薛 歡,朱 梅,房海靈,梁呈元

(1.江蘇省森林資源監(jiān)測中心,江蘇 南京 210036; 2.江蘇省林業(yè)局,江蘇 南京 210036; 3. 江蘇省中國科學院植物研究所,江蘇 南京 210014)

金銀花為忍冬科植物忍冬(LonicerajaponicaThunb.),其干燥花蕾是我國重要的清熱解毒類中藥,廣泛應用于醫(yī)藥、食品、化妝品等領(lǐng)域,市場需求量大[1-2]。人工種植金銀花是滿足當前原料市場需求的主要來源。金銀花在我國已有較長栽培歷史,在種植技術(shù)方面積累了豐富的經(jīng)驗,有效促進了金銀花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。然而多數(shù)報道集中在對其田間管理、病蟲害防治等方面[3～5],較少針對影響其生長發(fā)育的環(huán)境因子如光[6]、水[7]、肥[8]等進行研究。光(光強、光質(zhì)和光周期)是影響植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因子。趙倩[9]研究表明,短日照處理可使菊花初花期提前,盛花期可溶性蛋白、可溶性糖含量降低。董偉欣等[10]研究發(fā)現(xiàn)，短日照誘導能有效縮短小豆的生育進程(含花芽分化進程),其生育進程且隨著誘導時間延長而加快,可見光周期對植物開花具有重要調(diào)控作用[11]。本研究通過采用人工遮光的方式，探究不同光周期處理對金銀花葉片光合特征和抗氧化酶活性的影響,以期為人工栽培金銀花中光照時間的確定提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于江蘇省中國科學院植物研究所試驗基地進行,供試金銀花品種為‘四季樹型’，1年生苗。2015年11月下旬取生長一致金銀花1年生扦插苗露地移栽,株行距1.0 m×1.0 m,常規(guī)水肥管理,備用。

1.2 試驗處理

采用罩黑箱的方法人工控制光照時間。共設(shè)3個處理,即Ph 7:光照時長7 h(8:00—15:00),Ph 10:光照時長10 h(8:00—18:00),CK:自然光周期13 h(6:00—19:00,利用當?shù)刈匀还庹臻L度為對照,通常5月南京地區(qū)日光照長度13 h左右)。隨機選取6株生長一致的金銀花植株作為1個處理(3次重復)。試驗于5月4日開始。處理開始時測量所有參試植株,株高約30.00—32.00 cm,地徑 5.20—5.30 mm,1年生新梢生長量36.6—41.1cm。除光照時長外,所有處理均采用相同栽培管理措施進行管理。

1.3 檢測項目及方法

1.3.1 光合色素含量測定 參考李合生[7]的方法略加修改。取已測定光合特性的金銀花成熟葉片,去除葉脈后,用打孔器取直徑0.5 cm葉圓片0.2 g,加25 mL 80%丙酮,避光浸提至葉片呈白色。將浸提液分別置于紫外分光光度計470,645,663 nm處測定吸光度。并根據(jù)公式計算光合色素含量:

葉綠素a質(zhì)量濃度(mg/L)=12.21×A663 nm-2.81×A646 nm

葉綠素b質(zhì)量濃度(mg/L)=20.13×A646 nm-5.03×A663 nm

類胡蘿卜素質(zhì)量濃度(mg/L)=(1 000×A470 nm-3.27×葉綠素a質(zhì)量濃度-104×葉綠素b質(zhì)量濃度)/229

根據(jù)以上色素計算結(jié)果換算成mg/g。

1.3.2 光合參數(shù)測定 在金銀花二白期,于5月25日09:00—11:30利用LI-6400XT型光合儀測定生長一致的金銀花新梢頂芽下第5—6對成熟葉片的光合特性。測定指標:凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr),并依據(jù)公式Ls=1-Ci/Ca(Ca為大氣CO2濃度)計算氣孔限制值。每個處理隨機選取5株,重復葉片10片,計算平均值。

1.3.3 抗氧化酶活性測定 分別于光周期處理7,14,21,28,35 d時采集金銀花新梢頂芽下第5—6對成熟葉片,測定其中3種抗氧化酶:超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)的活性。利用購自于南京建成生物技術(shù)有限公司的試劑盒完成。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

試驗所得數(shù)據(jù)采用Office Excel 2013和SPSS 19.0 軟件進行統(tǒng)計和差異顯著性分析，結(jié)果數(shù)據(jù)為平均值±標準誤。

2 結(jié)果與分析

2.1 光周期處理對金銀花葉片中光合色素含量的影響

由表1看出,光照時間的長短對金銀花葉片中光合色素的合成具有顯著影響,葉綠素a(Chla)、葉綠素b(Chlb)和類胡蘿卜素(Car)含量隨著光照時間的延長呈上升趨勢,其中Chlb在光照時長10 h時增加幅度較大。Chla/b隨光照時長增加呈先降低后升高趨勢。

2.2 光周期處理對金銀花葉片中光合參數(shù)的影響

光照時長對金銀花成熟葉片光合參數(shù)具有顯著影響。與CK相比,Ph 7和Ph 10處理可引起金銀花葉片凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)及蒸騰速率(Tr)顯著下降。而氣孔限制值則與其他指標呈相反變化趨勢,即隨光照時間縮短而上升。表明短日照處理可引起金銀花葉片氣孔導度減小,進而影響光合速率。

表1 光周期處理對金銀花葉片中光合色素含量的影響±s (n=3)

同列數(shù)據(jù)后不同大、小寫字母分別表示數(shù)據(jù)間存在極顯著(P<0.01)、顯著(P<0.05)水平差異

表2 光周期處理對金銀花葉片光合參數(shù)的影響±s (n=10)

同列數(shù)據(jù)后不同大、小寫字母分別表示數(shù)據(jù)間存在極顯著(P<0.01)、顯著(P<0.05)水平差異

2.3 光周期處理對金銀花葉片中抗氧化酶活性的影響

2.3.1 SOD活性 與對照(CK)相比,在Ph 7和Ph 10處理組，金銀花葉片中SOD活性表現(xiàn)出急速增加的趨勢;處理28 d時，Ph 10處理組SOD活性低于CK組和Ph 7組,表明適度光照時間有效降低了高光強對金銀花葉片細胞的損傷。處理35 d時，CK組SOD活性略低于Ph 7和Ph 10處理組,分析可能是處理后期自然光照時間(Ph 13)集聚過多能量,間接引發(fā)高溫脅迫,SOD活性受到抑制。

圖1 光周期處理對金銀花葉片SOD活性的影響

圖2 光周期處理對金銀花葉片CAT活性的影響

2.3.2 CAT活性 不同光照時間處理對金銀花葉片中CAT活性具有一定的影響。表現(xiàn)為短日照處理(Ph 7和Ph 10處理組)CAT活性高于CK組;而處理時間為28—35 d時,Ph 10處理組葉片中CAT活性低于CK組,而Ph 7處理組在處理28 d時略高于CK組,在處理35 d時則低于CK組。

2.3.3 POD活性 由圖3可看出,不同光照時間處理下，金銀花葉片中POD活性變化趨勢與CAT變化相似,表現(xiàn)為Ph 7和Ph 10處理組POD活性高于對照組;在28—35 d時,光照時間10 h處理組POD活性低于Ph 7處理組和對照組。比較同一處理組不同時間POD活性變化趨勢發(fā)現(xiàn),2個處理組和對照組POD活性隨處理時間延長而呈先升高后降低的趨勢,但達到峰值時間不同。

圖3 光周期處理對金銀花葉片POD活性的影響

3 結(jié)論與討論

3.1 光周期對金銀花葉片光合特性的影響

葉片是植物吸收光能進行光合作用的場所,光周期的變化直接影響其光合色素合成及光合速率的高低,從而影響植物生長發(fā)育[12]。張歡等[13]研究表明油葵芽苗菜葉綠素和類胡蘿卜素含量隨著光周期從0到16 h/d的延長顯著提高。本研究結(jié)果與之相符,即短日照條件下金銀花葉片中Chla,Chlb,Chl(a+b)和Car含量均呈降低趨勢。推測可能是由于參與葉綠素和類胡蘿卜素等光合色素合成的多個酶均屬于光響應酶[14],短日照處理組金銀花葉片接受光照時間較短,抑制了此類光響應酶的催化活性,進而影響光合色素在葉片中的合成。

光合色素含量直接影響植物光合作用的強弱。李冬梅[15]研究表明,短日照處理可引起桃葉片Pn,Gs降低,Ci升高,認為短日照處理可能導致植株體內(nèi)積累過多的活性氧,進而破壞光合器官結(jié)構(gòu)和功能,引起葉片衰老,促使葉片維持較低Gs、較高Ci狀態(tài)。本研究則發(fā)現(xiàn)金銀花葉片Pn,Gs,Ci及Tr隨著光照時間減少而降低,Ls呈升高趨勢。分析原因可能是,(1)氣孔導度下降引起CO2供應量減少,最終導致葉片光合速率降低,光合產(chǎn)物合成受阻;(2)短日照處理影響了葉片光合色素合成,進而引起光合速率降低。

3.2 光周期對金銀花葉片抗氧化酶活性的影響

抗氧化酶又稱為保護酶,主要包括SOD,CAT,POD,是植物適應逆境的重要生理指標,其活性的高低是衡量植物適應逆境能力的強弱。周天華[16]研究光照時間對桃樹葉片抗氧化系統(tǒng)的影響,發(fā)現(xiàn)長日照不同程度降低了SOD,CAT和POD活性,而短日照則激發(fā)了3者的活性,認為短日照處理可導致葉片細胞膜脂過氧化損傷。本研究發(fā)現(xiàn),處理初期短日照不同程度地提高了SOD,CAT和POD活性,推測可能是由于短日照對于金銀花生長具有脅迫作用,抗氧化酶活性的提高可有效清除植物體內(nèi)的超氧自由基,增強金銀花抗脅迫能力。而隨著光照時間延長,植株進行光合作用時間隨之延長,可促進植物產(chǎn)生較多的光合同化物,延緩葉片衰老,使得活性氧的積累和清除趨于動態(tài)平衡狀態(tài)。

處理后期(28—35 d)，短日照處理金銀花葉片中，3種酶活性與對照處理相比增加不顯著,特別是光照處理10 h,3種抗氧化酶活性維持較低水平。推測可能是由于隨著處理后期南京地區(qū)日光照強度增加,減少日照時間可有效減輕強光對葉片的損傷,減少超氧自由基的產(chǎn)生,從而降低3種酶的活性;而長日照處理則因日光照量增加而引發(fā)高溫、強光脅迫,使得葉片細胞產(chǎn)生過量超氧自由基,導致葉片抗氧化酶活性受到抑制。