遮蔭對(duì)板藍(lán)根生長(zhǎng)、光合及保護(hù)酶活性的影響?yīng)?/h1>
2017-05-18 21:55:00任麗華高秋美孟慶峰韓金龍王志芬
山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2017年4期
任麗華 高秋美 孟慶峰 韓金龍 王志芬 陳暉
摘要：在林下對(duì)板藍(lán)根進(jìn)行不同程度遮蔭處理，研究其不同生育期的生長(zhǎng)特性、葉片光合速率、保護(hù)酶（SOD、 POD、 CAT） 活性變化等生理特性。綜合分析認(rèn)為，在前期生長(zhǎng)過(guò)程中，板藍(lán)根適合全光照；生長(zhǎng)中期，適度遮蔭可以提高板藍(lán)根的生長(zhǎng)速度，降低膜系統(tǒng)受到的傷害；株行距為1.0 m×1.5 m遮蔭處理（郁閉度為57.4%）可為林下板藍(lán)根生長(zhǎng)發(fā)育提供較適宜的環(huán)境條件。
關(guān)鍵詞：板藍(lán)根；遮蔭；光合特性；保護(hù)酶
中圖分類號(hào)：S567.23+9.01 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2017）04-0060-04
Effects of Shading on Growth， Photosynthetic Characteristics and
Protective Enzyme Activities of Isatis indigotica
Ren Lihua1，Gao Qiumei1，Meng Qingfeng1，Han Jinlong2，Wang Zhifen2，Chen Hui1
（1.Jining Institute of Agricultural Sciences， Jining 272131， China；
2.Agro-Product Institute， Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China）
Abstract Different shading treatments were designed to study the growth characteristics， photosynthetic rate， activities of SOD， POD and CAT in Isatis indigotica leaves in the forestunder conditions. The comprehensive analyses indicated that Isatis indigotica was suitable for full illumination during the early growth period. Moderate shading could increase the growth rate and reduce the damage to membrane system during the mid-growth period of Isatis indigotica. Under the shading treatment with the row spacing as 1.0 m × 1.5 m， whose canopy closure rate was 57.4%， the more suitable environmental conditions could be provided for the growth and development of Isatis indigotica.
Keywords Isatis indigotica； Shade； Photosynthetic characteristics； Protective enzymes
板藍(lán)根 （Isatis indigotica Fort）為2年生草本植物，是我國(guó)的傳統(tǒng)中藥材，具有清熱解毒、涼血消腫之功效[1]，市場(chǎng)前景較好。目前對(duì)板藍(lán)根特性研究多見(jiàn)于藥理分析，對(duì)其生理生態(tài)特性、不同光照條件下葉片的光合與活性氧產(chǎn)生及其保護(hù)酶活性變化等方面的研究甚少[2]。
本試驗(yàn)結(jié)合濟(jì)寧市實(shí)際情況，根據(jù)低齡苗木遮蔭不明顯、苗木與林下植物之間對(duì)土壤養(yǎng)分和光合等競(jìng)爭(zhēng)能力較弱的特點(diǎn)，在林下種植板藍(lán)根，研究不同遮蔭程度對(duì)板藍(lán)根生長(zhǎng)、光合特性、保護(hù)酶（SOD、 POD、 CAT） 活性等生理特性的影響，探索板藍(lán)根林下種植的適應(yīng)能力，以期為林下板藍(lán)根規(guī)范化種植及生態(tài)因子的調(diào)節(jié)提供理論依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
板藍(lán)根種源采自菏澤市潤(rùn)康中藥材研究所板藍(lán)根人工種子試驗(yàn)基地，根據(jù)試驗(yàn)需要，選擇大小一致的板藍(lán)根根莖進(jìn)行播種。
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)采用單因素（郁閉度）隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，在不改變現(xiàn)有林地的條件下，共設(shè)三個(gè)遮蔭處理：T1，在株行距為2 m×3 m的法桐林下種植；T2，在株行距為2 m×6 m的法桐林下種植；T3，在株行距為1.0 m×1.5 m的海棠林下種植；CK：空白地種植。重復(fù)3次。
1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法
1.3.1 郁閉度的測(cè)定 采用冠層分析儀法[3]。對(duì)所測(cè)林地進(jìn)行10 m×10 m選地，對(duì)角線取點(diǎn)，離地1.3 m平舉測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定，比較各項(xiàng)指標(biāo)，確定最佳郁閉度值。
1.3.2 板藍(lán)根生長(zhǎng)性狀的測(cè)定 主要農(nóng)藝性狀測(cè)定：在各處理花期、果期、成熟期等主要生育期取樣[4]，每次取5～10株，測(cè)量株高、葉面積、葉片數(shù)。葉面積測(cè)定：每處理取5～10株，每株隨機(jī)取10片以上葉片，量取葉片最大長(zhǎng)度（L）和最大寬度（W），近圓形葉片按照D（直徑）=（L+2W）/3進(jìn)行直徑等效，之后按圓形面積計(jì)算公式計(jì)算葉面積，狹長(zhǎng)型葉片按修正系數(shù)0.75進(jìn)行計(jì)算[5，6]。
1.3.3 板藍(lán)根光合參數(shù)的測(cè)定 選擇典型晴天，采用LI-6400XT便攜式光合儀，于9∶00—11∶30間測(cè)定各處理花期、果期、成熟期等主要生育期功能葉片的光合速率[2，7-9]。
1.4 保護(hù)酶活性的測(cè)定
1.4.1 粗酶液提取[10] 取樣品葉片0.5 g，經(jīng)蘸有蒸餾水的棉花擦拭干凈后，立即加入少量0.05 mol/L磷酸緩沖液（pH=7.8）和少量石英砂，冰浴研磨成勻漿，定容到7 mL離心管中，于4 000 r/min冷凍離心20 min，將上清液轉(zhuǎn)移至10 mL試管中定容，置于冰箱冷藏保存，供SOD、POD和CAT測(cè)定使用。
1.4.2 SOD活性測(cè)定 SOD活性采用氮藍(lán)四唑[11]測(cè)定。在試管中加入0.05 mol/L 磷酸緩沖液2 mL，101 mmol/L甲硫氨酸0.5 mL，0.3 mmol/L氮藍(lán)四唑1 mL，0.8 mmol/L EDTA 0.5 mL，0.3 mmol/L核黃素50 μL，混勻后加入粗酶液100 μL，對(duì)照管加入等體積磷酸緩沖液，立即置于25℃光照為4 000 lx熒光燈下進(jìn)行光化還原反應(yīng)，15 min后黑暗終止反應(yīng)，以磷酸緩沖液為參比液調(diào)零，在560 nm波長(zhǎng)下比色。
1.4.3 POD活性的測(cè)定[11] POD活性采用愈創(chuàng)木酚法[11]測(cè)定。在試管中加入 0.05 mol/L磷酸緩沖液2.9 mL，2%H2O2 1.0 mL，0.05 mol/L愈創(chuàng)木酚1.0 mL和粗酶液0.1 mL。以加熱煮沸5 min的酶液為對(duì)照，反應(yīng)體系加入酶液后，立即35℃保溫3 min，然后迅速稀釋1倍，在470 nm波長(zhǎng)下比色，每隔1 min記錄1次吸光度，共記錄5次，以每分鐘內(nèi)A470變化0.01為1個(gè)酶活性單位。
1.4.4 CAT活性測(cè)定 CAT活性采用高錳酸鉀滴定法[11，12]測(cè)定。取粗酶提取液0.2 mL于試管中，加入0.1 mol/L H2O2 2 mL、0.05 mol/L 磷酸緩沖液2.8 mL，30℃恒溫水浴10 min，立即加入10%H2SO4 2.0 mL終止反應(yīng)，用0.1 mol/L高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)液滴定，至出現(xiàn)紅色（30 s不消失）為止。
2 結(jié)果與分析
2.1 各處理郁閉度的測(cè)定結(jié)果
由表1可以看出，郁閉度與林木株行距之間沒(méi)有規(guī)律可尋，郁閉度只是作為一個(gè)背景值，為試驗(yàn)者展示了郁閉程度，清楚地說(shuō)明了中藥材復(fù)合種植的郁閉環(huán)境。
2.2 遮蔭對(duì)板藍(lán)根株高的影響
由圖1可以看出，T1處理的板藍(lán)根生長(zhǎng)明顯較弱；而T2和T3處理除8月份外，其它時(shí)間沒(méi)有明顯差異；6、7月份的CK處理株高明顯高于其它處理，各處理均在7月份達(dá)到生長(zhǎng)鼎盛期。T1、T3、CK處理均呈低-高-低的變化趨勢(shì)，而T2處理呈現(xiàn)出低-高-低-高的變化趨勢(shì)，這可能與由遮蔭引起的其它小氣候因子變化有關(guān)。由此可見(jiàn)，板藍(lán)根喜光，生長(zhǎng)中期較耐蔭，但遮蔭過(guò)大也能造成長(zhǎng)勢(shì)減弱。
2.3 遮蔭對(duì)板藍(lán)根葉片數(shù)的影響
由圖2可以看出，各處理間相同月份數(shù)據(jù)差別不大，只有CK處理的7月份和T3處理的8月份葉片數(shù)明顯偏多，分別達(dá)到了52片和70片，明顯處于優(yōu)勢(shì)，這也印證了生長(zhǎng)中期較耐蔭的說(shuō)法。
2.4 遮蔭對(duì)板藍(lán)根葉面積的影響
由圖3可以看出，T1處理明顯處于劣勢(shì)，各月份的葉面積均小于其它處理。T2、T3、CK無(wú)明顯變化規(guī)律，7月份的差異較小。9月份T3與CK處理出現(xiàn)明顯差異，其原因有待進(jìn)一步研究?？傮w來(lái)看，T3、CK處理下的板藍(lán)根葉面積較大。
2.5 不同遮蔭處理對(duì)板藍(lán)根光合速率的影響
由圖4可以看出，板藍(lán)根在不同光照條件下的光合速率變化有明顯差異。全光照光合速率值最高，與各遮蔭處理間差異顯著，其它遮蔭處理隨著遮蔭程度的增加逐漸降低。T1處理即郁閉度為76.9%時(shí)光合速率達(dá)到最低值，僅為0.43 μmol·m-2·s-1。
2.6 不同遮蔭處理對(duì)板藍(lán)根抗氧化酶活性的影響
由圖5可以看出，隨著郁閉度的提高，SOD、POD和CAT的變化趨勢(shì)均為高-低-高。T1處理即郁閉度為76.9%時(shí)，三種酶活性最高，其次為CK全光照處理，最低為T3處理即郁閉度為57.4%。SOD、POD兩種酶的活性各處理間無(wú)顯著差異（P>0.05）；CAT活性，T1與T2處理之間無(wú)顯著差異（P>0.05） ，與其它兩種處理間有顯著差異（P<0.05）。
3 討論與結(jié)論
光對(duì)植物生長(zhǎng)的影響有兩個(gè)方面：一是通過(guò)影響葉片的光合作用，進(jìn)而影響到有機(jī)物積累，而有機(jī)物是植物生長(zhǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ)；二是光對(duì)植物的生長(zhǎng)有抑制作用，這與光對(duì)生長(zhǎng)素的破壞有關(guān)[13，14]。因此，選擇適宜的光照強(qiáng)度、改變植物的光照環(huán)境對(duì)促進(jìn)其生長(zhǎng)和提高品質(zhì)都有十分重要的意義。
本研究結(jié)果表明：全光照處理與T3處理即郁閉度為57.4%時(shí)的板藍(lán)根長(zhǎng)勢(shì)差別不大，但與其它遮蔭處理差別較大；植株光合速率隨著遮蔭程度的增大而減小，且均低于全光照處理；T2、T3處理的SOD、POD和CAT活性均低于全光照處理，T1處理的SOD、POD和CAT活性高于全光照處理，且不同遮蔭處理三種酶活性均隨著遮蔭程度的加大而加大。綜合分析認(rèn)為，在前期生長(zhǎng)過(guò)程中，板藍(lán)根適合全光照；到8月份左右，適當(dāng)遮蔭反而能促進(jìn)植株生長(zhǎng)，但遮蔭過(guò)大對(duì)植株生長(zhǎng)有明顯的抑制作用。在不同光照水平下光合速率間差異明顯，高光照水平下光合作用較強(qiáng)，與低光照水平下的光合速率差異顯著（P<0.05）。總之，T3處理（郁閉度為57.4%）比較適合板藍(lán)根生長(zhǎng)。由于試驗(yàn)地的局限性，其它遮蔭處理是否更適合板藍(lán)根生長(zhǎng)，有待于進(jìn)一步研究。
參 考 文 獻(xiàn)：
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1 材料與方法
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1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)采用單因素（郁閉度）隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，在不改變現(xiàn)有林地的條件下，共設(shè)三個(gè)遮蔭處理：T1，在株行距為2 m×3 m的法桐林下種植；T2，在株行距為2 m×6 m的法桐林下種植；T3，在株行距為1.0 m×1.5 m的海棠林下種植；CK：空白地種植。重復(fù)3次。
1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法
1.3.1 郁閉度的測(cè)定 采用冠層分析儀法[3]。對(duì)所測(cè)林地進(jìn)行10 m×10 m選地，對(duì)角線取點(diǎn)，離地1.3 m平舉測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定，比較各項(xiàng)指標(biāo)，確定最佳郁閉度值。
1.3.2 板藍(lán)根生長(zhǎng)性狀的測(cè)定 主要農(nóng)藝性狀測(cè)定：在各處理花期、果期、成熟期等主要生育期取樣[4]，每次取5～10株，測(cè)量株高、葉面積、葉片數(shù)。葉面積測(cè)定：每處理取5～10株，每株隨機(jī)取10片以上葉片，量取葉片最大長(zhǎng)度（L）和最大寬度（W），近圓形葉片按照D（直徑）=（L+2W）/3進(jìn)行直徑等效，之后按圓形面積計(jì)算公式計(jì)算葉面積，狹長(zhǎng)型葉片按修正系數(shù)0.75進(jìn)行計(jì)算[5，6]。
1.3.3 板藍(lán)根光合參數(shù)的測(cè)定 選擇典型晴天，采用LI-6400XT便攜式光合儀，于9∶00—11∶30間測(cè)定各處理花期、果期、成熟期等主要生育期功能葉片的光合速率[2，7-9]。
1.4 保護(hù)酶活性的測(cè)定
1.4.1 粗酶液提取[10] 取樣品葉片0.5 g，經(jīng)蘸有蒸餾水的棉花擦拭干凈后，立即加入少量0.05 mol/L磷酸緩沖液（pH=7.8）和少量石英砂，冰浴研磨成勻漿，定容到7 mL離心管中，于4 000 r/min冷凍離心20 min，將上清液轉(zhuǎn)移至10 mL試管中定容，置于冰箱冷藏保存，供SOD、POD和CAT測(cè)定使用。
1.4.2 SOD活性測(cè)定 SOD活性采用氮藍(lán)四唑[11]測(cè)定。在試管中加入0.05 mol/L 磷酸緩沖液2 mL，101 mmol/L甲硫氨酸0.5 mL，0.3 mmol/L氮藍(lán)四唑1 mL，0.8 mmol/L EDTA 0.5 mL，0.3 mmol/L核黃素50 μL，混勻后加入粗酶液100 μL，對(duì)照管加入等體積磷酸緩沖液，立即置于25℃光照為4 000 lx熒光燈下進(jìn)行光化還原反應(yīng)，15 min后黑暗終止反應(yīng)，以磷酸緩沖液為參比液調(diào)零，在560 nm波長(zhǎng)下比色。
1.4.3 POD活性的測(cè)定[11] POD活性采用愈創(chuàng)木酚法[11]測(cè)定。在試管中加入 0.05 mol/L磷酸緩沖液2.9 mL，2%H2O2 1.0 mL，0.05 mol/L愈創(chuàng)木酚1.0 mL和粗酶液0.1 mL。以加熱煮沸5 min的酶液為對(duì)照，反應(yīng)體系加入酶液后，立即35℃保溫3 min，然后迅速稀釋1倍，在470 nm波長(zhǎng)下比色，每隔1 min記錄1次吸光度，共記錄5次，以每分鐘內(nèi)A470變化0.01為1個(gè)酶活性單位。
1.4.4 CAT活性測(cè)定 CAT活性采用高錳酸鉀滴定法[11，12]測(cè)定。取粗酶提取液0.2 mL于試管中，加入0.1 mol/L H2O2 2 mL、0.05 mol/L 磷酸緩沖液2.8 mL，30℃恒溫水浴10 min，立即加入10%H2SO4 2.0 mL終止反應(yīng)，用0.1 mol/L高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)液滴定，至出現(xiàn)紅色（30 s不消失）為止。
2 結(jié)果與分析
2.1 各處理郁閉度的測(cè)定結(jié)果
由表1可以看出，郁閉度與林木株行距之間沒(méi)有規(guī)律可尋，郁閉度只是作為一個(gè)背景值，為試驗(yàn)者展示了郁閉程度，清楚地說(shuō)明了中藥材復(fù)合種植的郁閉環(huán)境。
2.2 遮蔭對(duì)板藍(lán)根株高的影響
由圖1可以看出，T1處理的板藍(lán)根生長(zhǎng)明顯較弱；而T2和T3處理除8月份外，其它時(shí)間沒(méi)有明顯差異；6、7月份的CK處理株高明顯高于其它處理，各處理均在7月份達(dá)到生長(zhǎng)鼎盛期。T1、T3、CK處理均呈低-高-低的變化趨勢(shì)，而T2處理呈現(xiàn)出低-高-低-高的變化趨勢(shì)，這可能與由遮蔭引起的其它小氣候因子變化有關(guān)。由此可見(jiàn)，板藍(lán)根喜光，生長(zhǎng)中期較耐蔭，但遮蔭過(guò)大也能造成長(zhǎng)勢(shì)減弱。
2.3 遮蔭對(duì)板藍(lán)根葉片數(shù)的影響
由圖2可以看出，各處理間相同月份數(shù)據(jù)差別不大，只有CK處理的7月份和T3處理的8月份葉片數(shù)明顯偏多，分別達(dá)到了52片和70片，明顯處于優(yōu)勢(shì)，這也印證了生長(zhǎng)中期較耐蔭的說(shuō)法。
2.4 遮蔭對(duì)板藍(lán)根葉面積的影響
由圖3可以看出，T1處理明顯處于劣勢(shì)，各月份的葉面積均小于其它處理。T2、T3、CK無(wú)明顯變化規(guī)律，7月份的差異較小。9月份T3與CK處理出現(xiàn)明顯差異，其原因有待進(jìn)一步研究?？傮w來(lái)看，T3、CK處理下的板藍(lán)根葉面積較大。
2.5 不同遮蔭處理對(duì)板藍(lán)根光合速率的影響
由圖4可以看出，板藍(lán)根在不同光照條件下的光合速率變化有明顯差異。全光照光合速率值最高，與各遮蔭處理間差異顯著，其它遮蔭處理隨著遮蔭程度的增加逐漸降低。T1處理即郁閉度為76.9%時(shí)光合速率達(dá)到最低值，僅為0.43 μmol·m-2·s-1。
2.6 不同遮蔭處理對(duì)板藍(lán)根抗氧化酶活性的影響
由圖5可以看出，隨著郁閉度的提高，SOD、POD和CAT的變化趨勢(shì)均為高-低-高。T1處理即郁閉度為76.9%時(shí)，三種酶活性最高，其次為CK全光照處理，最低為T3處理即郁閉度為57.4%。SOD、POD兩種酶的活性各處理間無(wú)顯著差異（P>0.05）；CAT活性，T1與T2處理之間無(wú)顯著差異（P>0.05） ，與其它兩種處理間有顯著差異（P<0.05）。
3 討論與結(jié)論
光對(duì)植物生長(zhǎng)的影響有兩個(gè)方面：一是通過(guò)影響葉片的光合作用，進(jìn)而影響到有機(jī)物積累，而有機(jī)物是植物生長(zhǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ)；二是光對(duì)植物的生長(zhǎng)有抑制作用，這與光對(duì)生長(zhǎng)素的破壞有關(guān)[13，14]。因此，選擇適宜的光照強(qiáng)度、改變植物的光照環(huán)境對(duì)促進(jìn)其生長(zhǎng)和提高品質(zhì)都有十分重要的意義。
本研究結(jié)果表明：全光照處理與T3處理即郁閉度為57.4%時(shí)的板藍(lán)根長(zhǎng)勢(shì)差別不大，但與其它遮蔭處理差別較大；植株光合速率隨著遮蔭程度的增大而減小，且均低于全光照處理；T2、T3處理的SOD、POD和CAT活性均低于全光照處理，T1處理的SOD、POD和CAT活性高于全光照處理，且不同遮蔭處理三種酶活性均隨著遮蔭程度的加大而加大。綜合分析認(rèn)為，在前期生長(zhǎng)過(guò)程中，板藍(lán)根適合全光照；到8月份左右，適當(dāng)遮蔭反而能促進(jìn)植株生長(zhǎng)，但遮蔭過(guò)大對(duì)植株生長(zhǎng)有明顯的抑制作用。在不同光照水平下光合速率間差異明顯，高光照水平下光合作用較強(qiáng)，與低光照水平下的光合速率差異顯著（P<0.05）。總之，T3處理（郁閉度為57.4%）比較適合板藍(lán)根生長(zhǎng)。由于試驗(yàn)地的局限性，其它遮蔭處理是否更適合板藍(lán)根生長(zhǎng)，有待于進(jìn)一步研究。
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