遮陰對瀕危藥用植物毛黃堇葉片生理特性的影響△

韓鳳，李巧玲，王黎，羅川，韓如剛，林茂祥*

1.重慶市藥物種植研究所，重慶 408435；2.重慶市中藥良種選育與評(píng)價(jià)工程技術(shù)中心，重慶 408435

毛黃堇CorydalistomentellaFranch.為罌粟科紫堇屬植物，又名干巖阡(重慶南川)、巖黃連(湖北巴東、陜西)，為民間常用貴重中草藥，具有抗菌、消炎、鎮(zhèn)痛和強(qiáng)安定作用，主治瘡癤腫毒、肝炎、肝硬化等[1]。毛黃堇多生于巖石峭壁或巖洞口較干燥巖石縫中，僅分布于石灰?guī)r山區(qū)，屬石山特有物種。其生長環(huán)境特殊、自然繁殖率低、種群發(fā)展困難，資源十分匱乏，滅絕性采挖導(dǎo)致野生資源瀕臨枯竭[2]。目前，毛黃堇的研究還處于起步階段，主要集中于資源分布、病蟲害調(diào)查、引種栽培及分子鑒定等方面[1-7]。雖然關(guān)于毛黃堇的人工栽培也取得了一些成果，但有關(guān)光強(qiáng)對毛黃堇生長、光合特性的影響還未見報(bào)道。野生環(huán)境中，毛黃堇不同生長時(shí)期所需要的光照條件并不完全相同，因此，本研究通過對不同遮陰處理后毛黃堇的形態(tài)、產(chǎn)量、生理、光合指標(biāo)進(jìn)行測定及分析，旨在明確其耐陰性及適宜的光照范圍，為毛黃堇合理種植提供參考。

1 材料

種苗由重慶市藥物種植研究所劉正宇研究員鑒定為毛黃堇CorydalistomentellaFranch.種子實(shí)生苗。

JFQ-3150G型植物光合測定儀(山東恒美電子科技有限公司)；CPA-2250D型電子天平(德國塞多利斯有限公司)；TU-1810型紫外分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)；CID-CI-203型手持式激光葉面積儀(美國CID公司)；SZ51型奧林巴斯體視顯微鏡(日本奧林巴斯株式會(huì)社)。

2 方法

2.1 遮陰處理

于2017年9月5日播種，11月1日間苗，每盆保留1株，每個(gè)處理重復(fù)30株。11月11日統(tǒng)一進(jìn)行遮陰處理，以空曠無遮陰為對照(CK)、覆蓋1層1針黑色遮陰網(wǎng)處理為25%遮陰(T1)、覆蓋1層2針黑色遮陰網(wǎng)處理為50%遮陰(T2)、覆蓋1層4針黑色遮陰網(wǎng)處理為相對75%遮陰(T3)。各組均做日常水肥管理。

2.2 指標(biāo)測定

2.2.1凈光合速率測定 每個(gè)處理隨機(jī)選取5 株毛黃堇植株，于2018年2月20日(春季)、5月21日(夏季)、8月19日(秋季)、11月17日(冬季)采用植物光合測定儀測定從植株頂部往下第四片完全展開葉的凈光合速率。

2.2.2光合色素(葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素)測定 稱取棄去粗大葉脈后的葉片0.1 g，剪碎，放入具塞試管中，加入無水乙醇-丙酮(1∶1)混合液10 mL，25 ℃下置于暗處浸泡并搖動(dòng)數(shù)次至材料完全變白。取浸泡液，分別測定663、646、470 nm的吸光度，按參考文獻(xiàn)[8]方法計(jì)算葉綠素質(zhì)量濃度。

2.2.3葉片形態(tài)指標(biāo) 2018年11月20日，從不同處理分別隨機(jī)選取5 株毛黃堇，測定株高、葉長、葉寬等形態(tài)特征，洗凈，晾干，稱定鮮質(zhì)量，烘至質(zhì)量恒定后稱取植株干質(zhì)量。用激光葉面積儀測量不同遮陰處理下毛黃堇的葉面積，體視顯微鏡觀察復(fù)葉葉軸絨毛。

2.3 數(shù)據(jù)處理

利用 Excel 2010、DPS 7.05數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3 結(jié)果

3.1 遮陰對毛黃堇形態(tài)特征的影響

從表1看出，毛黃堇形態(tài)隨著遮陰程度增加發(fā)生了不同的變化?？傮w來說，在T1條件下毛黃堇植株生長較好，T2次之，T3植株葉片小且大量植株死亡。T1葉面積、葉寬、羽片寬、復(fù)葉數(shù)、單株鮮質(zhì)量、單株干質(zhì)量顯著高于其他處理(P<0.05)；T3條件下，毛黃堇株高最高、葉長最長，顯著高于其他處理(P<0.05)；自然光下，毛黃堇植株葉片厚度和主葉軸長均顯著高于各遮陰處理(P<0.05)。以上結(jié)果表明，隨著遮陰程度的增強(qiáng)，毛黃堇植株株高增幅加大，可能是植株莖葉為了吸收獲得更多的光能不斷向上生長，同時(shí)也通過增大葉面積獲取更多光照來適應(yīng)弱光環(huán)境，導(dǎo)致T3處理下植株莖葉生長纖細(xì)、易折斷；在自然光條件下毛黃堇植株生長較矮、莖葉較短且生長緊湊，有效避免夏季強(qiáng)烈光照對植株的灼傷，減少植物死亡。因此，遮陰處理更有利于毛黃堇植株的生長，適度遮陰可以提高毛黃堇單株鮮質(zhì)量和干質(zhì)量；過度遮陰不利于毛黃堇植株干物質(zhì)積累和地下根系生長。

表1 不同遮陰條件下毛黃堇葉片的形態(tài)特征及產(chǎn)量

在對復(fù)葉葉軸絨毛的顯微觀察中發(fā)現(xiàn)，與其他遮陰處理相比，CK毛黃堇葉軸密被的絨毛緊密，隨著遮陰增強(qiáng)，絨毛變稀、變長且彎曲(圖1)，說明毛黃堇葉軸絨毛對外界環(huán)境的自我調(diào)節(jié)而有利于自身生長，防止光照過強(qiáng)，減少水分的蒸騰散失，是對惡劣環(huán)境適應(yīng)的一種自我保護(hù)。同時(shí)還可以看出，T1的葉軸比CK、T2、T3葉軸粗壯。

注：A.CK；B.T1；C.T2；D.T3。

3.2 遮陰對毛黃堇凈光合速率的影響

由圖2可以看出，4個(gè)季節(jié)的毛黃堇各處理平均凈光合速率變化趨勢為春季(7.893 μmol·m-2·s-1)>夏季(7.05 μmol·m-2·s-1)>秋季(6.21 μmol·m-2·s-1)>冬季(2.82 μmol·m-2·s-1)。春、秋季，T1處理毛黃堇葉片凈光合速率顯著高于其他處理(P<0.05)；夏季，不同遮陰處理下毛黃堇葉片凈光合速率顯著高于自然光(P<0.05)，凈光合速率以T2處理最高；而冬季，自然光下毛黃堇葉片凈光合速率顯著高于其他遮陰處理(P<0.05)，同時(shí)隨著遮陰程度的增大，凈光合速率呈逐漸降低的趨勢。由此可以看出，毛黃堇人工種植過程中，春季和秋季光照較強(qiáng)時(shí)，可以適當(dāng)遮陰；夏季陽光充足、氣溫較高，采用T2處理以提高光合速率；冬季日照較差，可以不用進(jìn)行任何遮陰處理。

注：不同小寫字母表示不同遮陰處理下P<0.05；下同。

3.3 不同遮陰條件對毛黃堇光合色素含量的影響

遮陰對毛黃堇葉片光合色素的影響見圖3～5。相同的季節(jié)，與自然光相比，毛黃堇葉片的3種光合色素均隨著遮陰程度的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。在T2條件下，4個(gè)季節(jié)中，毛黃堇葉片的葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量均達(dá)到了最大值，與其他處理間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。相同遮陰條件，CK、T1、T2處理，葉綠素a含量春季>秋季>夏季>冬季；T1處理葉綠素a含量春季>秋季>冬季>夏季。CK條件下，毛黃堇葉片葉綠素b含量秋季>春季>夏季>冬季；T1、T2和T3條件下，葉綠素b含量春季>秋季>夏季>冬季。CK條件下，類胡蘿卜素含量春季>冬季>秋季>夏季；T1條件下，類胡蘿卜素含量春季>秋季>冬季>夏季；T2和T3條件下，類胡蘿卜素含量春季>秋季>冬季>夏季。

圖3 遮陰對毛黃堇葉片葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

圖4 遮陰對毛黃堇葉片葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

圖5 遮陰對毛黃堇葉片類胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

4 討論

毛黃堇在T3條件下的凈光合速率，在各個(gè)季節(jié)都顯著低于其他各個(gè)遮陰處理。這是因?yàn)槿绻参镩L期處于過度遮陰的環(huán)境中，過弱的光照加上隨之引起的低溫環(huán)境，使光合能力受到抑制。在夏季，全光照條件下凈光合速率均低于各個(gè)遮陰處理，表明遮陰使植株凈光合速率提高，這與文獻(xiàn)報(bào)道一致[9-12]。遮陰條件下，毛黃堇的株高、葉長、葉寬、葉面積、單株干質(zhì)量、鮮質(zhì)量都發(fā)生明顯的變化。隨著遮陰度的增加，毛黃堇植株的株高、復(fù)葉數(shù)、葉面積、鮮質(zhì)量等生長指標(biāo)均呈先增加后降低的趨勢，這與白簕等品種研究報(bào)道一致[13-15]。毛黃堇形態(tài)特征的變化體現(xiàn)了環(huán)境因子對其的影響，也體現(xiàn)了其對環(huán)境的適應(yīng)。

葉綠素是植物葉片進(jìn)行光合作用的場所，也是植物利用環(huán)境因子和適應(yīng)遮陰脅迫環(huán)境的重要指標(biāo)[16-17]。遮陰對毛黃堇葉綠素含量有顯著影響，葉綠素含量均隨遮陰度增加呈先升高后降低的趨勢，在T2條件下達(dá)到最大值，說明適度遮陰有利于葉綠素的合成；同時(shí)認(rèn)為遮陰處理后，葉綠素含量增加，利于毛黃堇在弱光環(huán)境下提高捕光能力，更有效吸收光能，從而提高光合作用，進(jìn)而說明毛黃堇在葉綠素的生物代謝方面具有較強(qiáng)的適應(yīng)環(huán)境光變化的能力。自然光下，3種光合色素含量都低于遮陰處理，因?yàn)樵趶?qiáng)光下，葉片對過量的光能難以全部吸收消耗，產(chǎn)生光抑制，植株葉綠素難以生成，甚至還會(huì)分解[13]。特別是在夏季高溫強(qiáng)光下，全光照處理的植株生長速度滯緩或者開花結(jié)果的植株不再生長，甚至有些還會(huì)出現(xiàn)植株萎蔫、死亡。綜合3種色素在遮陰脅迫下的含量變化，遮陰可以顯著提高光合色素的含量，說明毛黃堇對弱光的利用能力強(qiáng)，具有較強(qiáng)的耐陰性。

綜合光合速率、葉綠素含量、形態(tài)特征和產(chǎn)量因素，適合毛黃堇生長的光環(huán)境應(yīng)在T1條件下。此時(shí)，毛黃堇具有較高的光合能力。而T3條件不利于毛黃堇生長。在藥用植物種植過程中，藥材種類不同，生態(tài)習(xí)性也存在較大差異，了解各種藥用植物的生態(tài)習(xí)性是藥用植物種植的基礎(chǔ)。各種藥用植物的需光程度不同，這與植物的光合能力有關(guān)。試驗(yàn)表明毛黃堇在冬季可在全光照生長，而在光照強(qiáng)度較高的春、夏、秋三季，適當(dāng)遮陰處理可以提高光合速率，增強(qiáng)光合能力，有利于植株的生長，以達(dá)到大面積人工栽培出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)毛黃堇藥材。