吳文華，韋陽(yáng)蓮 ，蔡楚雄 ，郭 韻 ，曹洪麟

（1.中國(guó)科學(xué)院華南植物園退化生態(tài)系統(tǒng)植被恢復(fù)與管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省應(yīng)用植物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州510650；2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，北京 100049；3. 東莞植物園，廣東 東莞 523079）

【研究意義】土沉香〔Aquilaria sinensis（Lour.）Spreng.〕，別名莞香、白木香、牙香樹、女兒香、棧香、青桂香、崖香、六麻樹［1］，為瑞香科（Thymelaeaceae）沉香屬（AquilariaSpp.）植物，是分布于熱帶亞熱帶的一種常綠喬木［2］。土沉香在受到物理、化學(xué)傷害或真菌侵染后產(chǎn)生具有揮發(fā)性含樹脂的心材，能抑制真菌侵染并加速傷口愈合，這種含樹脂的心材即為沉香［3-4］，具有通便、鎮(zhèn)靜、止血與消炎等功效［5-7］。沉香是我國(guó)傳統(tǒng)中藥材，列為十大廣藥之一，其味辛、苦，性微溫，具行氣止痛、溫中止嘔、納氣平喘之功效，主治胸腹脹悶疼痛、胃寒嘔吐呃逆、腎虛氣逆喘急等癥，此外，品聞焚燒的沉香還具有安神、鎮(zhèn)定和促進(jìn)睡眠的作用。因此，我國(guó)對(duì)沉香的需求量日益增大，近年來(lái)隨著沉香價(jià)格的不斷攀升，已出現(xiàn)不少不法商人盜挖野生土沉香的事件，從而加劇了對(duì)我國(guó)土沉香資源的破壞。為了促進(jìn)對(duì)野生土沉香資源的保護(hù)，本著宜疏不宜堵的原則，應(yīng)該大力加強(qiáng)土沉香資源的栽培及利用研究［8］。土沉香在我國(guó)自然分布于廣東、廣西、福建、海南、云南及香港、澳門特別行政區(qū)［9-10］，在臺(tái)灣、福建、四川金沙江干熱河谷等地區(qū)有部分人工栽培［11］。1996年在《中華人民共和國(guó)野生植物保護(hù)條例》中被列為國(guó)家Ⅱ級(jí)保護(hù)野生植物［12］。

【前人研究進(jìn)展】在自然條件下結(jié)香是一個(gè)復(fù)雜而漫長(zhǎng)的過(guò)程，根據(jù)相關(guān)學(xué)者的研究表明，物理化學(xué)傷害或真菌侵染能夠誘導(dǎo)土沉香產(chǎn)生具有抑菌活性的防御性物質(zhì)沉香倍半萜和2-（2-苯乙基）色酮類化合物（沉香的主要化學(xué)成分）［13-16］，這些物質(zhì)與細(xì)胞其他組分復(fù)合形成的導(dǎo)管填充物堵塞了次生木質(zhì)部的導(dǎo)管，從而結(jié)香［17-18］。然而由于其低速低效的結(jié)香過(guò)程，這種自然的結(jié)香方法顯然不能滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，如何更快更好地促使土沉香結(jié)香已成為當(dāng)前土沉香相關(guān)研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題，人工結(jié)香技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。人工結(jié)香技術(shù)主要包括物理傷害結(jié)香法（砍傷法、鑿洞法、半斷干法［19］、斷枝法、打釘法［20］）、接菌結(jié)香法、化學(xué)傷害結(jié)香法。

光合作用是植物體內(nèi)一個(gè)重要的生理過(guò)程，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要。根據(jù)前人研究，植物體受損不僅減少了光合作用的葉面積，使積累的光合產(chǎn)物下降，并誘導(dǎo)產(chǎn)生一系列防御性物質(zhì)［21-23］。傳統(tǒng)的光合速率是通過(guò)測(cè)量植物在進(jìn)行光合作用時(shí)所消耗的CO2或積累的干物質(zhì)，而葉綠素?zé)晒夥治黾夹g(shù)則是通過(guò)測(cè)量葉綠素?zé)晒饬繙?zhǔn)確獲得光合作用量及相關(guān)的植物生長(zhǎng)潛能數(shù)據(jù)［24］。目前，國(guó)際上對(duì)植物體內(nèi)葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)的研究已形成熱點(diǎn)，并在強(qiáng)光、高溫、低溫、干旱等逆境生理研究中得到廣泛應(yīng)用［25-27］。葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)技術(shù)在測(cè)定植物葉片光合作用過(guò)程中對(duì)光能的吸收、傳遞、耗散、分配等具有獨(dú)特作用［28］，幾乎所有光合作用過(guò)程的變化均可通過(guò)葉綠素?zé)晒夥从吵鰜?lái)［29］。

【本研究切入點(diǎn)】在土沉香的實(shí)際生產(chǎn)中，在不過(guò)度影響土沉香生長(zhǎng)的前提下，如何通過(guò)人為干擾，促使其產(chǎn)生防御性物質(zhì)（結(jié)香），成為土沉香結(jié)香管理的關(guān)鍵。在以前研究中，主要關(guān)注缺素、水分脅迫、生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑以及不同光強(qiáng)對(duì)于土沉香光合等生理特征的影響［30-34］，關(guān)于土沉香在結(jié)香過(guò)程中進(jìn)行樹體損傷處理的相關(guān)研究較少。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究采用改進(jìn)后的物理傷害方法引發(fā)土沉香樹結(jié)香，在此基礎(chǔ)上對(duì)土沉香的光合等生理特征進(jìn)行研究，并利用葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)比較不同損傷處理下土沉香葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化。研究經(jīng)過(guò)損傷處理土沉香的生長(zhǎng)情況，可為土沉香人工結(jié)香選擇最合適的處理方式提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在東莞植物園和東莞東華園林沉香基地進(jìn)行，試驗(yàn)對(duì)象為土沉香，均為15年樹齡，隨機(jī)選擇土沉香樹體進(jìn)行試驗(yàn)處理。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2018年1月12、13日對(duì)土沉香進(jìn)行開香門及損傷處理，設(shè)4種土沉香損傷處理：A，側(cè)根和枝條不進(jìn)行破壞處理；B，側(cè)根、枝條破壞1/3；C，側(cè)根、枝條破壞2/3；D，截干，將主干上的枝條全部截?cái)啵皇Ｖ鞲?。以上損傷處理前，供試土沉香樹體均進(jìn)行了開香門處理，即在主干離地面50、75、100、125 cm處砍出一個(gè)楔形缺口，深度為樹干粗的1/3～1/2。每個(gè)處理隨機(jī)選3棵土沉香樹體，以不做任何處理（不開香門，不截枝斷根）作對(duì)照。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

2018年7月28、29日，對(duì)土沉香進(jìn)行葉片光合參數(shù)以及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定。

1.3.1 葉片光合參數(shù)測(cè)定 采用開放式氣體交換Li-6400型便攜式光合儀（LI-COR Inc,USA），透明葉室，測(cè)定光合參數(shù)。每天從9：00—16：00，每隔1 h測(cè)定1次各處理下標(biāo)記葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（E）。

1.3.2 葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定 利用PAM-2500（Walz Inc, GER）測(cè)定不同處理土沉香葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù)。在7：00—8：00之間選取植株中下部生長(zhǎng)良好的成熟葉，所選葉片的空間取向和角度盡量一致，每株測(cè)3片葉。測(cè)定前先用暗適應(yīng)夾對(duì)測(cè)試葉片進(jìn)行10～15 min的暗適應(yīng)，用鉛筆在葉片上做好標(biāo)記，以保證測(cè)定時(shí)每次都能夾在相同位置，同時(shí)確保測(cè)定時(shí)葉片的自然生長(zhǎng)角度不變。葉片測(cè)量位置為靠近葉基部位，測(cè)量初始熒光量（F0）、最大熒光產(chǎn)量（Fm），再計(jì)算可變熒光產(chǎn)量（Fv=Fm-F0）以及PSⅡ最大光化學(xué)量子效率（Fv/Fm）、PSⅡ潛在活性（Fv/F0）。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Office2016軟件進(jìn)行處理及繪圖，用R 3.4.2軟件進(jìn)行新復(fù)極差檢驗(yàn)（Duncan法）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同損傷處理對(duì)土沉香凈光合速率日變化的影響

由圖1可知，總體上4種損傷處理下土沉香的光合日變化均為“雙峰型”曲線，且凈光合速率（Pn）峰值大致均出現(xiàn)在10: 00左右，4種處理的凈光合速率（Pn）均高于對(duì)照，并在11: 00和13: 00時(shí)有一定幅度的下降，產(chǎn)生“午休”現(xiàn)象。

圖1 不同損傷處理對(duì)土沉香凈光合速率日變化的影響Fig. 1 Effects of different damage treatments on daily variation of photosynthesis rate of Aquilaria sinensis

2.2 不同損傷處理對(duì)土沉香葉片光合參數(shù)的影響

從表1可以看出，D處理下的凈光合速率（Pn）與對(duì)照相比具有顯著差異，而A、B、C處理與對(duì)照相比均無(wú)顯著差異。其中，A處理的葉片光合參數(shù)與對(duì)照無(wú)顯著差異，C處理的胞間CO2濃度（Ci）顯著高于對(duì)照，B處理的蒸騰速率（E）顯著高于對(duì)照，D處理顯著提高了葉片的Pn、Gs、Ci、E。

表1 不同損傷處理對(duì)土沉香葉片光合參數(shù)的影響Table 1 Effects of different damage treatments on photosynthetic characteristics of Aquilaria sinensis

2.3 不同損傷處理對(duì)土沉香PSⅡ潛在活性（Fv/F0）的影響

由圖2可知，與對(duì)照相比，A、B、C處理下土沉香葉片的PSⅡ潛在活性均無(wú)顯著差異，A、B、C處理之間也無(wú)顯著差異，而D處理的PSⅡ潛在活性顯著高于對(duì)照。

圖2 不同損傷處理對(duì)土沉香Fv/F0Fig. 2 Effects of different damage treatments on Fv/ F0 in leaves of Aquilaria sinensis

2.4 不同損傷處理對(duì)土沉香PSⅡ最大光化學(xué)效率（Fv/ Fm）的影響

最大光化學(xué)效率（Fv/ Fm）代表PSⅡ的原初光能轉(zhuǎn)化效率，是表明光化學(xué)反應(yīng)狀況的一個(gè)重要參數(shù)，可以很好地反映植物體光損傷的程度［35］。由圖3可知，與對(duì)照相比，A、B、C處理下的土沉香葉片PSⅡ最大光化學(xué)效率變化均無(wú)顯著差異，而D處理下土沉香葉片PSⅡ最大光化學(xué)效率顯著高于對(duì)照。

圖3 不同損傷處理對(duì)土沉香Fv/ Fm的影響Fig. 3 Effects of different damage treatments on Fv/ Fm in leaves of Aquilaria sinensis

3 討論

本試驗(yàn)4種損傷處理下土沉香葉片的光合日變化均為雙峰型，且在11: 00和13: 00均發(fā)生“午休”現(xiàn)象。魯瑩瑩等［36］在對(duì)土沉香光合日變化特性研究時(shí)也發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，其主要原因是由于環(huán)境中的溫度及光強(qiáng)超過(guò)葉片光合作用的飽和點(diǎn)，產(chǎn)生了脅迫作用。高溫和強(qiáng)光通過(guò)影響光合酶活性及蒸騰作用，使葉肉細(xì)胞失水，導(dǎo)致氣孔完全關(guān)閉或部分關(guān)閉，從而產(chǎn)生了“午休”現(xiàn)象。

凈光合速率（Pn）是衡量植物光合能力的重要指標(biāo)，4種損傷處理下土沉香葉片的Pn在9: 00—10: 00之間迅速升高，在10: 00均達(dá)到一天中的峰值，這可能是由于日出后外界溫度迅速上升，同時(shí)光照及濕度等因素均向著適宜葉片光合作用的狀態(tài)靠近，從而導(dǎo)致光合速率相應(yīng)增大，從而在10: 00左右時(shí)凈光合速率（Pn）達(dá)到一天中的最大值；此后中午13: 00左右光輻射達(dá)到最強(qiáng)，溫度升高，植物的蒸騰作用增強(qiáng)，從而導(dǎo)致植物葉片水汽壓虧缺值（Vpdl）減小，氣孔關(guān)閉，氣孔導(dǎo)度（Gs）急速下降，植物則通過(guò)此過(guò)程減少蒸騰來(lái)維持體內(nèi)水分平衡和光合作用的有效進(jìn)行［37］，因而Pn會(huì)逐漸下降。本試驗(yàn)4種處理中，僅D處理下土沉香葉片的凈光合速率高于對(duì)照，原因可能是嚴(yán)重受損的植物有著更高的光合效率和光合能力，植物體在受到嚴(yán)重的外界損傷后，需要積累更多的有機(jī)物儲(chǔ)存能量為植物體提供生存［38］；A、B、C處理的凈光合速率（Pn）與對(duì)照相比無(wú)顯著差異，說(shuō)明適度的損傷對(duì)土沉香的光合作用沒(méi)有明顯的影響，對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育的負(fù)面影響也不嚴(yán)重。

本試驗(yàn)中，B、C、D處理下土沉香葉片的光合參數(shù)與對(duì)照相比均有顯著差異，這3種處理下葉片的氣孔導(dǎo)度（Gs）與對(duì)照相比均有顯著提高，而A處理下土沉香葉片的光合參數(shù)與對(duì)照相比無(wú)顯著差異，這可能是由于樹體損傷后葉肉細(xì)胞的光合能力增強(qiáng)所致。D處理下，葉片光合能力的增加與氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率的增加可能一致，因?yàn)镃O2的供應(yīng)速度與同化速度基本保持一致，從而反映胞間CO2濃度（Ci）的變化與對(duì)照相比具有顯著差異，土沉香的光合特性和熒光參數(shù)顯著高于對(duì)照，增強(qiáng)了土沉香的光合作用。

葉綠素?zé)晒馀c光合作用效率密切相關(guān)，能很好地探測(cè)植物的光抑制程度［35］。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，任何環(huán)境因素對(duì)光合作用的影響都能通過(guò)葉綠素?zé)晒鈦?lái)反映，F(xiàn)v / Fm越大，表明PSⅡ的原初光能轉(zhuǎn)換效率越高［39］。本試驗(yàn)中，D處理下Fv / Fm比對(duì)照增大，表明D處理下土沉香葉片有著最高的PSⅡ的原初光能轉(zhuǎn)換效率；PSⅡ潛在活性的結(jié)果與PSⅡ的原初光能轉(zhuǎn)換效率的結(jié)果相似，僅D處理比對(duì)照有增高的現(xiàn)象，其他處理與對(duì)照相比無(wú)顯著差異。原因可能是由于D處理下植株受到的傷害更大，給植物體造成更大的生存抗脅迫的壓力，需要積累更多的有機(jī)物儲(chǔ)存能量為植物體提供生存保障，嚴(yán)重的損傷使得植物葉肉細(xì)胞的光合能力增強(qiáng)，為植物體的基本生存提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)4種損傷處理下土沉香的光合特性和熒光參數(shù)均受到不同程度的影響，以D處理下效果顯著，土沉香葉片的光合能力顯著增強(qiáng)。A、B、C處理不會(huì)給土沉香植物體造成較大的生存抗脅迫的壓力，對(duì)土沉香的生長(zhǎng)也不會(huì)造成很大的負(fù)面影響，這說(shuō)明對(duì)土沉香進(jìn)行適當(dāng)?shù)膫μ幚恚粫?huì)對(duì)植株生長(zhǎng)產(chǎn)生較大影響。而至于光合能力強(qiáng)弱及光合產(chǎn)物積累量與結(jié)香狀況之間存在何種聯(lián)系還有待進(jìn)一步探討。