楊勝偉,徐佳瑜,王曉紅,闕云飛,劉思佳,張智仙,滿建民,張明生
(貴州大學(xué) a.生命科學(xué)學(xué)院;b.國家喀斯特石漠化防治工程技術(shù)研究中心;c.山地植物資源保護(hù)與種質(zhì)創(chuàng)新教育部重點(diǎn)試驗(yàn)室,貴州 貴陽 550025)
鉤藤Uncaria rhynchophylla(Miq.)Miq. ex Havil.為茜草科Rubiaceae鉤藤屬Uncaria Schreber nom. cons.多年生木質(zhì)藤本[1],也是一種重要的中藥材。鉤藤以帶鉤的莖枝入藥,味甘、微苦,性微寒,具有清熱平肝、熄風(fēng)止痙等功效[2],鉤藤含有多種吲哚類生物堿,臨床上已廣泛用于防治頭痛、高血壓、驚風(fēng)抽搐、神經(jīng)衰弱等癥[3-8]。近年來,鉤藤需求量逐步增長,野生鉤藤資源已不能滿足市場需求,人工種植勢在必行。種苗移栽馴化是人工種植的重要環(huán)節(jié),而有關(guān)鉤藤幼苗生長特性的研究卻鮮見報(bào)道。光作為植物生長的主要能源,是影響植株形態(tài)、生理代謝及生長發(fā)育的重要因子之一[9],目前尚無有關(guān)光照對鉤藤低齡苗期植株生長的影響的研究報(bào)道。為給鉤藤人工種植技術(shù)的構(gòu)建與開發(fā)利用提供理論依據(jù),筆者設(shè)置了不同遮陰度處理,就其對鉤藤幼苗形態(tài)及生理生化指標(biāo)的影響情況進(jìn)行了研究,旨在尋求鉤藤幼苗生長的適宜蔭蔽度。
試材是苗齡為1 a的鉤藤Uncaria rhynchophylla(Miq.)Miq. ex Havil.,取自昌昊金煌(貴州)中藥有限公司種植基地。
以不同目數(shù)的黑色遮陽網(wǎng)調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度,分別設(shè)重度遮陰、中度遮陰、輕度遮陰共3種處理,以自然光照下種植的樣品作為對照(CK),各處理的透光率分別如下:重度遮陰(Serious shading,SS),透光率5%~15%;中度遮陰(Moderate shading,MS),透光率25%~35%;輕度遮陰(Light shading,LS),透光率55%~75%。每個處理各栽植60株鉤藤幼苗,定植90 d后進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測定。
在每個處理區(qū)域內(nèi)隨機(jī)選取10株幼苗掛牌標(biāo)記,測定幼苗的株高(用鋼卷尺測定)、主莖粗(離地面10 cm處的粗度,用游標(biāo)卡尺測定)、葉面積(取中部葉片,用Yaxin-1241葉面積儀測定)、葉片數(shù)量、分枝數(shù)量、比葉重(單位葉面積的葉片鮮質(zhì)量)等指標(biāo)。
選擇晴朗天氣,用Li-6400型便攜式光合測定系統(tǒng)(上海旦鼎國際貿(mào)易有限公司)測定不同遮陰處理下鉤藤葉片的凈光合速率(Pn),同時記錄蒸騰速率(Tr)、胞間CO2濃度(Ci)、氣孔導(dǎo)度(Gs)。采取隨機(jī)測定的方法重復(fù)測定3~6次。
采用烘干法[11]測定葉片含水量;采用比色法[11]測定光合色素;采用蒽酮比色法[11]測定可溶性總糖含量;采用考馬斯亮藍(lán)比色法[11]測定可溶性蛋白含量;采用硫代巴比妥酸方法[11]測定MDA含量。
用SPSS 20.0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行ANOVA分析,用Duncan氏法對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多重比較。
遮陰度對鉤藤幼苗各形態(tài)指標(biāo)的影響情況如表1所示。由表1 可知,隨著遮陰度的加大,鉤藤幼苗的株高、主莖粗、葉面積、葉片數(shù)量和分枝數(shù)均呈先升后降的變化趨勢。輕度遮陰(LS)的株高、莖粗和分枝數(shù)均極顯著高于中度遮陰(MS)、重度遮陰(SS)和CK(P<0.01),其葉片數(shù)量顯著高于MS、SS和CK(P<0.05),LS的葉面積極顯著高于SS和CK(P<0.01)而與MS間的差異不明顯;MS的株高、主莖粗、葉面積、葉片數(shù)和分枝數(shù)均顯著高于SS和CK(P<0.05)。不同遮陰處理下鉤藤幼苗的比葉重與遮陰度之間表現(xiàn)出顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)的負(fù)相關(guān)性。比葉重是衡量植物葉片光合作用性能的參數(shù)之一,通常情況下,植株比葉重隨著遮陰度的增大而減小,即同樣重量的葉片在遮陰環(huán)境下的面積較大,有利于其光合作用。試驗(yàn)結(jié)果表明,光照過強(qiáng)或過弱對鉤藤植株莖和葉的生長均有抑制作用,輕度遮陰處理更適宜于鉤藤幼苗的生長,能促進(jìn)植株多分枝、多發(fā)葉。
表1 遮陰度對鉤藤幼苗各形態(tài)指標(biāo)的影響?Table 1 Effects of shading on morphological indexes of Uncaria seedling
不同遮陰處理下鉤藤幼苗葉片的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度及胞間CO2濃度的日均值分別如圖1A~D所示。由圖1A可知,隨著遮陰度的加大,鉤藤葉片的凈光合速率逐漸下降,重度遮陰的凈光合速率最低,其日均值為1.87 μmol·m-2s-1;由圖1B可知,葉片的蒸騰速率隨遮陰度的升高而呈現(xiàn)下降趨勢,LS與CK間的差異不明顯,而LS與MS、SS間的差異均顯著(P<0.05);由圖1C可知,SS處理下鉤藤葉片的胞間CO2濃度與LS、MS和CK處理間的差異均不顯著,SS處理的胞間CO2濃度最大,其日均值為344.19 μmol·mol-1,CK的最低,其日均值為300.63 μmol·mol-1;由圖1D可知, LS處理下鉤藤葉片的氣孔導(dǎo)度顯著高于MS和SS(P<0.05),各處理葉片氣孔導(dǎo)度的大小表現(xiàn)為LS>MS>SS。植物葉片的光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度之間相互關(guān)聯(lián),氣孔導(dǎo)度越大則蒸騰速率就越大,細(xì)胞間CO2濃度越高則意味著葉肉光合作用越強(qiáng)[12],相比于CK、MS和SS這3個處理,LS處理的鉤藤葉片其氣孔導(dǎo)度上升,胞間CO2濃度較大。綜上所述,輕度遮陰的鉤藤葉片其光合參數(shù)相對穩(wěn)定,相關(guān)數(shù)值較高,且其葉面積、葉片數(shù)量也均較高,更有利于鉤藤光合作用的進(jìn)行及有機(jī)物的合成。
圖1 遮陰度對光合參數(shù)的影響Fig. 1 Effects of shading on photosynthetic parameters of Uncaria seedling
遮陰度對鉤藤葉片光合色素含量的影響情況如表2所示。由表2可知,葉綠素a(Chla)、葉綠素b(Chlb)及葉綠素總含量均隨著遮陰程度的增加而逐漸增加,SS處理的葉綠素含量極顯著高于CK、LS和MS(P<0.05),這可能因?yàn)檩^強(qiáng)的光照加速了葉片中葉綠素的降解,葉綠素的生物合成速度跟不上其降解速度[13];而其Chla/Chlb之值和類胡蘿卜素(Car)含量均逐漸減小,并且對照組的Chla/Chlb之值極顯著高于各遮陰處理(P<0.01),各處理組Car間的差異均不顯著。強(qiáng)光下植物葉綠素降低,而類胡蘿卜素含量提高,這正是植物適應(yīng)強(qiáng)光的一種保護(hù)策略[14]。
表2 遮陰度對鉤藤葉片光合色素含量的影響Table 2 Effects of shading on photosynthetic pigment content of Uncaria leaves
遮陰度對鉤藤葉片的含水量、可溶性糖、可溶性蛋白及MDA含量的影響情況如表3所示。由表3 可知,鉤藤幼苗葉片的含水量與其遮陰度之間表現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān),MS、SS處理的鉤藤葉片的含水量極顯著高于CK和LS(P<0.01),其原因?yàn)閺?qiáng)光照加劇了葉片蒸騰失水??扇苄缘鞍资侵参锷x活動的重要物質(zhì),也是鉤藤的重要營養(yǎng)成分。由表3 可知,鉤藤葉片中的可溶性蛋白含量隨著遮陰度的增加而持續(xù)下降,重度遮陰的達(dá)到最低值,僅為0.07%。葉片中可溶性糖含量的變化趨勢與可溶性蛋白含量的變化趨勢相似,其原因是,遮陰處理降低了光照強(qiáng)度,進(jìn)而減弱了葉片的光合效率,增強(qiáng)了呼吸作用,從而減少了光合產(chǎn)物。由表3 還可知,LS處理顯著減少了鉤藤葉片的MDA含量(P<0.05),LS處理的葉片MDA含量顯著低于CK和另外兩個遮陰處理的,說明光照過強(qiáng)或過弱都會導(dǎo)致鉤藤幼苗葉片膜脂過氧化的增強(qiáng)。
表3 遮陰度對鉤藤葉片的含水量、可溶性糖、可溶性蛋白及MDA含量的影響Table 3 Effects of shading on water, soluble protein, soluble sugar and MDA content of Uncaria leaves
對不同遮陰處理下鉤藤幼苗的株高(X1)、莖粗(X2)、葉面積(X3)、葉片數(shù)(X4)、分枝數(shù)(X5)、比葉重(X6)等形態(tài)指標(biāo)與葉綠素含量(X7)、凈光合速率(X8)、葉片含水量(X9)、可溶性蛋白質(zhì)含量(X10)、可溶性糖含量(X11)、丙二醛含量(X12)等生理生化指標(biāo)間的相關(guān)性進(jìn)行了分析,結(jié)果見表4。表4顯示:株高分別與葉片數(shù)間呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),與分枝數(shù)間呈顯著正相關(guān)(P<0.05),其相關(guān)系數(shù)分別為1.000、0.983;而分枝數(shù)與莖粗、葉片數(shù)間均呈顯著正相關(guān)(P<0.05);葉片含水量與可溶性糖含量間呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),其相關(guān)系數(shù)為-0.989,且其與比葉重、可溶性蛋白質(zhì)含量間均呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),其相關(guān)系數(shù)分別為-0.991、-0.996;葉片可溶性糖含量與可溶性蛋白質(zhì)含量間呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。
光照條件對植物的生長發(fā)育具有重要的影響,近年來,有關(guān)植物的耐陰性及遮陰處理對植物生理生化指標(biāo)的影響的研究報(bào)道日漸增多。光照強(qiáng)度是影響植物生長發(fā)育的重要因子之一,光照過強(qiáng)會破壞植物葉片的光合結(jié)構(gòu)與膜系統(tǒng)[15],光照過弱則不利于葉肉細(xì)胞光合作用的進(jìn)行[16]。植物的外觀形態(tài)特征對光照的響應(yīng)比較敏感,隨光照強(qiáng)度而調(diào)整形態(tài)結(jié)構(gòu)以利于植物最大程度地吸收光能,提高光合速率,促進(jìn)植物生長發(fā)育[17]。研究中發(fā)現(xiàn),鉤藤大部分形態(tài)指標(biāo)值隨著遮陰度的增強(qiáng)而減小,并且輕度遮陰的鉤藤幼苗各形態(tài)指標(biāo)值均高于對照,表明輕度遮陰有利于鉤藤幼苗生長發(fā)育,強(qiáng)光和弱光均不利于鉤藤幼苗生長。
表4 不同遮陰處理下鉤藤幼苗各形態(tài)指標(biāo)與各生理生化指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)?Table 4 Correlation coefficients among the influencing factors of Uncaria seedling
植物葉片的凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、胞間CO2濃度(Ci)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和葉綠素a(Chla)含量等指標(biāo)均是影響其光合作用能力的重要指標(biāo)。根據(jù)這些光合參數(shù)的大小,可以了解植物光合作用的強(qiáng)弱。例如,王瑞等[18]在研究陰生園林植物于不同光照條件下的光合特性時提到,凈光合速率是表現(xiàn)植物光合作用能力的重要指標(biāo)之一,可以反映植物的耐陰性。隨著遮陰強(qiáng)度的加大,葉綠素含量會逐漸增加,以保證植物在弱光環(huán)境下更有效地吸收光能,提高光合速率,促進(jìn)植物生長[19]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,遮陰處理顯著地促進(jìn)了鉤藤幼苗葉片葉綠素的生物合成,同時證實(shí)了前人的研究結(jié)果。肖潤林等[20]的研究結(jié)果表明,全光照條件下,植物葉片表面高溫、高光照使其蒸騰速率下降,抑制了葉綠素的合成;相反,遮陰處理降低了光照強(qiáng)度和溫度,避免了強(qiáng)光對葉綠體整體結(jié)構(gòu)的破壞。這一研究結(jié)果與本文的研究結(jié)果一致。MDA是膜脂過氧化的重要產(chǎn)物之一,其含量的多少反映了植物葉片膜脂過氧化及膜受傷害程度的輕重[11],鉤藤幼苗在輕度遮陰下的MDA含量顯著低于全光照和中度遮陰及重度遮陰處理的,表明輕度遮陰對鉤藤的膜脂過氧化程度的影響較小,此環(huán)境更適宜鉤藤幼苗的生長。
光不僅是植物生長發(fā)育的能量來源,并作為信號因子調(diào)控植物的生長發(fā)育,而且對植物初生代謝產(chǎn)物、次生代謝產(chǎn)物的合成和積累產(chǎn)生均有重要影響[21]??扇苄蕴桥c可溶性蛋白質(zhì)都是重要的初生代謝產(chǎn)物,可溶性糖是植物葉片碳運(yùn)輸及代謝過程中的主要形式,是衡量植物體內(nèi)碳代謝的重要指標(biāo)[9]。研究中發(fā)現(xiàn),隨著遮陰度的增加,鉤藤葉片中的可溶性糖與可溶性蛋白質(zhì)含量均逐漸下降,這與周昕等[22]的研究結(jié)果一致。有關(guān)研究結(jié)果表明,適宜的光照強(qiáng)度能促進(jìn)植物同化產(chǎn)物的積累,有利于次生代謝產(chǎn)物的合成[23],減弱光照強(qiáng)度可誘導(dǎo)積累生物堿,從而增加植物組織中生物堿的含量[24]。例如,適度遮陰條件下,銀杏葉中的黃酮[25-26]、參根中的人參皂苷[27]等次生代謝產(chǎn)物的含量都有不同程度的提高。因此,在實(shí)際生產(chǎn)過程中,通過對植物進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼陉幪幚韥砀淖児庹諒?qiáng)度,給予植株適宜的生長環(huán)境,可以達(dá)到最佳種植效果,從而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收的目標(biāo)。
綜上所述,結(jié)合不同遮陰度下鉤藤幼苗各形態(tài)指標(biāo)及各生理生化指標(biāo)的變化情況來綜合分析,鉤藤幼苗生長的適宜遮陰度是輕度遮陰,即透光率為55%~75%。本研究雖然初步探究出輕度遮陰處理對其幼苗營養(yǎng)生長能起到一定的促進(jìn)作用,但本文檢測分析的指標(biāo)并不全面,如不同處理下葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)、酶活性、藥效成分含量等指標(biāo)尚未提及。針對上述不足之處,筆者將在后續(xù)的研究工作中進(jìn)一步完善。此外,目前關(guān)于鉤藤的研究主要集中在其化學(xué)成分與臨床應(yīng)用方面[28],關(guān)于鉤藤生物學(xué)特性的研究報(bào)道較少,其藥效成分的分子合成機(jī)制的研究也尚未見諸報(bào)道,因此,關(guān)于鉤藤的研究還有待深入。