(Trevathan-Tackett et al., 2015);干露脅迫較強(qiáng)(≥40 min·d-1)時(shí),光合速率顯著降低,植物所生產(chǎn)的有限有機(jī)物質(zhì)主要用于合成可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),次生代謝物質(zhì)的合成因受組織內(nèi)可利用碳、氮等物質(zhì)的制約而無法大量合成。隨干露脅迫的增強(qiáng),泰來草葉片內(nèi)總酚和總黃酮含量與淀粉含量的變化趨勢基本一致,印證了植物體內(nèi)含碳次生代謝物質(zhì)與可利用碳水化合物含量呈正相關(guān)的觀點(diǎn)(Stamp, 2003)。

本研究結(jié)果表明,熱帶地區(qū)夏季午后的光熱干露時(shí)長可能是限制泰來草分布上限的重要因素,連續(xù)1周每天露空20 min以上可顯著損傷海草的生理機(jī)能,并可能對(duì)海草床生物量、生產(chǎn)力及分布密度等產(chǎn)生影響,進(jìn)而限制其生態(tài)功能的發(fā)揮。在進(jìn)行海草床的生態(tài)修復(fù)時(shí),應(yīng)充分考慮修復(fù)區(qū)所處潮位,避免潮位過低所引起的光照限制,以及潮位過高所導(dǎo)致的光熱干露脅迫。修復(fù)區(qū)位于較高潮位、海草在低潮周期光熱干露時(shí)間較長時(shí),應(yīng)適當(dāng)采取遮光、降溫措施,確保海草免受不可逆損傷。

綜上所述,日周期光熱干露脅迫對(duì)泰來草的生理特性具有重要影響,露空時(shí)間的長短對(duì)干露脅迫效應(yīng)起決定性作用。日光溫室條件下,連續(xù)7 d每天10 min的光熱干露脅迫對(duì)泰來草不產(chǎn)生顯著性影響(P>0.05)。露空時(shí)間20～90 min·d-1(連續(xù)7 d)時(shí),隨干露脅迫時(shí)間的延長,泰來草葉片的損傷程度加重,光合色素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)及生長速率均呈降低趨勢,葉片和根的MDA、可溶性糖含量及POD、SOD、CAT酶活性呈升高趨勢,葉片淀粉、總酚、總黃酮含量呈先升高后降低趨勢,根淀粉含量呈降低趨勢。90 min·d-1(連續(xù)7 d)的干露脅迫處理泰來草葉片葉綠體PS Ⅱ光合反應(yīng)中心已接近完全失活,達(dá)到泰來草承受日周期光熱干露脅迫的極限。本研究結(jié)果為深入了解泰來草在潮間帶生境中的生長適應(yīng)機(jī)制和季節(jié)分布規(guī)律,以及為受損泰來草床生態(tài)修復(fù)時(shí)的位置選擇和管護(hù)技術(shù)開發(fā)提供了依據(jù)。