三葉青野生種與懷玉山三葉青栽培種光合特征和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的比較

熊克冰，洪森榮，蔡紅，陳榮華

（1.上饒師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院/上饒市藥食同源植物資源保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/上饒市三葉青保育與利用技術(shù)創(chuàng)新中心/上饒農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新研究院，江西 上饒 334001；2.上饒市紅日農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司，江西 上饒 334700）

三葉青，正名三葉崖爬藤（Tetrastigma hemsleyanumDiels et Gilg），為葡萄科崖爬藤屬多年生草質(zhì)藤本植物，又名金線(xiàn)吊葫蘆、石老鼠、石猴子、石抱子、蛇附子等［1］，枝無(wú)或有柔毛，葉與卷須對(duì)生；三出復(fù)葉，無(wú)毛，邊緣鋸齒較疏且淺；花序腋生；果為漿果，近球形或倒卵狀的球形；種子呈倒卵狀橢圓形；塊莖呈橢球形或不規(guī)則塊狀［2］，主要分布于浙江、江蘇、江西、廣東、廣西、福建、湖南、湖北、四川等地［3］。三葉青是中國(guó)特有珍稀藥材，全株皆可入藥，常采收于夏、秋兩季，采收后可直接鮮用或是通過(guò)切片、曬干等方式進(jìn)行儲(chǔ)存。三葉青中最主要的有效成分為黃酮類(lèi)物質(zhì)，具有清熱解毒、祛風(fēng)化痰、抗癌、抗腫瘤等功效，有“植物抗生素”之稱(chēng)。三葉青在肺炎、肝炎、腦膜炎等多種疾病的治療上有重要作用［4，5］，具有非常高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

由于人為的開(kāi)山毀林以及藥材價(jià)格上漲而遭到狂采濫挖等原因，這些年來(lái)三葉青野生資源已不能滿(mǎn)足目前的需求［6-10］。保護(hù)三葉青野生資源，建設(shè)三葉青產(chǎn)業(yè)化基地，實(shí)現(xiàn)三葉青人工栽培已成為趨勢(shì)。2008年起，上饒市紅日農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司對(duì)全國(guó)各地的野生三葉青資源進(jìn)行搜集、馴化，共保存了68個(gè)不同分布區(qū)域的野生三葉青品種，從中選育出具有較高栽培價(jià)值的懷玉山三葉青栽培種懷玉1號(hào)和懷玉2號(hào)［2］，大大緩解了醫(yī)藥市場(chǎng)對(duì)三葉青需求的壓力，同時(shí)在一定程度上保護(hù)了三葉青野生種資源。

光合作用是植物進(jìn)行生長(zhǎng)發(fā)育最基本的生理活動(dòng)之一［11，12］。光合特征可以反映植物的光合效率，與植物的生長(zhǎng)狀況密切相關(guān)，光合效率的大小可直接反映該種植物的產(chǎn)量［11，13］。葉綠素?zé)晒鈪?shù)可反映樣本植物有關(guān)光合作用的相關(guān)信息，可直接反映所測(cè)植物光系統(tǒng)的“內(nèi)在性”［14］。雖然有不少研究者對(duì)三葉青的光合特性做了研究，但是在相同光照條件及生長(zhǎng)條件下，對(duì)三葉青野生種與栽培種光合特性的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。本研究選取了三葉青野生種FJ-WYS以及懷玉山三葉青栽培種懷玉2號(hào)作為研究對(duì)象。通過(guò)測(cè)定野生種FJ-WYS及栽培種懷玉2號(hào)葉綠素?zé)晒鈪?shù)、光合特征、葉綠素含量以及葉長(zhǎng)、葉寬和葉型指數(shù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，旨在為三葉青野生種進(jìn)一步選育工作提供光合作用方面的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料為種植于種植園（東經(jīng)117°56′21″—117°59′55″，北緯28°50′14″—28°53′47″）相同大棚種植條件下的2個(gè)三葉青品種，分別為三葉青野生種FJ-WYS與懷玉山三葉青栽培種懷玉2號(hào)（圖1）。

圖1 供試材料懷玉山三葉青栽培種懷玉2號(hào)與三葉青野生種FJ-WYS

FJ-WYS，原始采集地為福建省武夷山天心寺，位于福建省北部，終年氣候溫暖、雨量充沛，具亞熱帶季風(fēng)氣候特征。年平均氣溫19.0℃左右，年降雨量1 900 mm左右。于2013年11月28日采集后種植于江西省上饒市玉山縣懷玉山三葉青品種園內(nèi)。地上部分生長(zhǎng)旺盛，藤蔓較為粗壯。葉呈桃葉型，兩側(cè)小葉較中央小葉小，葉片表面較嫩。

懷玉2號(hào)是從來(lái)自全國(guó)各地68個(gè)野生三葉青品種中選育出的三葉青栽培種。地上部分生長(zhǎng)旺盛，而塊根形成相對(duì)較晚，小葉片呈桃葉形，兩側(cè)小葉較中央小葉小，葉片表面具有光澤呈現(xiàn)革質(zhì)。

試驗(yàn)區(qū)為江西省上饒市玉山縣懷玉山三葉青品種園，位于江西省東北部，終年氣候溫暖、雨量充沛，具亞熱帶季風(fēng)氣候特征。年平均氣溫在17.0℃左右，年降水量在1 900 mm以上。以上材料均種植于上饒市紅日農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司懷玉山基地大棚，試驗(yàn)所測(cè)植株均無(wú)病蟲(chóng)害、生長(zhǎng)狀態(tài)良好。

1.2 方法

2019年10月25日9—11時(shí)，于江西省上饒市玉山縣懷玉山三葉青品種園內(nèi)測(cè)定。在FJ-WYS和懷玉2號(hào)中選取無(wú)病蟲(chóng)害、生長(zhǎng)狀態(tài)相似的植株。

1.2.1 FJ-WYS與懷玉2號(hào)光合特征和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定

1）光和特性的測(cè)定：每個(gè)品種選取5株，每株各選取健康完整、發(fā)育成熟的葉片1片，每個(gè)樣本葉片重復(fù)測(cè)2組數(shù)據(jù)。利用LI-6400XT光合儀分別測(cè)定并記錄三葉青野生種FJ-WYS與三葉青栽培種懷玉2號(hào)的光合特征參數(shù)（Pn、Gs、Ci、Tr、Ca）。

2）葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定：每個(gè)品種選取3株，每株各選取健康完整、發(fā)育成熟的葉片1片。在測(cè)量前，使用錫箔紙對(duì)待測(cè)葉片進(jìn)行暗適應(yīng)處理，處理時(shí)間為30 min。暗適應(yīng)處理后，立即使用配備有6400-40熒光葉室的LI-6400XT光合儀測(cè)定所選葉片的Fo、Fm、Fv/Fm。測(cè)定后對(duì)其進(jìn)行標(biāo)記，并進(jìn)行光活化處理，活化時(shí)間為30 min。光活化后，測(cè)定FJ-WYS與懷玉2號(hào)葉片的Fo′、Fm′、Fs。

1.2.2 FJ-WYS與懷玉2號(hào)葉綠素含量、葉長(zhǎng)和葉寬的測(cè)定每個(gè)品種選取10株，每株各選取健康完整、發(fā)育成熟的葉片1片。使用SPAD-502 Plus便攜式葉綠素測(cè)定儀測(cè)定每個(gè)樣本的葉綠素含量（SPAD）。使用直尺測(cè)量每個(gè)樣本小葉的葉長(zhǎng)、葉寬，并記錄。

1.2.3 相關(guān)參數(shù)測(cè)定的注意事項(xiàng)上午9：00—11：00是植物進(jìn)行光合作用最佳時(shí)間，同時(shí)也是光合參數(shù)、葉綠素?zé)晒鈪?shù)、葉綠素含量的最佳測(cè)定時(shí)間［15］。為了保證LI-6400XT光合儀在測(cè)定過(guò)程中正常運(yùn)作，在相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)測(cè)定前需要對(duì)光合儀進(jìn)行預(yù)熱期間以及預(yù)熱后檢查［16］。在使用LI-6400XT光合儀和SPAD-502 Plus便攜式葉綠素測(cè)定儀測(cè)定的過(guò)程中盡可能地保持葉片原有位置、角度等狀態(tài)，需要等待儀器測(cè)定數(shù)據(jù)相對(duì)穩(wěn)定后再進(jìn)行記錄。在選取試驗(yàn)材料時(shí)，需選取生長(zhǎng)環(huán)境同等、生長(zhǎng)狀態(tài)優(yōu)良、無(wú)遮擋的葉片。避免使用幼嫩及衰老葉片，測(cè)試前需要將葉片擦拭干凈，不得附著泥土、灰塵等雜質(zhì)。使用米尺測(cè)量三葉青葉長(zhǎng)、葉寬時(shí)，應(yīng)注意在2個(gè)三葉青品種中選取成熟、生長(zhǎng)狀態(tài)優(yōu)良且相同的中央小葉。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

1）光合特征與葉綠素?zé)晒鈪?shù)的處理。將LI-6400XT光合儀所測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)內(nèi)，利用Excel 2010軟件對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納整理。通過(guò)已測(cè)得的光合特征相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算出CUE、WUE、Ls。

通過(guò)已測(cè)得的熒光參數(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算出：ΦPSⅡ、Fv′/Fm′、Fv/Fo、Fv/Fm、NPQ、qP。ΦPSⅡ=（Fm′-Fs）/Fm′；Fv′/Fm′=（Fm′-Fo′）/Fm′；Fv/Fo=（Fm-Fo）/Fo；Fv/Fm=（Fm-Fo）/Fm；NPQ=1-Fv′/Fv=1-（Fm′-Fo′）/Fv；qP=（Fm′-Fs）/（Fm′-Fo′）［19-21］。

2）葉綠素含量以及葉長(zhǎng)、葉寬和葉形指數(shù)的處理。將所測(cè)葉綠素含量（SPAD）、葉長(zhǎng)、葉寬通過(guò)Excel 2010軟件進(jìn)行歸納整理，并通過(guò)葉長(zhǎng)（L）與葉寬（D）的相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算出相應(yīng)的葉形指數(shù)（LI）。葉形指數(shù)公式為L(zhǎng)I=L/D［22］。

最后將所有數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS 23.0軟件，通過(guò)SPSS 23.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)運(yùn)用單因素方差分析法（ANOVA）分別在P=0.05和P=0.01的水平下進(jìn)行多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 FJ-WYS與懷玉2號(hào)光合特征的比較

由表1可知，對(duì)于Ci而言，三葉青栽培種懷玉2號(hào) 的Ci（312.62 μmol/mol）比 野 生 種FJ-WYS的Ci（275.05 μmol/mol）高，是FJ-WYS的1.137倍。而在于Gs、Tr、Ls、WUE、Pn、CUE方面，F(xiàn)J-WYS均較懷玉2號(hào)高。懷玉2號(hào)的Gs［0.03 μmol/（m2·s）］是FJWYS的［0.04 μmol/（m2·s）］75.00%；懷玉2號(hào)的Tr（0.36 mmol/（m2·s））是FJ-WYS［0.50 mmol/（m2·s）］的72.00%；懷玉2號(hào)的Ls（0.22）是FJ-WYS（0.31）的70.96%；懷玉2號(hào)的WUE（4.85 μmol/mmol）是FJWYS（6.68 μmol/mmol）的72.60%；懷 玉2號(hào) 的Pn［1.66 μmol/（m2·s）］是FJ-WYS［2.92 μmol/（m2·s）］的56.85%；懷玉2號(hào)的CUE［0.005 mmol/（m2·s）］是FJWYS［0.012 mmol/（m2·s）］的41.67%。

由表1可知，在Gs和Tr方面，懷玉山三葉青栽培種懷玉2號(hào)與三葉青野生種FJ-WYS均差異不顯著（P＞0.05）；而在Ci、Ls和WUE方面，二者差異顯著（P＜0.05）；在Pn和CUE方面，二者差異極顯著（P＜0.01）。

表1 FJ-WYS與懷玉2號(hào)光合特征比較

2.2 FJ-WYS與懷玉2號(hào)葉綠素?zé)晒鈪?shù)比較

由表2可知，在Fo′、Fs、NPQ、Fo、Fm方面，F(xiàn)JWYS較懷玉2號(hào)高。FJ-WYS的Fo′（726.76）較懷玉2號(hào)的（723.19）高，是懷玉2號(hào)Fo′的1.004 9倍；FJWYS的Fs（1 055.74）較懷玉2號(hào)的（975.80）高，是懷玉2號(hào)Fs的1.081 9倍；FJ-WYS的NPQ（0.60）較懷玉2號(hào)（0.57）高，是懷玉2號(hào)NPQ的1.052 6倍；FJWYS的Fo（821.25）較懷玉2號(hào)（720.22）高，是懷玉2號(hào)Fo的1.14倍；FJ-WYS的Fm（3 810.46）較懷玉2號(hào)（3 515.29）高，是懷玉2號(hào)Fm的1.084 0倍。

在Fm′、ΦPSⅡ、Fv′/Fm′、qP、Fv/Fm、Fv/Fo方面，F(xiàn)J-WYS較懷玉2號(hào)低。FJ-WYS的Fm′（2 043.58）較懷玉2號(hào)的Fm′（2 142.45）低，是懷玉2號(hào)Fm′的95.39%；FJ-WYS的ΦPSⅡ（0.48）較 懷 玉2號(hào) 的（0.54）低，是懷玉2號(hào)ΦPSⅡ的88.89%；FJ-WYS的Fv′/Fm′（0.64）較懷玉2號(hào)的Fv′/Fm′（0.66）低，是懷玉2號(hào)的96.97%；FJ-WYS的qP（0.75）較懷玉2號(hào)的（0.82）低，是懷玉2號(hào)qP的91.46%；FJ-WYS的Fv/Fm（0.78）較懷玉2號(hào)的Fv/Fm（0.80）低，是懷玉2號(hào)Fv/Fm的97.50%；FJ-WYS的Fv/Fo（3.64）較懷玉2號(hào)的Fv/Fo（3.88）低，是懷玉2號(hào)的93.81%。

由表2可知，在Fm、Fv/Fm、Fo′、Fm′、Fv/Fm、Fv/Fo、ΦPSⅡ、Fv′/Fm′、qP、NPQ等方面，三葉青野生種FJ-WYS與懷玉山三葉青栽培種懷玉2號(hào)差異均不顯著（P＞0.05）；而在Fo和Fs兩方面，二者差異顯著（P＜0.05）。

表2 FJ-WYS與懷玉2號(hào)葉綠素?zé)晒鈪?shù)和葉綠素含量比較

2.3 FJ-WYS與懷玉2號(hào)葉綠素含量比較

測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)，懷玉2號(hào)葉片顏色比FJ-WYS葉片顏色深。由表2可知，懷玉2號(hào)的SPAD（68.46）較FJ-WYS的SPAD（49.36）高，是FJ-WYS的1.39倍。在SPAD方面，三葉青野生種FJ-WYS與懷玉山三葉青栽培種懷玉2號(hào)差異極顯著（P＜0.01）。

2.4 FJ-WYS與懷玉2號(hào)葉長(zhǎng)、葉寬和葉形指數(shù)比較

由表3可知，懷玉2號(hào)的葉長(zhǎng)（9.36 cm）較FJWYS的葉長(zhǎng)（8.68 cm）長(zhǎng)，是FJ-WYS葉長(zhǎng)的1.08倍；懷玉2號(hào)的葉寬（3.01 cm）較FJ-WYS的葉寬（3.35 cm）窄，是FJ-WYS葉寬的89.85%；懷玉2號(hào)的葉形指數(shù)（3.12）較FJ-WYS的葉形指數(shù)（2.60）大，是FJ-WYS葉形指數(shù)的1.2倍。

由表3可知，在葉長(zhǎng)方面三葉青野生種FJ-WYS與懷玉山三葉青栽培種懷玉2號(hào)差異顯著（P＜0.05）；在葉寬和葉形指數(shù)方面，二者差異極顯著（P＜0.01）。懷玉2號(hào)與FJ-WYS的葉型均為桃葉型，由所測(cè)葉長(zhǎng)、葉寬的數(shù)據(jù)可知，懷玉2號(hào)葉片較細(xì)長(zhǎng)，而FJ-WYS葉片較短寬。

表3 FJ-WYS與懷玉2號(hào)葉長(zhǎng)、葉寬和葉型指數(shù)比較

3 討論

光合特征代表了所測(cè)樣本植物葉片的光合能力，與該植物的生長(zhǎng)狀況關(guān)系密切，是植物的遺傳特性之一［9］。凈光合速率（Pn）反映了植物的光合潛能［23］；水分利用效率（WUE）反映了碳固定與水分消耗比例，反映了植物適應(yīng)能力，WUE越高，說(shuō)明所測(cè)樣本葉片水分利用率越強(qiáng)［20，23］；胞間二氧化碳濃度（Ci）反映了葉片CO2同化速率與氣孔導(dǎo)度的比例［23］。許中秋等［24］在對(duì)海濱紫晶、海濱緋紅2個(gè)烏桕新品種苗木光合特性比較研究中發(fā)現(xiàn)，在Pn、Gs、Tr和CUE方面海濱紫晶均顯著高于海濱緋紅，在Ci方面則海濱緋紅顯著高于海濱紫晶，并最終得出海濱緋紅的光合能力較海濱紫晶強(qiáng)。張曉娜等［25］在對(duì)9個(gè)枸杞品種的光合特性比較研究中發(fā)現(xiàn)，寧杞3號(hào)在Pn、WUE和Fv/Fm方面較高，進(jìn)而得出寧杞3號(hào)具有光合能力強(qiáng)。李曉鶯等［26］在對(duì)枸杞的光合特性比較中發(fā)現(xiàn)，在Ci、Pn、Gs、Tr方面，“1401”和“1402”均顯著高于寧杞7號(hào)和寧杞1號(hào)，進(jìn)而得出“1401”和“1402”的光合能力較寧杞1號(hào)和寧杞7號(hào)強(qiáng)。唐紅［27］對(duì)4個(gè)觀賞海棠品種光合特性比較研究中發(fā)現(xiàn)，4種海棠里凱爾斯的Pn較高，并最終得出凱爾斯光合能力較強(qiáng)，具有較高的栽培價(jià)值。在本試驗(yàn)中，在Ci、Ls、WUE方面，三葉青野生種FJ-WYS與懷玉山三葉青栽培種懷玉2號(hào)差異達(dá)到顯著水平；在Pn、CUE方面，二者差異達(dá)到極顯著水平，表明懷玉2號(hào)與FJ-WYS在光合潛能和水分利用率方面存在差異，且在光合潛能方面差異較大，進(jìn)一步反映了懷玉2號(hào)與FJ-WYS對(duì)于相同生長(zhǎng)環(huán)境的適應(yīng)能力上具有較大差異。雖然懷玉2號(hào)的Ci平均值比FJWYS的Ci平均值高，但是在Ls、WUE、Pn、CUE方面，F(xiàn)J-WYS樣本葉片的平均值均比懷玉2號(hào)樣本葉片的平均值高，這表示三葉青野生種FJ-WYS具有光合潛能較強(qiáng)、水分利用率較高的特點(diǎn)。

葉片是植物進(jìn)行光合作用的主要場(chǎng)所，而葉形指數(shù)可以反映葉片的形狀特征。在本試驗(yàn)中，懷玉2號(hào)與FJ-WYS的葉形指數(shù)差異達(dá)到極顯著水平。兩者在葉形方面差別較大，由所測(cè)葉長(zhǎng)、葉寬的數(shù)據(jù)可知，懷玉2號(hào)與FJ-WYS的葉型均為桃葉型，懷玉二號(hào)葉片較細(xì)長(zhǎng)，而FJ-WYS葉片較短寬。

葉綠素是植物細(xì)胞中參與光合作用主要的色素，與植物產(chǎn)量相關(guān)［28，29］。研究表明，SPAD與葉片葉綠素含量呈正相關(guān)，可采用葉綠素儀測(cè)定比較樣本葉片的葉綠素相對(duì)含量［28，30］。張葦?shù)龋?1］通過(guò)對(duì)比不同種紅樹(shù)林植物葉片的SPAD發(fā)現(xiàn)，所測(cè)葉片的SPAD與該植物的生長(zhǎng)狀態(tài)呈相關(guān)性。在本試驗(yàn)中，在SPAD方面，三葉青野生種FJ-WYS與懷玉山三葉青栽培種懷玉2號(hào)差異達(dá)到極顯著水平，懷玉2號(hào)樣本葉片SPAD平均值高，即懷玉2號(hào)葉綠素含量較高。

葉綠素在植物細(xì)胞中吸收的光能主要用于光合作用，吸收光能的一部分以熱的形式散發(fā)，以熒光的形式發(fā)出，檢測(cè)葉綠素?zé)晒鈪?shù)可以反映植物葉片的光合作用機(jī)理以及該植物的光合生理狀態(tài)［32-35］。李軍保等［36］在對(duì)榆林不同樹(shù)齡胡楊葉片葉綠素?zé)晒馓卣鞅容^研究中發(fā)現(xiàn)，在葉綠素含量、Fv/Fm、ΦPSⅡ、qP和NPQ等方面不同樹(shù)齡胡楊葉片均存在顯著差異，其中以2年生、4年生、5年生胡楊的相關(guān)參數(shù)較高；周德峰等［37］在對(duì)黑河中游沙荒地3個(gè)杏品種葉綠素?zé)晒鈪?shù)的比較研究中發(fā)現(xiàn)，3個(gè)品種杏在Fv/Fm和Fm方面存在顯著差異，且珍珠油的Fv/Fm最高，得出珍珠油具有抗脅迫能力強(qiáng)的特點(diǎn)；趙守義［38］在對(duì)不同樹(shù)齡早酥和紅早酥梨葉綠素?zé)晒鈪?shù)比較研究中發(fā)現(xiàn)，隨著樹(shù)齡的增加，其葉綠素含量、Fm、Fv、Fv/Fm等方面均增加。Bradbury等［34］在對(duì)不同品種蝴蝶蘭葉綠素?zé)晒馓匦匝芯恐邪l(fā)現(xiàn)，PSⅡ反應(yīng)中心失活或是損傷時(shí)會(huì)導(dǎo)致Fo上升。在本試驗(yàn)中，在Fo、Fs這兩方面，三葉青野生種FJWYS與懷玉山三葉青栽培種懷玉2號(hào)差異達(dá)到顯著水平，表明懷玉2號(hào)與FJ-WYS在PSⅡ反應(yīng)中心全部開(kāi)放時(shí)Fo和Fs存在差異，且在光合潛能方面差異較大［39］，F(xiàn)J-WYS樣本葉片的平均值均比懷玉2號(hào)樣本葉片的平均值高，表示FJ-WYS的PSⅡ反應(yīng)中心活性較懷玉2號(hào)強(qiáng)。

在本試驗(yàn)中，F(xiàn)J-WYS與懷玉2號(hào)這2個(gè)品種在部分光合參數(shù)、葉綠素?zé)晒庖约叭~長(zhǎng)、葉寬和葉型指數(shù)上存在顯著差異，各有其優(yōu)勢(shì)，而三葉青野生種FJ-WYS的光合作用能力較強(qiáng)。由于光合作用過(guò)程的復(fù)雜性以及外界影響因素的多樣性，在本試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)葉綠素含量、葉形指數(shù)與光合作用能力無(wú)正相關(guān)關(guān)系。在實(shí)際產(chǎn)業(yè)化種植中，可相應(yīng)采取適宜的措施，以發(fā)揮其最大優(yōu)勢(shì)。