遮陰與施磷對金蕎麥生長及熒光參數的影響

王銳潔 關萍 劉筱 楊淑君 姬拉拉 鄧小紅 王健健

（貴州大學生命科學學院 農業(yè)生物工程研究院 山地植物資源保護與保護種質創(chuàng)新教育部重點實驗室 山地生態(tài)與農業(yè)生物工程協同創(chuàng)新中心，貴陽 550025）

光照強度是影響植物生存、生長發(fā)育及分布的重要生態(tài)因子［1-3]。光照過強或過弱均對植物造成顯著影響，且不同的植物對光照的需求也有所不同，因此，需針對不同植物探究其最適光照區(qū)間。磷是植物生長發(fā)育不可缺少的大量元素，其在植物信號傳導、能量傳遞、光合作用和呼吸作用等重要生命過程中起關鍵作用，同時磷素也是生物體內核酸、蛋白質、磷脂等生命大分子的重要組成元素［4-7]。 金 蕎 麥（Fagopyrum dibotrys（D.Don）Hara），又名野蕎麥、天蕎麥、苦蕎麥，是我國Ⅱ級重點保護野生植物。金蕎麥根莖可入藥［8]，現代中藥藥理研究發(fā)現，金蕎麥可提高機體免疫力和自我防御能力，在臨床上可用于治療糖尿病、高脂血癥、風濕病及癌癥等多種疾?。?-10]。隨著金蕎麥營養(yǎng)價值和藥用功能的不斷挖掘，野生金蕎麥資源遭到破壞式開采，瀕臨滅絕，產量銳減，因此，開展金蕎麥人工種植技術研究，通過人工栽培來提高金蕎麥產量及品質意義重大。

植物能通過改變自身的生長狀況、形態(tài)指標（如根長、株高等）、生物量分配及生理響應等策略來適應光環(huán)境的變化［11-14]。劉從等［2]研究發(fā)現光照減弱會抑制木本植物幼苗基莖的增長，但會促進其株高和葉面積的增加；Guo等［15]研究發(fā)現遮光34%可以顯著促進三角楓生物量積累，但遮光90%會顯著抑制其生物量。對植物而言，缺磷會使植物電子傳遞速率（Electro transport rate，ETR）等熒光參數顯著降低［6，16]，相反，施加磷肥則可以促進植物生長、光合作用，進而增加產量，同時也是提高作物品質的重要手段［17-18]。

關于金蕎麥與環(huán)境因子的研究主要集中在遮陰［19-20]、干旱［21-22]等單因素對其生理生態(tài)的影響，但針對不同光照與磷素協同作用的研究未見報道。

本研究設置不同梯度的光、磷處理，研究不同光照強度及磷素添加對金蕎麥形態(tài)、生物量及葉綠素熒光參數的影響，以及不同光照和施磷處理間的交互作用對金蕎麥生長及葉綠素熒光參數的影響，為種植金蕎麥時光照與磷的設置奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2017年在貴州大學生命科學學院實驗基地進行，供試土壤測量后含磷量為0.546 g/kg，供試金蕎麥幼苗購自貴州昌昊金煌中藥材有限公司。供試磷源為過磷酸鈣，由天津市科密化學試劑有限公司提供。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 2017年6月25日將金蕎麥幼苗移栽于塑料花盆（內口徑×高度為18 cm×23 cm）中。待金蕎麥長勢穩(wěn)定后，選擇長勢一致的幼苗進行試驗處理，采用黑色聚乙烯遮陽網進行遮陰處理，遮陰度分別為0（不遮陰，L1）、40%-45%（輕度遮陰，L2）和90%-95%（重度遮陰，L3），同時每個遮陰處理下設置2個施加過磷酸鈣處理（施磷），施加量分別為0（不施磷，P0）和14.4 g/pot（施磷，P1），因此，共 L1P0、L1P1、L2P0、L2P1、L3P0、L3P16 個處理，每個處理10個重復，試驗過程中保持處理外的其他環(huán)境條件一致。試驗處理從2017年7月12日持續(xù)到2017年9月20日。

1.2.2 測定指標 生長指標測定：使用直尺測定株高（Height，H）、總根長（Root length，RL）、葉長（Leaf length，LL）和葉寬（Leaf width，LW），并統計金蕎麥的葉片數（Number of leaves，NOL）；用數顯游標卡尺測量葉厚（Leaf thickness，LT）。使用掃描儀測定葉片單葉面積（Single leaf area，SLA），將金蕎麥植株于80℃烘箱烘干至恒重后，用天平稱量金蕎麥的葉生物量（Leaf biomass，LB）、莖生物量（Shoot biomass，SB）和根生物量（Root biomass，RB），并計算總生物量（Total biomass，TB）。

葉綠素及葉綠素熒光指標：使用SPAD-502葉綠素儀測量葉綠素含量（Chlorophyll content，Chl），使用MINI-PAM2.0測定光化學淬滅系數（Photochemical quenching coefficient，qP）、電子傳遞效率（Electron transport rate，ETR）、實際光合效率（Yield，YII）、非調節(jié)性能量耗散的量子產量（Quantu production of non-regulatory energy dissipation，Y（NO））。

1.2.3 數據統計 采用SPSS 22.0對各指標進行方差分析和多重比較，用Duncan法進行在0.05水平顯著性檢驗，用Excel 2010進行繪圖。

2 結果

2.1 遮陰和施磷對金蕎麥形態(tài)及生物量的影響

由表1知，遮陰顯著影響金蕎麥的根生物量，對其余指標均表現為極顯著影響；施磷對葉厚和根長的影響不顯著，但顯著影響金蕎麥的葉片數，對其余指標均呈現極顯著影響；遮陰和施磷交互作用下，并未對葉厚和株高產生顯著影響，但顯著影響其根生物量和葉生物量，對其余指標均表現為極顯著影響。

表1 生長形態(tài)及生物量雙因子方差分析

2.2 遮陰和施磷對金蕎麥植株形態(tài)特征的影響

由表2可知，在P0處理中，隨遮陰度的不斷增加，金蕎麥的葉長、葉寬、葉片數、單葉面積、根長呈先增加后降低的趨勢，但葉長、葉寬和葉面積均大于對照（L1P0，下同），株高呈持續(xù)增加，顯著降低葉厚。在L1處理下，與L1P0相比，L1P1顯著增加各形態(tài)指標。與對照相比，遮陰和施磷交互作用（L2P1、L3P1，下同）顯著增加葉長、葉寬、葉面積和株高，其中，以L3P1處理最為顯著；葉片數和根長在L2P1處理下較對照也顯著增加，在L3P1處理下不顯著降低。這說明單獨遮陰有利于金蕎麥葉面積增加和株高伸長，單獨施磷對各形態(tài)指標均有促進作用，在輕度遮陰和施磷交互作用下對株高和根長的促進作用最大。

表2 不同光照和磷素添加下金蕎麥植株形態(tài)指標

2.3 遮陰和施磷對金蕎麥植株生物量的影響

由表3可知，在P0處理中，隨遮陰度的增加，金蕎麥生物量積累均呈現出先增加后降低的趨勢。在L1處理下，與L1P0相比，L1P1增加了金蕎麥各部分生物量及總生物量積累。與對照相比，交互作用下金蕎麥的生物量積累變化趨勢為先增加后降低，在L2P1處理時均顯著增加。說明輕度遮陰有利于增加金蕎麥生物量積累，施磷也促進了金蕎麥生物量的積累，且輕度遮陰和施磷作用時促進作用最大。

表3 不同光照和磷素添加下金蕎麥植株生物量

2.4 遮陰和施磷對金蕎麥葉綠素含量的影響

由圖1可知，在P0處理下，金蕎麥的葉綠素含量隨遮陰度增大而增加，且L3P0較L1P0顯著增加葉綠素含量。L1處理下，施磷雖降低金蕎麥的葉綠素含量，但并不顯著。與對照相比，交互作用顯著增加葉綠素含量，且隨遮陰度增加而增加。說明施磷雖輕微抑制葉綠素含量增加，但與遮陰的交互作用緩解了其抑制作用。

圖1 不同光照和磷肥添加下金蕎麥葉綠素含量變化

2.5 遮陰和施磷對金蕎麥葉綠素熒光參數特征的影響

由圖2可知，在P0處理中，遮陰度增加顯著增加金蕎麥的YII，顯著降低qP、ETR和Y（NO），隨遮陰度增加影響作用越大。在L1處理下，L1P1較L1P0顯著降低金蕎麥的ETR和Y（NO），顯著增加qP，略微增加YII。交互作用對金蕎麥qP、YII、ETR和Y（NO）的影響作用與單獨遮陰處理的影響作用一致。

3 討論

3.1 遮陰及施磷對金蕎麥形態(tài)特征的影響

植物形態(tài)特征是植物適應環(huán)境的外在表現，植物會通過改變形態(tài)特征來適應環(huán)境變化［23]，前人研究發(fā)現金蕎麥對光照強度變化極敏感，劉云等［24]研究發(fā)現遮陰增加金蕎麥的株高、葉長、葉寬、葉面積，本研究發(fā)現，相比對照和重度遮陰，輕度遮陰下金蕎麥根長、葉片數、葉長、葉寬、葉片數和單葉面積均增加，說明輕度遮陰較利于金蕎麥形態(tài)生長。此外，本研究還發(fā)現遮陰后葉厚降低，Sun等［25]認為降低葉厚后能增加植物捕獲光能能力并能提高光能利用率，這說明金蕎麥能通過改變自身結構特點來適應不同光環(huán)境。

施加磷肥是改善土壤營養(yǎng)不足的重要措施，缺乏磷肥后植株會出現生長緩慢，矮小，地上地下比例失調等現象［4-5，26-27]，佟靜等［28]研究發(fā)現適宜的磷素添加顯著提高一串紅的株高、葉面積等形態(tài)指標，本研究中發(fā)現全光下施加磷肥結果與其一致。本研究還發(fā)現交互作用下對金蕎麥葉長、葉寬、葉面積和株高的促進作用均比單一處理時高，說明兩者交互較利于金蕎麥葉片變大及株高伸長，但輕度及重度遮陰與施磷的交互作用卻降低了根長，這可能是因為本研究是在土壤表面施加磷肥，根系為獲得最大磷元素，減少了根系長度的投入。本研究發(fā)現輕度遮陰及施磷處理下金蕎麥葉面積、葉片數、根長及分枝數最大，從形態(tài)特征來看，輕度遮陰及施磷環(huán)境更適合金蕎麥形態(tài)構成。

3.2 遮陰和施磷處理對金蕎麥生物量分配的影響

生物量是植物能量合成、同化、轉移、貯藏的基本形式，植物體的構件性狀差異最終體現在植株各部分的生物量分配格局，而各部分生物量通常與光照、營養(yǎng)及生物等環(huán)境條件的變化有密切關系［23-24，29-30]。本研究中發(fā)現，不施磷處理下輕度遮陰處理使金蕎麥的根、莖、葉及總生物量最大，重度遮陰后較輕度遮陰降低，這與前人研究結果一致［24]，說明適度遮陰對金蕎麥的生物量積累具有重要意義。不遮陰處理下，施加磷肥后各部分生物量及總生物量積累均顯著增加。本研究還發(fā)現輕度遮陰和施磷交互作用較對照顯著增加各部分及總生物量積累，說明輕度遮陰與施磷交互作用有利于金蕎麥生物量積累。并且在重度遮陰和施磷交互下，莖生物量較對照降低，這說明磷肥的增產作用需要和適當的光照耦合才能達到較好的效果。以上研究結果表明：金蕎麥可依據光照程度采取不同的生長策略，在不遮陰情況下進行施磷可達最佳效果。

本研究還發(fā)現，較對照而言，單獨的施磷、遮陰和交互作用均能顯著提高金蕎麥的根生物量，施磷、輕度遮陰、及輕度遮陰與施磷的交互作用均較對照提高金蕎麥的莖生物量。金蕎麥的根、莖可入藥［8]，由本研究結果可知：不遮陰處理下進行施磷處理可最大限度地提高金蕎麥的根、莖生物量，從而提高其經濟產量。

圖2 不同光照和磷肥添加下金蕎麥葉綠熒光參數變化特征

3.3 遮陰和施磷處理對金蕎麥葉綠素含量及葉綠素熒光參數的影響

本研究發(fā)現隨遮陰強度增加，金蕎麥葉片葉綠素含量逐漸增加，說明金蕎麥在弱光環(huán)境下會加快合成葉綠素以來適應不利環(huán)境，在遮陰90%時表現更顯著，與金蕎麥適應性極強的生態(tài)習性相符［19]，施加磷肥后，金蕎麥葉綠素含量增加，這與前人在其他植物上的研究結果一致［16]，這說明遮陰和施磷交互作用下有利于金蕎麥葉綠素含量的增加。

qP的大小反映了PSII光合色素所吸收用于光化學電子份額的光能多少［31]。本研究發(fā)現，遮陰顯著降低qP和ETR，說明此時PSII開放程度降低，電子傳遞效率降低，用于光化學電子份額降低，從而降低光合器官損傷［32]，是金蕎麥適應暗光環(huán)境的策略。磷素是參與光電子傳遞、光合產物形成以及卡爾文循環(huán)等生理生化反應過程的核心元素，對植物光合作用有著極其重要的影響［33]。YII是光系統II的實際光合量子產量（即實際光合效率），反映葉綠素吸收的光量子用于光學過程所占的比例。Y（NO）表示因PSII反映中心關閉引起的以熱和熒光的形式耗散掉的過剩光能所占的比例，是光傷害的重要指標，其值升高表明植物受到損傷［34]。本研究發(fā)現單獨施磷處理或遮陰處理均降低Y（NO），增加YII，這表明施磷和遮陰單獨作用時均降低了金蕎麥的光傷害程度，從而促進金蕎麥的實際光合效率，且此時的葉綠素含量顯著增加（圖1），金蕎麥通過增加光合作用所需色素來緩解電子傳遞效率的降低帶來的負效應。

4 結論

遮陰有利于金蕎麥形態(tài)生長及生物量積累，提高其葉綠素含量，并能夠更好地保護光反應系統。施磷促進金蕎麥形態(tài)生長及生物量積累，顯著增加金蕎麥的葉片數。不同程度的遮陰和施磷對金蕎麥的影響不一，其中遮陰40%-45%和施磷的交互作用對金蕎麥的促進作用較明顯。