劉益宏 嚴(yán)慧麗 聶江力 陳宇航 裴毅 吳玉龍

摘要：以二年生知母為試驗(yàn)材料，設(shè)4個(gè)遮陰處理（0，40%，70%，90%），待知母植株長至50 cm時(shí)對其進(jìn)行光合特性研究。結(jié)果表明，隨著遮陰程度的增加，知母葉片葉綠素相對含量均不同。70%遮陰處理的知母葉片葉綠素相對含量高于對照（CK），經(jīng)40%與90%遮陰處理的知母葉片葉綠素相對含量則低于對照（CK）。隨著遮陰程度的增加，知母葉片日均凈光合速率（Pn）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）均隨之降低，在遮陰度為90%時(shí)達(dá)到最小值。40%遮陰處理的知母葉片表觀量子效率（AQY）高于對照（CK），而70%和90%遮陰處理的知母葉片葉綠素相對含量則低于對照（CK）。遮陰處理降低了知母葉片光飽和點(diǎn)與光補(bǔ)償點(diǎn)。試驗(yàn)表明，知母適宜在遮陰度較低的林下、林緣以及較干燥或向陽的山坡、草地上生長。人工種植時(shí)，要給予知母植株充足的光照，以促進(jìn)知母高效和高質(zhì)量生長。

關(guān)鍵詞：知母；遮蔭；光合作用

知母（Anemarrhena asphodeloides Bunge）為百合科多年生宿根草本植物，始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》[1]。知母全株無毛，根莖肥厚，主要產(chǎn)于河北省、山西省、內(nèi)蒙古自治區(qū)等地[2]，以植株的干燥根狀莖入藥[3]，性苦、甘且寒，歸肺、胃、腎經(jīng)[4]。知母質(zhì)地柔潤，具有清熱降火、滋陰潤燥的功效[5]?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，知母具有改善記憶力、抗抑郁[6]、抗衰老[7]、抗血小板聚集、抗氧化[8]等多種藥理功效[9]，對人體降血糖[10]、降血脂、抗動(dòng)脈粥樣硬化、抗炎、抗凝血以及改善骨質(zhì)疏松等都有效果[11]。研究表明，知母植株的藥材質(zhì)量等級越高，其有效活性成分含量就越多[12]，而不同的生長環(huán)境、田間栽培管理方式等對知母藥材質(zhì)量均有較大影響[13]。目前，對知母的研究主要集中在化學(xué)成分[14]、藥理作用[15]、藥材鑒別[16]、種苗繁育[17]和田間栽培管理[18]等方面，而探究不同遮陰條件對知母生長的影響鮮有報(bào)道。

近年來，由于受生態(tài)環(huán)境破壞以及不節(jié)制采挖等多種因素的影響，野生知母資源已接近匱乏，目前絕大多數(shù)流通于市場上的知母均為人工栽培。不同光照強(qiáng)度會(huì)顯著影響植物的光合作用、影響植株葉片葉綠素含量等[19]。本試驗(yàn)通過探究遮陰對知母光合特性的影響，分析知母的光合作用以及葉片葉綠素含量等的變化，為高效、高質(zhì)量種植知母提供技術(shù)支撐。

1? 材料和方法

1.1? ?試驗(yàn)材料

知母：試驗(yàn)用知母植株為天津農(nóng)學(xué)院西校區(qū)中草藥園栽培種植的二年生知母。

儀器：GFS-3000便攜式光合測定儀、照度計(jì)（型號BX-1010A-00）、葉綠素儀（型號SPAD-502 Plus）。

1.2? ?試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2021年3—5月在天津農(nóng)學(xué)院西校區(qū)中草藥園進(jìn)行，試驗(yàn)地土壤為砂質(zhì)壤土，氣候?yàn)闇貛Ъ撅L(fēng)性氣候。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)遮陰處理，遮陰度分別為0遮陰（對照CK）、40%遮陰（T1）、70%遮陰（T2）、90%遮陰（T3），遮光率用BX-1010A-00型數(shù)字式照度計(jì)測定。選用不同遮陰度的黑色遮陰網(wǎng)進(jìn)行遮陰處理，將遮陰網(wǎng)用竹竿固定在距地面高度60 cm處，四周垂落到地面，并用石頭壓緊壓實(shí)固定，避免太陽光斜射造成誤差。每個(gè)遮陰處理50株，各重復(fù)3次。待知母植株長至50 cm時(shí)測定其各項(xiàng)指標(biāo)，培養(yǎng)期內(nèi)定期除草、灌溉。

1.3? ?測定項(xiàng)目

1.3.1 葉片葉綠素相對含量 用SPAD-502 Plus型葉綠素儀測定葉片葉綠素相對含量。

1.3.2 光合日變化響應(yīng)曲線 選擇晴朗無風(fēng)天氣，用GFS-3000便攜式光合測定儀測定凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、細(xì)胞間CO2濃度（Ci）等光合作用參數(shù)。測定時(shí)，在每個(gè)處理中選取長勢相同的知母植株3株，在每個(gè)植株同一側(cè)選取位于頂部下的第3個(gè)葉片，共取葉片3個(gè)，各重復(fù)3次。測定時(shí)間為9：00—17：00，每次測定間隔時(shí)間為2 h。

1.3.3 光響應(yīng)曲線 試驗(yàn)在上午9：00—11：00測定光響應(yīng)曲線。測定前為保證植株葉片氣孔完全張開，先進(jìn)行光活化處理，正式測定時(shí)控制光合有效輻射分別為0、20、50、100、200、400、600、800、1 000、1 200、1 400、1 600、1 800、2 000 μmol·m-2·s-1，共14組光照輻射梯度。在各光照輻射梯度下測定凈光合速率，制作Pn-PAR響應(yīng)曲線。采用葉子飄和于強(qiáng)[20]的光響應(yīng)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，篩選出最佳擬合模型，將選定的擬合Pn-PAR響應(yīng)曲線在低光量子通量密度的凈光合速率下做直線回歸分析，求得各遮陰程度下的表觀量子效率。

1.4? ?數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2019軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和圖形趨勢繪制，采用SPSS 23軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用葉子飄和王建林[21]的光響應(yīng)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合。

2? 結(jié)果與分析

2.1? ?不同遮陰處理對知母葉片葉綠素相對含量的影響

由表1可知，不同遮陰處理的知母葉片葉綠素相對含量呈降—升—降趨勢，根據(jù)遮陰程度不同，知母葉片葉綠素相對含量排序?yàn)椋?0%遮陰＞0遮陰（對照CK）＞40%遮陰＞90%遮陰。經(jīng)多重比較分析可以看出，70%遮陰處理的知母葉片葉綠素相對含量極顯著高于其他遮陰處理；90%遮陰處理的知母葉片葉綠素相對含量極顯著低于其他遮陰處理，且90%遮陰處理與0遮陰（對照CK）及40%遮陰處理之間的葉片葉綠素相對含量差異顯著，0遮陰（對照CK）與40%遮陰處理之間則無明顯差異。試驗(yàn)顯示，隨著遮陰程度的逐漸增加，知母葉片葉綠素相對含量呈降—升—降趨勢，并在70%遮陰處理時(shí)達(dá)到最高峰值。

2.2? ?不同遮陰處理對知母葉片凈光合速率日變化的影響

由圖1～圖4分析可知，當(dāng)光照強(qiáng)度急劇降低時(shí)，知母葉片Pn、Ci、Tr、Gs下降速率均十分顯著。

知母葉片凈光合速率（Pn）日變化主要有3種類型，分別為單峰型、雙峰型、三峰型。不同遮陰處理的知母葉片Pn所表現(xiàn)的類型差異較大，總體呈先增大后減小的趨勢（圖1）。40%遮陰處理的Pn分別在11：00和15：00出現(xiàn)峰值，在13：00出現(xiàn)明顯“光合午休”現(xiàn)象，顯示出40%遮陰處理的Pn日變化呈雙峰型變化。這可能是由于中午溫度高、濕度低，導(dǎo)致知母葉片蒸騰速率（Tr）加快，水分急劇散失，為保住水分，知母植株將葉片氣孔關(guān)閉，導(dǎo)致植物對CO2的吸收受到阻礙，因此使光合作用強(qiáng)度降低[22]，產(chǎn)生植物“光合午休”現(xiàn)象。對照（CK）處理的Pn日變化與40%遮陰處理趨勢一致，均在13：00發(fā)生明顯的“光合午休”現(xiàn)象。

90%遮陰處理和70%遮陰處理的Pn日變化與40%遮陰處理及對照（CK）處理的Pn日變化略有不同，這可能是由于遮陰處理的遮陰網(wǎng)層數(shù)較多，對溫度具有一定的穩(wěn)定作用，使知母葉片受外界氣溫影響較小，因此受“光合午休”現(xiàn)象的影響較小，沒有出現(xiàn)明顯的雙峰型趨勢。

40%遮陰處理及70%遮陰處理的知母葉片胞間CO2濃度（Ci）迅速下降，與對照（CK）處理相比分別下降了32.41%和30.96%，與其他處理之間的差異非常明顯（圖2）。Ci是影響植物光合作用的重要因素，氣孔是直接影響水汽和CO2交換的重要通道，氣孔過度關(guān)閉則會(huì)對植物蒸騰作用以及植物對土壤的水分利用造成影響[23]。

40%遮陰處理及70%遮陰處理的知母葉片蒸騰速率（Tr）下降十分明顯，與其他處理之間的差異達(dá)到顯著水平，并在13：00顯著下降，這可能是由于中午氣溫較高，導(dǎo)致知母葉片氣孔過度關(guān)閉所致（圖3）。

隨著遮陰程度的增加，知母葉片氣孔導(dǎo)度（Gs）迅速下降，且各處理之間的差異十分顯著，并在13：00出現(xiàn)了十分明顯的氣孔導(dǎo)度降低現(xiàn)象，這可能是由于中午氣溫較高而出現(xiàn)植株“光合午休”現(xiàn)象，從而導(dǎo)致知母葉片氣孔過度關(guān)閉（圖4）。

由表2可知，對照（CK）處理的知母葉片Pn、Ci、Tr、Gs均極顯著高于40%、70%、90%遮陰處理，而40%、70%、90%遮陰處理之間的知母葉片Pn、Ci、Tr、Gs沒有顯著差異。

2.3? ?不同遮陰處理對知母葉片光合響應(yīng)的影響

Pn-PAR響應(yīng)曲線中（圖5），當(dāng)光合有效輻射小于200 μmol·m-2·s-1時(shí)，40%遮陰處理的知母葉片Pn最大，高于其他3個(gè)遮陰處理，90%遮陰處理的知母葉片Pn最小。當(dāng)光合有效輻射小于200 μmol·m-2·s-1時(shí)，不同遮陰處理的知母葉片Pn大小依次為：40%遮陰＞0遮陰（對照CK）＞70%遮陰＞90%遮陰。

當(dāng)光合有效輻射大于200 μmol·m-2·s-1時(shí)，對照（CK）處理的知母葉片Pn最大，顯著高于其他3個(gè)遮陰處理，經(jīng)70%遮陰處理的知母葉片Pn最小，并且4個(gè)遮陰處理的Pn-PAR響應(yīng)曲線呈下降趨勢且趨于平穩(wěn)，這與王道金等[24]研究結(jié)果一致。這種情況的出現(xiàn)可能是由于光照強(qiáng)度過大而導(dǎo)致植株氣孔關(guān)閉，使植株無法利用空氣中的CO2，而植株的呼吸作用仍在進(jìn)行，會(huì)產(chǎn)生部分CO2供植株進(jìn)行光合作用，但由于產(chǎn)生的CO2數(shù)量很少，使得知母葉片的光合作用降低，因此出現(xiàn)知母葉片凈光合速率有略微降低的現(xiàn)象。當(dāng)光合有效輻射大于200 μmol·m-2·s-1時(shí)，不同遮陰處理的知母葉片Pn大小依次為：0遮陰（對照CK）＞40%遮陰＞90%遮陰＞70%遮陰。

2.4? ?不同遮陰處理下知母葉片光合響應(yīng)模型擬合對比

不同模型對知母葉片光響應(yīng)參數(shù)曲線的擬合程度不同（表3）。從整體來看，直角雙曲線的決定系數(shù)最小，因此直角雙曲線模型的擬合程度最低。在不同遮陰處理下，非直角雙曲線模型擬合得出的光補(bǔ)償點(diǎn)值整體高于相同遮陰條件的其他2種模型，因此非直角雙曲線模型對知母葉片光補(bǔ)償點(diǎn)的擬合程度最優(yōu)。同理可以得出，指數(shù)方程模型對知母暗呼吸速率的擬合程度最優(yōu)，直角雙曲線模型對知母葉片最大凈光合速率的擬合程度相對最優(yōu)。由表3還可知，隨著遮陰程度的增加，知母葉片的光補(bǔ)償點(diǎn)隨之下降。

40%遮陰處理的知母葉片表觀量子效率值最高，各處理的知母葉片表觀量子效率值排序?yàn)椋?0%遮陰＞0遮陰（對照CK）＞70%遮陰＞90%遮陰，呈先上升后下降的趨勢（表4）。由此可以得出，適度遮光會(huì)提高知母植株的表觀量子效率，過度遮光會(huì)降低知母植株的表觀量子效率。

知母葉片光飽和點(diǎn)隨著遮陰程度的增加而降低，對照（CK）處理的知母葉片光飽和點(diǎn)最高，各處理的知母葉片光飽和點(diǎn)排序?yàn)椋?遮陰（對照CK）＞90%遮陰＞40%遮陰＞70%遮陰（表4），可以看出，遮光處理會(huì)降低知母葉片光補(bǔ)償點(diǎn)及光飽和點(diǎn)。

光照強(qiáng)度是影響植物進(jìn)行光合作用的重要外部條件，植物生長過程中受不同程度的光照強(qiáng)度照射，對其光合作用以及生長的影響是長久而復(fù)雜的[25]。光照條件的改變對植物葉片的光合色素含量、光合響應(yīng)以及光合速率產(chǎn)生重要影響。本研究表明，不同遮陰程度對知母光合特性有著顯著的影響。知母葉片葉綠素含量隨著遮陰程度的增加呈降—升—降的變化趨勢，并在70%遮陰處理時(shí)達(dá)到最高峰值，即葉片葉綠素含量為58 SPAD（表1）?；诶钶x等[26]研究結(jié)論，可以得出由于70%遮陰處理的光照強(qiáng)度為植物的最適光照強(qiáng)度，故而能產(chǎn)生更多的葉綠素。植物光合作用的光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)可表明植物葉片對強(qiáng)光和弱光的利用能力，代表植物的需光特性和需光量[27]，由于知母葉片的光補(bǔ)償點(diǎn)及光飽和點(diǎn)隨著遮陰程度的增加而下降，表明知母對強(qiáng)光有較強(qiáng)的適應(yīng)性。隨著遮陰程度的增加，知母葉片Pn、Ci、Tr、Gs、光補(bǔ)償點(diǎn)、光飽和點(diǎn)均隨之下降，由此可見，遮陰處理對知母植株的光合參數(shù)可造成顯著影響。

表觀量子效率可有效反映出在不同條件下，植物在生長過程中對光照的綜合利用能力以及效

率[28]。本試驗(yàn)表明，隨著遮陰程度的增加，知母葉片表觀量子效率值呈先上升后下降的趨勢，并在40%遮陰處理時(shí)最高，由此可以看出過度遮光處理會(huì)降低知母的表觀量子效率以及對光照的利用能力。

綜合分析認(rèn)為，知母植株對強(qiáng)光的利用能力較強(qiáng)，因此知母植株適宜在遮陰度較低的林下、林緣以及較干燥或向陽的山坡、草地上生長。人工種植時(shí)，要給予知母植株充足的光照，這有利于促進(jìn)知母植株的高效和高質(zhì)量生長。

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