不同種源喜馬拉雅紫茉莉光合特性比較研究△

趙芳玉，郭其強(qiáng)，2，權(quán)紅，2，蘭小中*

(1.西藏農(nóng)牧學(xué)院藥用植物研究中心，西藏 林芝 860000；2.西藏農(nóng)牧學(xué)院高原生態(tài)研究所，西藏 林芝 860000)

·中藥農(nóng)業(yè)·

不同種源喜馬拉雅紫茉莉光合特性比較研究△

趙芳玉1，郭其強(qiáng)1，2，權(quán)紅1，2，蘭小中1*

(1.西藏農(nóng)牧學(xué)院藥用植物研究中心，西藏 林芝 860000；2.西藏農(nóng)牧學(xué)院高原生態(tài)研究所，西藏 林芝 860000)

目的：比較西藏自治區(qū)5個(gè)種源地(a：工布江達(dá)縣阿沛村、b：朗縣拉多鄉(xiāng)、c：桑日縣增其鄉(xiāng)、d：扎朗縣敏珠林寺、e：朗縣則弄鄉(xiāng))的喜馬拉雅紫茉莉光合特性，為優(yōu)良種源篩選提供依據(jù)。方法：采取不同種源地的喜馬拉雅紫茉莉種子進(jìn)行人工種植，待開花期后測定葉綠素相對(duì)含量，使用LI-6400光合測定系統(tǒng)測定葉片凈光合速率(Pn)、細(xì)胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)等。結(jié)果：a、b、c種源地喜馬拉雅紫茉莉葉片Pn日變化均呈單峰曲線，表現(xiàn)出顯著的高光合效率特性，而d、e種源地喜馬拉雅紫茉莉葉片Pn日變化均呈雙峰曲線有明顯的“午休”現(xiàn)象，光合利用率較弱；a種源地的光補(bǔ)償點(diǎn)比其他4個(gè)種源的喜馬拉雅紫茉莉低，而光飽和點(diǎn)比其他4個(gè)高，說明其光能利用率較強(qiáng)；e種源地的喜馬拉雅紫茉莉CO2飽和點(diǎn)明顯低于其他4個(gè)種源地，且CO2補(bǔ)償點(diǎn)高，說明其利用CO2的能力較弱。結(jié)論：在5個(gè)不同種源地的喜馬拉雅紫茉莉中，a種源地喜馬拉雅紫茉莉光合作用能力最強(qiáng)，然后依次是b、c、d，e種源地最弱。

喜馬拉雅紫茉莉；不同種源地；葉綠素相對(duì)含量；光合特性

喜馬拉雅紫茉莉Mirabilishimalaica，系紫茉莉科多年生草本藥用植物，主要分布于西藏海拔2900～3300 m的山坡草叢，印度也有分布[1]。藏名巴朱，根可入藥，藏醫(yī)用于治療胃寒、腎寒、腰痛、關(guān)節(jié)痛、淋癥等疾病。喜馬拉雅紫茉莉與黃精、天門冬、蒺藜、棱子芹合稱為藏藥五根[2-3]。目前該資源天然分布數(shù)量較少且范圍狹窄[4-5]，隨著藏醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)化的迅猛發(fā)展，其市場需求量正急劇加大，野生資源數(shù)量已遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。

近兩年來國內(nèi)外學(xué)者在基因功能、藥材鑒別、化學(xué)成分、藥理及臨床應(yīng)用、人工種植等方面對(duì)喜馬拉雅紫茉莉開展了一系列研究[6-19]。但對(duì)該物種生理生態(tài)學(xué)特性的相關(guān)研究仍少見報(bào)道。本研究選擇西藏不同種源地的野生喜馬拉雅紫茉莉種子進(jìn)行人工種植，測定不同種源地喜馬拉雅紫茉莉的光合特性，并進(jìn)行比較分析。以期為喜馬拉雅紫茉莉優(yōu)良品種的選育及制定合理的栽培管理技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院藏藥材種質(zhì)資源圃，土壤為沙壤土，pH值為6.8，田間持水量為24.8%，土壤中有機(jī)質(zhì)含量為10.2 g·kg-1，速效氮為45.3 μg·g-1，速效磷為161.7 μg·g-1，速效鉀為179.6 μg·g-1。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用不同種源地喜馬拉雅紫茉莉的種子分別來源于西藏工布江達(dá)縣、桑日縣、郎縣和扎朗縣的野生種。種源地地理信息如表1所示。

表1 喜馬拉雅紫茉莉不同種源地地理位置信息

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 喜馬拉雅紫茉莉大田種植 2013年6月21日，將不同種源喜馬拉雅紫茉莉的種子以穴播的方式播種于長30 m、寬70 cm、高為30 cm的壟上，每穴播種6～7粒種子，用腐殖土輕輕覆蓋，并適當(dāng)澆水。7月10日待苗高10 cm左右時(shí)進(jìn)行間苗，每穴留2～3株。2015年8月開展光合作用測定工作。

1.3.2 葉綠素相對(duì)含量的測定 使用SPAD-502便攜式葉綠素測定儀測定葉綠素相對(duì)含量，每個(gè)葉片測定3次后取平均值，作為該葉片的葉綠素相對(duì)含量值。

1.3.3 光合-光響應(yīng)曲線和ACI曲線的測定 用LI-6400光合測定儀測定植株葉片光合-光響應(yīng)曲線和ACI曲線。具體方法為：利用紅藍(lán)光源光合有效輻射(PAR)分別為2000、1800、1600、1400、1200、1000、800、600、400、300、200、100、50、25、0 μmol·m-2·s-1，測定葉片對(duì)不同光合有效輻射的響應(yīng)，測定時(shí)氣體流速為0.5 L·min-1，溫度20±1 ℃，相對(duì)濕度60±5%，CO2濃度為400±5 μmol·mol-1，每個(gè)葉片重復(fù)測定3次，取平均值，作為計(jì)算光合-光響應(yīng)曲線相關(guān)光合參數(shù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。ACI曲線測定時(shí)，安裝CO2鋼瓶后穩(wěn)定20 min，設(shè)置LED光源為1600 μmol·m-2·s-1的光合有效輻射，氣孔流速為0.5 L·min-1，溫度20±1 ℃，外接鋼瓶供應(yīng)CO2的濃度梯度分別設(shè)定為1600、1400、1200、1000、800、600、400、200、100、50、0 μmol·mol-1。

本試驗(yàn)光合-光響應(yīng)曲線和ACI曲線采用葉子飄新模型[20-21]進(jìn)行擬合，計(jì)算公式分別為(1)和(2)：

(1)

式中：Pn為凈光合速率，α、β、γ為常數(shù)系數(shù)；PAR為光合有效輻射；Rd為暗呼吸速率。

(2)

式中：a、b、c為常數(shù)系數(shù)，Ci為葉片胞間CO2濃度，Γ為植物的CO2補(bǔ)償點(diǎn)。

1.3.4 光合日進(jìn)程參數(shù)的測定 選擇晴朗的天氣，利用LI-6400便攜式光合測定儀從8：00～20：00，每隔2 h分別測定不同種源地喜馬拉雅紫茉莉功能葉的凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和細(xì)胞間CO2濃度(Ci)等；并計(jì)算瞬時(shí)水分利用效率WUE=Pn/Tr，瞬時(shí)羧化效率CE=Pn/Ci。

1.3.5 統(tǒng)計(jì)分析 分別用SPSS 19.0和ORIGIN 8.0進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和圖形繪制。

2 結(jié)果分析

2.1 不同種源地喜馬拉雅紫茉莉葉片葉綠素相對(duì)含量分析

不同種源地喜馬拉雅紫茉莉葉綠素相對(duì)含量差異不顯著。由表2可知：種源地b的葉綠素相對(duì)含量最高，而種源地a的最低。

表2 不同種源地喜馬拉雅紫茉莉葉片葉綠素含量

注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)不同大、小寫字母分別表示各處理間在0.01和0.05水平有顯著差異。下同。

2.2不同種源地喜馬拉雅紫茉莉葉片光合特性比較

2.2.1 光合-光響應(yīng)曲線和ACI曲線分析 光合-光響應(yīng)曲線和ACI曲線反映了植物生長過程中葉片利用光能和同化CO2的能力。不同種源地喜馬拉雅紫茉莉葉片對(duì)光和CO2的響應(yīng)差異顯著。表3中，光響應(yīng)曲線擬合參數(shù)表明，不同種源地的喜馬拉雅紫茉莉光響應(yīng)曲線參數(shù)均有顯著差異，Pmax的變化趨勢為由a到e逐漸降低；α的變化趨勢在a到b種源地呈降低趨勢，b到e逐漸升高，而Rd的變化趨勢也在a到b呈降低趨勢，b到e則逐漸升高；Lsp變化趨勢為逐漸降低；Lcp變化趨勢為先降低后升高，這說明不同種源地的喜馬拉雅紫茉莉，a的光合作用能力最強(qiáng)，而e的最弱。ACI曲線擬合的光合參數(shù)表明，不同種源地的喜馬拉雅紫茉莉光合參數(shù)均有顯著差異，具體表現(xiàn)為：由a到e種源地Pmax逐漸降低；α和Rp先降低后升高；而Γ的表現(xiàn)各不相同，其中d最高，b最低。分析表明：不同種源地的喜馬拉雅紫茉莉中a種源地的CO2的利用率最強(qiáng)。

表3 不同種源地喜馬拉雅紫茉莉光響應(yīng)曲線和ACI曲線的光合參數(shù)

圖1 不同種源地喜馬拉雅紫茉莉光合日進(jìn)程參數(shù)

2.2.2 光合日進(jìn)程特性分析

1)Pn和Tr日變化

植物光合作用日變化不僅是植物生產(chǎn)過程中干物質(zhì)積累與代謝的基本單元，也是分析環(huán)境因素影響植物生長和代謝的重要生理指標(biāo)。蒸騰速率的強(qiáng)弱是衡量植物水分利用效率和抗旱能力的重要生理指標(biāo)[22]。圖1(A)表明，種源地a、b、c葉片Pn日變化均呈單峰曲線，光合利用率較強(qiáng)，a和c在12：00時(shí)出現(xiàn)高峰，b種源地在14：00時(shí)出現(xiàn)高峰，而d、e的Pn日變化均呈雙峰曲線且有明顯的“午休”現(xiàn)象，并且均在12：00時(shí)出現(xiàn)第一次高峰，下午16：00出現(xiàn)第二次高峰，14：00時(shí)出現(xiàn)低谷。圖1(B)表明，不同種源地的喜馬拉雅紫茉莉Tr日變化均呈單峰曲線，其峰值出現(xiàn)在12：00～14：00之間，說明強(qiáng)光下不同種源地的喜馬拉雅紫茉莉的水分均散失較快。a、b、c和d的變化趨勢基本相同，表現(xiàn)為在8：00-14：00間，Tr值隨著光照的增強(qiáng)而逐漸增加，14：00達(dá)到全天最高值，之后則迅速下降。e的Tr表現(xiàn)為在8：00-12：00間，Tr值隨著光照的增強(qiáng)而增加，12：00達(dá)到最高值，之后便緩慢下降。這說明不同種源地的喜馬拉雅紫茉莉光合與蒸騰日變化存在顯著差異。

2)WUE和CE日變化

植物水分利用效率和羧化效率是反映水分利用狀況和碳同化效率的重要生理指標(biāo)。圖1(C)表明，不同種源地喜馬拉雅紫茉莉WUE日變化規(guī)律表現(xiàn)為在8：00～10：00時(shí)，所有種源地的WUE迅速上升至最高點(diǎn)，隨后WUE明顯下降，均在14：00時(shí)降至谷底，但此后a、b、c、d緩慢上升，而 e在16：00后迅速上升。這說明e的水分利用效率最高。圖1(D)表明，不同種源地的喜馬拉雅紫茉莉CE日變化表現(xiàn)為8：00～10：00時(shí)段各種源地均迅速上升，10：00～12：00時(shí)段各種源地為平緩上升，12：00～6：00之間不同種源地喜馬拉雅紫茉莉變化較為復(fù)雜，其中e呈顯著“V”字形變化，a、c和d基本保持不變，而b呈倒“V”字形變化。這說明e的WUE和CE日變化與a、b、c、d的WUE和CE日變化差異極顯著。

3 討論

光合作用是植物十分復(fù)雜的生理過程，葉片光合效率與自身因素如葉綠素含量、葉片厚度、葉片成熟度密切相關(guān)，同時(shí)又受光照強(qiáng)度、氣溫、空氣相對(duì)濕度、土壤含水量等外界因素的影響。關(guān)于光合作用“午休”的原因說法各異。有研究者認(rèn)為，在中午，氣溫高，蒸騰速率強(qiáng)，葉片水分減少導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，從而造成凈光合速率下降；也有人認(rèn)為在睛天長時(shí)間高光強(qiáng)下，發(fā)生光抑制[23]和光呼吸加強(qiáng)[24]，導(dǎo)致凈光合速率下降。Farquhar[25]等將限制光合速率的因素歸納為兩大類：一是與CO2供應(yīng)有關(guān)的因素，主要包括界面層及氣孔對(duì)CO2的擴(kuò)散阻力，其中以氣孔阻力影響最大，可簡稱為氣孔因素；二是與光能轉(zhuǎn)化和碳同化有關(guān)的葉肉因素，稱為非氣孔因素。本研究中晴天時(shí)，d和e種源地的喜馬拉雅紫茉莉都表現(xiàn)出明顯的光合“午休”現(xiàn)象，高溫和強(qiáng)光會(huì)導(dǎo)致喜馬拉雅紫茉莉葉片溫度迅速升高，葉片內(nèi)外蒸汽壓梯度增加，Tr較高，迫使整個(gè)葉片水勢下降，氣孔阻力和葉肉阻力增大，最終導(dǎo)致Pn下降。由Pn和CE日變化趨勢可知，引起喜馬拉雅紫茉莉中午Pn降低并不是由于氣孔限制因素引起的，而是主要由非氣孔限制因素引起的葉片光合能力降低造成的，主要原因很可能是西藏高原光照較強(qiáng)，使得植物葉片光合作用出現(xiàn)光抑制所致。

植物葉片的Lsp和Lcp反映了植物對(duì)光照條件的要求，一般情況下Lsp和Lcp均較低的植物屬于耐陰植物，反之屬于陽性植物；Lcp較低、Lsp較高的植物對(duì)光環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)，而Lcp較高、Lsp較低的植物對(duì)光照的適應(yīng)性較弱[26]。本研究中，從不同種源的喜馬拉雅紫茉莉的Lsp和Lcp來看，e種源地的喜馬拉雅紫茉莉的Lsp較低，而Lcp較高，這表明其對(duì)強(qiáng)光不能很好地利用，具有耐蔭的特性。這可能與該種源長期生長的自然環(huán)境有關(guān)。通過比較發(fā)現(xiàn)a種源地的喜馬拉雅紫茉莉具有較高的Lsp和較低的Lcp，光能利用區(qū)間較寬，對(duì)光的生態(tài)適應(yīng)能力最強(qiáng)。

近年來，研究光合速率的品種間差異已經(jīng)受到研究者的普遍關(guān)注，同時(shí)也都在尋找在遺傳特性方面具有高光合效率的種、品種。植物Ci和Γ是判斷植物是否具有高光合效率遺傳特性的一個(gè)重要指標(biāo)。Γ低的植物常具有凈光合速率高、產(chǎn)量高的特點(diǎn)[27]。本研究中，從不同種源的喜馬拉雅紫茉莉的Ci和Γ來看，e種源地的喜馬拉雅紫茉莉的Ci最低，而Γ最高，這表明其對(duì)CO2不能很好地利用，不具備高光合效率遺傳特性。而a種源地的喜馬拉雅紫茉莉則相反，CO2利用區(qū)間較寬，具備高光合效率遺傳特性。

綜上所訴，在5個(gè)不同種源地的喜馬拉雅紫茉莉中，a種源地喜馬拉雅紫茉莉光合作用能力最強(qiáng)，然后依次是b、c、d，e種源地最弱。

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ComparisonofPhotosynthesisCharacteristicsinFiveProvenancesofMirabilishimalaica

ZHAOFangyu1，GUOQiqiang1，2，QUANHong1，2，LANXiaozhong1*

(1.MedicinalPlantsResearchCenter，TibetAgriculturalandAnimalHusbandryCollege，Nyingchi860000，China；2.InstituteofPlateauEcology，TibetAgriculturalandAnimalHusbandryCollege，Nyingchi860000，China)

Objective： To provide the theoretical basis for provenance selection,by comparing the photosynthesis characteristics ofMirabilishimalaicain five provenances in Tibet Autonomous Region (a：Gongbujiangda Apeicun，b：Langxian Laduoxiang，c：Sangrixian Zengqixiang，d：Zhalangxian Minzhulinsi，e：Langxian Zenongxiang).Methods：The seeds ofM.himalaicafrom in different provenanceswere cultivated，chlorophyll and photosynthetic rate(Pn)，transportation rate(Tr)，intercellular CO2concentration (Ci) were measured after period of blooming by using LI-6400 portable photosynthesis system.Results：ThePnof a,b and c showed a single peak curve and indicated significant high photosynthetic efficiency characteristics，while thePnof d and e showed a double peak curve and indicated low photosynthetic efficiency characteristics.The light compensation point of a was lower than others，while the light saturation point higher than others.It indicated the light energy utilization rate of a was strongest.CO2saturation point of e was significantly lower than others，while CO2compensation point was higher.It indicated its ability to take advantage of CO2is weak.Conclusion：Photosynthetic physiological parameters ofM.himalaicain different provenances have significant differences，and the photosynthetic capacity showed：a>b>c>d>e.

Mirabilishimalaica；different provenances；chlorophyll relative content；photosynthetic characteristics

2016-08-15)

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAI13B06)；藏藥材資源與開發(fā)利用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)；西藏特色農(nóng)牧資源研發(fā)協(xié)同創(chuàng)新中心

*

蘭小中，教授，研究方向：藥用植物學(xué)；Tel：(0894)5826471，E-mail：lanxiaozhong@163.com

10.13313/j.issn.1673-4890.2017.3.018