羅燕 張永剛 楊利民 侯云亮 韓梅

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，長(zhǎng)春，130118)

朝鮮淫羊藿(EpimediumkoreanumNakai)為小檗科多年生草本植物，多生于疏林下、灌叢間或林緣半陰環(huán)境[1]，在中國(guó)長(zhǎng)白山地區(qū)、日本海沿岸、朝鮮北部均有分布[2]，是我國(guó)傳統(tǒng)的補(bǔ)益中藥，具有補(bǔ)腎陽(yáng)、增強(qiáng)免疫能力等功效[3-4]。吉林省長(zhǎng)白山地區(qū)作為朝鮮淫羊藿在我國(guó)的原產(chǎn)區(qū)，尚未實(shí)現(xiàn)真正的人工栽培，野生資源因長(zhǎng)期過(guò)度利用已出現(xiàn)萎縮[5-6]。因此，對(duì)朝鮮淫羊藿的引種栽培及實(shí)現(xiàn)可持續(xù)利用等研究顯得尤為重要。適宜的遮陰條件下，朝鮮淫羊藿生長(zhǎng)良好，能獲得較好的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出。張永剛等[7]研究表明，隨光照強(qiáng)度減弱野生朝鮮淫羊藿光合速率明顯降低，在適度蔭蔽的林緣下生長(zhǎng)良好，朝鮮淫羊藿已長(zhǎng)期適應(yīng)了蔭蔽環(huán)境，在野外強(qiáng)光生境中難以建成種群。目前，人工引種栽培朝鮮淫羊藿在生長(zhǎng)期內(nèi)對(duì)光照強(qiáng)度的響應(yīng)策略還不明確。國(guó)內(nèi)外對(duì)朝鮮淫羊藿的研究主要集中在分類(lèi)學(xué)、化學(xué)和藥理學(xué)等方面，有關(guān)人工栽培朝鮮淫羊藿對(duì)光強(qiáng)的響應(yīng)報(bào)道較少。因此，本研究采用對(duì)引種的朝鮮淫羊藿進(jìn)行遮光處理，模擬不同的光照強(qiáng)度，探討光照強(qiáng)度對(duì)朝鮮淫羊藿生長(zhǎng)、光合生理特性的影響，旨在為野生撫育和人工引種栽培提供理論依據(jù)。

林下植物生長(zhǎng)發(fā)育的主要限制因子是光環(huán)境，植物與光環(huán)境的關(guān)系一直是植物生理生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題[8]。同種植物長(zhǎng)期生長(zhǎng)在不同光環(huán)境下，其表型及生理生態(tài)特性會(huì)產(chǎn)生不同的響應(yīng)，出現(xiàn)趨異適應(yīng)[9-11]。光環(huán)境對(duì)植物生理和形態(tài)特征的影響決定了林下植被的更新和演替關(guān)系，而植物適應(yīng)光環(huán)境變化的能力又決定了植物的分布模式和物種豐富度[12]。在栽培管理中，經(jīng)常通過(guò)調(diào)整種植密度、套種、設(shè)置遮陽(yáng)棚等措施來(lái)為植物營(yíng)造適宜的光照環(huán)境[13]，因此，探究光照強(qiáng)度對(duì)植物的生長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和光合生理特性的影響可以為朝鮮淫羊藿的引種栽培提供重要的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于吉林省長(zhǎng)春市吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)藥園(125°27′E,43°46′N(xiāo))，屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候。年平均氣溫4.8 ℃，最熱月平均氣溫25 ℃，最冷月平均氣溫-15 ℃，年平均降水量522～615 mm，夏季降水量占全年降水量的60%以上，無(wú)霜期為145 d，土壤類(lèi)型為暗棕色砂壤土，土壤pH值平均為7.57[14]。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

2017年4月27日試驗(yàn)材料采自吉林省臨江市錯(cuò)草溝(126°33′～126°48′E,41°40′～41°52′N(xiāo))，經(jīng)吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)張永剛副教授鑒定為朝鮮淫羊藿植株(EpimediumkoreanumNakai)。

2.2 試驗(yàn)方法

2017年4月28日將篩選后的約5 000棵朝鮮淫羊藿種植于吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)藥園，在事先準(zhǔn)備好的苗床上縱向開(kāi)溝，行距10～15 cm，株距10～15 cm，溝深約10 cm栽苗，覆土約6 cm，澆透水。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，試驗(yàn)期間采用滴灌技術(shù)定期等量供水，并定期去除試驗(yàn)田雜草和害蟲(chóng)[15]。于2017年4月28日，采用不同層數(shù)遮陰網(wǎng)設(shè)置4種不同光照強(qiáng)度，分別是全自然光照、透光率100%(CK)，透光率(70±3)%(T1)，透光率(50±3)%(T2),透光率(30±3)%(T3)。利用光照計(jì)測(cè)定4個(gè)處理在試驗(yàn)期內(nèi)10：00的光照強(qiáng)度變化情況(表1)。

2.3 測(cè)定方法

生長(zhǎng)特征測(cè)定：每個(gè)處理隨機(jī)選取30株掛牌，于2017年5月25日至8月27日定期測(cè)量其株高、莖粗。另外，每個(gè)處理隨機(jī)選取15片葉片，用自來(lái)水沖洗干凈，然后用吸水紙擦干后置于葉片掃描儀中測(cè)定葉面積，然后將葉片置于烘箱中60 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱(chēng)干質(zhì)量，并計(jì)算比葉面積(單葉面積/單葉干質(zhì)量)。

表1 不同處理光照強(qiáng)度變化

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同列不同字母表示各處理間差異顯著(P<0.05)；n=3。

葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定：于2017年6月8日至8月27日取樣，每個(gè)處理隨機(jī)選取15片成熟葉片，用改良的光合色素浸提法測(cè)定葉綠素a(Chl a)、葉綠素b(Chl b)和類(lèi)胡蘿卜素(Car)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，重復(fù)3次。

光合參數(shù)測(cè)定：測(cè)定于2017年6月8日至8月27日天氣晴朗的10:00進(jìn)行，每月上、下旬各測(cè)定1次，每次每個(gè)處理選取長(zhǎng)勢(shì)基本一致的15個(gè)葉片，采用美國(guó)Li-Cor公司生產(chǎn)的Li-6400便攜式光合儀測(cè)定光合參數(shù)，測(cè)定的參數(shù)包括胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)(Ci)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)，并據(jù)此計(jì)算瞬時(shí)水分利用效率(WU，E)=Pn/Tr。

2.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2007、SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)方差分析，比較各個(gè)參數(shù)在不同處理下的差異，存在顯著差異的進(jìn)行多重比較，并用字母進(jìn)行標(biāo)注。

3 結(jié)果與分析

3.1 光照強(qiáng)度對(duì)朝鮮淫羊藿生長(zhǎng)的影響

從表2可以看出，6—7月份為朝鮮淫羊藿快速生長(zhǎng)期，之后生長(zhǎng)較平穩(wěn)?？傮w來(lái)看，遮陰處理下生長(zhǎng)較好，全光照下生長(zhǎng)較差。T1、T2、T3處理株高、單葉面積、單葉干質(zhì)量顯著高于CK。株高表現(xiàn)為6—8月份T3處理顯著高于其他處理，7—8月份T1、T2處理間差異不顯著；莖徑表現(xiàn)為6月份各處理間差異不顯著，7—8月份T1處理顯著高于其他處理，CK處理下莖徑最??；單葉面積表現(xiàn)為不同程度遮陰均顯著高于全光照，由大到小的順序?yàn)門(mén)3、T2、T1、CK，T3、T2處理間差異不顯著。比葉面積表現(xiàn)為T(mén)3、T2處理顯著高于CK和T1處理，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)除CK處理外其他處理總體上呈先上升后下降的趨勢(shì)，均在6月份達(dá)到最大值；單葉干質(zhì)量表現(xiàn)為各遮陰處理顯著高于全光照，且T1處理單葉干質(zhì)量值最大。

表2 不同光照條件下朝鮮淫羊藿生長(zhǎng)狀況

日 期比葉面積/cm2·g-1CKT1T2T3單葉干質(zhì)量/gCKT1T2T36月8日(188.78±3.56)b(146.43±11.77)c(207.41±9.16)a(213.63±8.21)a(0.09±0.006)c(0.19±0.008)a(0.16±0.009)b(0.16±0.01)b6月25日(157.45±2.97)b(157±11.35)b(242.37±12.11)a(256.59±13.24)a(0.11±0.005)c(0.23±0.008)a(0.19±0.004)b(0.19±0.007)b7月8日(163.92±3.11)b(161.21±10.51)b(224.33±13.16)a(241.60±11.37)a(0.12±0.007)c(0.24±0.014)a(0.21±0.012)b(0.20±0.009)b7月27日(154.85±2.24)c(141.46±11.82)c(192.48±12.11)b(231.61±12.53)a(0.13±0.004)c(0.28±0.011)a(0.25±0.012)ab(0.21±0.015)b8月7日(154.69±3.71)c(142.46±11.44)c(201.88±8.89)b(221.91±9.93)a(0.13±0.005)c(0.28±0.009)a(0.24±0.010)b(0.22±0.013)b8月27日(164.84±2.73)b(142.39±10.94)c(192.64±12.22)a(213.17±14.42)a(0.12±0.004)d(0.28±0.007)a(0.25±0.006)b(0.23±0.009)c

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差;同行不同字母表示各處理間差異顯著(P<0.05)；n=15。

3.2 光照強(qiáng)度對(duì)朝鮮淫羊藿葉片葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

由表3可以看出，Chl a、Chl b、Chl(a+b)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，Chl a/Chl b大致表現(xiàn)為T(mén)1、T2和T3處理顯著高于CK，Car質(zhì)量分?jǐn)?shù)則表現(xiàn)為T(mén)2、T3處理顯著高于CK、T1，且各參數(shù)均表現(xiàn)為T(mén)3處理下達(dá)到最大值。6—8月份各參數(shù)在不同處理下總體呈先上升后下降的趨勢(shì)，且先后在7月末8月初達(dá)到峰值。6—7月份隨透光率下降,Chl a、Chl b、Car質(zhì)量分?jǐn)?shù)大致呈升高趨勢(shì)，8月份各處理Chl a、Chl b質(zhì)量分?jǐn)?shù)大幅下降。

表3 不同光照強(qiáng)度下朝鮮淫羊藿葉片光合色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)

日 期葉綠素a/葉綠素bCKT1T2T3類(lèi)胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)/mg·g-1CKT1T2T36月8日(1.17±0.05)c(1.74±0.06)b(1.51±0.21)bc(2.22±0.09)a(0.11±0.03)b(0.15±0.03)b(0.23±0.04)a(0.24±0.07)a6月25日(1.34±0.07)b(2.49±0.16)a(2.58±0.13)a(2.65±0.18)a(0.12±0.06)b(0.13±0.07)b(0.31±0.05)a(0.34±0.09)a7月8日(1.31±0.09)b(1.39±0.15)b(1.76±0.17)a(1.80±0.21)a(0.12±0.03)b(0.16±0.05)b(0.27±0.09)a(0.28±0.06)a7月27日(1.62±0.17)c(2.08±0.21)ab(1.87±0.24)b(2.32±0.23)a(0.15±0.06)b(0.21±0.03)b(0.35±0.11)a(0.40±0.06)a8月7日(1.41±0.11)b(2.52±0.11)a(2.52±0.09)a(2.50±0.13)a(0.16±0.04)b(0.21±0.05)b(0.19±0.07)b(0.32±0.04)a8月27日(1.32±0.07)c(1.81±0.09)b(2.43±0.09)a(2.45±0.11)a(0.14±0.03)b(0.17±0.05)b(0.26±0.07)a(0.30±0.06)a

注：表中數(shù)據(jù)根據(jù)葉片鮮質(zhì)量測(cè)得；數(shù)據(jù)均為各指標(biāo)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同行不同字母表示各處理間差異顯著(P<0.05)；n=3。

3.3 光照強(qiáng)度對(duì)朝鮮淫羊藿葉片光合特征的影響

從表4可以看出，6—8月份不同光照強(qiáng)度下朝鮮淫羊藿Ci變化趨勢(shì)基本一致，均呈先上升后下降的趨勢(shì)，各處理最大值均出現(xiàn)在6月下旬，且由大到小的順序?yàn)門(mén)3、T2、T1、CK。各處理Gs總體上呈先大幅上升后緩慢下降的趨勢(shì)，各處理最大值出現(xiàn)在7月上旬，T3處理顯著高于T2和T1處理。各處理Tr變化趨勢(shì)基本一致，均呈先上升后下降的趨勢(shì)，各處理均在7月份達(dá)到最大值，CK和T3處理顯著高于T1和T2處理。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，各處理Pn較穩(wěn)定，T1顯著高于其他處理，T3處理凈光合速率最低。各處理水分利用效率均呈先下降后上升的趨勢(shì)，T2和T1處理顯著高于T3和CK。

表4 不同光照條件下朝鮮淫羊藿光合特征

日 期凈光合速率/μmol·m-2·s-1CKT1T2T3水分利用效率/μmol·mmol-1CKT1T2T36月8日(10.29±0.33)b(13.37±0.24)a(11.09±0.22)b(8.65±0.14)c(4.28±0.16)b(8.14±0.28)a(8.32±0.22)a(4.11±0.14)b6月25日(12.89±0.21)a(12.31±0.1)a(11.11±0.18)b(9.05±0.13)c(2.29±0.09)b(4.68±0.15)a(4.27±0.13)a(1.97±0.08)b7月8日(12.38±0.11)a(11.73±0.15)b(11.08±0.16)c(9.93±0.15)d(2.21±0.06)b(3.14±0.08)a(3.17±0.28)a(2.14±0.09)b7月27日(12.03±0.13)b(14.14±0.16)a(11.91±0.19)b(8.54±0.16)c(2.08±0.10)b(3.27±0.11)a(2.37±0.09)b(1.51±0.04)c8月7日(11.73±0.14)b(14.12±0.15)a(12.02±0.16)b(8.76±0.13)c(2.65±0.07)c(4.43±0.12)a(3.82±0.11)b(2.01±0.09)d8月27日(11.99±0.22)b(14.17±0.36)a(12.54±0.26)b(9.89±0.21)c(4.14±0.12)c(5.62±0.17)a(4.76±0.18)b(3.22±0.10)d

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同行不同字母表示各處理間差異顯著(P<0.05)；n=15。

3.4 光照強(qiáng)度對(duì)朝鮮淫羊藿葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

表5 不同光照強(qiáng)度下朝鮮淫羊藿葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)

日期qPCKT1T2T3qNCKT1T2T36月8日(0.554±0.071)c(0.738±0.112)ab(0.862±0.055)a(0.699±0.042)b(0.461±0.087)bc(0.662±0.074)a(0.444±0.172)c(0.621±0.126)ab6月25日(0.525±0.043)c(0.808±0.067)a(0.812±0.021)a(0.633±0.051)b(0.451±0.075)b(0.648±0.103)a(0.443±0.184)b(0.578±0.056)ab7月8日(0.625±0.033)c(0.784±0.033)ab(0.823±0.006)a(0.783±0.108)ab(0.640±0.037)ab(0.699±0.023)a(0.614±0.053)b(0.620±0.045)b7月27日(0.545±0.025)c(0.805±0.058)a(0.748±0.036)a(0.648±0.056)b(0.510±0.085)b(0.602±0.080)ab(0.636±0.087)a(0.630±0.035)a8月7日(0.521±0.039)c(0.815±0.046)a(0.732±0.067)a(0.628±0.031)b(0.513±0.081)b(0.602±0.076)ab(0.631±0.067)a(0.626±0.027)a8月27日(0.470±0.058)c(0.617±0.043)b(0.684±0.042)b(0.843±0.031)a(0.602±0.052)ab(0.587±0.052)ab(0.580±0.037)b(0.648±0.032)a

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同行不同字母表示各處理間差異顯著(P<0.05)；n=3。

4 結(jié)論與討論

光是影響植物的重要生態(tài)因子之一，是植物生長(zhǎng)發(fā)育和形態(tài)建成的必要條件。光照強(qiáng)度影響植物光合速率、水分供需從而影響植株形態(tài)特征、葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、生物量積累和分配等[16-17]。本研究中，遮陰處理下的朝鮮淫羊藿生長(zhǎng)較好，而全光照下朝鮮淫羊藿生長(zhǎng)較差，這可能是由于朝鮮淫羊藿多生于疏林下、灌叢間或林緣半陰環(huán)境，對(duì)光能的利用和保護(hù)機(jī)制形成不夠完善，過(guò)強(qiáng)的光輻射超出了其光能利用范圍，不利于其生長(zhǎng)。朝鮮淫羊藿主要以干燥葉片入藥，70%透光率下單葉干質(zhì)量最高，單葉干質(zhì)量作為衡量產(chǎn)量的指標(biāo)，在人工栽培中可適度遮陰來(lái)提高其產(chǎn)量。隨透光率降低，朝鮮淫羊藿株高增高，莖徑變小，單葉干質(zhì)量減小，葉面積和比葉面積增大，葉片變薄，光合葉面積相對(duì)增加，這是植物適應(yīng)低光照強(qiáng)度而采取的普遍策略，這與張永剛等[7]的研究結(jié)果一致。

隨透光率下降，朝鮮淫羊藿Chl a、Chl b、Car質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，遮陰處理下葉綠素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于對(duì)照，證明葉綠素的增加有利于光合作用的進(jìn)行，這和王非等[18]的研究結(jié)果一致。各處理葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在7月末達(dá)到最高，說(shuō)明此時(shí)光合能力最強(qiáng)。Car有光能捕獲的功能，在透光率為30%時(shí)Car質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，這說(shuō)明在弱光環(huán)境中朝鮮淫羊藿能通過(guò)增加質(zhì)量分?jǐn)?shù)，適應(yīng)弱光環(huán)境。

隨透光率下降朝鮮淫羊藿Ci增加，有利于固定CO2和增加光能利用效率，但其Pn明顯降低，Pn降低伴隨著Ci的升高時(shí)，Pn降低的主要原因是非氣孔因素，這與丁友芳等[19]的研究結(jié)果一致。6—8月份全光照和透光率30%處理下Gs和Tr較其他處理組高，一般蒸騰速率高，光合速率也較高，全光照處理Pn較高，但30%透光率下Pn較低，可能是低光照強(qiáng)度限制了葉綠體光能潛力的發(fā)揮，這與李瑞等[20]的研究結(jié)果一致。全光照下光照強(qiáng)烈，氣孔導(dǎo)度較大，蒸騰速率較高，可能使植株大量失水，生長(zhǎng)較差。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)是有效衡量植物的受害程度和光合潛能高低的指標(biāo)，是研究植物光合生理及與逆境脅迫關(guān)系的理想探針[21]。Fv/Fm是衡量光抑制程度的重要指標(biāo)，非脅迫條件下Fv/Fm變化極小[22]，本研究中全光照處理下朝鮮淫羊藿葉片F(xiàn)v/Fm較其他處理偏低，說(shuō)明全光照處理下植物PSII原初光能轉(zhuǎn)換效率較低，可能受到光抑制。非光化學(xué)淬滅系數(shù)(qN)是表示熱耗散多少的指標(biāo)，當(dāng)PSII反應(yīng)中心天線色素吸收了過(guò)量光能時(shí)，若不能及時(shí)耗散將對(duì)光合機(jī)構(gòu)造成失活和破壞，所以非光化學(xué)淬滅對(duì)光合機(jī)構(gòu)起一定保護(hù)作用[23-24]。本研究中6—7月份70%透光率下qN顯著高于其他處理，而7—8月份50%、30%透光率下顯著高于70%、100%透光率，表明在朝鮮淫羊藿快速生長(zhǎng)階段，強(qiáng)光環(huán)境下植物可能通過(guò)加強(qiáng)熱耗散來(lái)保護(hù)光合器官，從而促進(jìn)其生長(zhǎng)，而在平穩(wěn)生長(zhǎng)期弱光環(huán)境下色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于強(qiáng)光環(huán)境，可能會(huì)導(dǎo)致其光合電子傳遞能力增強(qiáng)、熱耗散能力增強(qiáng)。qP表示PSII反應(yīng)中心開(kāi)放的程度，全光照處理顯著低于其他處理，表明全光照處理下PSII反應(yīng)中心開(kāi)放的程度較低，且全光照處理下朝鮮淫羊藿葉片Yi,e,l,d顯著低于其他處理，qN也較低，說(shuō)明雖然全光照處理下葉片PSII反應(yīng)中心的開(kāi)放程度較小，PSII吸收并能運(yùn)用于光合作用的光能也較少，此處理下PSII功能較差，這也可能是全光照處理下植株生長(zhǎng)較差的原因。

綜上所述，光照強(qiáng)度對(duì)朝鮮淫羊藿生長(zhǎng)發(fā)育影響顯著，70%透光率下單葉干質(zhì)量最高，生長(zhǎng)較好，不同光照強(qiáng)度下朝鮮淫羊藿葉片葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、凈光合速率、蒸騰速率、葉綠素?zé)晒鈪?shù)總體上在7—8月上旬達(dá)到峰值，但不同處理出現(xiàn)峰值時(shí)間和數(shù)值大小有顯著差異，說(shuō)明光照強(qiáng)度對(duì)朝鮮淫羊藿光合作用影響顯著，進(jìn)而影響其生長(zhǎng)狀況。全光照下朝鮮淫羊藿的生長(zhǎng)和光合生理特性相對(duì)較差，30%、50%、70%透光率下，朝鮮淫羊藿生長(zhǎng)及光合性能整體較好，說(shuō)明朝鮮淫羊藿有較強(qiáng)的耐陰能力，且對(duì)光環(huán)境適應(yīng)性較寬，但強(qiáng)光照環(huán)境下不利于其生長(zhǎng)，適度的遮陰有利于朝鮮淫羊藿生長(zhǎng)。