喜樹光合速率日變化及葉片中葉綠素含量季節(jié)性變化研究

劉波 楊梓桐 劉曦子 蘇祿暉 朱麗紅 傅穎 楊意

摘要：指出了喜樹為我國(guó)特有抗癌植物。對(duì)喜樹光合速率（Pn）日變化規(guī)律、光合速率與光合有效輻射的關(guān)系以及喜樹嫩葉和成熟葉中葉綠素含量的季節(jié)變化進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：晴天條件下，喜樹光合速率（Pn）日變化規(guī)律為雙峰曲線，無(wú)典型“午休”特征，喜樹光合速率隨光合有效輻射上升到一定程度后，其光合速率將不隨光合有效輻射強(qiáng)度的增大而增加;在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)，喜樹嫩葉的葉綠素含量均低于相應(yīng)的成熟葉的葉綠素含量，嫩葉與成熟葉的葉綠素含量變化趨勢(shì)不盡相同。嫩葉葉綠素含量變化為單峰曲線，7月上旬含量達(dá)到最高值;成熟葉的葉綠素含量呈雙峰曲線變化，6月下旬達(dá)到最大值，8月下旬又出現(xiàn)第二高峰。

關(guān)鍵詞：喜樹;光合速率;日變化;葉綠素;含量;季節(jié)變化

中圖分類號(hào)：S79

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9944（2018）03-0056-04

1 引言

喜樹（CamptothecaacuminataDecne.）是我國(guó)特有的珙桐科（Nyssaceae）喜樹屬（CamptothecaDecne.）高大落葉喬木，主要分布于我國(guó)長(zhǎng)江流域、西南各省區(qū)及印度部分地區(qū)，屬國(guó)家二級(jí)保護(hù)樹種[1.2]。喜樹根、莖、葉等各部分器官中提取的喜樹堿（ Camptothecin，CPT）是迄今為止發(fā)現(xiàn)的唯一一種拓?fù)洚悩?gòu)酶I（ Topoisomer-ase I）的抑制劑，具有廣譜抗癌活性，可用于胃癌、直腸癌、慢性粒細(xì)胞性白血病和急性淋巴性白血病的治療[3-5]。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，美國(guó)、日本和英國(guó)等國(guó)家先后開展了對(duì)喜樹的研究和開發(fā)，喜樹成為繼紅豆杉之后第二個(gè)重要的木本抗癌藥用植物，成為世界性熱門研究課題。目前喜樹堿源于喜樹各組織中分離獲得[6]。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)喜樹和喜樹堿的研究取得了一定的成果[7-15]，但對(duì)喜樹生理特性如光合特性、蒸騰特性和葉綠素含量季節(jié)性變化等方面的研究較少[16]。本研究對(duì)藥用植物喜樹光合特性及葉綠素含量季節(jié)性變化進(jìn)行了探討，以期為藥用喜樹栽培提供參考。

2 材料與方法

2.1 材料

材料為一年生喜樹，種源為四川。以植株成熟葉作（枝條中下部葉，葉片深綠色）為試驗(yàn)材料。

2017年4～11月，于每月中旬、月底的采集喜樹嫩葉和成熟葉。采集時(shí)間均為早上9：00。

2.2 儀器與試劑

儀器：島津UV1780型紫外一可見分光光度計(jì)（日本島津公司）、TG328A型電子天平（上海天平儀器廠）、研缽（天津玻璃儀器廠）、玻璃漏斗（天津玻璃儀器廠）。

試劑：80%丙酮、石英砂、碳酸鈣粉、蒸餾水。

2.3 喜樹光合特性測(cè)定

2.3.1 喜樹光合速率日變化測(cè)定

2017年8月，選擇一晴天，用L1-6400便攜式光合作用測(cè)定儀進(jìn)行喜樹葉片光合速率（μmol CO2.m-2s-l）日變化測(cè)定。測(cè)定時(shí)間為早6：00～18：00，每隔1h測(cè)定1次。

在植株中部選擇3片成熟葉進(jìn)行測(cè)定，每片葉重復(fù)測(cè)定3次。

2.3.2 光一光合曲線的測(cè)定

用LI- COR公司的LED人T光源，使有效輻射從（Oμmol photons·m-2 s-1）逐漸增加至最大光有效輻射，同時(shí)測(cè)定相應(yīng)凈光合速率，繪制光一光合曲線，計(jì)算光補(bǔ)償點(diǎn)（O μmolphotons·m-2 s-1）、光飽和點(diǎn)（O μmolphotons·m-2 s-1），根據(jù)在低于150～200μmol photons·m-2 s-1光合有效輻射下的光一光合曲線的初始斜率，計(jì)算表觀量子效率（0 μmol CO2mol-1·Pho-tons）[19]。

2.4 葉綠素含量測(cè)定

按Aronon（1949）法測(cè)定。稱取去脈葉片0.5g，洗凈并吸干，剪成1cm的方塊，分別置于預(yù)冷的研缽中，加入預(yù)冷的2mL80%丙酮和少量碳酸鈣及適量石英砂，避光快速研磨成均漿，過(guò)濾，將濾液轉(zhuǎn)入25mL容量瓶中，用80%丙酮定容至刻度，搖勻，靜置20min，取葉綠素提取液，以80%丙酮為對(duì)照，島津UV1780型紫外可見分光光度計(jì)在波長(zhǎng)為665nm和645nm下測(cè)試吸收度。葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量（mg/LFW）。

葉綠素a含量Ca（mg/L FW）=12.5/1000x10/2.5x1/0.5（12.7D665-2.69D645）

=0.1×（12.7D665-2.69D645）

葉綠素b含量Cb（mg/L FW）=0.1×（22.9D645-4.68D665）

總?cè)~綠素含量CT（mg/L FW）=0.1×（20.21D645+8.02D665）

式中，D665：葉綠素溶液在波長(zhǎng)為665nm時(shí)的光密度;D645：葉綠素溶液在波長(zhǎng)為645nm時(shí)的光密度。

3 結(jié)果與分析

3.1 喜樹葉片光合速率日變化

晴天喜樹光合速率（ Pn）日變化如圖1所示。晴天時(shí)Pn日變化為不對(duì)稱的雙峰曲線，最大值出現(xiàn)在上午8：00前后，為11.3102μmolCO2·m-2 s-l。此后Pn逐漸下降，到10：00谷低值，為8.6410 μmolCO2·m-2s-1，到下行14：00 Pn出現(xiàn)第二次高峰，為10.1214μmolCO2·m-2s-l，升高幅度為1.4804μmolCO2·m-2s-1，保持短時(shí)間的高峰后Pn急劇下降，到下午18：00趨近于零。比較兩個(gè)峰值發(fā)現(xiàn)，下午的峰值較上午峰值低。一天中的極差達(dá)13.8702μmol CO2·m-2s-1。

光合作用的日變化是外界環(huán)境條件相互用用以及環(huán)境條件與植物本身因素相互制約的綜合表現(xiàn)[17]。喜樹光合速率最高點(diǎn)出現(xiàn)在上午8：00左右，主要是此時(shí)其光合作用隨光強(qiáng)增強(qiáng)而加強(qiáng)。一方面光強(qiáng)增加，溫度亦逐漸升高，在清晨，C02濃度亦相對(duì)較高;另一方面，光照使葉片的氣孔開放，有利于C02經(jīng)氣孔進(jìn)入葉組織內(nèi)部。這些均利于光合作用進(jìn)行。但隨著光強(qiáng)和溫度的繼續(xù)升高，空氣相對(duì)濕度降低，葉片內(nèi)外水汽壓差增大，植物蒸騰急升高，進(jìn)而影響光合作用[18]。另外，失水也使光合產(chǎn)物運(yùn)輸?shù)乃俣葴p弱.因而抑制光合作用[17]。下午光合速率出現(xiàn)回升，可能是因太陽(yáng)西斜，光強(qiáng)和溫度均降低，且氣孔關(guān)閉進(jìn)而葉片蒸騰降低，緩和了水分消耗和吸收的矛盾，使植物水分狀況有所改善的結(jié)果[18]。

3.2 喜樹葉片光一光合曲線

杜占池等[19]對(duì)草原植物和作用的光合速率與光合有效輻射的關(guān)系進(jìn)行了研究，認(rèn)為光一光合曲紅可近似用雙曲線形式表示。對(duì)喜樹的光合速率與光合有效輻射進(jìn)行擬合亦呈雙日曲線（圖2）。根據(jù)光補(bǔ)償點(diǎn)、半飽和點(diǎn)及飽和點(diǎn)，可把光一光合曲線劃分為二個(gè)階段：由光補(bǔ)償點(diǎn)至半飽和點(diǎn)，是光合速率隨光合有效輻射增強(qiáng)迅速增大階段;半飽和點(diǎn)至飽和點(diǎn)，光合速率隨光合有效輻射強(qiáng)度增強(qiáng)逐漸減弱。這二個(gè)階段反映了喜樹對(duì)光的利用效率。喜樹的光補(bǔ)償點(diǎn)較低，為31.68 μmolphotons·m-2s-l，光飽和點(diǎn)亦較低，為791.93 μmolphotons·m-2s-l，光飽和速率較高，為9.76μmol C02·m-2 s-l，表觀量子效率較高，說(shuō)明喜樹利用弱光能力較強(qiáng)，利用強(qiáng)光能力較差，光合的能力較強(qiáng)。

3.3 喜樹葉片中葉綠素含量的季節(jié)性變化

由表1～2可以看出，在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)，喜樹嫩葉的葉綠素含量均低于相應(yīng)的成熟葉的葉綠素含量，嫩葉與成熟葉的葉綠素含量變化趨勢(shì)不盡相同。嫩葉葉綠素含量變化為單峰曲線，從4月份開始.嫩葉的總?cè)~綠素含量呈增加趨勢(shì)，7月上旬達(dá)到高大值，為1.3562mg/L FW，后含量逐漸降低，11月底含量達(dá)到最低，為0.5735 mg/L FW，且含量低于4月上旬嫩葉葉綠素含量;成熟葉的葉綠素含量呈雙峰曲線變化，從4月份開始，葉綠素含量迅速升高，6月下旬達(dá)到最大值，達(dá)1.9248mg/L FW，后含量逐漸降低，8月下旬出現(xiàn)第二高峰，含量為1.8254 mg/L FW，后葉綠素含量逐漸下降，11月底含量達(dá)到最低，為0.6012 mg/L FW，且含量低于4月上旬成熟葉的綠素含量。

由方差分析可知，喜樹嫩葉間葉綠素含量差異不顯著，成熟葉間葉綠素含量差異不顯著，但嫩葉與成熟葉間的葉綠素含量差異極顯著（（P<0.01）。

3 結(jié)論與討論

植物光合速率日變化及其影響因素是從事植物生理研究的焦點(diǎn)之一，在草本植物方面的研究較多，在多種經(jīng)濟(jì)樹種的研究亦有報(bào)道[20-24]。鄭丕堯[25]將植物的晴天Pn日變化分為單峰型、雙峰型、嚴(yán)重型和平坦型四種類型。本研究中，在晴天時(shí)喜樹Pn日變化為雙峰曲線，屬嚴(yán)重型，不具有典型的“午休”特征。喜樹光合速率隨光合有效輻射上升到一定程度后，其光合速率將不隨光合有效輻射強(qiáng)度的增大而增加。

在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)，喜樹嫩葉的葉綠素含量均低于相應(yīng)的成熟葉的葉綠素含量，嫩葉與成熟葉的葉綠素含量變化趨勢(shì)不盡相同。嫩葉葉綠素含量變化為單峰曲線，7月上旬含量達(dá)到最高值;成熟葉葉綠素含量呈雙峰曲線變化，6月下旬達(dá)到最大值，8月下旬又出現(xiàn)第二高峰。

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