3個地理種源滇黃精光合日變化及其影響因子分析

左應梅，楊天梅，楊維澤，楊紹兵，李紀潮，許宗亮，張金渝，楊美權(quán)

（云南省農(nóng)業(yè)科學院藥用植物研究所，云南 昆明 650200）

滇黃精（Polygonatum kingianumColl．et Hemsl）為中藥黃精的3個基原品種之一［1］，分布于以云南為中心的西南地區(qū)［2］。滇黃精是中國傳統(tǒng)補益類中藥材，集藥用、食用、保健和觀賞于一身，具有極高的經(jīng)濟價值和社會效益，市場開發(fā)前景廣闊。滇黃精化學成分多樣，藥理活性廣泛，在增強免疫力、調(diào)節(jié)機體平衡、延緩衰老等保健方面，以及治療糖尿病、動脈粥樣硬化、腫瘤等疾病方面，都極具開發(fā)價值。近年來，隨著市場需求不斷增大，滇黃精野生資源逐漸萎縮，相對需求量急劇上升。滇黃精作為云南的道地藥材，資源優(yōu)勢顯著，開發(fā)潛力巨大。全面深入開展滇黃精的基礎(chǔ)研究，可為滇黃精的合理開發(fā)利用提供科學依據(jù)和方法指導，具有非常重要的理論和實踐意義。

近年來，有學者對滇黃精資源分布［3］、生藥鑒定［4-5］、化學成分及藥理活性［6-7］、藥材炮制方法［8］、有效成分提取工藝［9］、人工栽培和產(chǎn)品開發(fā)［10］等各方面開展了研究。在光合生理方面，黨康等［11］研究表明，黃精、多花黃精和滇黃精中多花黃精的Pn最高，滇黃精最低；在人工栽培條件下，黃精的光能利用率較高，滇黃精的ΦPSⅡ、ETR、NPQ及qP等各指標均顯著低于黃精和多花黃精。陳芳軟［12］研究表明，不同生境條件下多花黃精葉片Pn具有極顯著正相關(guān)的生理因子是Tr，與Ca和葉溫顯著正相關(guān)。林下套種條件下多花黃精的Pn在日變化進程中沒有出現(xiàn)明顯的“午休”現(xiàn)象。駱緒美等［13］研究表明，多花黃精、長梗黃精、黃精的Pn日變化均呈明顯的單峰曲線；Gs、Tr與Pn呈正相關(guān)，Ci與Pn呈負相關(guān)；3種黃精植物生長最主要的影響因子是PAR，其次是Tr和Ci。袁名安等［14］研究表明，多花黃精的Pn、Gs日變化為“雙峰”曲線，存在明顯“午休”現(xiàn)象，峰值分別出現(xiàn)在11: 00和16: 00；多花黃精Pn與Gs呈極顯著正相關(guān)，與Tr呈顯著正相關(guān)。綜上所述，目前有關(guān)滇黃精的光合生理研究報道較少，不同地理種源滇黃精光合特性差異方面的研究鮮見報道。植物的Pn、Gs和Tr等是植物重要的生理生態(tài)參數(shù)，對于引種馴化、良種選育及科學種植管理具有非常重要的理論指導意義［15］。本研究以3個不同地理種源的滇黃精為試驗材料，測定其光合參數(shù)及生態(tài)因子的日變化，為滇黃精的良種選育和生產(chǎn)栽培提供技術(shù)支撐和理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地在昆明市官渡區(qū)大板橋鎮(zhèn)小哨村云南省農(nóng)業(yè)科學院藥用植物研究所的資源圃內(nèi)，地理坐標為102°59′E、25°11′N，海拔1 965 m，年平均氣溫14.5℃，年平均降雨量957 mm，年平均蒸發(fā)量2 555 mm，直接輻射≥20 W/m2，年日照時數(shù)3 016 h，極端低溫-4.3℃，極端高溫29.6℃，年平均風速1.5 m/s，地面20 cm 深度的年平均地溫為16.59℃。土壤為山地紅壤，其基礎(chǔ)養(yǎng)分為：全氮2.4 g/kg、全磷0.8 g/kg、全鉀14.2 g/kg、水解氮185.2 mg/kg、速效鉀273.0 mg/kg、速效磷10.3 mg/kg、有機質(zhì)50.7g/kg，pH值5.9～6.3。

1.2 試驗材料

于2013年12月采集3個種源（云南永德縣、金平縣、四川會理縣）滇黃精的根莖，選取健康的根莖切塊（切塊直徑3～5 cm，長6～8 cm）后室溫沙藏3個月（催芽）作為繁殖材料，要求根莖大小均勻，每個根莖至少帶1個芽，于2014年3月種植于昆明市小哨云南省農(nóng)業(yè)科學院藥用植物研究所藥材種質(zhì)資源圃內(nèi)。繁殖材料按株行距15 cm×25 cm間距栽入遮蔭棚內(nèi)，蔭棚透光率為70%～80%。3個滇黃精種源隨機排列，每個小區(qū)種植60株，3 次重復，常規(guī)種植管理，于2016年6月進行指標測定。

1.3 測定指標及方法

試驗在6月下旬的晴朗無云日進行。在自然條件下，使用 LI-6400XT便攜式光合作用測定系統(tǒng)，測定3個滇黃精種源的凈光合速率（Pn，μmol/m2·s）、 氣 孔 導 度（Gs，mol/m2·s） 、蒸騰速率（Tr，mmol/m2·s）、胞間CO2濃度（ Ci，μmol/m2·s）；光合有效輻射（PAR，μmol/m2·s）、氣溫（Ta，℃）、空氣相對濕度（RH，%）和空氣CO2濃度（Ca，μmol/m2·s）等環(huán)境因子由系統(tǒng)同步自動記錄，測定時間為8:30～19: 00。測定時取每株滇黃精相同葉位（從植株頂端往下數(shù)第3輪葉片），保持葉片自然生長角度，每個種源測定3株，每株測定3片葉，重復3次，數(shù)據(jù)取平均值。測定當天的環(huán)境因子日變化情況見圖1。瞬時水分利用效率（WUE）采取WUE = Pn/ Tr（其中Pn以CO2的μmol 數(shù)計，Tr以H2O的mmol 數(shù)計）計算［16］。

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel和JMP7統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 測定日環(huán)境因子變化

由圖1可知，在測定時段，光合有效輻射（PAR）呈單峰曲線變化，變化范圍為50.85～ 596.20 μmol/m2·s，12: 00時達到最大值 596 μmol/m2·s （圖 1A）。在測定 時段，大氣溫度（Ta）呈單峰曲線變化，變化范圍為24.5～26℃，最高溫度出現(xiàn)在13: 00（圖1A）。下午的大氣相對濕度（RH）和大氣CO2濃度（Ca）明顯低于上午；Ca與 RH 的變化規(guī)律相同（圖1B）。

圖1 測定當日環(huán)境因子變化

2.2 光合特征日變化

2.2.1 不同種源滇黃精的凈光合速率（Pn）日變化 由圖2可知，3個種源滇黃精Pn的光合日進程存在明顯差異。四川會理、云南金平種源滇黃精Pn日變化均呈雙峰曲線。四川會理種源Pn在8: 30出現(xiàn)第1個峰值，云南金平種源在10:30出現(xiàn)第1個峰值，出現(xiàn)第1個峰值后，兩個種源Pn均不同程度下降，其中云南金平種源Pn在12: 00降至全天最低，出現(xiàn)明顯光合“午休”現(xiàn)象；四川會理種源也出現(xiàn)光合“午休”現(xiàn)象，但程度較輕。12: 00以后兩個種源Pn呈升高趨勢，兩個種源的第2個峰值均出現(xiàn)在15: 00，之后各種源Pn再次下降。云南永德種源Pn日變化呈單曲線，峰值出現(xiàn)在9: 30～10: 30之間，之后Pn逐漸下降，沒有光合“午休”現(xiàn)象。各種源Pn在不同時段存在差異。在8: 30～10: 30，云南永德種源Pn最高，云南金平種源Pn最低。在10: 30以后，四川會理和云南金平種源Pn明顯下降，而云南永德種源在17: 00以前均保持較高的Pn。日均Pn依次為：云南永德種源＞四川會理種源＞云南金平種源。

圖2 3個種源滇黃精的凈光合速率日變化

圖3 3個種源滇黃精的蒸騰速率日變化

2.2.2 不同種源滇黃精的蒸騰速率（Tr）日變化 由圖3可知，3個滇黃精種源的Tr均呈雙峰曲線。在測定時段，四川會理、云南金平、云南永德3個種源Tr在9: 30出現(xiàn)第1個峰值，四川會理、云南金平的種源在13: 00出現(xiàn)第2個峰值，第2個峰值的數(shù)值低于第1個峰值，而云南永德種源的第2個峰值出現(xiàn)在15:00，第2個峰值比第一個峰值大。在測定期間，云南永德種源在12: 00～17: 00的Tr顯著高于其他兩個種源，云南金平種源的Tr在9: 30～17: 00顯著低于其他兩個種源。日均Tr依次為：云南永德種源＞四川會理種源＞云南金平種源。

2.2.3 不同種源滇黃精的氣孔導度（Gs）和胞間CO2濃度（Ci）日變化 由圖4A可知，不同種源Gs的日變化也呈雙峰曲線，其中四川會理種源和云南金平種源的Gs與Tr的變化趨勢相似，且Tr兩個峰值出現(xiàn)的時間也與Gs相同。云南永德種源Gs第1個峰值出現(xiàn)的時間在10: 30，第2個峰值出現(xiàn)在15: 00，與Tr相同。在8: 30～17: 00，以云南永德種源的Gs最大，明顯高于其他兩個種源，云南金平種源的Gs在各時段均最小。Gs日均值依次為：云南永德種源＞四川會理種源＞云南金平種源。3個種源Ci的日變化不規(guī)律，日均Ci依次為：云南永德種源＞云南金平種源＞四川會理種源（圖4B）。

圖4 3個種源滇黃精的氣孔導度和胞間CO2濃度日變化

2.2.4 不同種源滇黃精的水分利用率（WUE）日變化 3個種源的WUE無顯著差異，日變化規(guī)律性差，其中四川會理種源的WUE最大值出現(xiàn)在8: 30，云南永德種源和金平種源的WUE最大值均出現(xiàn)在10:30。WUE的平均值和最大值分別排序為：云南金平種源＞四川會理種源＞云南永德種源，云南金平種源＞四川會理種源＞云南永德種源 。云南金平種源WUE的日均值和最大值均最高。

2.3 不同種源滇黃精的各光合參數(shù)午后變化幅度分析

圖5 3個種源滇黃精的水分利用率日變化

以8:30～12:00時段計算各指標的上午平均值，以13:00～19:00時段計算各指標午后平均值，分析各指標午后變化幅度。由表1可知，除云南永德種源的Tr未出現(xiàn)下降外，其余各光合參數(shù)在午后均有較大幅度下降，云南永德種源、云南金平種源和四川會理種源的各光合參數(shù)下降幅度依次分別為：Gs＞Ci＞Pn＞W(wǎng)UE＞Tr，Gs＞ Ci＞ Tr＞ Pn＞ WUE 和 Gs＞ Ci＞Pn＞Tr＞ WUE。

表1 3個種源滇黃精的各光合參數(shù)午后下降幅度（%）

2.4 不同種源滇黃精光合特性的相關(guān)分析

對3個種源滇黃精光合特征參數(shù)的平均值進行相關(guān)分析，結(jié)果見表2。由表2可知，各種源滇黃精的Pn與Tr均呈正相關(guān)，其中云南金平種源和四川會理種源的Pn與Tr呈顯著正相關(guān)；各種源滇黃精的Pn與Gs均呈顯著正相關(guān)；四川會理種源的Pn與Ta呈顯著負相關(guān)，與RH呈顯著正相關(guān)；云南永德種源和云南金平種源的Pn與Ta呈負相關(guān)，與RH呈正相關(guān)，但相關(guān)性均不顯著。各種源的Pn與Ci、Ca和PAR的相關(guān)性不顯著。此外，3個種源滇黃精的Gs與RH呈顯著正相關(guān)，且各種源的Pn與Gs均呈顯著正相關(guān)，因此RH對3個種源滇黃精的Pn影響也較大。

3 結(jié)論與討論

3.1 3個滇黃精種源光合作用的日變化特征

國內(nèi)外的研究資料表明，植物光合作用中Pn的日變化進程有單峰、雙峰、三峰等幾種類型，因各項生態(tài)因子不同而異［17］。本研究結(jié)果表明，3個種源滇黃精的Pn日變化存在明顯差異，其中云南永德種源的Pn日變化呈單峰曲線，不存在光合午休現(xiàn)象；四川會理種源和云南金平種源的Pn日變化呈雙峰曲線，兩者都有光合午休現(xiàn)象，云南金平種源的光合午休現(xiàn)象最為明顯。光合參數(shù)日均值綜合反映了植物光合能力的強弱，植物光合能力強弱在同種植物不同品種（系）間存在明顯差異，這與植物自身遺傳性質(zhì)和環(huán)境因子相關(guān)［18］。本研究中，3個種源滇黃精的Pn日均值差異明顯，其中云南永德種源的Pn日均值最大，具有較強的光合能力。各種源滇黃精上午的Pn均值比下午大，這與刁松鋒等［19］對無患子、賴曉蓮等［20］對粉防的研究結(jié)果相似。

3.2 3個種源滇黃精的Pn、Tr、WUE與適應干旱能力

3個種源滇黃精的光合日進程存在明顯差異，說明不同種源對同一環(huán)境的適應能力存在較大差別，這種差別在引種栽培時應加以考慮。云南永德種源的Pn和Tr日均值最高，但其WUE最低，是一種高光合、高蒸騰、低水分利用率的種源，該種源適宜在水分供應條件比較好的地方栽培。而云南金平種源的Pn日均值最低，但其WUE日均值最高，該種源較適宜在易旱的山坡地種植。

3.3 凈光合速率降低的原因分析

植物葉片光合作用的限制因子可分為氣孔因素與非氣孔因素。前者是由于光照、溫度、濕度以及蒸汽壓虧缺等外界環(huán)境因子的變化引起植物氣孔的部分關(guān)閉，CO2進入葉片受阻而使Pn降低，而后者則是由于葉肉細胞自身羧化酶活性的降低而引起Pn的降低［21］。Farquhar等認為當Pn下降，如果Gs和Ci 同時降低，說明Pn的下降主要是由于Gs 的下降導致，即主要以氣孔因素占主導因子；如果Gs下降而Ci在上升，則表明此時Pn下降的主要原因是葉肉細胞光合能力降低導致，即主要以非氣孔因素占主導因子［22］。從本試驗研究結(jié)果看，3個種源滇黃精的Pn在10: 30～12: 00期間均出現(xiàn)不同程度降低，其中云南金平種源顯著降低，出現(xiàn)典型的光合“午休”現(xiàn)象，在此期間，云南永德種源和金平種源的Gs下降而 Ci上升，Pn下降的原因主要以非氣孔因素為主，而四川會理種源的Gs和Ci同時下降，Pn下降的原因主要以氣孔因素為主。在15: 00～19: 00期間，云南金平種源和四川會理種源的Gs下降而 Ci上升，Pn下降的原因主要以非氣孔因素為主，而云南永德種源的Gs和Ci 同時下降，Pn下降的原因主要以氣孔因素為主。由此可見，種源不同，Pn下降的機理不同，其降低原因除了與自身的種源特性有關(guān)外，還與生態(tài)、生理及生化因子等多方面調(diào)控有關(guān)。

表2 3個種源滇黃精光合特性的相關(guān)分析

3.4 凈光合速率與生理、生態(tài)因子的關(guān)系

凈光合速率（Pn）是植物生長發(fā)育的重要研究指標，其影響因素一直是植物生理研究的熱點問題之一。植物的光合作用既受到外界生態(tài)環(huán)境因子的影響，又受到其內(nèi)在生理因子的調(diào)節(jié)［21］，而關(guān)于植物光合作用與各因子之間的關(guān)系，目前尚無統(tǒng)一的觀點。姜霞等［23］研究表明，翅莢香槐的Pn與Gs呈顯著正相關(guān)，與Tr、RH、PAR呈正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性不顯著。王瑞［24］、夏尚光等［25］認為 Pn與 PAR、Ca呈正相關(guān)，與Ci呈負相關(guān)，與葉面水氣壓虧缺（Vpdl）、氣溫（Ta）和濕度（RH）關(guān)系不密切。匡經(jīng)舸等［26］對兩種冬櫻花和日本晚櫻的Pn日變化及其與環(huán)境因子的相關(guān)性分析研究表明，冬櫻花的Pn與Ta、Tr以及PAR均有顯著或極顯著正相關(guān)性，與Ci和RH有顯著或極顯著負相關(guān)，與Gs無顯著相關(guān)。日本晚櫻Tr、PAR以及Gs均與Pn無顯著相關(guān)，與Ci呈顯著負相關(guān)。本研究結(jié)果表明，不同種源滇黃精的Pn與Tr、Gs存在正相關(guān)，其中除云南永德種源的Pn與Gs相關(guān)性不顯著外，其余的均達顯著相關(guān)。四川會理種源的Pn與Ta呈顯著負相關(guān)，與RH呈顯著正相關(guān)；云南永德種源和金平種源的Pn與Ta呈負相關(guān)，與RH呈正相關(guān)，但相關(guān)性均不顯著。各種源的Pn與Ci、Ca和PAR的相關(guān)性均不顯著。

綜上所述，本研究中3個種源滇黃精的Pn日進程存在明顯差異，其中云南永德種源滇黃精Pn日變化呈單峰曲線，四川會理、云南金平種源滇黃精Pn日變化均呈雙峰曲線，金平種源具有典型的“午休”現(xiàn)象。表明滇黃精不同種源對同一環(huán)境的適應能力存在較大差別，這種差別在引種栽培時應加以考慮。