4 種重樓屬植物的光合特性探究

陳晗琪，梅文亞，宋 榮，嚴(yán) 蓓，朱春曉，胡政輝，李華軍，蔣恒波

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2.湖南省農(nóng)業(yè)環(huán)境生態(tài)研究所, 湖南 長(zhǎng)沙 410125；3.桃江縣三堂街鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心，湖南 益陽(yáng) 413411；4.新田縣中醫(yī)醫(yī)院，湖南 永州425799）

重樓為我國(guó)傳統(tǒng)名貴中藥材，具有清熱解毒、消腫止痛、涼肝定驚等功效，《中華人民共和國(guó)藥典》2020 版記載重樓基源植物為百合科植物云南重樓或七葉一枝花的干燥根莖[1]。近年來(lái)隨著市場(chǎng)需求增加，重樓野生資源被過(guò)度采摘，而且由于藥用重樓生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，因此該植物蘊(yùn)藏量快速下降，逐漸無(wú)法滿足市場(chǎng)需求[2-3]。全世界重樓屬植物共有24種、12 個(gè)變種和2 個(gè)變型，我國(guó)種類(lèi)最多，有19種、12 個(gè)變種和2 個(gè)變型，尤其西南各省區(qū)分布的種類(lèi)和資源極為豐富[4]，重樓屬植物中有藥用記載的有11 種[5]，均含甾體皂苷類(lèi)、三萜類(lèi)、黃酮類(lèi)等多種化學(xué)成分，具有鎮(zhèn)痛、止血、免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤、抑菌等活性[6-8]。因此，為保證重樓用藥用量，可選擇具有藥用記載的重樓屬植物，作為新藥源或替代資源開(kāi)發(fā)利用。

野生重樓生長(zhǎng)條件苛刻，人工繁育栽培是保證重樓藥源植物產(chǎn)量的主要途徑之一，目前重樓屬植物人工栽培方式多為林下種植，但林下光照強(qiáng)度通常較弱，不少學(xué)者對(duì)林下種植重樓的光合作用和生理等進(jìn)行了研究，洪春桃等[9]通過(guò)研究4 a 齡華重樓在不同遮陰處理下的光合作用，發(fā)現(xiàn)華重樓光合速率（Pn）在林下栽培時(shí)最高；高成杰等[10]通過(guò)對(duì)不同海拔地區(qū)人工蔭棚種植下滇重樓葉片光合特性的研究，發(fā)現(xiàn)不同海拔下滇重樓葉片凈光合速率日變化曲線呈不明顯的“雙峰”曲線，光合午休出現(xiàn)在14：00 左右；同時(shí)對(duì)3 a 齡幼齡期滇重樓和8 a 齡成熟期滇重樓光合生理指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定[11]，發(fā)現(xiàn)幼齡期和成熟期滇重樓葉片凈光合速率均存在“午休”現(xiàn)象，成熟期滇重樓葉片Pn 和最大凈光合速率（Pnmax）均高于幼齡期葉片，但幼齡期滇重樓對(duì)弱光的利用率更高。目前，湖南省內(nèi)種植的重樓屬植物主要有多葉重樓（Paris polyphyllavar.polyphylla）、亮 葉 重 樓（Paris nitida）、 球 藥 隔 重 樓（Paris fargesii）和華重樓（Paris polyphyllavar.chinensis）等，因此，筆者以多葉重樓、亮葉重樓、球藥隔重樓和華重樓為試驗(yàn)材料，對(duì)其光合特性相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，以期精準(zhǔn)掌握重樓屬植物的光合生態(tài)習(xí)性，為重樓屬植物人工林下栽培的優(yōu)良種質(zhì)資源選育及高效科學(xué)栽培管理提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為多葉重樓、亮葉重樓、球藥隔重樓和華重樓，于2022 年采自湖南省益陽(yáng)市安化縣重樓種植基地，經(jīng)湖南省農(nóng)業(yè)環(huán)境生態(tài)研究所鑒定，符合試驗(yàn)要求。

1.2 試驗(yàn)方法

將重樓種植基地按照不同品系進(jìn)行劃分，每品系重樓基地采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，以0.333 hm2為一個(gè)處理單元，重復(fù)3 次。各處理單元隨機(jī)選取生長(zhǎng)良好、長(zhǎng)勢(shì)基本一致的重樓植株3 株做好標(biāo)記。

1.2.1 光合速率相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定 于2022 年4 月中旬晴好天氣8：00—18：00 采用LI-6400XT 光合作用測(cè)量系統(tǒng)，將重樓形態(tài)學(xué)上端往下數(shù)第3 片成熟的功能葉作為供試葉片，選擇紅藍(lán)光源，光子通量為實(shí)時(shí)通量，待實(shí)時(shí)光強(qiáng)下的光合作用穩(wěn)定后，每隔2 h 測(cè)定一次，分別讀取3 次，重復(fù)5 次[12]。記錄植株的凈光合速率（Pn）、胞間 CO2濃度（Ci）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）、氣孔限制值（Ls）、葉片水氣壓虧缺（Vpdl）、光合有效輻射（QPAR）以及水分利用效率（WUE=Pn/Tr）、光能利用率（LUE=Pn/QPAR）等。

1.2.2 光響應(yīng)曲線的測(cè)定 于晴好天氣9：00—11：30 采用LI-6400XT 便攜式光合作用測(cè)量系統(tǒng)，將重樓形態(tài)學(xué)上端往下數(shù)第3 片成熟的功能葉作為供試葉片，選擇紅藍(lán)光源，先用800 μmol/(m2·s)光強(qiáng)的紅藍(lán)光源誘導(dǎo)葉片30 min 后，再測(cè)定光量子通量密度（PAR）在2 000、1 800、1 500、1 200、 1 000、800、600、400、200、100、50、0 μmol/(m2·s) 12個(gè)光強(qiáng)梯度下的數(shù)據(jù)，重復(fù)3 次，采用葉子飄等[13]的雙曲線修正模型對(duì)光響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合，計(jì)算各植株最大凈光合速率（Pnmax）、光補(bǔ)償點(diǎn)（LCP）、光飽和點(diǎn)（LSP）、暗呼吸（Rd）及表觀量子效率（AQE）等。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2019 和SPSS 26.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Duncan 多重比較法進(jìn)行差異顯著性分析，Excel 2019 進(jìn)行相關(guān)制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 4 種重樓屬植物的凈光合速率日變化差異

4 種重樓屬植物的凈光合速率（Pn）日變化如圖1 所示，球藥隔重樓凈光合速率隨著時(shí)間變化呈先升后降的趨勢(shì)，16：00 時(shí)凈光合速率有最高值，為“單峰”曲線；多葉重樓、亮葉重樓以及華重樓凈光合速率日變化則為“雙峰”曲線，其中多葉重樓在12：00 和16：00 達(dá)到峰值，亮葉重樓與華重樓的凈光合速率趨勢(shì)基本一致，均在12：00 出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象，光合速率下降，后隨著外界光照輻射強(qiáng)度降低，亮葉重樓在14：00 有最大凈光合速率，華重樓在16：00 有最大凈光合速率。

圖1 4 種重樓屬植物的凈光合速率日變化

2.2 4 種重樓屬植物的胞間CO2 濃度和葉片水氣壓虧缺日變化差異

4 種重樓屬植物胞間CO2濃度（Ci）和葉片水氣壓虧缺（Vpd）日變化如圖2 所示，多葉重樓胞間CO2濃度隨時(shí)間變化呈下降趨勢(shì)，亮葉重樓、球藥隔重樓以及華重樓胞間CO2濃度在8：00—10：00先下降、10：00—12：00 上升、12：00—18：00 又下降，整體變化趨勢(shì)與凈光合速率相反。4 種重樓屬植物胞間 CO2濃度均在8：00 時(shí)有最大值、18：00 時(shí)有最小值。4 種重樓屬植物的葉片水氣壓虧缺則呈先下降后上升再下降趨勢(shì)，與胞間 CO2濃度變化規(guī)律相似，分別在8：00 和18：00 有最大值和最小值。

圖2 4 種重樓屬植物的胞間CO2 濃度（A）、葉片水氣壓虧缺（B）日變化

2.3 4 種重樓屬植物的氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率日變化差異

4 種重樓屬植物氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）日變化如圖3 所示，多葉重樓氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率隨時(shí)間變化為明顯的“雙峰”曲線，亮葉重樓、球藥隔重樓以及華重樓氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率則隨時(shí)間變化呈先升后降趨勢(shì)，4 種重樓屬植物的氣孔導(dǎo)度與蒸騰速率日變化規(guī)律相同。

圖3 4 種重樓屬植物氣孔導(dǎo)度（A）、蒸騰速率（B）日變化

2.4 4 種重樓屬植物的氣孔限制值日變化差異

4 種重樓屬植物氣孔限制值（Ls）日變化如圖4所示，多葉重樓氣孔限制值隨時(shí)間變化呈上升趨勢(shì)，亮葉重樓、球藥隔重樓以及華重樓氣孔限制值則隨時(shí)間變化呈先升后降再上升趨勢(shì)，變化趨勢(shì)與胞間CO2濃度變化規(guī)律相反。

圖4 4 種重樓屬植物氣孔限制值日變化

2.5 4 種重樓屬植物的光合特征參數(shù)差異

由表1 可知，除葉片水氣壓虧缺、氣孔限制值、水分利用率外，其余光合特征參數(shù)在不同種植物間均存在顯著性差異。其中，多葉重樓和球藥隔重樓凈光合速率顯著大于亮葉重樓和華重樓；多葉重樓的胞間CO2濃度最大，為285.23 μmol/(m2·s)，顯著大于亮葉重樓的233.72 μmol/(m2·s)，球藥隔重樓和華重樓胞間CO2濃度無(wú)顯著性差異；多葉重樓氣孔導(dǎo)度為0.091 μmol/(m2·s)，顯著高于亮葉重樓、球藥隔重樓和華重樓；多葉重樓的蒸騰速率最高，為1.10 μmol/(m2·s)，也顯著高于華重樓、亮葉重樓和球藥隔重樓的，亮葉重樓的蒸騰速率最低，與球藥隔重樓差異不顯著，但二者均顯著低于多葉重樓和華重樓；多葉重樓和球藥隔重樓的光能利用率顯著大于亮葉重樓和華重樓。

表1 4 種重樓屬植物光合指標(biāo)參數(shù)的比較

2.6 4 種重樓屬植物的光響應(yīng)曲線及其相關(guān)參數(shù)差異

4 種重樓屬植物光響應(yīng)曲線差異如圖5 所示，4種重樓屬植物植株葉片的Pn-PAR 曲線擬合較好，在光照強(qiáng)度為0～500 μmol/(m2·s) 時(shí)，凈光合速率（Pn）均隨光合有效輻射（PAR）增大而呈直線迅速上升，在光照強(qiáng)度為500～1 000 μmol/(m2·s) 時(shí)，緩慢增長(zhǎng)至最大凈光合速率，此時(shí)的PAR 為光飽和點(diǎn)（LSP），當(dāng)植株到達(dá)LSP 時(shí)，Pn 值保持相對(duì)穩(wěn)定或有略微下降，其中亮葉重樓、球藥隔重樓、華重樓在光照強(qiáng)度為1 000～2 000 μmol/(m2·s) 時(shí)Pn 值基本維持穩(wěn)定，多葉重樓則有明顯下降趨勢(shì)。

圖5 4 種重樓屬植物的光響應(yīng)曲線

由表2 可知，華重樓的暗呼吸速率和光補(bǔ)償點(diǎn)最高，分別為0.511 和5.56 μmol/(m2·s)，4 種重樓屬植物的最大凈光合速率在6.13～7.03 μmol/(m2·s)之間浮動(dòng)，其中亮葉重樓的最大凈光合速率最大，華重樓的最小；4 種重樓的光飽和點(diǎn)在644.14～2 345.17 μmol/(m2·s) 之間浮動(dòng)，其中亮葉重樓的光飽和點(diǎn)最高，說(shuō)明亮葉重樓利用強(qiáng)光能力強(qiáng)；4 種重樓的光補(bǔ)償點(diǎn)在2.72～5.56 μmol/(m2·s) 之間浮動(dòng)，球藥隔重樓光補(bǔ)償點(diǎn)最低，說(shuō)明其更適應(yīng)弱光條件。

表2 光響應(yīng)曲線相關(guān)參數(shù)

3 結(jié)論與討論

多葉重樓、亮葉重樓、球藥隔重樓和華重樓中胞間CO2濃度和葉片水氣壓虧缺（Vpd）日變化規(guī)律相似，與凈光合速率呈相反變化規(guī)律，其中球藥隔重樓的凈光合速率呈“單峰”曲線，其他三種重樓屬植物均為“雙峰”曲線，均符合重樓屬植物的光合作用特征表現(xiàn)[14]，表明4 種重樓屬植物在湖南省光合生長(zhǎng)狀態(tài)良好。但多葉重樓和球藥隔重樓凈光合速率和光能利用率顯著大于亮葉重樓和華重樓，說(shuō)明多葉重樓和球藥隔重樓光合作用能力較強(qiáng)[15-16]。其中多葉重樓光飽和點(diǎn)最低，更適應(yīng)弱光環(huán)境，但多葉重樓蒸騰速率高，蒸騰速率的增加會(huì)引起根部供水速率滯后于葉面蒸騰速率[17]，導(dǎo)致多葉重樓抗旱性較弱。凈光合速率中球藥隔重樓呈“單峰”曲線，不存在光合“午休”現(xiàn)象，其光飽和點(diǎn)高于外界實(shí)時(shí)光照強(qiáng)度，重樓屬植物屬陰生植物，對(duì)于光照要求比較高，4 種重樓屬植物中球藥隔重樓光飽和點(diǎn)與生長(zhǎng)期的日照條件相適應(yīng)，說(shuō)明球藥隔重樓利用強(qiáng)光能力強(qiáng)，綜合比較球藥隔重樓更適宜在湖南引種栽培。