不同光照度對(duì)商洛丹參生長(zhǎng)和葉片生理指標(biāo)的影響

彭曉邦

(商洛學(xué)院 生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院，陜西商洛 726000)

丹參是中國(guó)傳統(tǒng)常用中藥材，為唇形科植物，其化學(xué)成分分為二萜醌類、酚酸類及其他類[1]，具有活血化淤、清熱解毒、擴(kuò)張冠狀動(dòng)脈，加快微循環(huán)血流，降低膽固醇、血脂等作用[2]。商洛是‘道地’丹參的老產(chǎn)區(qū)，人工種植歷史悠久[3]。光是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的主要生態(tài)因子，適宜的光環(huán)境能夠促進(jìn)植物的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和干物質(zhì)積累。近年來(lái)，商洛市依托得天獨(dú)厚的自然資源和生態(tài)環(huán)境優(yōu)勢(shì)，逐年增加丹參的種植面積[4]。當(dāng)?shù)剞r(nóng)民為了增加農(nóng)業(yè)收入，常把丹參種植于果園或者林下，樹(shù)木遮光對(duì)丹參的生長(zhǎng)發(fā)育有一定的影響，導(dǎo)致其產(chǎn)量下滑、品質(zhì)降低，嚴(yán)重影響商洛丹參的種植效益。如何創(chuàng)造適合丹參生長(zhǎng)的最佳光環(huán)境已成為影響商洛丹參生產(chǎn)的首要問(wèn)題。有關(guān)丹參的研究較多[3,5-6]，但有關(guān)丹參種植過(guò)程中遮光對(duì)其保護(hù)酶及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)影響的研究鮮有報(bào)道，本研究以商洛道地丹參為試驗(yàn)對(duì)象，研究不同強(qiáng)度遮光處理下丹參生長(zhǎng)指標(biāo)和葉片生理指標(biāo)的變化，以期明確光照度對(duì)其生長(zhǎng)的影響，為商洛丹參的科學(xué)種植和規(guī)范化經(jīng)營(yíng)管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

丹參幼苗由商洛市天士力植物藥業(yè)有限公司提供。

1.2 方法

1.2.1 丹參遮光處理 1 a生丹參幼苗長(zhǎng)成苗時(shí)(地上部分 5～7 cm)，對(duì)其植株進(jìn)行遮光處理，每處理10盆，每盆定苗2株，共 5 組。遮光材料為黑色遮蔭網(wǎng)，遮光率分別為CK(0%)、T1(40%～50%)、T2(50%～70%)、T3(70%～80%)和T4 (85%～95%)，遮光時(shí)遮蔭網(wǎng)的松緊度一致，然后使用SS-ST-102 型光照度測(cè)定儀反復(fù)檢測(cè)，確保遮光效果達(dá)到試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求。每遮光 10 d 進(jìn)行 1 次光照度測(cè)定。

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定 在幼苗期、開(kāi)花期和生長(zhǎng)減緩期選取長(zhǎng)勢(shì)良好的丹參，分別測(cè)定其株高、主莖數(shù)、整株鮮質(zhì)量和根鮮質(zhì)量。隨后分別測(cè)定其超氧化物歧化酶活性[7]、過(guò)氧化物酶活性[7]、過(guò)氧化氫酶活性[8]、可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)[8]、可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)和脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)[9]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 21.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，用Microsoft Excel 2010 進(jìn)行圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光照度對(duì)丹參不同生育期生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

2.1.1 株高 由圖 1 可知，不同遮光處理下丹參株高隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)而增加， CK、T1、T2、T3和T4 處理在生長(zhǎng)減緩期均達(dá)到最大值，較各自苗期株高增加66.37%、48.28%、 66.39%、30.46%和77.72%。同一生育時(shí)期下，丹參株高整體T1和T2處理高于 CK，T3和T4處理低于 CK。以苗期為例， T1和T2處理丹參株高分別較 CK高21.92%和3.61%，而T3和T4處理較CK低9.31%和44.74%。

不同小寫(xiě)字母表示相同處理下不同生育期間差異顯著(P<0.05)，下同。

Lowercase letters mean significant difference between different growth stages under same treatment(P<0.05), the same below.

圖1 不同光照度下商洛丹參的株高
Fig.1 Plant height ofS.miltiorrhizaunder different light intensity

2.1.2 主莖數(shù) 由圖2可知，隨著時(shí)間推移，各處理丹參的主莖數(shù)持續(xù)增加。從單個(gè)生育期來(lái)看，幼苗期CK平均每株丹參有1.7 個(gè)主莖，高于遮光處理。開(kāi)花期和生長(zhǎng)減緩期均為T1處理的平均主莖數(shù)最大，分別為2.6和3.3，其次為CK，為2.4和2.7，T4處理的平均主莖數(shù)最小，為1.7和2.0。

圖2 不同光照度下商洛丹參的主莖數(shù)Fig.2 Number of main stem of S.miltiorrhiza under different light intensitie

2.1.3 整株鮮質(zhì)量 由圖 3 可知，在幼苗期，CK整株鮮質(zhì)量最大(每株44 g)，T1、T2和T3處理次之，T4處理最小。在開(kāi)花期，CK和T1處理整株鮮質(zhì)量顯著高于其他處理。生長(zhǎng)減緩期表現(xiàn)出與開(kāi)花期相似的趨勢(shì)，CK和T1處理整株鮮質(zhì)量較大，T2和T3處理次之，T4處理最小。

2.1.4 對(duì)單株根鮮質(zhì)量的影響 由圖 4 可知，從單個(gè)生育期來(lái)看，幼苗期丹參根鮮質(zhì)量在不同處理間差異不大，每株 4.2～5.1 g。隨著生育期推進(jìn)，丹參根鮮質(zhì)量在處理間差異增大。開(kāi)花期和生長(zhǎng)減緩期均是T1處理最大，分別為每株 30.2 g和111.7 g；T4處理最小，每株為12.3 g和50.2 g，其他處理單株根鮮質(zhì)量介于二者 之間。

2.2 不同光照度對(duì)不同生育期丹參葉片抗氧化酶活性的影響

2.2.1 對(duì)SOD活性的影響 如圖5所示，不同光照度下幼苗期丹參葉片SOD活性先降低后升高，在低遮光率(T1)時(shí)SOD活性最低18.47，與CK相比降低25.46%；隨著遮光率的增加SOD活性逐漸增加，但增幅不大；開(kāi)花期丹參葉片SOD活性的變化規(guī)律與苗期相似，在低遮光率(T1)時(shí)，SOD活性最小20.315，比CK降低 18.6%,隨著遮光率的增加SOD活性明顯升高，在最大遮光率(T4)時(shí)SOD活性達(dá)到最大，與CK相比增加23.38%；生長(zhǎng)減緩期丹參葉片的SOD活性最高，但在低遮光率(T2)時(shí)SOD活性較低，與CK相比降低7.24%，在最大遮光率(T4)時(shí)，SOD活性達(dá)到最大33.642，比CK增加 19.86%。

圖3 不同光照度下商洛丹參整株的鮮質(zhì)量Fig.3 Fresh mass per plant of S.miltiorrhiza under different light intensitie

圖4 不同光照度下商洛丹參根的鮮質(zhì)量Fig.4 Fresh mass per root of S.miltiorrhiza under different light intensity

圖5 不同光照度下商洛丹參葉片的SOD活性Fig.5 S.miltiorrhiza leaf SOD activity under different light intensitie

2.2.2 對(duì)CAT活性的影響 如圖6所示，隨著遮光程度加劇，苗期丹參葉片CAT活性呈增加趨勢(shì)。在低遮光率(T1)時(shí)CAT活性最低，與CK相比降低29.76%，遮光率增大到T2時(shí)CAT活性達(dá)到最大，是CK組的 1.61倍；開(kāi)花期丹參葉片的CAT活性整體比苗期高，且呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢(shì)，在低遮光率(T1)時(shí)CAT活性最低，與CK相比降低10.68%，在T2時(shí)CAT活性達(dá)到最大，比CK增加30.54%；生長(zhǎng)減緩期丹參葉片的CAT活性較苗期和花期均有所增加，不同的是，在低遮光率(T2)下CAT活性最低，與CK相比降低11.01%，隨著遮光率的增加CAT活性顯著增加，在最大遮蔭率(T4)時(shí)CAT活性最高，為CK的1.60倍。

圖6 不同光照度下商洛丹參葉片的CAT活性Fig.6 S.miltiorrhiza leaf CAT activity under different light intensitie

2.2.3 對(duì)POD活性的影響 由圖7可知，苗期丹參葉片的POD活性隨著遮光率的逐漸升高總體呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，且T2的POD活性最大，為17.267，與CK相比增加156%，POD活性最小值出現(xiàn)在T4處理，與CK相比減少 52.23%。開(kāi)花期丹參葉片的POD活性隨著遮光率逐漸升高總體呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢(shì)，在低遮光率(T1)處理下，葉片POD活性有所降低，與CK相比降低19.04%；隨著遮光率的進(jìn)一步增加，其POD活性不斷升高，在最大遮光率T4時(shí)其活性達(dá)到最高8.033，與CK相比增加 27.5%。生長(zhǎng)減緩期丹參POD活性的變化規(guī)律和花期相似，T2時(shí)POD活性最低，和CK相比減少33.18%，在最大遮光率(T4)時(shí)POD活性最高，為CK的1.44倍。

圖7 不同光照強(qiáng)度下商洛丹參葉片的POD活性Fig.7 S.miltiorrhiza leaf POD activity under different light intensitie

2.3 不同光照度對(duì)丹參不同生育期滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

2.3.1 對(duì)可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響 如圖8可知，苗期丹參葉片可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體呈先增高后降低的趨勢(shì)，其中在低遮光率(T1)時(shí)丹參葉片的可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到最高，是對(duì)照組的2.86倍，隨著遮光率的增加，可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低，在高遮光率(T4)時(shí)，與CK相比增加68.63%；開(kāi)花期丹參葉片可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化趨勢(shì)與苗期相似，在低遮光率(T1)時(shí)可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到最大，是CK的 2.01倍，隨著遮光率的增加，可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低，在高遮光率(T4)時(shí)是CK的1.25倍；生長(zhǎng)減緩期丹參葉片可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體比苗期和花期高，在低遮光率(T2)時(shí)蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大，是CK的 1.84倍，隨著遮光率的增加，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸下降，至最大遮光率(T4)時(shí)是CK的1.26倍。

圖8 不同光照度下商洛丹參葉片可溶性蛋白的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.8 S.miltiorrhiza leaf soluble protein mass fraction under different light intensitie

2.3.2 對(duì)可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響 如圖9所示，苗期丹參葉片可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)處理組均比CK組高，且隨遮光率增加呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢(shì)，其中在低遮光率(T1)時(shí)為最大值，與CK相比增加 94.74%，隨著遮光率的增加可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)無(wú)顯著變化；花期丹參葉片可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)無(wú)顯著變化規(guī)律，其中在低遮光率(T1)時(shí)可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大，是CK的2.51倍，且在高遮光率(T3)時(shí)，可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，是CK的1.60倍；生長(zhǎng)減緩期丹參葉片可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體比花期和生長(zhǎng)減緩期高，無(wú)明顯變化規(guī)律，其中在低遮光率(T2)時(shí)，可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為最大值，是CK的1.64倍，隨著遮光率的增加，在高遮光率(T3)時(shí)，可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，是CK的1.15倍。

圖9 不同光照度下商洛丹參葉片可溶性糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.9 S.miltiorrhiza leaf soluble sugar mass fraction under different light intensitie

2.3.3 對(duì)脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響 如圖10所示，苗期丹參葉片內(nèi)脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在低遮光率(T1)時(shí)為最低72.12 μg/g，與CK相比降低 5.60%，隨著遮光率的增加，在最大遮光率(T4)時(shí)脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到最大，是CK的 2.15倍；花期丹參葉片脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化規(guī)律與苗期相似，在低遮光率(T1)時(shí)脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為最低80.20 μg/g，是對(duì)照組的93.69%，在最大遮光率(T4)時(shí)脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大170.52 μg/g，是對(duì)照的1.99 倍；生長(zhǎng)減緩期各組脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)均比苗期和花期高，變化規(guī)律也基本一致，但相比較之下，其在低遮光率(T2)時(shí)脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，與CK相比降低6.64%，隨著遮光率的升高，在高遮率(T4)時(shí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)是CK的1.60倍。

3 討 論

光對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育起著極其重要的作用。前人研究表明，遮陰環(huán)境下，植株株高、葉片、空間展開(kāi)程度等均會(huì)有不同程度的提高[10]。本研究中，T1處理下開(kāi)花期和生長(zhǎng)減緩期的株高和主莖數(shù)均優(yōu)于對(duì)照，這可能與適當(dāng)遮蔭下丹參所處環(huán)境土壤水分含量較高、中午前后空氣溫度較低，其生長(zhǎng)未受到光傷害和光呼吸作用所致[11]。較強(qiáng)的地上部生長(zhǎng)為根系輸送更多的能量，表現(xiàn)為單株鮮質(zhì)量和根鮮質(zhì)量增加。而遮蔭的“促長(zhǎng)”效應(yīng)是有一定限度的，T2、T3和T4處理下所測(cè)指標(biāo)不同程度低于對(duì)照，這可能是丹參光照不足，光合受限導(dǎo)致的結(jié)果。

圖10 不同光照強(qiáng)度下商洛丹參葉片脯氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.10 S.miltiorrhiza leaf proline mass fraction under different light intensitie

為了減輕過(guò)量活性氧產(chǎn)生的傷害，植物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中形成了一套完整的抗氧化防御體系[12]。研究發(fā)現(xiàn)，逆境下植物的抗氧化酶活性均會(huì)發(fā)生明顯的變化[13-14]，本研究的結(jié)果也證實(shí)這一結(jié)論。表現(xiàn)為在本研究中，在苗期和花期丹參葉片SOD、CAT活性最小值都出現(xiàn)在遮光率為自然光的40%～50%，在生長(zhǎng)減緩期，SOD、CAT和POD活性最低值出現(xiàn)在遮光率為自然光的50%～70%，說(shuō)明丹參在不同生育期，其體內(nèi)生理活動(dòng)與代謝體系有所變化，且所需的適宜光照環(huán)境也不盡相同。隨著遮光程度的增加，保護(hù)酶(SOD、CAT、POD)的活性整體均呈上升趨勢(shì)，這與朱志國(guó)等[15]研究光照度對(duì)馬蹄金保護(hù)酶活性和光合特性的影響中得出的結(jié)論一致，說(shuō)明在逆境下保護(hù)酶對(duì)植物有一定的協(xié)調(diào)保護(hù)作用，防止丹參受到傷害，使丹參葉片中自由基的生成與清除達(dá)到平衡狀態(tài)。但在全光照下，各個(gè)酶活性都較低，這與錢平仙等[16]研究遮蔭對(duì)樟葉槭容器苗生長(zhǎng)和生理特性的影響中得出的結(jié)果一致，說(shuō)明適度遮蔭有利于保護(hù)酶的合成與積累。

植物為了抵抗外界逆境，會(huì)自身在體內(nèi)主動(dòng)積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。本研究結(jié)果表明，商洛丹參葉片不同生育期內(nèi)的可溶性蛋白和可溶性糖有一定的差異，在苗期和花期，可溶性蛋白和可溶性糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大值出現(xiàn)在遮光率為40%～50%，生長(zhǎng)減緩期的最佳積累是在遮光率為50%～70%，這與郭巧生等[17]研究光強(qiáng)對(duì)藥用白菊花營(yíng)養(yǎng)期生理生化的影響中得出的結(jié)論基本一致，都表明適度遮光有利于可溶性蛋白的積累和可溶性糖的產(chǎn)生。本試驗(yàn)得出不同生育期丹參葉片內(nèi)隨著遮光率增大脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)也增加，這與許詳明等[18]在脯氨酸脅迫與植物抗?jié)B透脅迫研究進(jìn)展中得出的結(jié)論相一致，說(shuō)明遭受脅迫的植物細(xì)胞內(nèi)表現(xiàn)為大量積累脯氨酸。但在整個(gè)過(guò)程中脯氨酸是先降低再升高，這與周青等[19]研究逆境脅迫下作物積累脯氨酸的生理生態(tài)意義中得出的結(jié)論相似，說(shuō)明植物在逆境下生理活動(dòng)受到干擾，脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化正是這樣的生理響應(yīng)。

綜上，遮光率40%～50%更適于商洛丹參苗期和花期的生長(zhǎng)，遮光率為50%～70%更適于生長(zhǎng)減緩期商洛丹參的生長(zhǎng)，這與丁文靜等[20]在不同遮光度對(duì)蒙山丹參生長(zhǎng)的影響中所得出的研究結(jié)果相一致，說(shuō)明光照度太大并不適宜丹參的生長(zhǎng)，適度遮光更有利于丹參不同生育期的生長(zhǎng)和質(zhì)量的提高。但羅明華等[21]在光強(qiáng)對(duì)丹參幼苗生長(zhǎng)和光合特性的影響研究中發(fā)現(xiàn)18%的遮光率更有利于丹參生長(zhǎng)，這與本研究結(jié)果有所不同，其可能原因是丹參所生長(zhǎng)地理位置不同。本研究為盆栽試驗(yàn)，但實(shí)際生產(chǎn)中農(nóng)民習(xí)慣于在林下種植丹參，其光環(huán)境更為復(fù)雜，不同光照度對(duì)商洛丹參葉片保護(hù)酶及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響還有待于進(jìn)一步研究。