秦惠珍，鄧麗麗，鄒 蓉，唐健民，韋 霄，覃 芳，史艷財

(廣西壯族自治區(qū)中國科學(xué)院廣西植物研究所，廣西喀斯特植物保育與恢復(fù)生態(tài)學(xué)重點實驗室，廣西桂林 541006)

0 引言

五指毛桃為?？?Moraceae)榕屬(Ficus)植物粗葉榕(FicushirtaVahl.)的俗名，因其干燥根形似五指而得名。五指毛桃是華南地區(qū)常見的藥用植物，藥用價值高，具有“廣東人參”美譽(yù)，為嶺南十大名藥之一[1]。其具有健脾補(bǔ)肺、行氣利濕、舒筋活絡(luò)、止咳平喘、滋陰養(yǎng)顏等功效，是藥食同源佳品[2,3]。五指毛桃的主要化學(xué)成分包括黃酮類、有機(jī)酸類、酯類、萜類、甾醇類等物質(zhì)，香豆素類成分可能為其主要藥效成分[4]，臨床上常和多種藥物配伍，用于治療支氣管炎、哮喘、肝硬化、關(guān)節(jié)炎等[5]。五指毛桃的提取工藝主要以補(bǔ)骨脂素和多糖的提取為主[6-9]。目前，五指毛桃以野生來源為主，因其具有藥食同源的功效，市場需求大，濫采濫挖現(xiàn)象嚴(yán)重，野生資源日趨枯竭[10]。對五指毛桃的鑒別研究主要集中于五指毛桃根部性狀、顯微特征、薄層色譜、光譜及DNA條形碼鑒別等方面[10-14]，近年來五指毛桃栽培成為研究熱點。五指毛桃的繁殖方式有種子繁殖、扦插繁殖和組織培養(yǎng)3種[15]。種子繁殖為五指毛桃最主要的繁殖方式，但成活率較低，僅有50%左右，完全成熟的種子發(fā)芽率高于未完全成熟的種子[16-18]。扦插繁殖的土壤應(yīng)選擇疏松肥沃、排水保水能力良好的砂質(zhì)壤土，插穗長度以15-20 cm為宜，扦插繁殖的成活率和出苗率可達(dá)100%[16]。利用組織培養(yǎng)技術(shù)獲得再生植株已經(jīng)成為植物繁殖的有效方法。組織培養(yǎng)繁殖速度快、再生率高，可為栽培五指毛桃提供大量種苗[19，20]。研究五指毛桃不同葉型的光合特性，摸清其生長特性，是將其進(jìn)行引種栽培和繁育的關(guān)鍵。五指毛桃具有較高的遺傳多樣性，不同葉型五指毛桃的遺傳特性差異較大，導(dǎo)致其在形態(tài)指標(biāo)和光合生理指標(biāo)方面存在較大的差異[21]。五指毛桃種內(nèi)變異較大，根據(jù)葉片分裂的程度可劃分為圓葉型和缺葉型，進(jìn)一步可細(xì)分為全緣型、淺裂型、三指深裂型、五指深裂型4種[22]。目前對于不同葉型五指毛桃的研究較少，僅對其形態(tài)和生理指標(biāo)進(jìn)行研究，關(guān)于不同葉型五指毛桃的光合特性研究尚未有報道[5]。本研究以圓葉五指毛桃和缺葉五指毛桃為試驗材料，對其光合生理特性進(jìn)行測定，并分析其凈光合速率與主要環(huán)境因素間的關(guān)系，以便于在生產(chǎn)栽培時根據(jù)其特性進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選擇生長在桂林植物園種質(zhì)資源圃(110°18′03″E，25°05′27″N)的圓葉和缺葉兩種葉型的五指毛桃開展試驗，每個類型選擇生長健壯的10株，樹齡為5年。該地屬中亞熱帶季風(fēng)性氣候區(qū)，年均氣溫19.2℃，月平均氣溫高于20℃的有6-7個月，年相對濕度78.0%，具有明顯的干濕兩季。

1.2 光合日變化測定

2020年8月上旬，在晴朗天氣時，采用LI-6400便攜式光合儀的透明葉室測量兩種葉型的五指毛桃光合日變化，每個植株測定同一部位的3片葉片。日變化測量在完全自然光下完成，當(dāng)日環(huán)境中最大光照強(qiáng)度可達(dá)2 000 μmol·m-2·s-1，空氣中二氧化碳濃度約400 μmol·m-2·s-1，最高溫度約34℃，最大濕度為40%。測定時間為8:30-18:30，每2 h測量1次光合日變化，日變化測量的環(huán)境因子包括光合有效輻射(Photosynthetically Active Radiation，PAR)、大氣中二氧化碳濃度(Concentration of carbon dioxide in the atmosphere，Ca)、空氣溫度(Air temperature，Ta)、大氣相對濕度(Relative air Humidity，RH)，光合指標(biāo)包括凈光合速率(Net Photosythetic rate，Pn)、胞間二氧化碳濃度(Intercellular carbon dioxide concentration，Ci)、氣孔導(dǎo)度(Stomatal conductance，Gs)、蒸騰速率(Transpiration rate，Tr)，環(huán)境因子和光合指標(biāo)均可從光合儀中導(dǎo)出，根據(jù)這些指標(biāo)計算水分利用效率(Water Use Efficiency，WUE，mmol·mol-1)和氣孔限制值(Limiting value of stomata，Ls)等，計算公式[21]如下：

WUE=Pn/Tr，

Ls=1-Ci/Ca。

1.3 光響應(yīng)曲線測定

光響應(yīng)曲線采用LI-6400便攜式光合儀LED紅藍(lán)光源葉室測定，測定時間為09:00-12:00，選擇每株中段成熟、無病蟲害的葉片。PAR依次設(shè)置為0，20，50，100，200，400，800，1 000，1 200，1 400，1 500 μmol·m-2·s-1，3個重復(fù)結(jié)果取平均值。使用二氧化碳鋼瓶控制二氧化碳濃度為400 μmol·m-2·s-1，測量前將葉片置于1 500 μmol·m-2·s-1光強(qiáng)下進(jìn)行誘導(dǎo)20 min。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016對光合速率日變化和光響應(yīng)曲線進(jìn)行初步分析，采用SPSS 23.0進(jìn)行t檢驗分析顯著性,同時對環(huán)境因子進(jìn)行相關(guān)性分析。采用光合計算軟件中的直角雙曲線修正模型對光響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合[23]，采用Origin 8.5進(jìn)行相關(guān)圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 凈光合速率對光強(qiáng)的響應(yīng)

如圖1所示，光照強(qiáng)度為0-300 μmol·m-2·s-1時，兩種不同葉型五指毛桃的凈光合速率(Y)與光合有效輻射(X)呈線性相關(guān)，超過該P(yáng)AR范圍后，Pn隨PAR的增大呈逐步上升趨勢，圓葉五指毛桃PAR為1 000 μmol·m-2·s-1左右時，凈光合速率達(dá)到最大值，此后再增大PAR，Pn有下降的趨勢；缺葉五指毛桃PAR為1 400 μmol·m-2·s-1左右時，凈光合速率達(dá)到峰值，此后再增大PAR，Pn基本沒有發(fā)生變化。

圖1 兩種葉型五指毛桃Pn對PAR的響應(yīng)

利用弱光(0-300 μmol·m-2·s-1)下的凈光合速率做線性方程，從線性方程可知圓葉五指毛桃的表觀量子效率AQY為0.045 μmol·m-2·s-1，缺葉五指毛桃的AQY為0.036 μmol·m-2·s-1。利用雙曲線修正模型對凈光合速率進(jìn)行擬合，從擬合后的光合作用-光響應(yīng)曲線可知，圓葉五指毛桃的最大凈光合速率Pmax、光飽和點LSP和光補(bǔ)償點LCP分別為4.89，1 046.89和25.12 μmol·m-2·s-1；缺葉五指毛桃的分別為4.29，1 400.70和17.37 μmol·m-2·s-1。

2.2 主要環(huán)境因子日變化

由圖2可知，一天中光合有效輻射PAR和空氣溫度Ta均呈“單峰型”曲線，PAR最高峰出現(xiàn)在13:00，峰值達(dá)1 009.82 μmol·m-2·s-1?？諝庵蠧O2濃度Ca在9:00-13:00明顯降低，13:00之后逐漸回升(圖2a)。空氣溫度Ta最高峰出現(xiàn)在15:00，峰值為38.83℃?？諝庵邢鄬穸萊H隨空氣溫度的升高而降低，清晨達(dá)到最高，此后逐步減低，15:00達(dá)到谷值，基本呈“V型”變化趨勢(圖2b)。

2.3 光合特征參數(shù)日變化

2.3.1 凈光合速率和蒸騰速率

由圖3a可知，圓葉五指和缺葉五指毛桃凈光合速率Pn日變化均呈現(xiàn)“雙峰型”曲線，均分別在11:00和15:00出現(xiàn)峰值，11:00的凈光合速率達(dá)到最大；兩種不同葉型五指毛桃的凈光合速率均在13:00出現(xiàn)最小值，可見兩種不同葉型五指毛桃均在13:00出現(xiàn)短暫的光合“午休”現(xiàn)象。圓葉五指毛桃凈光合速率日變化均值較缺葉五指毛桃顯著提高(P<0.05)，高出36.70%，由此可見圓葉五指毛桃的光合作用能力強(qiáng)于缺葉五指毛桃。圓葉五指毛桃和缺葉五指毛桃的蒸騰速率Tr呈現(xiàn)相同的變化趨勢(圖3b)，均為先增加后降低，11:00前呈現(xiàn)上升趨勢，之后急速降低；圓葉五指毛桃蒸騰速率日變化均值較缺葉五指毛桃提高了36.93%(P<0.05)，兩者的蒸騰速率均在11:00達(dá)到最大值。

圖2 環(huán)境因子日變化過程

圖3 兩種葉型五指毛桃的Pn、Tr日變化

2.3.2 胞間二氧化碳濃度和氣孔導(dǎo)度

由圖4可知，兩種葉型的五指毛桃胞間CO2濃度Ci日變化呈現(xiàn)相同的變化趨勢，呈現(xiàn)“降-升-降-升”的變化趨勢，均在15:00時達(dá)到最低值，分別為298.07和271.60 μmol·mol-1。兩種葉型五指毛桃的氣孔導(dǎo)度Gs日變化趨勢相同，與凈光合速率變化相似，約在13:00達(dá)到一個較小值，分別為0.110和0.032 mol·m-2·s-1。圓葉五指毛桃Ci日變化和Gs日變化均值分別顯著高于缺葉五指毛桃7.36%和39.33%(P<0.05)。

圖4 兩種葉型五指毛桃五指毛桃的Ci、Gs日變化

2.3.3 水分利用效率和氣孔限制值

由圖5a可知，圓葉五指毛桃和缺葉五指毛桃的水分利用效率WUE的日變化趨勢基本一致，均呈現(xiàn)“升高-降低-升高-降低”的變化趨勢，但兩種不同葉型五指毛桃在不同時間段的水分利用效率存在明顯的差異。13:00前利用效率變化趨勢不一致，13：00后圓葉五指毛桃對水分的利用效率明顯低于缺葉五指毛桃，總體上圓葉五指毛桃WUE日變化均值為0.99 μmol·mol-1，稍低于缺葉五指毛桃(1.00 μmol·mol-1)。由圖5b可知，圓葉五指毛桃和缺葉五指毛桃的氣孔限制值Ls日變化均呈現(xiàn)先升后降的趨勢，15:00前圓葉五指毛桃Ls低于缺葉五指毛桃Ls，15:00后圓葉五指毛桃Ls高于缺葉五指毛桃Ls，總體上圓葉五指毛桃Ls日變化均值為0.18,稍低于缺葉五指毛桃Ls日變化均值(0.19)。

圖5 兩種葉型五指毛桃的WUE、Ls日變化

2.4 凈光合速率與主要環(huán)境因子的相關(guān)性

由表1可知，兩種五指毛桃葉片的凈光合速率與光合有效輻射均呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(r=0.791，n=7；r=0.639，n=7)?？諝庀鄬穸扰c空氣溫度呈極顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.893，n=7；r=-0.992，n=7)。

表1 凈光合速率與主要環(huán)境因子的相關(guān)性

3 討論

植物最基本的功能是進(jìn)行光合作用，光合作用對五指毛桃的生長具有重要意義。光照是影響植物光合作用的最直接因素，光飽和點及光補(bǔ)償點的高低能反映植物對強(qiáng)光照的適應(yīng)能力[24,25]。一般常見的灌木陽葉的最大凈光合速率、光飽和點、光補(bǔ)償點分別為5-20 ，400-1 500，20-50 μmol·m-2·s-1[26,27]。本研究中圓葉五指毛桃的最大凈光合速率、光飽和點、光補(bǔ)償點分別為4.89，1 046.89，25.12 μmol·m-2·s-1，缺葉五指毛桃的最大凈光合速率、光飽和點、光補(bǔ)償點分別為4.29，1 400.70，17.37 μmol·m-2·s-1。由此可見，對一般灌木的陽葉而言，兩種葉型五指毛桃均具有較低的凈光合速率、較高的光飽和點及光補(bǔ)償點，屬于典型的陽生植物。

對兩種葉型五指毛桃的光合特性進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，圓葉五指毛桃具有較低的飽和點和較高的光補(bǔ)償點，缺葉五指毛桃具有較高的光飽和點和較低的光補(bǔ)償點。缺葉五指毛桃在1 400 μmol·m-2·s-1PAR下仍能進(jìn)行光合作用，可以考慮在林下、相對較裸露的路邊或山坡等地種植，其較圓葉五指毛桃可種植的范圍更廣。

植物對光能的利用情況反映了其將光能轉(zhuǎn)變成有機(jī)物的能力，而植物葉片光合日變化能夠反映一天中植物生理代謝與物質(zhì)積累的變化過程，同時也反映了植物生長過程受不同環(huán)境因素(如土壤和光照等)的影響程度[28,29]。本研究的測定結(jié)果顯示，兩種葉型五指毛桃均出現(xiàn)了光合午休現(xiàn)象，與小葉榕在秋季測量的時間(13:00)基本一致[30]。此外，Ci降低和Ls升高，一般為氣孔因素引起的光合速率下降。在本研究中,9:00-13:00時Ci降低，Ls升高，說明兩種葉型五指毛桃的光合午休現(xiàn)象是由氣孔限制因素引起的，這與同屬植物小葉榕的研究結(jié)果一致。

主要環(huán)境因子的相關(guān)性表明，圓葉五指毛桃、缺葉五指毛桃的光合有效輻射與凈光合速率均呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)。且在本研究中光合有效輻射為影響兩種葉型凈光合速率最大的環(huán)境因子，對其凈光合速率產(chǎn)生至關(guān)重要的影響，由此可知，在進(jìn)行栽培或生產(chǎn)時可對兩種五指毛桃多進(jìn)行修剪，以增強(qiáng)其光合有效輻射，促進(jìn)產(chǎn)量提升。

4 結(jié)論

兩種葉型五指毛桃的光合特性存在較大差異，圓葉五指毛桃的光合作用能力強(qiáng)于缺葉五指毛桃。兩種葉型五指毛桃均出現(xiàn)了光合午休現(xiàn)象，主要是由氣孔因素引起的。影響兩種葉型五指毛桃凈光合速率最大的環(huán)境因子是光合有效輻射，兩種葉型五指毛桃均具有明顯的陽生植物特點，在生產(chǎn)實踐中要多進(jìn)行修剪，以提供充足的光照。