鄧明明，劉濟(jì)明，文愛華，熊 雪，李 佳，李麗霞

(貴州大學(xué) 林學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

光能作為植物光合作用能量的主要來源，也是植物生長的關(guān)鍵.植物類型不同，對(duì)光強(qiáng)適應(yīng)需求程度也不相同.不同遮陰下，植株會(huì)通過改變形態(tài)結(jié)構(gòu)、光合色素含量和光合速率大小等來適應(yīng)環(huán)境[1-6].在弱光條件下，植物通過降低光補(bǔ)償點(diǎn)來提高光能利用率，以達(dá)到弱光下的最大光合速率，積累有機(jī)物.同一弱光條件下，耐陰植物的光合效率比不耐陰的高，弱光下植物光合作用也會(huì)受到一定限制.耐陰植物對(duì)光的響應(yīng)與喜光植物有較大差異[7-11]，主要表現(xiàn)在光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)更低，凈光合速率較高[12-13].通常遮陰下的植株葉綠素總含量會(huì)升高，葉綠素a/b含量比值下降，使植株在弱光下的光能利用率得到提高[14]；弱光時(shí)類胡蘿卜素含量升高，捕光能力升高，以避免紫外輻射對(duì)植株的傷害[15-16].

米槁(CinnamomummigaoH. W. Li)是樟科(Lauraceae)樟屬的常綠喬木，別名大果木姜子[17-18]，是我國少數(shù)民族藥材之一，其果可用于治療腹痛、嘔吐、暈車等疾病，也可作為香料、工業(yè)原料等，主要分布于廣西、貴州、云南3省區(qū)交界處[19].近年來，米槁野外種群數(shù)量急劇下降，資源匱乏，藥源緊張.野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)存米槁多為成熟植株，林下幼苗較為稀少，且可見死亡跡象[20].作為群落先鋒樹種，其林下幼苗極有可能是因光照不足限制了生長.作為藥用植物，其需求量較大，產(chǎn)量開始明顯下降，因此米槁培育技術(shù)和生長特征開始受到關(guān)注.現(xiàn)階段關(guān)于米槁的研究主要為不同氮磷、水分條件下其光合作用對(duì)CO2響應(yīng)及相關(guān)生理變化，國外未見米槁相關(guān)研究報(bào)道[21-27].筆者采用人工遮陰手段，研究米槁幼苗對(duì)不同光照的光合響應(yīng)特性，了解光因子對(duì)米槁幼苗生長的影響，擬為探索米槁生長培育條件提供更多科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 供試材料

通過白紗布與黑尼龍網(wǎng)試驗(yàn)設(shè)置3種透光處理，其中:全光照L1：透光率100%；中度遮陰L2：80目單層白色紗布，透光率75% ± 5%；重度遮陰L3：單層黑色尼龍網(wǎng)，透光率40% ± 5%(各透光率通過北師大光電 ST-85型照度計(jì)在天氣晴朗條件下確定).每個(gè)處理20盆，每天在17:00—18:00對(duì)花盆稱量并調(diào)節(jié)水分狀況(W1：土壤相對(duì)含水量80% ± 5%；電子秤感量5 g).試驗(yàn)開始于2015年6月25日，脅迫試驗(yàn)持續(xù)120 d左右，每隔40 d測量1次數(shù)據(jù)，共分前、中、后3個(gè)時(shí)期，期間不施肥并隨時(shí)清除雜草.

1.2 測定方法

在試驗(yàn)的每個(gè)時(shí)期，每個(gè)處理分別選取相同部位3 ～ 5片成熟葉片(選取每個(gè)遮陰處理下3個(gè)重復(fù)處理測定指標(biāo))，立即帶回實(shí)驗(yàn)室利用乙醇提取法進(jìn)行光合色素提取，同時(shí)測定不同透光處理下葉片葉綠素a(Chla)、葉綠素b(Chlb)、總?cè)~綠素(Chl)以及類胡蘿卜素(Car)的含量4項(xiàng)指標(biāo)，測定方法參考文獻(xiàn)[28].

在不同遮陰處理下的各20盆中選3盆長勢相同的植株，每盆重復(fù)下?lián)?片長勢相同的葉片，共9片作為測定重復(fù)葉片(受光方向一致的上部葉片)，于試驗(yàn)后期連續(xù)晴朗無風(fēng)(或微風(fēng))天的9:00—11:30進(jìn)行光響應(yīng)測定.用光合作用測定系統(tǒng)(美國Li-cor公司生產(chǎn)的Li-6400)測定當(dāng)天外界平均光照輻射強(qiáng)度，并作為額定光強(qiáng).其中凈光合速率Pn、氣孔導(dǎo)度Gs、胞間CO2濃度Ci、蒸騰速率Tr等光合指標(biāo)的測定，在額定光強(qiáng)和葉室CO2濃度為(380 ±2) μmol·mol-1條件下進(jìn)行.測定各光合參數(shù)前，通過預(yù)試驗(yàn)得到葉片光飽和點(diǎn)在1 800 μmol·dm-2·s-1左右，為避免高光產(chǎn)生抑制，確定活化光強(qiáng)為1 500 μmol·m-2·s-1，光合誘導(dǎo)時(shí)間為5 min.對(duì)測定系統(tǒng)的02B-LED紅藍(lán)光源進(jìn)行設(shè)定，在65% ± 5%相對(duì)空氣濕度、(20 ± 0.5) ℃葉溫下，測定在光合有效輻射PAR值分別為：2 000， 1 800，1 500，1 200，1 000，800，500，300，200，100，80，50，0 μmol·m-2·s-1下的4個(gè)指標(biāo)Pn、Gs、Ci、Tr，每個(gè)PAR設(shè)置值停留200 ～ 150 s.通過平均值分析，根據(jù)測定數(shù)據(jù)計(jì)算WUE 值.WUE 計(jì)算公式如下：WUE =Pn/Tr[21].

值得注意的是，測定前應(yīng)達(dá)到以下條件：①氣體流速500 μmol·s-1；②葉室中CO2濃度控制在(380 ± 2) μmol·mol-1；③光強(qiáng)1 500 μmol·m-2·s-1下活化10 min.

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

所有數(shù)據(jù)分析通過SPSS 19.0處理，圖表采用Excel 2007軟件進(jìn)行處理.

2 結(jié)果與分析

2.1 遮陰對(duì)米槁幼苗光合色素的影響

米槁葉片光合色素Chla、Chlb、Chl、Car含量隨光照強(qiáng)度變化而變化的情況如圖1所示.

圖中所有光合色素的含量均為鮮質(zhì)量下的測定值.圖1 不同遮陰下米槁葉片光合色素含量的變化

由圖1可知，米槁葉片光合色素Chla、Chlb、Chl、Car含量隨光照強(qiáng)度的降低而增加，且在重度遮陰L3條件下，光合色素含量最高.以試驗(yàn)后期為例，分別為：2.26，1.87，4.13，0.82 mg·g-1(鮮質(zhì)量)，相比全光照條件下增加0.9，2.67，1.43，1.56倍，同L1、L2條件下的光合色素含量差異明顯.在光合作用過程中，遮陰能提高米槁葉片光合色素含量，透光率越低光合色素含量越高，而輕度遮陰與全光照下差距不大.隨著試驗(yàn)繼續(xù)進(jìn)行，Chla含量隨處理時(shí)間延長而增加，但在L2、L3條件下最大值均出現(xiàn)在試驗(yàn)中期，分別為0.91 mg·g-1和2.04 mg·g-1；后期略有下降，L1處理下整體變化不大，但呈持續(xù)上升趨勢.Chlb含量隨著處理時(shí)間的延長，略有下降，最大值均出現(xiàn)在前期，分別為L1：0.57 mg·g-1，L2：0.97 mg·g-1，L3：2.12 mg·g-1.而Chl、Chla/b、Car含量皆隨時(shí)間的延長而增加，3個(gè)遮陰處理下最大值均出現(xiàn)在試驗(yàn)中期，分別為Chl：1.70，2.24，4.41 mg·g-1；Chla/b：2.68，1.53，1.16 mg·g-1；Car：0.35，0.58，0.89 mg·g-1，后期均略有下降.且Chla/b含量比值在試驗(yàn)處理前期最低(1.96 mg·g-1)，中期最高(2.68 mg·g-1)，后期次之(2.42 mg·g-1).說明隨著遮陰時(shí)間的延長，米槁為適應(yīng)環(huán)境變化，其利用弱光的能力有所增強(qiáng)，在透光率過低時(shí)，利用弱光能力明顯降低.

2.2 遮陰對(duì)米槁幼苗光響應(yīng)的影響

不同遮陰下米槁幼苗光響應(yīng)的狀況如圖2～5所示.

圖2 凈光合速率在不同遮陰下的光響應(yīng)

圖3 胞間CO2濃度在不同遮陰下的光響應(yīng)

圖4 氣孔導(dǎo)度在不同遮陰下的光響應(yīng)

圖5 蒸騰速率在不同遮陰下的光響應(yīng)

由圖2可知，米槁凈光合速率Pn隨著PAR的升高而升高，其中在不同遮陰處理下Pn值大小均表現(xiàn)為L2> L1> L3，且在PAR≤100 μmol·m-2·s-1時(shí)急速上升，之后上升速度減緩，并在PAR=1 200 μmol·m-2·s-1(L1處理)、PAR=1 500 μmol·m-2·s-1(L2、L3處理下)時(shí)，達(dá)到最大，隨后有所降低.胞間CO2濃度Ci隨著PAR的增強(qiáng)而降低(圖3)，在PAR≤100 μmol·m-2·s-1時(shí)呈近急速下降趨勢，分別在PAR=1 200 μmol·m-2·s-1(L3處理)、PAR=1 500 μmol·m-2·s-1(L1處理)、PAR=1 800 μmol·m-2·s-1(L2處理)時(shí)達(dá)到最低，隨后有所回升，且3個(gè)遮陰處理下，L2處理下Ci值最低，總體表現(xiàn)為L2< L1< L3.與之相反，Gs(圖4)、Tr(圖5)皆隨著PAR的增強(qiáng)而升高，在PAR≤100 μmol·m-2·s-1時(shí)呈近急速上升趨勢，并最終趨近平緩，且分別在PAR=1 500 μmol·m-2·s-1時(shí)達(dá)到最高，隨后有所降低.在各遮陰條件下，L2處理下Gs最高，表現(xiàn)為L2> L1> L3；L1處理下Tr值最高，表現(xiàn)為L1> L2> L3.

2.3 遮陰對(duì)米槁幼苗光合生理指標(biāo)的影響

不同遮陰下米槁幼苗葉片光合生理指標(biāo)變化趨勢如圖6所示.

圖6 不同遮陰下葉片光合生理指標(biāo)變化趨勢

由圖6可知，在光合有效輻射強(qiáng)度為1 200 μmol·m-2·s-1時(shí)隨著遮陰加劇，米槁Pn、Gs和Tr皆呈先增大后快速減小，L3遮陰處理下的下降受到顯著抑制.與重度遮陰L3及全光照L1處理相比，在L2處理下Gs和Tr明顯升高，Pn變化不顯著；Ci恰好相反，隨著遮陰加劇其呈現(xiàn)先下降后急速上升趨勢，在L3處理下出現(xiàn)最大變化，與其他指標(biāo)表現(xiàn)出相反的差異.而WUE則隨遮陰的加劇不斷上升，與L1處理相比，L3處理下WUE顯著升高.

表1為米槁幼苗葉片光合作用生理指標(biāo)相關(guān)性系數(shù).

表1 米槁幼苗葉片光合作用生理指標(biāo)相關(guān)性系數(shù)

注：*在 0.05 水平(單側(cè))上顯著相關(guān).

由表1可知，Pn同Gs呈正相關(guān)性，同Tr呈顯著正相關(guān)性，同Ci、WUE呈負(fù)相關(guān)性，其中Tr與Pn相關(guān)系數(shù)最大，為0.991，說明Tr對(duì)Pn影響最大.Gs同Ci、WUE呈負(fù)相關(guān)性，同Tr呈正相關(guān).Ci與Tr呈負(fù)相關(guān)，與WUE呈正相關(guān).Tr與WUE呈負(fù)相關(guān).

3 討 論

植物光合生理變化過程是植物適應(yīng)環(huán)境變化的具體表現(xiàn)之一，在受到環(huán)境脅迫時(shí)植物會(huì)通過改變光合色素的含量影響光合作用來適應(yīng)環(huán)境變化，達(dá)到有機(jī)物的積累[29-32].通常葉綠素在光合作用中承擔(dān)能量吸收轉(zhuǎn)換作用，而類胡蘿卜素則擔(dān)任著捕光及光防御作用[33].試驗(yàn)中，隨著透光率的降低，米槁Chla、Chlb、Chl、Car含量逐漸升高，在重度遮陰下Chla、Chlb、Chl、Car含量明顯高于全光照、中度遮陰處理且差異顯著，而重度遮陰下Chla/b含量比值不斷下降是由于植物對(duì)弱光產(chǎn)生的適應(yīng)反應(yīng)，這同薛偉等[34]對(duì)疏葉駱駝刺、張?jiān)频萚35-38]對(duì)堇葉紫金牛(Ardisiaviolacea)、美國山核桃等的研究結(jié)果一致.試驗(yàn)中，米槁通過增加光合色素含量來適應(yīng)不良的光照環(huán)境，但是遮陰仍然導(dǎo)致了幼苗光合速率降低.同時(shí)有研究表明，耐陰植物Chla/b含量的比值約為2.3，喜光植物Chla/b的約為3[39-40]，米槁Chla/b介于兩者之間且偏向于喜光，說明米槁不是耐陰植物.

植物光補(bǔ)償點(diǎn)及光飽和點(diǎn)是植物對(duì)光利用能力的體現(xiàn)，代表植物對(duì)光的需求特性和需求量[32].米槁的Gs、Tr、Pn值在重度遮陰下上升緩慢且低于全光照和中度遮陰，可見米槁具有較高的光飽和點(diǎn)，且隨著透光率的改變有所不同.米槁全光照下光飽和點(diǎn)均低于遮陰處理，但對(duì)應(yīng)于Pnmax卻表現(xiàn)出Pnmax L2>Pnmax L1>Pnmax L3的規(guī)律，說明對(duì)米槁進(jìn)行遮陰并未降低其光飽和點(diǎn)，但輕度遮陰能提升米槁的Pn.有研究證明，耐陰植物在遮陰處理下表現(xiàn)出光飽和點(diǎn)和光補(bǔ)償點(diǎn)降低、植物Pn上升的現(xiàn)象[8,10]，這與筆者研究結(jié)果相違背.陽生植物葉片光飽和點(diǎn)較高，光合輻射在2 000 μmol·m-2·s-1以內(nèi)都能進(jìn)行較好的光反應(yīng)[41].但是米槁在全光照下凈光合速率Pn低于中度遮陰條件，說明米槁不適于全光照下生存.

植物凈光合速率Pn是了解植物光合能力的重要指標(biāo)，Pn往往受到Ci、Gs、Tr的影響.氣孔的開閉直接影響植物胞間水分及胞間CO2濃度，進(jìn)而影響植物的蒸騰、光合作用[42]，Gs能直接反映植物氣孔的開張情況，并對(duì)環(huán)境改變反應(yīng)敏感.米槁Gs隨著遮陰程度的升高表現(xiàn)出先升后急速降低趨勢，Pn反應(yīng)的趨勢類似于Gs，Ci與Gs相反，體現(xiàn)了兩者間的反饋調(diào)節(jié)作用[43].但Gs上升時(shí)，Tr卻持續(xù)下降，說明氣孔并非限制因子.從相關(guān)性分析看，Pn同Tr的相關(guān)系數(shù)最高，說明蒸騰作用對(duì)光合能力影響最大.全光照下，米槁Pn、Gs值均低于輕度遮陰，說明米槁幼苗可能出現(xiàn)輕微強(qiáng)光抑制現(xiàn)象，導(dǎo)致氣孔有所關(guān)閉所致[44].而適當(dāng)遮陰緩減了強(qiáng)光對(duì)米槁的脅迫，氣孔張開，從而有利于Pn的提升[45].但PnmaxL2與PnmaxL1差距不大，且隨著遮陰的加劇，Chla、Chlb、Chl、Car含量持續(xù)上升，Tr持續(xù)下降，光合色素含量的改變及蒸騰作用可能是該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因.過度遮陰處理則明顯抑制了米槁光合作用，也說明米槁耐陰程度不大，其弱光利用率不高，僅有一定適應(yīng)性.文愛華[26]研究發(fā)現(xiàn)，米槁幼苗在中度遮陰下可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸的含量和3種抗氧化酶的活性出現(xiàn)最小值，葉片含水量則在同一時(shí)段中度遮陰下出現(xiàn)最大值.這與筆者的該研究結(jié)果一致，表明中度遮陰下米槁生長狀況最好.

4 結(jié)束語

研究結(jié)果表明，米槁應(yīng)屬于陽生植物，具有較高光飽和點(diǎn)，且對(duì)弱光具有一定適應(yīng)性，透光率在75% ± 5%下有利于提高米槁光合作用能力，在培育米槁時(shí)可適量遮陰.但米槁耐陰能力有限，在透光率40% ± 5%條件下，光合能力明顯降低，但米槁的正常生長及光合作用能力都說明，遮陰還在承受范圍內(nèi)，其耐陰極限仍有待進(jìn)一步探尋.米槁的致危因子還需進(jìn)一步探索，可能與植物化感作用或本身群落演替更新有關(guān).