光照強度對朝鮮淫羊藿生長、光合和葉綠素熒光參數特征的影響1)

羅燕 張永剛 楊利民 侯云亮 韓梅

(吉林農業(yè)大學，長春，130118)

朝鮮淫羊藿(EpimediumkoreanumNakai)為小檗科多年生草本植物，多生于疏林下、灌叢間或林緣半陰環(huán)境[1]，在中國長白山地區(qū)、日本海沿岸、朝鮮北部均有分布[2]，是我國傳統(tǒng)的補益中藥，具有補腎陽、增強免疫能力等功效[3-4]。吉林省長白山地區(qū)作為朝鮮淫羊藿在我國的原產區(qū)，尚未實現真正的人工栽培，野生資源因長期過度利用已出現萎縮[5-6]。因此，對朝鮮淫羊藿的引種栽培及實現可持續(xù)利用等研究顯得尤為重要。適宜的遮陰條件下，朝鮮淫羊藿生長良好，能獲得較好的經濟產出。張永剛等[7]研究表明，隨光照強度減弱野生朝鮮淫羊藿光合速率明顯降低，在適度蔭蔽的林緣下生長良好，朝鮮淫羊藿已長期適應了蔭蔽環(huán)境，在野外強光生境中難以建成種群。目前，人工引種栽培朝鮮淫羊藿在生長期內對光照強度的響應策略還不明確。國內外對朝鮮淫羊藿的研究主要集中在分類學、化學和藥理學等方面，有關人工栽培朝鮮淫羊藿對光強的響應報道較少。因此，本研究采用對引種的朝鮮淫羊藿進行遮光處理，模擬不同的光照強度，探討光照強度對朝鮮淫羊藿生長、光合生理特性的影響，旨在為野生撫育和人工引種栽培提供理論依據。

林下植物生長發(fā)育的主要限制因子是光環(huán)境，植物與光環(huán)境的關系一直是植物生理生態(tài)學研究的熱點問題[8]。同種植物長期生長在不同光環(huán)境下，其表型及生理生態(tài)特性會產生不同的響應，出現趨異適應[9-11]。光環(huán)境對植物生理和形態(tài)特征的影響決定了林下植被的更新和演替關系，而植物適應光環(huán)境變化的能力又決定了植物的分布模式和物種豐富度[12]。在栽培管理中，經常通過調整種植密度、套種、設置遮陽棚等措施來為植物營造適宜的光照環(huán)境[13]，因此，探究光照強度對植物的生長、經濟產量和光合生理特性的影響可以為朝鮮淫羊藿的引種栽培提供重要的理論基礎和實踐指導。

1 試驗地概況

試驗地位于吉林省長春市吉林農業(yè)大學藥園(125°27′E,43°46′N)，屬北溫帶大陸性季風氣候。年平均氣溫4.8 ℃，最熱月平均氣溫25 ℃，最冷月平均氣溫-15 ℃，年平均降水量522～615 mm，夏季降水量占全年降水量的60%以上，無霜期為145 d，土壤類型為暗棕色砂壤土，土壤pH值平均為7.57[14]。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

2017年4月27日試驗材料采自吉林省臨江市錯草溝(126°33′～126°48′E,41°40′～41°52′N)，經吉林農業(yè)大學張永剛副教授鑒定為朝鮮淫羊藿植株(EpimediumkoreanumNakai)。

2.2 試驗方法

2017年4月28日將篩選后的約5 000棵朝鮮淫羊藿種植于吉林農業(yè)大學藥園，在事先準備好的苗床上縱向開溝，行距10～15 cm，株距10～15 cm，溝深約10 cm栽苗，覆土約6 cm，澆透水。隨機區(qū)組設計，試驗期間采用滴灌技術定期等量供水，并定期去除試驗田雜草和害蟲[15]。于2017年4月28日，采用不同層數遮陰網設置4種不同光照強度，分別是全自然光照、透光率100%(CK)，透光率(70±3)%(T1)，透光率(50±3)%(T2),透光率(30±3)%(T3)。利用光照計測定4個處理在試驗期內10：00的光照強度變化情況(表1)。

2.3 測定方法

生長特征測定：每個處理隨機選取30株掛牌，于2017年5月25日至8月27日定期測量其株高、莖粗。另外，每個處理隨機選取15片葉片，用自來水沖洗干凈，然后用吸水紙擦干后置于葉片掃描儀中測定葉面積，然后將葉片置于烘箱中60 ℃烘干至恒質量，稱干質量，并計算比葉面積(單葉面積/單葉干質量)。

表1 不同處理光照強度變化

注：表中數據為平均值±標準差；同列不同字母表示各處理間差異顯著(P<0.05)；n=3。

葉綠素質量分數測定：于2017年6月8日至8月27日取樣，每個處理隨機選取15片成熟葉片，用改良的光合色素浸提法測定葉綠素a(Chl a)、葉綠素b(Chl b)和類胡蘿卜素(Car)質量分數，重復3次。

光合參數測定：測定于2017年6月8日至8月27日天氣晴朗的10:00進行，每月上、下旬各測定1次，每次每個處理選取長勢基本一致的15個葉片，采用美國Li-Cor公司生產的Li-6400便攜式光合儀測定光合參數，測定的參數包括胞間CO2摩爾分數(Ci)、氣孔導度(Gs)、凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)，并據此計算瞬時水分利用效率(WU，E)=Pn/Tr。

2.4 數據處理

采用Excel2007、SPSS 16.0統(tǒng)計軟件進行數據方差分析，比較各個參數在不同處理下的差異，存在顯著差異的進行多重比較，并用字母進行標注。

3 結果與分析

3.1 光照強度對朝鮮淫羊藿生長的影響

從表2可以看出，6—7月份為朝鮮淫羊藿快速生長期，之后生長較平穩(wěn)?？傮w來看，遮陰處理下生長較好，全光照下生長較差。T1、T2、T3處理株高、單葉面積、單葉干質量顯著高于CK。株高表現為6—8月份T3處理顯著高于其他處理，7—8月份T1、T2處理間差異不顯著；莖徑表現為6月份各處理間差異不顯著，7—8月份T1處理顯著高于其他處理，CK處理下莖徑最??；單葉面積表現為不同程度遮陰均顯著高于全光照，由大到小的順序為T3、T2、T1、CK，T3、T2處理間差異不顯著。比葉面積表現為T3、T2處理顯著高于CK和T1處理，隨著時間的延長除CK處理外其他處理總體上呈先上升后下降的趨勢，均在6月份達到最大值；單葉干質量表現為各遮陰處理顯著高于全光照，且T1處理單葉干質量值最大。

表2 不同光照條件下朝鮮淫羊藿生長狀況

日 期比葉面積/cm2·g-1CKT1T2T3單葉干質量/gCKT1T2T36月8日(188.78±3.56)b(146.43±11.77)c(207.41±9.16)a(213.63±8.21)a(0.09±0.006)c(0.19±0.008)a(0.16±0.009)b(0.16±0.01)b6月25日(157.45±2.97)b(157±11.35)b(242.37±12.11)a(256.59±13.24)a(0.11±0.005)c(0.23±0.008)a(0.19±0.004)b(0.19±0.007)b7月8日(163.92±3.11)b(161.21±10.51)b(224.33±13.16)a(241.60±11.37)a(0.12±0.007)c(0.24±0.014)a(0.21±0.012)b(0.20±0.009)b7月27日(154.85±2.24)c(141.46±11.82)c(192.48±12.11)b(231.61±12.53)a(0.13±0.004)c(0.28±0.011)a(0.25±0.012)ab(0.21±0.015)b8月7日(154.69±3.71)c(142.46±11.44)c(201.88±8.89)b(221.91±9.93)a(0.13±0.005)c(0.28±0.009)a(0.24±0.010)b(0.22±0.013)b8月27日(164.84±2.73)b(142.39±10.94)c(192.64±12.22)a(213.17±14.42)a(0.12±0.004)d(0.28±0.007)a(0.25±0.006)b(0.23±0.009)c

注：表中數據為平均值±標準差;同行不同字母表示各處理間差異顯著(P<0.05)；n=15。

3.2 光照強度對朝鮮淫羊藿葉片葉綠素質量分數的影響

由表3可以看出，Chl a、Chl b、Chl(a+b)質量分數，Chl a/Chl b大致表現為T1、T2和T3處理顯著高于CK，Car質量分數則表現為T2、T3處理顯著高于CK、T1，且各參數均表現為T3處理下達到最大值。6—8月份各參數在不同處理下總體呈先上升后下降的趨勢，且先后在7月末8月初達到峰值。6—7月份隨透光率下降,Chl a、Chl b、Car質量分數大致呈升高趨勢，8月份各處理Chl a、Chl b質量分數大幅下降。

表3 不同光照強度下朝鮮淫羊藿葉片光合色素質量分數

日 期葉綠素a/葉綠素bCKT1T2T3類胡蘿卜素質量分數/mg·g-1CKT1T2T36月8日(1.17±0.05)c(1.74±0.06)b(1.51±0.21)bc(2.22±0.09)a(0.11±0.03)b(0.15±0.03)b(0.23±0.04)a(0.24±0.07)a6月25日(1.34±0.07)b(2.49±0.16)a(2.58±0.13)a(2.65±0.18)a(0.12±0.06)b(0.13±0.07)b(0.31±0.05)a(0.34±0.09)a7月8日(1.31±0.09)b(1.39±0.15)b(1.76±0.17)a(1.80±0.21)a(0.12±0.03)b(0.16±0.05)b(0.27±0.09)a(0.28±0.06)a7月27日(1.62±0.17)c(2.08±0.21)ab(1.87±0.24)b(2.32±0.23)a(0.15±0.06)b(0.21±0.03)b(0.35±0.11)a(0.40±0.06)a8月7日(1.41±0.11)b(2.52±0.11)a(2.52±0.09)a(2.50±0.13)a(0.16±0.04)b(0.21±0.05)b(0.19±0.07)b(0.32±0.04)a8月27日(1.32±0.07)c(1.81±0.09)b(2.43±0.09)a(2.45±0.11)a(0.14±0.03)b(0.17±0.05)b(0.26±0.07)a(0.30±0.06)a

注：表中數據根據葉片鮮質量測得；數據均為各指標的平均值±標準差；同行不同字母表示各處理間差異顯著(P<0.05)；n=3。

3.3 光照強度對朝鮮淫羊藿葉片光合特征的影響

從表4可以看出，6—8月份不同光照強度下朝鮮淫羊藿Ci變化趨勢基本一致，均呈先上升后下降的趨勢，各處理最大值均出現在6月下旬，且由大到小的順序為T3、T2、T1、CK。各處理Gs總體上呈先大幅上升后緩慢下降的趨勢，各處理最大值出現在7月上旬，T3處理顯著高于T2和T1處理。各處理Tr變化趨勢基本一致，均呈先上升后下降的趨勢，各處理均在7月份達到最大值，CK和T3處理顯著高于T1和T2處理。隨著時間的延長，各處理Pn較穩(wěn)定，T1顯著高于其他處理，T3處理凈光合速率最低。各處理水分利用效率均呈先下降后上升的趨勢，T2和T1處理顯著高于T3和CK。

表4 不同光照條件下朝鮮淫羊藿光合特征

日 期凈光合速率/μmol·m-2·s-1CKT1T2T3水分利用效率/μmol·mmol-1CKT1T2T36月8日(10.29±0.33)b(13.37±0.24)a(11.09±0.22)b(8.65±0.14)c(4.28±0.16)b(8.14±0.28)a(8.32±0.22)a(4.11±0.14)b6月25日(12.89±0.21)a(12.31±0.1)a(11.11±0.18)b(9.05±0.13)c(2.29±0.09)b(4.68±0.15)a(4.27±0.13)a(1.97±0.08)b7月8日(12.38±0.11)a(11.73±0.15)b(11.08±0.16)c(9.93±0.15)d(2.21±0.06)b(3.14±0.08)a(3.17±0.28)a(2.14±0.09)b7月27日(12.03±0.13)b(14.14±0.16)a(11.91±0.19)b(8.54±0.16)c(2.08±0.10)b(3.27±0.11)a(2.37±0.09)b(1.51±0.04)c8月7日(11.73±0.14)b(14.12±0.15)a(12.02±0.16)b(8.76±0.13)c(2.65±0.07)c(4.43±0.12)a(3.82±0.11)b(2.01±0.09)d8月27日(11.99±0.22)b(14.17±0.36)a(12.54±0.26)b(9.89±0.21)c(4.14±0.12)c(5.62±0.17)a(4.76±0.18)b(3.22±0.10)d

注：表中數據為平均值±標準差；同行不同字母表示各處理間差異顯著(P<0.05)；n=15。

3.4 光照強度對朝鮮淫羊藿葉片葉綠素熒光參數的影響

表5 不同光照強度下朝鮮淫羊藿葉片葉綠素熒光參數

日期qPCKT1T2T3qNCKT1T2T36月8日(0.554±0.071)c(0.738±0.112)ab(0.862±0.055)a(0.699±0.042)b(0.461±0.087)bc(0.662±0.074)a(0.444±0.172)c(0.621±0.126)ab6月25日(0.525±0.043)c(0.808±0.067)a(0.812±0.021)a(0.633±0.051)b(0.451±0.075)b(0.648±0.103)a(0.443±0.184)b(0.578±0.056)ab7月8日(0.625±0.033)c(0.784±0.033)ab(0.823±0.006)a(0.783±0.108)ab(0.640±0.037)ab(0.699±0.023)a(0.614±0.053)b(0.620±0.045)b7月27日(0.545±0.025)c(0.805±0.058)a(0.748±0.036)a(0.648±0.056)b(0.510±0.085)b(0.602±0.080)ab(0.636±0.087)a(0.630±0.035)a8月7日(0.521±0.039)c(0.815±0.046)a(0.732±0.067)a(0.628±0.031)b(0.513±0.081)b(0.602±0.076)ab(0.631±0.067)a(0.626±0.027)a8月27日(0.470±0.058)c(0.617±0.043)b(0.684±0.042)b(0.843±0.031)a(0.602±0.052)ab(0.587±0.052)ab(0.580±0.037)b(0.648±0.032)a

注：表中數據為平均值±標準差；同行不同字母表示各處理間差異顯著(P<0.05)；n=3。

4 結論與討論

光是影響植物的重要生態(tài)因子之一，是植物生長發(fā)育和形態(tài)建成的必要條件。光照強度影響植物光合速率、水分供需從而影響植株形態(tài)特征、葉綠素質量分數、生物量積累和分配等[16-17]。本研究中，遮陰處理下的朝鮮淫羊藿生長較好，而全光照下朝鮮淫羊藿生長較差，這可能是由于朝鮮淫羊藿多生于疏林下、灌叢間或林緣半陰環(huán)境，對光能的利用和保護機制形成不夠完善，過強的光輻射超出了其光能利用范圍，不利于其生長。朝鮮淫羊藿主要以干燥葉片入藥，70%透光率下單葉干質量最高，單葉干質量作為衡量產量的指標，在人工栽培中可適度遮陰來提高其產量。隨透光率降低，朝鮮淫羊藿株高增高，莖徑變小，單葉干質量減小，葉面積和比葉面積增大，葉片變薄，光合葉面積相對增加，這是植物適應低光照強度而采取的普遍策略，這與張永剛等[7]的研究結果一致。

隨透光率下降，朝鮮淫羊藿Chl a、Chl b、Car質量分數升高，遮陰處理下葉綠素總質量分數均顯著高于對照，證明葉綠素的增加有利于光合作用的進行，這和王非等[18]的研究結果一致。各處理葉綠素質量分數均在7月末達到最高，說明此時光合能力最強。Car有光能捕獲的功能，在透光率為30%時Car質量分數較高，這說明在弱光環(huán)境中朝鮮淫羊藿能通過增加質量分數，適應弱光環(huán)境。

隨透光率下降朝鮮淫羊藿Ci增加，有利于固定CO2和增加光能利用效率，但其Pn明顯降低，Pn降低伴隨著Ci的升高時，Pn降低的主要原因是非氣孔因素，這與丁友芳等[19]的研究結果一致。6—8月份全光照和透光率30%處理下Gs和Tr較其他處理組高，一般蒸騰速率高，光合速率也較高，全光照處理Pn較高，但30%透光率下Pn較低，可能是低光照強度限制了葉綠體光能潛力的發(fā)揮，這與李瑞等[20]的研究結果一致。全光照下光照強烈，氣孔導度較大，蒸騰速率較高，可能使植株大量失水，生長較差。

葉綠素熒光參數是有效衡量植物的受害程度和光合潛能高低的指標，是研究植物光合生理及與逆境脅迫關系的理想探針[21]。Fv/Fm是衡量光抑制程度的重要指標，非脅迫條件下Fv/Fm變化極小[22]，本研究中全光照處理下朝鮮淫羊藿葉片Fv/Fm較其他處理偏低，說明全光照處理下植物PSII原初光能轉換效率較低，可能受到光抑制。非光化學淬滅系數(qN)是表示熱耗散多少的指標，當PSII反應中心天線色素吸收了過量光能時，若不能及時耗散將對光合機構造成失活和破壞，所以非光化學淬滅對光合機構起一定保護作用[23-24]。本研究中6—7月份70%透光率下qN顯著高于其他處理，而7—8月份50%、30%透光率下顯著高于70%、100%透光率，表明在朝鮮淫羊藿快速生長階段，強光環(huán)境下植物可能通過加強熱耗散來保護光合器官，從而促進其生長，而在平穩(wěn)生長期弱光環(huán)境下色素質量分數顯著高于強光環(huán)境，可能會導致其光合電子傳遞能力增強、熱耗散能力增強。qP表示PSII反應中心開放的程度，全光照處理顯著低于其他處理，表明全光照處理下PSII反應中心開放的程度較低，且全光照處理下朝鮮淫羊藿葉片Yi,e,l,d顯著低于其他處理，qN也較低，說明雖然全光照處理下葉片PSII反應中心的開放程度較小，PSII吸收并能運用于光合作用的光能也較少，此處理下PSII功能較差，這也可能是全光照處理下植株生長較差的原因。

綜上所述，光照強度對朝鮮淫羊藿生長發(fā)育影響顯著，70%透光率下單葉干質量最高，生長較好，不同光照強度下朝鮮淫羊藿葉片葉綠素質量分數、凈光合速率、蒸騰速率、葉綠素熒光參數總體上在7—8月上旬達到峰值，但不同處理出現峰值時間和數值大小有顯著差異，說明光照強度對朝鮮淫羊藿光合作用影響顯著，進而影響其生長狀況。全光照下朝鮮淫羊藿的生長和光合生理特性相對較差，30%、50%、70%透光率下，朝鮮淫羊藿生長及光合性能整體較好，說明朝鮮淫羊藿有較強的耐陰能力，且對光環(huán)境適應性較寬，但強光照環(huán)境下不利于其生長，適度的遮陰有利于朝鮮淫羊藿生長。