遮陰處理對知母光合特性的影響

劉益宏 嚴慧麗 聶江力 陳宇航 裴毅 吳玉龍

摘要：以二年生知母為試驗材料，設4個遮陰處理（0，40%，70%，90%），待知母植株長至50 cm時對其進行光合特性研究。結果表明，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）、氣孔導度（Gs）均隨之降低，在遮陰度為90%時達到最小值。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與光補償點。試驗表明，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，要給予知母植株充足的光照，以促進知母高效和高質量生長。

關鍵詞：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《神農本草經》[1]。知母全株無毛，根莖肥厚，主要產于河北省、山西省、內蒙古自治區等地[2]，以植株的干燥根狀莖入藥[3]，性苦、甘且寒，歸肺、胃、腎經[4]。知母質地柔潤，具有清熱降火、滋陰潤燥的功效[5]。現代藥理學研究表明，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、抗動脈粥樣硬化、抗炎、抗凝血以及改善骨質疏松等都有效果[11]。研究表明，知母植株的藥材質量等級越高，其有效活性成分含量就越多[12]，而不同的生長環境、田間栽培管理方式等對知母藥材質量均有較大影響[13]。目前，對知母的研究主要集中在化學成分[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道。

近年來，由于受生態環境破壞以及不節制采挖等多種因素的影響，野生知母資源已接近匱乏，目前絕大多數流通于市場上的知母均為人工栽培。不同光照強度會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、高質量種植知母提供技術支撐。

1? 材料和方法

1.1? ?試驗材料

知母：試驗用知母植株為天津農學院西校區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（型號BX-1010A-00）、葉綠素儀（型號SPAD-502 Plus）。

1.2? ?試驗方法

試驗于2021年3—5月在天津農學院西校區中草藥園進行，試驗地土壤為砂質壤土，氣候為溫帶季風性氣候。試驗設4個遮陰處理，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型數字式照度計測定。選用不同遮陰度的黑色遮陰網進行遮陰處理，將遮陰網用竹竿固定在距地面高度60 cm處，四周垂落到地面，并用石頭壓緊壓實固定，避免太陽光斜射造成誤差。每個遮陰處理50株，各重復3次。待知母植株長至50 cm時測定其各項指標，培養期內定期除草、灌溉。

1.3? ?測定項目

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

1.3.3 光響應曲線 試驗在上午9：00—11：00測定光響應曲線。測定前為保證植株葉片氣孔完全張開，先進行光活化處理，正式測定時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響應曲線。采用葉子飄和于強[20]的光響應模型進行數據擬合，篩選出最佳擬合模型，將選定的擬合Pn-PAR響應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? ?數據處理與分析

采用Excel 2019軟件對試驗數據進行處理和圖形趨勢繪制，采用SPSS 23軟件進行數據分析，采用葉子飄和王建林[21]的光響應模型進行數據擬合。

2? 結果與分析

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，根據遮陰程度不同，知母葉片葉綠素相對含量排序為：70%遮陰＞0遮陰（對照CK）＞40%遮陰＞90%遮陰。經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%遮陰處理時達到最高峰值。

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，當光照強度急劇降低時，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出現峰值，在13：00出現明顯“光合午休”現象，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閉，導致植物對CO2的吸收受到阻礙，因此使光合作用強度降低[22]，產生植物“光合午休”現象。對照（CK）處理的Pn日變化與40%遮陰處理趨勢一致，均在13：00發生明顯的“光合午休”現象。

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層數較多，對溫度具有一定的穩定作用，使知母葉片受外界氣溫影響較小，因此受“光合午休”現象的影響較小，沒有出現明顯的雙峰型趨勢。

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，氣孔過度關閉則會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，導致知母葉片氣孔過度關閉所致（圖3）。

隨著遮陰程度的增加，知母葉片氣孔導度（Gs）迅速下降，且各處理之間的差異十分顯著，并在13：00出現了十分明顯的氣孔導度降低現象，這可能是由于中午氣溫較高而出現植株“光合午休”現象，從而導致知母葉片氣孔過度關閉（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的影響

Pn-PAR響應曲線中（圖5），當光合有效輻射小于200 μmol·m-2·s-1時，40%遮陰處理的知母葉片Pn最大，高于其他3個遮陰處理，90%遮陰處理的知母葉片Pn最小。當光合有效輻射小于200 μmol·m-2·s-1時，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。

當光合有效輻射大于200 μmol·m-2·s-1時，對照（CK）處理的知母葉片Pn最大，顯著高于其他3個遮陰處理，經70%遮陰處理的知母葉片Pn最小，并且4個遮陰處理的Pn-PAR響應曲線呈下降趨勢且趨于平穩，這與王道金等[24]研究結果一致。這種情況的出現可能是由于光照強度過大而導致植株氣孔關閉，使植株無法利用空氣中的CO2，而植株的呼吸作用仍在進行，會產生部分CO2供植株進行光合作用，但由于產生的CO2數量很少，使得知母葉片的光合作用降低，因此出現知母葉片凈光合速率有略微降低的現象。當光合有效輻射大于200 μmol·m-2·s-1時，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模型擬合對比

不同模型對知母葉片光響應參數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償點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償點的擬合程度最優。同理可以得出，指數方程模型對知母暗呼吸速率的擬合程度最優，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。由表3還可知，隨著遮陰程度的增加，知母葉片的光補償點隨之下降。

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為：40%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，適度遮光會提高知母植株的表觀量子效率，過度遮光會降低知母植株的表觀量子效率。

知母葉片光飽和點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最高，各處理的知母葉片光飽和點排序為：0遮陰（對照CK）＞90%遮陰＞40%遮陰＞70%遮陰（表4），可以看出，遮光處理會降低知母葉片光補償點及光飽和點。

光照強度是影響植物進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度照射，對其光合作用以及生長的影響是長久而復雜的[25]。光照條件的改變對植物葉片的光合色素含量、光合響應以及光合速率產生重要影響。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%遮陰處理時達到最高峰值，即葉片葉綠素含量為58 SPAD（表1）。基于李輝等[26]研究結論，可以得出由于70%遮陰處理的光照強度為植物的最適光照強度，故而能產生更多的葉綠素。植物光合作用的光補償點和光飽和點可表明植物葉片對強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償點及光飽和點隨著遮陰程度的增加而下降，表明知母對強光有較強的適應性。隨著遮陰程度的增加，知母葉片Pn、Ci、Tr、Gs、光補償點、光飽和點均隨之下降，由此可見，遮陰處理對知母植株的光合參數可造成顯著影響。

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%遮陰處理時最高，由此可以看出過度遮光處理會降低知母的表觀量子效率以及對光照的利用能力。

綜合分析認為，知母植株對強光的利用能力較強，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，要給予知母植株充足的光照，這有利于促進知母植株的高效和高質量生長。

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