鉤藤幼苗生長的適宜遮陰度探索

楊勝偉，徐佳瑜，王曉紅，闕云飛，劉思佳，張智仙，滿建民，張明生

（貴州大學(xué) a.生命科學(xué)學(xué)院；b.國家喀斯特石漠化防治工程技術(shù)研究中心；c.山地植物資源保護(hù)與種質(zhì)創(chuàng)新教育部重點(diǎn)試驗(yàn)室，貴州 貴陽 550025）

鉤藤Uncaria rhynchophylla（Miq.）Miq. ex Havil.為茜草科Rubiaceae鉤藤屬Uncaria Schreber nom. cons.多年生木質(zhì)藤本[1]，也是一種重要的中藥材。鉤藤以帶鉤的莖枝入藥，味甘、微苦，性微寒，具有清熱平肝、熄風(fēng)止痙等功效[2]，鉤藤含有多種吲哚類生物堿，臨床上已廣泛用于防治頭痛、高血壓、驚風(fēng)抽搐、神經(jīng)衰弱等癥[3-8]。近年來，鉤藤需求量逐步增長，野生鉤藤資源已不能滿足市場需求，人工種植勢在必行。種苗移栽馴化是人工種植的重要環(huán)節(jié)，而有關(guān)鉤藤幼苗生長特性的研究卻鮮見報(bào)道。光作為植物生長的主要能源，是影響植株形態(tài)、生理代謝及生長發(fā)育的重要因子之一[9]，目前尚無有關(guān)光照對鉤藤低齡苗期植株生長的影響的研究報(bào)道。為給鉤藤人工種植技術(shù)的構(gòu)建與開發(fā)利用提供理論依據(jù)，筆者設(shè)置了不同遮陰度處理，就其對鉤藤幼苗形態(tài)及生理生化指標(biāo)的影響情況進(jìn)行了研究，旨在尋求鉤藤幼苗生長的適宜蔭蔽度。

1 材料與方法

1.1 材 料

試材是苗齡為1 a的鉤藤Uncaria rhynchophylla（Miq.）Miq. ex Havil.，取自昌昊金煌（貴州）中藥有限公司種植基地。

1.2 遮陰度的梯度設(shè)計(jì)

以不同目數(shù)的黑色遮陽網(wǎng)調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度，分別設(shè)重度遮陰、中度遮陰、輕度遮陰共3種處理，以自然光照下種植的樣品作為對照（CK），各處理的透光率分別如下：重度遮陰（Serious shading，SS），透光率5%～15%；中度遮陰（Moderate shading，MS），透光率25%～35%；輕度遮陰（Light shading，LS），透光率55%～75%。每個(gè)處理各栽植60株鉤藤幼苗，定植90 d后進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測定。

1.3 鉤藤幼苗形態(tài)指標(biāo)的測定

在每個(gè)處理區(qū)域內(nèi)隨機(jī)選取10株幼苗掛牌標(biāo)記，測定幼苗的株高（用鋼卷尺測定）、主莖粗（離地面10 cm處的粗度，用游標(biāo)卡尺測定）、葉面積（取中部葉片，用Yaxin-1241葉面積儀測定）、葉片數(shù)量、分枝數(shù)量、比葉重（單位葉面積的葉片鮮質(zhì)量）等指標(biāo)。

1.4 鉤藤幼苗生理生化指標(biāo)的測定

選擇晴朗天氣，用Li-6400型便攜式光合測定系統(tǒng)（上海旦鼎國際貿(mào)易有限公司）測定不同遮陰處理下鉤藤葉片的凈光合速率（Pn），同時(shí)記錄蒸騰速率（Tr）、胞間CO2濃度（Ci）、氣孔導(dǎo)度（Gs）。采取隨機(jī)測定的方法重復(fù)測定3～6次。

采用烘干法[11]測定葉片含水量；采用比色法[11]測定光合色素；采用蒽酮比色法[11]測定可溶性總糖含量；采用考馬斯亮藍(lán)比色法[11]測定可溶性蛋白含量；采用硫代巴比妥酸方法[11]測定MDA含量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用SPSS 20.0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行ANOVA分析，用Duncan氏法對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 遮陰度對鉤藤幼苗各形態(tài)指標(biāo)的影響

遮陰度對鉤藤幼苗各形態(tài)指標(biāo)的影響情況如表1所示。由表1 可知，隨著遮陰度的加大，鉤藤幼苗的株高、主莖粗、葉面積、葉片數(shù)量和分枝數(shù)均呈先升后降的變化趨勢。輕度遮陰（LS）的株高、莖粗和分枝數(shù)均極顯著高于中度遮陰（MS）、重度遮陰（SS）和CK（P＜0.01），其葉片數(shù)量顯著高于MS、SS和CK（P＜0.05），LS的葉面積極顯著高于SS和CK（P＜0.01）而與MS間的差異不明顯；MS的株高、主莖粗、葉面積、葉片數(shù)和分枝數(shù)均顯著高于SS和CK（P＜0.05）。不同遮陰處理下鉤藤幼苗的比葉重與遮陰度之間表現(xiàn)出顯著（P＜0.05）或極顯著（P＜0.01）的負(fù)相關(guān)性。比葉重是衡量植物葉片光合作用性能的參數(shù)之一，通常情況下，植株比葉重隨著遮陰度的增大而減小，即同樣重量的葉片在遮陰環(huán)境下的面積較大，有利于其光合作用。試驗(yàn)結(jié)果表明，光照過強(qiáng)或過弱對鉤藤植株莖和葉的生長均有抑制作用，輕度遮陰處理更適宜于鉤藤幼苗的生長，能促進(jìn)植株多分枝、多發(fā)葉。

表1 遮陰度對鉤藤幼苗各形態(tài)指標(biāo)的影響?Table 1 Effects of shading on morphological indexes of Uncaria seedling

2.2 遮陰度對鉤藤幼苗各生理生化指標(biāo)的影響

不同遮陰處理下鉤藤幼苗葉片的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度及胞間CO2濃度的日均值分別如圖1A～D所示。由圖1A可知，隨著遮陰度的加大，鉤藤葉片的凈光合速率逐漸下降，重度遮陰的凈光合速率最低，其日均值為1.87 μmol·m-2s-1；由圖1B可知，葉片的蒸騰速率隨遮陰度的升高而呈現(xiàn)下降趨勢，LS與CK間的差異不明顯，而LS與MS、SS間的差異均顯著（P＜0.05）；由圖1C可知，SS處理下鉤藤葉片的胞間CO2濃度與LS、MS和CK處理間的差異均不顯著，SS處理的胞間CO2濃度最大，其日均值為344.19 μmol·mol-1，CK的最低，其日均值為300.63 μmol·mol-1；由圖1D可知， LS處理下鉤藤葉片的氣孔導(dǎo)度顯著高于MS和SS（P＜0.05），各處理葉片氣孔導(dǎo)度的大小表現(xiàn)為LS＞MS＞SS。植物葉片的光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度之間相互關(guān)聯(lián)，氣孔導(dǎo)度越大則蒸騰速率就越大，細(xì)胞間CO2濃度越高則意味著葉肉光合作用越強(qiáng)[12]，相比于CK、MS和SS這3個(gè)處理，LS處理的鉤藤葉片其氣孔導(dǎo)度上升，胞間CO2濃度較大。綜上所述，輕度遮陰的鉤藤葉片其光合參數(shù)相對穩(wěn)定，相關(guān)數(shù)值較高，且其葉面積、葉片數(shù)量也均較高，更有利于鉤藤光合作用的進(jìn)行及有機(jī)物的合成。

圖1 遮陰度對光合參數(shù)的影響Fig. 1 Effects of shading on photosynthetic parameters of Uncaria seedling

遮陰度對鉤藤葉片光合色素含量的影響情況如表2所示。由表2可知，葉綠素a（Chla）、葉綠素b（Chlb）及葉綠素總含量均隨著遮陰程度的增加而逐漸增加，SS處理的葉綠素含量極顯著高于CK、LS和MS（P＜0.05），這可能因?yàn)檩^強(qiáng)的光照加速了葉片中葉綠素的降解，葉綠素的生物合成速度跟不上其降解速度[13]；而其Chla/Chlb之值和類胡蘿卜素（Car）含量均逐漸減小，并且對照組的Chla/Chlb之值極顯著高于各遮陰處理（P＜0.01），各處理組Car間的差異均不顯著。強(qiáng)光下植物葉綠素降低，而類胡蘿卜素含量提高，這正是植物適應(yīng)強(qiáng)光的一種保護(hù)策略[14]。

表2 遮陰度對鉤藤葉片光合色素含量的影響Table 2 Effects of shading on photosynthetic pigment content of Uncaria leaves

遮陰度對鉤藤葉片的含水量、可溶性糖、可溶性蛋白及MDA含量的影響情況如表3所示。由表3 可知，鉤藤幼苗葉片的含水量與其遮陰度之間表現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)，MS、SS處理的鉤藤葉片的含水量極顯著高于CK和LS（P＜0.01），其原因?yàn)閺?qiáng)光照加劇了葉片蒸騰失水?？扇苄缘鞍资侵参锷x活動的重要物質(zhì)，也是鉤藤的重要營養(yǎng)成分。由表3 可知，鉤藤葉片中的可溶性蛋白含量隨著遮陰度的增加而持續(xù)下降，重度遮陰的達(dá)到最低值，僅為0.07%。葉片中可溶性糖含量的變化趨勢與可溶性蛋白含量的變化趨勢相似，其原因是，遮陰處理降低了光照強(qiáng)度，進(jìn)而減弱了葉片的光合效率，增強(qiáng)了呼吸作用，從而減少了光合產(chǎn)物。由表3 還可知，LS處理顯著減少了鉤藤葉片的MDA含量（P＜0.05），LS處理的葉片MDA含量顯著低于CK和另外兩個(gè)遮陰處理的，說明光照過強(qiáng)或過弱都會導(dǎo)致鉤藤幼苗葉片膜脂過氧化的增強(qiáng)。

表3 遮陰度對鉤藤葉片的含水量、可溶性糖、可溶性蛋白及MDA含量的影響Table 3 Effects of shading on water, soluble protein, soluble sugar and MDA content of Uncaria leaves

2.3 鉤藤幼苗各形態(tài)指標(biāo)與各生理生化指標(biāo)間的相關(guān)性分析

對不同遮陰處理下鉤藤幼苗的株高（X1）、莖粗（X2）、葉面積（X3）、葉片數(shù)（X4）、分枝數(shù)（X5）、比葉重（X6）等形態(tài)指標(biāo)與葉綠素含量（X7）、凈光合速率（X8）、葉片含水量（X9）、可溶性蛋白質(zhì)含量（X10）、可溶性糖含量（X11）、丙二醛含量（X12）等生理生化指標(biāo)間的相關(guān)性進(jìn)行了分析，結(jié)果見表4。表4顯示：株高分別與葉片數(shù)間呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與分枝數(shù)間呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），其相關(guān)系數(shù)分別為1.000、0.983；而分枝數(shù)與莖粗、葉片數(shù)間均呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）；葉片含水量與可溶性糖含量間呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），其相關(guān)系數(shù)為-0.989，且其與比葉重、可溶性蛋白質(zhì)含量間均呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），其相關(guān)系數(shù)分別為-0.991、-0.996；葉片可溶性糖含量與可溶性蛋白質(zhì)含量間呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。

3 結(jié)論與討論

光照條件對植物的生長發(fā)育具有重要的影響，近年來，有關(guān)植物的耐陰性及遮陰處理對植物生理生化指標(biāo)的影響的研究報(bào)道日漸增多。光照強(qiáng)度是影響植物生長發(fā)育的重要因子之一，光照過強(qiáng)會破壞植物葉片的光合結(jié)構(gòu)與膜系統(tǒng)[15]，光照過弱則不利于葉肉細(xì)胞光合作用的進(jìn)行[16]。植物的外觀形態(tài)特征對光照的響應(yīng)比較敏感，隨光照強(qiáng)度而調(diào)整形態(tài)結(jié)構(gòu)以利于植物最大程度地吸收光能，提高光合速率，促進(jìn)植物生長發(fā)育[17]。研究中發(fā)現(xiàn)，鉤藤大部分形態(tài)指標(biāo)值隨著遮陰度的增強(qiáng)而減小，并且輕度遮陰的鉤藤幼苗各形態(tài)指標(biāo)值均高于對照，表明輕度遮陰有利于鉤藤幼苗生長發(fā)育，強(qiáng)光和弱光均不利于鉤藤幼苗生長。

表4 不同遮陰處理下鉤藤幼苗各形態(tài)指標(biāo)與各生理生化指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)?Table 4 Correlation coefficients among the influencing factors of Uncaria seedling

植物葉片的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、胞間CO2濃度（Ci）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和葉綠素a（Chla）含量等指標(biāo)均是影響其光合作用能力的重要指標(biāo)。根據(jù)這些光合參數(shù)的大小，可以了解植物光合作用的強(qiáng)弱。例如，王瑞等[18]在研究陰生園林植物于不同光照條件下的光合特性時(shí)提到，凈光合速率是表現(xiàn)植物光合作用能力的重要指標(biāo)之一，可以反映植物的耐陰性。隨著遮陰強(qiáng)度的加大，葉綠素含量會逐漸增加，以保證植物在弱光環(huán)境下更有效地吸收光能，提高光合速率，促進(jìn)植物生長[19]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，遮陰處理顯著地促進(jìn)了鉤藤幼苗葉片葉綠素的生物合成，同時(shí)證實(shí)了前人的研究結(jié)果。肖潤林等[20]的研究結(jié)果表明，全光照條件下，植物葉片表面高溫、高光照使其蒸騰速率下降，抑制了葉綠素的合成；相反，遮陰處理降低了光照強(qiáng)度和溫度，避免了強(qiáng)光對葉綠體整體結(jié)構(gòu)的破壞。這一研究結(jié)果與本文的研究結(jié)果一致。MDA是膜脂過氧化的重要產(chǎn)物之一，其含量的多少反映了植物葉片膜脂過氧化及膜受傷害程度的輕重[11]，鉤藤幼苗在輕度遮陰下的MDA含量顯著低于全光照和中度遮陰及重度遮陰處理的，表明輕度遮陰對鉤藤的膜脂過氧化程度的影響較小，此環(huán)境更適宜鉤藤幼苗的生長。

光不僅是植物生長發(fā)育的能量來源，并作為信號因子調(diào)控植物的生長發(fā)育，而且對植物初生代謝產(chǎn)物、次生代謝產(chǎn)物的合成和積累產(chǎn)生均有重要影響[21]?？扇苄蕴桥c可溶性蛋白質(zhì)都是重要的初生代謝產(chǎn)物，可溶性糖是植物葉片碳運(yùn)輸及代謝過程中的主要形式，是衡量植物體內(nèi)碳代謝的重要指標(biāo)[9]。研究中發(fā)現(xiàn)，隨著遮陰度的增加，鉤藤葉片中的可溶性糖與可溶性蛋白質(zhì)含量均逐漸下降，這與周昕等[22]的研究結(jié)果一致。有關(guān)研究結(jié)果表明，適宜的光照強(qiáng)度能促進(jìn)植物同化產(chǎn)物的積累，有利于次生代謝產(chǎn)物的合成[23]，減弱光照強(qiáng)度可誘導(dǎo)積累生物堿，從而增加植物組織中生物堿的含量[24]。例如，適度遮陰條件下，銀杏葉中的黃酮[25-26]、參根中的人參皂苷[27]等次生代謝產(chǎn)物的含量都有不同程度的提高。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，通過對植物進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼陉幪幚韥砀淖児庹諒?qiáng)度，給予植株適宜的生長環(huán)境，可以達(dá)到最佳種植效果，從而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收的目標(biāo)。

綜上所述，結(jié)合不同遮陰度下鉤藤幼苗各形態(tài)指標(biāo)及各生理生化指標(biāo)的變化情況來綜合分析，鉤藤幼苗生長的適宜遮陰度是輕度遮陰，即透光率為55%～75%。本研究雖然初步探究出輕度遮陰處理對其幼苗營養(yǎng)生長能起到一定的促進(jìn)作用，但本文檢測分析的指標(biāo)并不全面，如不同處理下葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)、酶活性、藥效成分含量等指標(biāo)尚未提及。針對上述不足之處，筆者將在后續(xù)的研究工作中進(jìn)一步完善。此外，目前關(guān)于鉤藤的研究主要集中在其化學(xué)成分與臨床應(yīng)用方面[28]，關(guān)于鉤藤生物學(xué)特性的研究報(bào)道較少，其藥效成分的分子合成機(jī)制的研究也尚未見諸報(bào)道，因此，關(guān)于鉤藤的研究還有待深入。