豆腐柴對不同光照條件的生理響應

田 湘，馬道承，郭品湘，潘陸榮，李 琳，王凌暉

（1.南寧樹木園，廣西南寧 530031；2.廣西大學 林學院，廣西南寧 530004）

豆腐柴（Premna microphylla）為馬鞭草科（Verbenaceae）豆腐柴屬灌木，是一種木本蔬菜，主要分布在我國華東、中南和華南等地區[1]。其葉片含有大量果膠、蛋白質、維生素、氨基酸和多酚等物質，為藥食兩用植物[2]，常被制成豆腐和果凍[3-6]等食品。王齊瑞等[7]和柯斧等[8]進行豆腐柴扦插試驗，結果表明豆腐柴易生根，在營養豐富且透水的基質上生長良好，菜園土、2年生插條和500 mg/kg 萘乙酸（NAA）的處理組合有利于豆腐柴扦插；房江育等[9]和李琳玲等[10]對豆腐柴進行水培并探究其生根狀況，發現在相同溫度和光照下，豆腐柴水培植株的生長情況比土培好，適宜的礦質營養配比有利于植株生長。程華等[11]對豆腐柴進行組織培養，探究不同種類激素及濃度配比對其生長的影響，發現MS培養基+ 0.2 mg/L 6-BA + 1.0 mg/L NAA 最適宜誘導豆腐柴愈傷組織生根。對豆腐柴的研究還有莖和葉的解剖結構[12]、果膠提取及其性質[13]等方面。目前，關于豆腐柴光合生理及生長環境差異等方面的研究尚未見報道。

豆腐柴在自然環境中常生長在林下或林緣處，可進行套種或林下種植。在人工林林下套種經濟作物可提高林地經濟效益，促進林業可持續發展[14]。光照是影響木本蔬菜生長的重要環境因子。梁磊等[15]對4 種葉菜類觀賞蔬菜進行不同光照處理，結果表明光照強度的減弱導致蔬菜出現長勢下降、葉綠素合成受阻和干物質積累減少等現象；孟祥才等[16]研究表明，刺五加（Eleutherococcus senticosus）在強光照條件下生長較好；在適當遮光條件下，辣木（Moringa oleifera）莖、葉生物量及葉片微量元素富集均有所提升[17]。不同蔬菜種類對光照強度的需求因其自身生理差異等原因不盡相同。本研究對豆腐柴進行全光照、棚下和林下3 種環境下的栽培對比試驗，測定3 種環境下豆腐柴植株的光合生理及生理生化指標，并進行綜合分析，對3種環境下豆腐柴的種植效果進行評價，尋找最適宜其生長的光照及栽培條件，旨在推廣豆腐柴種植并為其豐產栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況與材料

豆腐柴植株由廣西壯族自治區南寧市南寧樹木園珍稀樹種花卉苗木繁育中心提供。

將1年生豆腐柴扦插苗分別種植在露天、棚下及林下3 種環境中；各環境的年均氣溫約為22 ℃，年均降水量約為1 650 mm。露天和棚下種植試驗地位于該中心本部（108°30′E，22°72′N）；露天種植環境下無任何遮光設施；塑料棚由一層熟料薄膜與一層黑色遮蔭網合并而成，光照強度為全光照條件的30%。林下種植試驗地位于南寧樹木園新塘管理區小葉欖仁（Terminalia neotaliala）林下（108°17′E，22°43′N），海拔180 m，林下光照強度為全光照條件的65%。各環境下的豆腐柴植株均采用赤紅壤進行培養。各處理均設置3 個重復，每重復30 株，共270株植株。

1.2 試驗方法與指標測定

采用隨機區組試驗設計。2018年4月，將1年生豆腐柴扦插苗分別種植在露天（光照強度100%）、林下（光照強度65%）及棚下（光照強度30%）3 種環境中。2019年12月初，測定3 種不同種植環境下豆腐柴植株的光合生理指標，并采集嫩葉進行生理生化指標測定。

在各種植環境下各選擇3 株健壯植株，每株選擇上部枝條從定芽向下數第2 ～5 片成熟功能葉中的3 片葉，分別進行光合生理指標及生理生化指標測定。凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）均采用Li-6400 XT 光合作用儀測定。光合色素含量采用乙醇提取法測定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250 染色法測定；游離脯氨酸含量采用酸性茚三酮法測定；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測定[18]。每個指標測定3 個生物學重復。

1.3 數據處理

分別采用Excel 2016 和SPSS 17.0 軟件對各指標的原始數據進行統計與分析。采用單因素方差分析（One-way ANOVA）及Duncan 多重比較法對比3 種種植環境下豆腐柴植株各指標間的差異；采用Pearson 相關性分析進行各指標間的相關關系分析；采用隸屬度分析，計算各種植環境下豆腐柴植株隸屬度均值并進行排序。隸屬函數公式為[19]：

U(Xi)＝(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中，U(Xi)為隸屬函數值；Xi為某指標測定平均值；Xmax和Xmin分別為該指標測定均值中的最大值和最小值；負相關指標用1-U(Xi)表示。

2 結果與分析

2.1 光照條件對豆腐柴植株光合生理特性的影響

不同光照條件下，豆腐柴植株的光合生理指標均差異極顯著（P＜0.01）（表1）。Pn隨光照強度降低呈先增后減的趨勢，林下種植時最大（12.88μmol·m-2·s-1）；Gs、Ci及Tr均隨光照強度降低逐漸增大，均在棚下種植時最大，分別為0.21 mmol·m-2·s-1、309.15μmol/mol和3.34 mmol·m-2·s-1。

表1 不同光照條件下豆腐柴植株的光合生理指標Tab.1 Photosynthetic physiological indexes of P.microphylla plants in different light conditions

2.2 光照條件對豆腐柴植株光合色素含量的影響

不同光照條件下，豆腐柴植株的光合色素含量均差異極顯著（P＜0.01）（表2）。各葉綠素含量均隨光照強度降低逐漸增加，葉綠素a、葉綠素b 及總葉綠素含量均在棚下種植時最高，分別為6.08、4.41和10.48 mg/g。類胡蘿卜素含量隨光照強度降低呈先增后減的趨勢，林下種植時最高（1.21 mg/g）。葉綠素a/b 隨光照強度降低逐漸變小，露天種植時最大（2.29）。

表2 不同光照條件下豆腐柴植株的光合色素含量Tab.2 Contents of photosynthetic pigments of P.microphylla plants in different light conditions

2.3 光照條件對豆腐柴植株滲透調節物質含量的影響

不同光照條件下，可溶性糖含量差異不顯著，可溶性蛋白、游離脯氨酸及MDA 含量均差異極顯著（P＜0.01）（表3）。 可溶性糖含量隨光照強度降低呈先增后減的趨勢，林下種植時最高（1.44%）；可溶性蛋白和MDA含量均隨光照強度降低逐漸增加，均在棚下種植時最高，分別為6.75 mg/g和3.21μmol/g；游離脯氨酸含量隨光照強度降低逐漸減少，露天種植時最高（156.14μg/g）。豆腐柴植株可改變自身滲透調節物質含量適應不同的光照環境；MDA 含量增加意味著弱光環境對豆腐柴植株產生一定的脅迫。

表3 不同光照條件下豆腐柴植株滲透調節物質的含量Tab.3 Osmotic regulating substance contents of P.microphylla plants in different light conditions

2.4 光照條件對豆腐柴植株生理狀況的綜合影響

2.4.1 各指標的相關性分析

Pn與類胡蘿卜素含量呈顯著正相關（P＜0.01）；Gs與葉綠素a 含量呈極顯著正相關（P＜0.01），與游離脯氨酸含量呈極顯著負相關（P＜0.01），與MDA含量呈顯著正相關（P＜0.05）；Ci與可溶性蛋白含量呈顯著正相關（P＜0.05）；葉綠素a 含量與游離脯氨酸含量呈極顯著負相關（P＜0.01），與MDA 含量呈顯著正相關（P＜0.05）；葉綠素b 含量與葉綠素a/b呈極顯著負相關（P＜0.01）；游離脯氨酸含量與MDA含量呈極顯著負相關（P＜0.01）（表4）。

表4 各指標相關性分析Tab.4 Correlation analysis on all indexes

2.4.2 各指標隸屬函數分析及評價

不同光照條件下，各指標隸屬度均值表現為棚下種植＞林下種植＞露天種植；刺五加植株在棚下種植時生理狀況較好，過強光照不利于其生長（表5）。

表5 各指標隸屬度分析Tab.5 Membership degree analysis on all indexes

3 討論與結論

光照作為植物生長過程中非常重要的因素之一，可對植物光合作用和生長等起到重要調控作用[20-21]。本試驗中，豆腐柴植株的Pn隨光照強度降低呈先增后減的趨勢；王坤等[22]研究越南多毛金花茶（Camellia hirsuta）的光合特性，結果顯示其Pn也隨光照強度降低呈先增后減的趨勢。豆腐柴植株的Gs、Ci及Tr均隨光照強度降低逐漸增大，可能是因為豆腐柴植株在弱光環境中需要更多的光照，因此Gs增大；弱光環境導致豆腐柴植株光合作用降低，因此其Ci及Tr增大。

葉綠素含量可反映植株葉片的光合能力；類胡蘿卜素有清除活性氧和保護葉綠素分子等作用[23]；光合色素含量可在一定程度上反應植株的光合作用及生理狀況。本試驗中，豆腐柴植株的葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量均隨光照強度降低逐漸增加，與陳斌等[24]和徐琳煜等[25]對不同光照環境下新娘草（Gibasis pellucida）、鋪地錦竹草（Callisia repens）和三葉青（Tetrastigma hemsleyanum）生理特性的研究結果一致。弱光環境中，植物會產生更多葉綠素以提高自身光合能力，適應環境；本試驗中，豆腐柴植株在弱光環境下的葉綠素含量很高，但Pn不高，可能是因為其在弱光環境下無法充分進行光合作用。類胡蘿卜素含量隨光照強度降低呈先增后減的趨勢，與李冬林等[26]和蘇金等[27]對香果樹（Emmenopterys henryi）和紫珠（Callicarpa bodinieri）生理特性的研究結果一致；葉綠素a/b 隨光照強度降低逐漸降低，與王亞楠等[28]對刻葉紫堇（Corydalis incisa）光合特性的研究結果一致。

可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸為常見的滲透調節物質；MDA 是對植物細胞膜脂過氧化程度最直觀的反應；此4 項指標可從滲透調節層面反映植物的生理狀況[29-31]。本試驗中，豆腐柴植株的可溶性糖含量隨光照強度降低呈先增后減的趨勢，可能是因為弱光環境中豆腐柴植株的Pn在短暫升高后逐漸降低，有機物合成受阻；可溶性蛋白含量和MDA 含量均隨光照強度降低逐漸增加，可能是由于光照強度降低對豆腐柴植株造成弱光脅迫，作為滲透調節物質的可溶性蛋白及MDA 逐漸積累。本試驗中，游離脯氨酸含量隨光照強度降低逐漸減少，此變化趨勢的原因需進一步分析。

通過隸屬度分析，豆腐柴植株在棚下種植時綜合得分最高，光照過強的環境不利于豆腐柴植株生長。植株生長不僅受光照條件的影響，還受土壤和水分等因素的影響。林下種植的環境最復雜，在之后的研究中還需進一步深入探討。棚下種植環境中，豆腐柴植株的葉綠素、可溶性糖和可溶性蛋白含量均較高，葉片營養成分較豐富，但MDA 含量較高。MDA 對人體心腦血管和神經系統等有一定毒害作用，屬于有害物質[32]。棚下種植時豆腐柴植株綜合生長狀況最好，但從食品安全角度考慮，對其種植模式及種植環節中的栽培、撫育措施等仍需進行更深入的研究。