月均氣溫對三葉青林下容器栽培苗光合特性及其塊根總黃酮含量的影響

章健敏，林國衛(wèi)，婁俊

(1.玉山縣氣象局，江西 上饒 334700；2.上饒師范學院 生命科學學院，江西 上饒 334001；3.上饒市廣信區(qū)氣象局，江西 上饒 334100)

三葉青 (TetrastigmahemsleyanumDiels et Gilg)為葡萄科崖爬藤屬植物，主要分布于浙江、江西、福建、湖南、湖北、廣東、廣西等地，為我國特有珍稀藥用植物[1]。三葉青新鮮或干燥塊根有清熱解毒、消腫止痛、化痰散結的功效，常用于小兒高熱驚風、百日咳、毒蛇咬傷等治療[2]；三葉青干燥全草也具有清熱解毒、消腫止痛、活血祛風等功效，也可用于流行性感冒、肝炎、泌尿系統(tǒng)結石、跌打損傷等治療[3]。光合作用是綠色植物基本的生命活動之一，也是植物次生代謝物形成的基礎[4]。研究表明，溫度可顯著影響植物的生長發(fā)育，限制其光合作用，從而決定后續(xù)植物次生代謝物的含量，是一個重要的生態(tài)因子[5]。在全球氣溫變化加劇的背景下，極端氣溫頻繁出現(xiàn)對植物造成逆境脅迫及導致的經濟損失已引起世界廣泛關注，也是我國農林業(yè)生產中最主要的氣象自然災害之一[6]。目前，對三葉青的研究主要集中在扦插育苗[7]、化學成分[8]、藥理作用[9]、組培快繁[10]等方面，而關于三葉青光合生理的研究僅限于設施栽培條件[11]、不同光強處理[12]、不同氮形態(tài)[13]和生物炭肥[14]等影響因子，關于三葉青總黃酮含量的影響因子也僅限于產地[15]、生長環(huán)境[16]、干燥與儲存方式[17]、取材部位與處理[18]、光質[19]、遮陰[20]、海拔高度[21]等，而關于氣溫對三葉青光合生理及其塊根總黃酮含量的影響尚未見報道。本研究以三葉青林下容器栽培三年生扦插苗為研究對象，在2015—2019年研究五府山月均氣溫對其光合生理及其塊根總黃酮含量的影響，旨在找出三葉青林下容器栽培的光合生理規(guī)律及其塊根總黃酮含量變化，為三葉青的林下容器生態(tài)栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

五府山竹林下三葉青三年生控根容器栽培苗[22]。

1.2 方法

1.2.1 五府山月均氣溫對三葉青容器栽培苗光合特性和葉綠素熒光參數的影響

2015—2019年每年每月5日、10日、15日、20日和25日選取五府山竹林下三葉青三年生控根容器栽培苗頂端形狀相近的葉片，用Li-6400光合儀測定光合特性參數和遮光(采用錫箔紙進行遮光)條件下的葉綠素熒光參數。測量前，需先使用錫箔紙對待測葉片進行30 min的暗適應處理。然后先用檢測光照射測定葉片的初始熒光(Fo)，再用飽和白光光照1 s測最大熒光(Fm)。最后，打開內源光光化30 min，測定光下最小熒光(F′o)、光下最大熒光(F′m)及穩(wěn)態(tài)熒光(Fs)[23]。光合特性參數包括凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)等參數及環(huán)境CO2濃度(儀器進氣口的CO2濃度)，并計算氣孔限制值(Ls)、水分利用效率(WUE)和瞬時羧化速率(CUE)，其公式分別為Ls=1-Ci/Ca，WUE=Pn/Tr，CUE=Pn/Ci。CUE用于估測RuBPCase(1，5-二磷酸核酮糖羧化酶)的活性。使用開放式氣路，CO2濃度為400 μmol·mol-1。同日，選擇生長健壯、長勢相近的五府山竹林下三葉青三年生控根容器栽培苗頂部和中間部分的葉片，采用便攜式葉綠素測定儀SPAD-502Plus對五府山竹林下三葉青三年生控根容器栽培苗葉片葉綠素含量 SPAD 值進行測定[24]。上述每日試驗重復3次。每月5日、10日、15日、20日和25日測定的光合特性、葉綠素熒光參數和葉綠素含量SPAD 值，取其平均值，算出五府山竹林下三葉青容器栽培苗光合特性、葉綠素熒光參數和葉綠素含量SPAD 值的每月平均值。

1.2.2 五府山月均氣溫對三葉青容器栽培苗塊根總黃酮含量的影響

2015—2019年每年每月5日、10日、15日、20日和25日選取五府山竹林下三葉青三年生控根容器栽培苗塊根，采用阮明穎[15]的方法測定其總黃酮含量。上述每日試驗重復3次。每月5日、10日、15日、20日和25日測定的總黃酮含量，取其平均值，視為五府山竹林下三葉青容器栽培苗塊根的每月平均總黃酮含量。

1.2.3 五府山2015—2019年每日氣溫的調取和數據統(tǒng)計分析

利用五府山2015—2019年區(qū)域站氣溫數據，算出2015—2019年逐年及5年的各月平均氣溫，結合五府山竹林下三葉青容器栽培苗光合特性、葉綠素熒光參數和葉綠素含量SPAD 值的每月平均值以及五府山竹林下三葉青容器栽培苗塊根的每月平均總黃酮含量。

利用SPSS 20.0軟件，采用單因素方差分析法(one-way ANOVA)進行2015—2019年五府山月均氣溫下三葉青林下容器栽培苗光合生理及其塊根總黃酮含量的顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 2015—2019年五府山月均氣溫對三葉青林下容器栽培苗葉綠素含量的影響

2015—2019年五府山月均氣溫對三葉青林下容器栽培苗葉綠素含量的影響見表1。由表1可知，2015—2019年，五府山1月的氣溫最低，2—6月氣溫逐漸提升，7—8月氣溫達到最高值，9—12月氣溫逐漸下降。由表1可知，在2015—2019年的每年1—12月，五府山三葉青林下容器栽培苗葉綠素含量的SPAD值也隨著氣溫的變化而顯著發(fā)生變化；在1—6月氣溫逐漸提高，五府山三葉青林下容器栽培苗葉綠素含量的SPAD值也顯著提高(P<0.05)；氣溫在7—8月達到最高值，五府山三葉青林下容器栽培苗葉綠素含量的SPAD值也達到最大值；9—12月氣溫逐漸下降，五府山三葉青林下容器栽培苗葉綠素含量的SPAD值也隨之顯著下降(P<0.05)。

表1 2015—2019年五府山月均氣溫對三葉青林下容器栽培苗葉綠素含量的影響Table 1 Effect of monthly average temperature in Wufu Mountain from 2015 to 2019 on chlorophyll content of Tetrastigma hemsleyanum Diels et Gilg seedlings grown in containers under the forest

2.2 2015—2019年五府山月均氣溫對三葉青林下容器栽培苗光合特性的影響

2015—2019年五府山五年月均氣溫對三葉青林下容器栽培苗光合特性的影響見表2。由表2可知，在2015—2019年的每年1—12月，五府山三葉青林下容器栽培苗光合特性也隨著氣溫的變化而顯著發(fā)生變化。在1—6月氣溫逐漸提高，五府山三葉青林下容器栽培苗凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)、氣孔限制值(Ls)和瞬時羧化速率(CUE)也顯著提高(P<0.05)；氣溫在7—8月達到最高值，凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)、氣孔限制值(Ls)和瞬時羧化速率(CUE)也達到最大值；9—12月氣溫逐漸下降，五府山三葉青林下容器栽培苗凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)、氣孔限制值(Ls)和瞬時羧化速率(CUE)也隨之顯著下降(P<0.05)。此外，在1—6月氣溫逐漸提高，五府山三葉青林下容器栽培苗胞間CO2濃度(Ci)和水分利用效率(WUE)也顯著下降；氣溫在7—8月達到最高值，胞間CO2濃度(Ci)和水分利用效率(WUE)也達到較低值；9—12月氣溫逐漸下降，五府山三葉青林下容器栽培苗胞間CO2濃度(Ci)和水分利用效率(WUE)也隨之顯著提高(P<0.05)。

表2 2015—2019年五府山月均氣溫對三葉青林下容器栽培苗光合特性的影響Table 2 Effect of monthly average temperature in Wufu Mountain from 2015 to 2019 on photosynthetic characteristics of Tetrastigma hemsleyanum Diels et Gilg seedlings grown in containers under the forest

2.3 2015—2019年五府山月均氣溫對三葉青林下容器栽培苗葉綠素熒光參數的影響

2015—2019年五府山五年月均氣溫對三葉青林下容器栽培苗葉綠素熒光參數的影響見表3。由表3可知，在2015—2019年的每年1—12月，五府山三葉青林下容器栽培苗葉綠素熒光參數也隨著氣溫的變化而變化。在1—6月氣溫逐漸提高，五府山三葉青林下容器栽培苗初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)、光下最小熒光(F′o)、光下最大熒光(F′m)、穩(wěn)態(tài)熒光(Fs)、PSⅡ最大光能轉化效率(Fv/Fm)、PSⅡ潛在光化學效率(Fv/Fo)、PSⅡ實際光化學效率(ΦPSⅡ)、開放的PSⅡ反應中心捕獲激發(fā)能效率(F′v/F′m)、光化學淬滅系數(qP)也顯著提高，而非光化學淬滅系數(NPQ)顯著下降(P<0.05)；氣溫在7—8月達到最高值，初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)、光下最小熒光(F′o)、光下最大熒光(F′m)、穩(wěn)態(tài)熒光(Fs)、PSⅡ最大光能轉化效率(Fv/Fm)、PSⅡ潛在光化學效率(Fv/Fo)、PSⅡ實際光化學效率(ΦPSⅡ)、開放的PSⅡ反應中心捕獲激發(fā)能效率(F′v/F′m)、光化學淬滅系數(qP)也達到最大值，非光化學淬滅系數(NPQ)達到最低值；9—12月氣溫逐漸下降，五府山三葉青林下容器栽培苗初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)、光下最小熒光(F′o)、光下最大熒光(F′m)、穩(wěn)態(tài)熒光(Fs)、PSⅡ最大光能轉化效率(Fv/Fm)、PSⅡ潛在光化學效率(Fv/Fo)、PSⅡ實際光化學效率(ΦPSⅡ)、開放的PSⅡ反應中心捕獲激發(fā)能效率(F′v/F′m)、光化學淬滅系數(qP)也隨之顯著下降，而非光化學淬滅系數(NPQ)顯著上升(P<0.05)。

表3 2015—2019年五府山月均氣溫對三葉青林下容器栽培苗葉綠素熒光參數的影響Table 3 Effect of monthly average temperature in Wufu Mountain from 2015 to 2019 on chlorophyll fluorescence parameters of Tetrastigma hemsleyanum Diels et Gilg seedlings grown in containers under the forest

2.4 2015—2019年五府山月均氣溫對三葉青林下容器栽培苗塊根總黃酮含量的影響

2015—2019年五府山五年月均氣溫對三葉青林下容器栽培苗塊根總黃酮含量的影響見表4。由表4可知，在2015—2019年的每年1—12月，五府山三葉青林下容器栽培苗塊根總黃酮含量也隨著氣溫的變化而變化。在1—6月氣溫逐漸提高，五府山三葉青林下容器栽培苗塊根總黃酮含量也顯著提高；氣溫在7—8月達到最高值，塊根總黃酮含量也達到最大值；9—12月氣溫逐漸下降，五府山三葉青林下容器栽培苗塊根總黃酮含量也隨之顯著下降(P<0.05)。

表4 2015—2019年五府山月均氣溫對三葉青林下容器栽培苗塊根總黃酮含量的影響Table 4 Effect of monthly average temperature in Wufu Mountain from 2015 to 2019 on total flavone content of root tuber of Tetrastigma hemsleyanum Diels et Gilg seedlings grown in containers under the forest

3 討論

植物的光合作用受外界多重因子的影響，其中溫度是影響植物光合作用的重要因子之一[25]。有研究表明，溫度會顯著影響植物的葉綠素含量[26]。溫度對龍葵幼苗葉綠素含量的影響，發(fā)現(xiàn)隨著溫度降低，龍葵幼苗葉綠素含量顯著降低。黃艷花等[27]研究了溫度對裂片石莼葉綠素含量的影響，發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)的裂片石莼的葉綠素含量隨著溫度升高而顯著增加。王璐等[28]探究了溫度升高對甜椒葉綠素含量的影響，發(fā)現(xiàn)升溫可顯著增加其葉綠素含量。本試驗結果與上述結果一致。在2015—2019年，隨著1—6月氣溫逐漸提高，五府山三葉青林下容器栽培苗葉綠素含量的SPAD值也顯著提高(P<0.05)；氣溫在7—8月達到最高值，五府山三葉青林下容器栽培苗葉綠素含量的SPAD值也達到最大值；9—12月氣溫逐漸下降，五府山三葉青林下容器栽培苗葉綠素含量的SPAD值也隨之顯著下降(P<0.05)。

溫度也會顯著抑制植物的光合特性[29]。劉念奇等[30]研究了根區(qū)溫度對嫁接黃瓜苗光合特性的影響，發(fā)現(xiàn)隨著根區(qū)溫度的降低，黃瓜葉片Pn顯著降低。王珣等[31]分析不同溫度下甜高粱葉片光合作用的氣孔限制和非氣孔限制特征，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，Pn不斷增大，35 ℃時Pn分別是25 ℃、30 ℃時的1.55和1.18 倍。宗毓錚等[32]研究了氣溫升高對北方冬小麥旗葉光合特性的影響，發(fā)現(xiàn)氣溫升高 2 ℃會使小麥孕穗期凈光合速率顯著增加24.7%，而對小麥拔節(jié)期與灌漿期凈光合速率無顯著影響。王璐等[28]探究了溫度升高對甜椒光合生理的影響，發(fā)現(xiàn)溫度升高可使甜椒Pn、Gs、Tr和WUE極顯著增加，溫度升高后Ci降低。本試驗結果與上述結果一致。在2015—2019年，隨著1—6月氣溫逐漸提高，五府山三葉青林下容器栽培苗凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)、氣孔限制值(Ls)和瞬時羧化速率(CUE)也顯著提高；氣溫在7—8月達到最高值，凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)、氣孔限制值(Ls)和瞬時羧化速率(CUE)也達到最大值；9—12月氣溫逐漸下降，五府山三葉青林下容器栽培苗凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)、氣孔限制值(Ls)和瞬時羧化速率(CUE)也隨之顯著下降(P<0.05)。此外，在1—6月氣溫逐漸提高，五府山三葉青林下容器栽培苗胞間CO2濃度(Ci)和水分利用效率(WUE)也顯著下降(P<0.05)；氣溫在7—8月達到最高值，胞間CO2濃度(Ci)和水分利用效率(WUE)也達到最低值；9—12月氣溫逐漸下降，五府山三葉青林下容器栽培苗胞間CO2濃度(Ci)和水分利用效率(WUE)也隨之顯著提高(P<0.05)。

也有研究表明，溫度會顯著影響植物的葉綠素熒光參數[33]。劉念奇等[30]研究了根區(qū)溫度對嫁接黃瓜苗葉綠素熒光參數的影響，發(fā)現(xiàn)隨著根區(qū)溫度的降低，黃瓜葉片F(xiàn)v/Fm、qP和NPQ均顯著降低。馬欠等[34]研究了溫度對小球藻和銅綠微囊藻生長及葉綠素熒光特性的影響，發(fā)現(xiàn)較高的溫度有利于小球藻和銅綠微囊藻Fv/Fm的提高。張振文等[35]研究了溫度對木薯葉片葉綠素熒光及 Rubisco 酶的影響，發(fā)現(xiàn)溫度升高可顯著提高木薯葉片的Fv/Fm和F′v/F′m。黃艷花等[27]研究了溫度對裂片石莼葉綠素熒光特性的影響，發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)的裂片石莼的葉綠素熒光參數(Fv/Fm、F′v/F′m、qP)隨著溫度升高而顯著增加。本試驗結果與上述結果一致。在2015—2019年，隨著1—6月氣溫逐漸提高，五府山三葉青林下容器栽培苗Fo、Fm、F′o、F′m、Fs、Fv/Fm、Fv/Fo、ΦPSⅡ、F′v/F′m、qP也顯著提高(P<0.05)，而NPQ顯著下降(P<0.05)；氣溫在7—8月達到最高值，F(xiàn)o、Fm、F′o、F′m、Fs、Fv/Fm、Fv/Fo、ΦPSⅡ、F′v/F′m、qP也達到最大值，NPQ達到最低值；9—12月氣溫逐漸下降，五府山三葉青林下容器栽培苗Fo、Fm、F′o、F′m、Fs、Fv/Fm、Fv/Fo、ΦPSⅡ、F′v/F′m、qP也隨之顯著下降(P<0.05)，而NPQ顯著上升(P<0.05)。究其原因，可能是隨著氣溫降低，三葉青林下容器栽培苗葉片PSⅡ的部分失活或受到一定傷害，原初光能轉換效率下降，電子傳遞活性減弱，有效抑制了光合碳代謝電子供應效率，從而影響三葉青林下容器栽培苗的光合作用，并隨溫度的降低抑制作用加劇。但關于不同溫度對不同基因型棉花葉片葉綠素熒光的研究結果以及王浩等[4]關于氣溫對葡萄葉片光合熒光的研究結果與本研究結果不一致，隨著溫度不斷升高，不同基因型棉花葉片的Fv/Fm表現(xiàn)為先升高后降低，而Fo則表現(xiàn)為先降低后升高。高氣溫下葡萄葉片光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)實際光化學效率不會顯著上升反而顯著降低，NPQ則顯著上升。

還有研究表明，生態(tài)環(huán)境特別是氣溫對植物的有效藥用成分的積累也有顯著影響。薛焱等[36]比較了不同生態(tài)環(huán)境對冷蒿總黃酮積累的影響，發(fā)現(xiàn)冷蒿總黃酮含量與年均氣溫呈正相關，年均氣溫是影響冷蒿總黃酮積累的主要地理因子。本試驗結果與上述結果一致，在2015—2019年，隨著1—6月氣溫逐漸提高，五府山三葉青林下容器栽培苗塊根總黃酮含量也顯著提高(P<0.05)；氣溫在7—8月達到最高值，塊根總黃酮含量也達到最大值；9—12月氣溫逐漸下降，五府山三葉青林下容器栽培苗塊根總黃酮含量也隨之顯著下降(P<0.05)。