李艷艷， 王俊青， 許英豪， 王東旭

(1.平頂山學(xué)院，河南平頂山 467000； 2.仲景宛西制藥股份有限公司，河南南陽 474550

油用牡丹屬毛茛科(Ranunculaceae)芍藥屬(Paeonia)植物，為我國的原生灌木樹種，除觀賞價(jià)值外，還具有重要的藥用與油用價(jià)值。以干燥根皮入藥，藥材名為丹皮，始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，用于治療溫毒發(fā)斑、夜熱早涼、跌撲傷痛、癰腫瘡毒、經(jīng)閉痛經(jīng)等癥。籽仁經(jīng)加工制成的牡丹籽油營養(yǎng)豐富，富含α-亞麻酸，被列為優(yōu)質(zhì)食用油，品質(zhì)堪比橄欖油[1-3]，國家衛(wèi)生部于2011年3月發(fā)布公告，批準(zhǔn)牡丹籽油作為新資源食品，使得開發(fā)牡丹籽油正式上升為國家戰(zhàn)略。牡丹花蕊可制作成牡丹花茶，長(zhǎng)期飲用，能降血脂、清火明目、活血化瘀、潤腸靜心[4]。牡丹花配制的潤膚油中含有胡蘿卜素、尼克酸等成分，有抑制胞質(zhì)過氧化，加快皮膚中毛細(xì)胞的微循環(huán)，改善皮膚細(xì)胞循環(huán)和延緩衰老的功能[5]。

近年來，油用牡丹栽培種植面積不斷擴(kuò)大，油用牡丹產(chǎn)業(yè)在地方經(jīng)濟(jì)中的作用日益顯現(xiàn)。種源選擇能有效地利用種源的優(yōu)良性狀[6-7]，引選抗性強(qiáng)、品質(zhì)優(yōu)良的人工栽培油用牡丹種源極為重要。由于種源篩選易受環(huán)境因素的影響，光合作用中的光照強(qiáng)度，空氣中CO2濃度、溫度、濕度等環(huán)境因子與植物適應(yīng)生態(tài)環(huán)境存在密切聯(lián)系，而光合特性是揭示植物對(duì)生存環(huán)境生態(tài)適應(yīng)性的有效途徑[8-10]。植物光合作用是植物生產(chǎn)過程中物質(zhì)積累與生理代謝的基本過程，強(qiáng)弱與植物生產(chǎn)力有密切關(guān)系[11-12]，光合作用的研究在理論上和實(shí)踐上都有很大意義。油用牡丹開花后果實(shí)和種籽發(fā)育的同時(shí)，新的花芽也隨之開始分化。牡丹花芽分化從6月初至9月中旬[13]，光合作用對(duì)花芽及果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育有著至關(guān)重要的作用[14-15]，果實(shí)發(fā)育期的油用牡丹葉片生理代謝旺盛，通過光合作用持續(xù)向果實(shí)輸送營養(yǎng)物質(zhì)，因此維持油用牡丹果實(shí)發(fā)育期的葉片較高的凈光合速率是獲得牡丹籽油高產(chǎn)的關(guān)鍵基礎(chǔ)。目前，有關(guān)油用牡丹光合特性研究大多集中在原產(chǎn)區(qū)、激素脅迫、遮陰處理、鹽脅迫、高效栽培等方面[16-20]，但有關(guān)油用牡丹不同種源果實(shí)發(fā)育期光合特性的比較研究鮮有報(bào)道。本研究測(cè)定了油用牡丹4個(gè)不同種源在果實(shí)發(fā)育期的光合作用參數(shù)，研究油用牡丹不同種源的光合特性，以期為油用牡丹優(yōu)良種源的選擇及栽培推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)地位于河南省平頂山市，位于113°04′～113°26′E、33°40′～33°39′N，大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫 12.8～15.5 ℃之間。年平均降水量為600～800 mm，年平均日照2 061 h。

試驗(yàn)材料為3年生油用牡丹苗，油用牡丹品種楊山(PaeoniaostiiT. Hong et T. Hong et L. X. Zhong)種源分別來自湖北襄陽?？悼h(簡(jiǎn)稱?？捣N源)、河南南陽(簡(jiǎn)稱南陽種源)、安徽亳州(簡(jiǎn)稱亳州種源)，油用牡丹品種楊山與紅斑(PaeoniaridleyiZ. L. et T. Hing)雜交種源來自湖北襄陽(簡(jiǎn)稱雜交種源)。

1.2 方法

于2016年6月下旬晴朗無風(fēng)無云天氣進(jìn)行，利用 CIRAS-3便攜式光合測(cè)定儀對(duì)光合生理指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)種源隨機(jī)選取3株生長(zhǎng)健壯的植株頂端向下第2至第3片完全展開的葉片，避開葉脈上部的正常葉片[21]，每個(gè)種源油用牡丹的光合指標(biāo)重復(fù)測(cè)定3次，每次至少讀取3個(gè)穩(wěn)定讀數(shù)，最后取平均值。

1.2.1 光合作用日變化的測(cè)定 選擇晴天的08：00—18：00，參數(shù)設(shè)置為光合有效輻射為1 000 μmol/(m2·s)、CO2濃度為400 μmol/mol、葉室溫度為25 ℃，空氣相對(duì)濕度為70%，每隔2 h測(cè)定1次，測(cè)定指標(biāo)為凈光合速率(Pn)、光照有效輻射(PAR)、胞間CO2濃度(Ci)、空氣CO2濃度(Ca)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、空氣相對(duì)濕度(RH)、蒸騰速率(Tr)、大氣溫度(Ta)、水分利用率(WUE)等。并根據(jù)測(cè)定指標(biāo)計(jì)算氣孔限制值：氣孔限制值(LS)=1-Ci/Ca。

1.2.2 光響應(yīng)曲線的測(cè)定 測(cè)定前進(jìn)行誘導(dǎo)試驗(yàn)，誘導(dǎo)照度約為2 000 μmol/(m2·s)，誘導(dǎo)時(shí)間30 min。測(cè)定時(shí)使用開放氣路，參數(shù)設(shè)置為空氣流速0.5 L/min，葉片溫度25 ℃，葉室中相對(duì)濕度75%，CO2濃度400 μmol/mol，模擬光照度梯度由強(qiáng)到弱依次為2 000、1 800、1 600、1 400、1 200、1 000、800、600、400、200、100、50、20、0 μmol/(m2·s)，測(cè)定時(shí)等凈光合速率數(shù)值趨于平穩(wěn)時(shí)記錄，每一梯度下最大等待時(shí)間為3 min。采用非直角雙曲線對(duì)光合響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合[22]，結(jié)合0～200 μmol/(m2·s)光合有效輻射通量密度的直線回歸方程，計(jì)算出各類種源類型的光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)、光飽和點(diǎn)(LSP)、表觀量子效率(AQY)[23]，其模型理論公式為：

式中：A為凈光合速率，?為表光量子速率，Amax為最大凈光合速率，Q為光合有效輻射，k為光響應(yīng)曲線曲角，Rday為暗呼吸速率。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和制作圖表，并利用SPSS 22.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 油用牡丹不同種源光合生理指標(biāo)的日變化

2.1.1 凈光合速率(Pn)日變化 隨著光合有效輻射的變化，空氣溫度也隨之發(fā)生變化，從而導(dǎo)致光合作用發(fā)生變化。由圖1可知，油用牡丹不同種源的凈光合速率變化趨勢(shì)不一致，其中南陽、雜交、亳州種源凈光合速率日變化呈現(xiàn)典型的雙峰型變化趨勢(shì)，第一峰值均出現(xiàn)在10：00，其峰值分別為12.5、13.3、12.0 μmol/(m2·s)，隨后呈下降趨勢(shì)，在14：00出現(xiàn)谷值，均表現(xiàn)出明顯的“午休”現(xiàn)象；隨后繼續(xù)增強(qiáng)，第二峰值均出現(xiàn)在16：00，其峰值分別為8.5、8.4、8.1 μmol/(m2·s)。而?？捣N源凈光合速率日變化呈現(xiàn)單峰型變化趨勢(shì)，即從08：00左右開始升高，在10：00達(dá)到峰值，為 8.3 μmol/(m2·s)，在12：00—18：00期間，凈光合速率的值一直在減小，呈現(xiàn)低—高—低的變化趨勢(shì)。

2.1.2 蒸騰速率(Tr)和水分利用效率(WUE)日變化 葉片的蒸騰作用是植物保持葉片溫度的重要方式，其與氣孔的開合有密切直接相關(guān)。從圖1中可以看出，油用牡丹4個(gè)種源蒸騰速率的日變化趨勢(shì)基本相同，均呈單峰型，呈現(xiàn)出低—高—低的趨勢(shì)，峰值均出現(xiàn)在12：00左右，南陽、雜交、亳州、?？捣N源蒸騰速率分別為5.8、6.4、6.3、4.8 mmol/(m2·s)，最低值均出現(xiàn)在18：00。中午由于大氣溫度最高，使得各種源的蒸騰速率整體較其他時(shí)段高，說明蒸騰速率與外界溫度有關(guān)。水分利用率的大小往往與植物適應(yīng)能力的強(qiáng)弱相關(guān)，油用牡丹不同種源的水分利用效率日變化規(guī)律總體呈現(xiàn)先下降后上升再下降的變化趨勢(shì)，南陽、雜交和亳州種源在16：00達(dá)到峰值后又下降，峰值分別為2.15、1.6、1.85 μmol/mol。

2.1.3 氣孔導(dǎo)度(Gs)與氣孔限制值(Ls)日變化 氣孔導(dǎo)度和氣孔限制值是直接影響植物光合作用最重要的生理指標(biāo)之一，同時(shí)也與植物的蒸騰作用強(qiáng)弱、胞間CO2濃度有密切聯(lián)系，受到環(huán)境因子如光照度、溫度等的調(diào)節(jié)作用。由圖1可知，油用牡丹不同種源的氣孔導(dǎo)度日變化差別較大，南陽、雜交種源氣孔導(dǎo)度日變化均呈現(xiàn)雙峰型，在10：00出現(xiàn)第1次峰值，分別是456.8、485.5 mmol/(m2·s)；在16：00出現(xiàn)第2次峰值，分別為134.0、192.5 mmol/(m2·s)。?？捣N源氣孔導(dǎo)度日變化也呈現(xiàn)雙峰型的變化趨勢(shì)，只是第2次峰值在14：00出現(xiàn)，為155.5 mmol/(m2·s)。而亳州種源氣孔導(dǎo)度日變化呈單峰型，從08：00開始變大，在10：00達(dá)到峰值，為 407.0 mmol/(m2·s)，隨后一直呈下降趨勢(shì)。雜交種源的氣孔導(dǎo)度明顯高于其他3個(gè)種源。油用牡丹4個(gè)種源，不同種源的氣孔限制值峰值出現(xiàn)時(shí)間存在著差異(圖1)。南陽、雜交、亳州種源氣孔限制值的峰值出現(xiàn)在16：00，分別為0.29、0.22、0.23；?？捣N源氣孔限制值在10：00達(dá)到的最大值，為0.24。不同種源氣孔限制值的最小值均出現(xiàn)在18：00，雜交種源的氣孔限制值最低。

2.1.4 細(xì)胞間CO2濃度(Ci)日變化 CO2是植物進(jìn)行光合作用的主要原料之一，細(xì)胞間CO2濃度反映了光合作用過程中的氣體交換能力，過低會(huì)影響光合作用的正常進(jìn)行。油用牡丹4個(gè)種源的細(xì)胞間CO2濃度日變化趨勢(shì)與水分利用率日變化趨勢(shì)相反，但不同種源間也存在一定的差異(圖1)。南陽、雜交、亳州種源細(xì)胞間CO2濃度最小值出現(xiàn)在16：00，分別為277.5、308.5、302.5 μmol/mol。?？捣N源細(xì)胞間CO2濃度日變化在12：00左右處于最低值，為291.5 μmol/mol。

2.2 光響應(yīng)曲線

光響應(yīng)曲線反映了植物光合速率隨光照強(qiáng)度變化而變化的規(guī)律。由圖2可以看出，油用牡丹4個(gè)種源的光合-光響應(yīng)曲線有著相似的變化趨勢(shì)，隨著光合有效輻射的增強(qiáng)，凈光合速率都有不同程度的增加，并逐漸趨于一定的值。在光合有效輻射小于400 μmol/(m2·s)時(shí)，油用牡丹植株葉片的凈光合速率隨著光照度的增加在快速增加，在光合有效輻射大于400 μmol/(m2·s)時(shí)，隨著光照度增加，4個(gè)種源油用牡丹的凈光合速率的變化速率增加變緩至趨于穩(wěn)定。

凈光合速率是反映光合能力的重要指標(biāo)，凈光合速率趨于穩(wěn)定不再增大時(shí)，能夠反映葉片的最大光合能力。4個(gè)種源光合能力強(qiáng)弱為南陽種源>?？捣N源>雜交種源>亳州種源，在低光照的情況下油用牡丹不同種源的凈光合速率基本一致，但是光合有效輻射一旦超過200 μmol/(m2·s)后，南陽種源的凈光合速率逐漸高于其他種源類型，且呈現(xiàn)隨著光合有效輻射的增強(qiáng)，凈光合速率差值逐漸加大，南陽種源呈現(xiàn)較強(qiáng)高光效利用率的能力。

光飽和點(diǎn)(LSP)和光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)反映植物對(duì)光照條件的要求。由表1可以看出，4個(gè)種源類型油用牡丹的LCP順序?yàn)殡s交種源>南陽種源>亳州種源>?？捣N源，?？捣N源的LSP和LCP相對(duì)均最低，說明其相對(duì)比較耐陰，光合能力相對(duì)較弱。南陽種源的LCP低于雜交種源，但是LSP最高，表明南陽種源對(duì)光照適應(yīng)能力較強(qiáng)。雜交種源的LSP介于南陽種源和亳州種源之間，而LCP則明顯大于其他3個(gè)種源，說明雜交種源對(duì)弱光的要求相對(duì)較高。

2.3 凈光合速率與生理環(huán)境因子的相關(guān)分析

對(duì)油用牡丹不同種源的Pn與生理環(huán)境因子進(jìn)行了相關(guān)性分析(表2)。南陽種源的Pn與WUE、Tr和Ca均呈極顯著正相關(guān)，與Gs、Ci、RH均呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，而與Ta相關(guān)性不顯著。?？捣N源的Pn與WUE、Tr均呈極顯著正相關(guān)，與Ci呈極顯著負(fù)相關(guān)，而與Gs、Ta、RH、Ca相關(guān)性均不顯著。雜交種源的Pn與WUE、Tr均呈極顯著正相關(guān)，與Ci呈極顯著負(fù)相關(guān)，而與Gs、Ca、Ta、RH相關(guān)性不顯著。亳州種源的Pn與Gs、WUE、Tr和Ca均呈顯著或極顯著正相關(guān)，與Ci呈極顯著負(fù)相關(guān)，而與Ta、RH的相關(guān)性不顯著。

綜上所述，油用牡丹不同種源Pn的影響因子比較一致，與Tr和WUE均達(dá)到極顯著正相關(guān)，與Ci均達(dá)到極顯著負(fù)相關(guān)，其中WUE、Tr和Ci是最穩(wěn)定的影響因子。

表2 油用牡丹不同種源Pn與生理環(huán)境因子的相關(guān)分析

注：“*”表示存在顯著差異(P<0.05)，“**”表示存在極顯著差異(P<0.01)。

3 討論

植物光合作用對(duì)環(huán)境因素的適應(yīng)性反映了遺傳特性和適應(yīng)能力，光合效率與自身因素如葉綠素含量、葉片成熟度密切相關(guān)，同時(shí)又受光照度、大氣溫度、大氣CO2濃度、大氣相對(duì)濕度等外界環(huán)境因素的影響。本研究結(jié)果表明，在相同的栽培環(huán)境中油用牡丹4個(gè)不同種源的光合特性不盡相同。油用牡丹南陽、雜交和亳州種源的凈光合速率日變化趨勢(shì)呈“雙峰型”，都出現(xiàn)了“光合午休”現(xiàn)象，而保康種源呈單峰型，無“光合午休”現(xiàn)象。研究表明“光合午休”有利于植物在逆境條件下生存，是植物對(duì)強(qiáng)光照、干旱等某些特定環(huán)境的一種調(diào)節(jié)適應(yīng)方式[24]。本研究中不同種源凈光合速率和氣孔導(dǎo)度、水分利用率的日變化趨勢(shì)相似，而與氣孔限制值的日變化趨勢(shì)相反。夏季中午時(shí)段隨著光合有效輻射增強(qiáng)，大氣溫度達(dá)到最高，蒸騰速率不再增加，水分利用率減小，引起葉片氣孔關(guān)閉，氣孔限制值增大，可以避免植物葉片水分散失和光合器官的破壞；隨著氣溫的降低和輻射的減弱，蒸騰能力降低，氣孔限制值也減小。

采用相關(guān)分析探討生理環(huán)境因子對(duì)凈光合速率的影響，其中水分利用效率、蒸騰速率和細(xì)胞間CO2濃度為最穩(wěn)定的影響因子。油用牡丹不同種源的凈光合速率與水分利用效率、蒸騰速率呈極顯著的正相關(guān)性，表明在油用牡丹生長(zhǎng)環(huán)境中含水量對(duì)油用牡丹的生長(zhǎng)有至關(guān)重要的作用。微環(huán)境的干旱會(huì)導(dǎo)致植物蒸騰速率需求的上升[19]，尤其是水分條件可以直接導(dǎo)致氣孔的關(guān)閉，光合作用受到抑制[20]，增加牡丹生長(zhǎng)環(huán)境的空氣濕度來提高凈光合速率，從而可以增加光合作用產(chǎn)物。其凈光合速率與胞間CO2濃度呈極顯著負(fù)相關(guān)，這一結(jié)果與2年生淫羊藿(Epimediumbrevicornu)的凈光合速率與胞間CO2濃度呈正相關(guān)[25]不同，高建國等認(rèn)為大氣CO2進(jìn)入葉片細(xì)胞會(huì)存在一定阻力，當(dāng)凈光合速率增大時(shí)，CO2供應(yīng)量也增加，但由于進(jìn)入阻力的影響，所以胞間CO2得不到快速補(bǔ)給進(jìn)而濃度不高，反之，胞間CO2出現(xiàn)盈余濃度就高了，這一原因還有待研究[26]。

植物對(duì)光吸收能力的強(qiáng)弱在一定程度上跟物種的基因和遺傳特性有關(guān)，因而油用牡丹不同種源的光飽和點(diǎn)、光補(bǔ)償點(diǎn)存在著差異。植物葉片的光飽和點(diǎn)和光補(bǔ)償點(diǎn)能夠反映植物對(duì)光照的要求和對(duì)光照的適應(yīng)范圍，其大小?？梢院饬恐参飳?duì)光的利用能力，以及判定植物是否耐蔭的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)[27]。在光響應(yīng)試驗(yàn)中，不同種源油用牡丹的光飽和點(diǎn)為533.33～646.61 μmol/(m2·s)，光補(bǔ)償點(diǎn)為49.76～21.07 μmol/(m2·s)。保康種源的光飽和點(diǎn)和光補(bǔ)償點(diǎn)相對(duì)均最低，說明其相對(duì)比較耐陰，對(duì)弱光的利用能力較強(qiáng)，在推廣和應(yīng)用中應(yīng)栽植在光照較弱的地區(qū)，可采用林下種植模式。南陽種源的光補(bǔ)償點(diǎn)低而光飽和點(diǎn)最高，而且表觀量子效率是最大的，說明其對(duì)光的適應(yīng)能力較強(qiáng)，屬于喜光型；從光合日變化及光響應(yīng)參數(shù)來看，南陽種源具有相對(duì)較高的凈光合速率和水分利用效率，且隨著光合有效輻射的增強(qiáng)，其光合速率逐漸顯著超過其他種源，表明南陽種源具有高光效利用率，是有較高光能生產(chǎn)潛力的種質(zhì)資源，因此在推廣和應(yīng)用中應(yīng)栽植在光照充足的地區(qū)。光合作用與植物的次生代謝密切相關(guān)[28]，作為油料作物，還應(yīng)考慮牡丹籽油有效成分的含量?？傊?，油用牡丹不同種源存在一定光合特性的差異，體現(xiàn)了其內(nèi)在節(jié)律以及對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)栽培目的合理調(diào)整栽培策略。