不同光照強(qiáng)度對(duì)四季金花茶光合生理特性的影響

楊運(yùn)源，鄧 征，黃永芳，呂銘滔，龔勇軍

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東 廣州 510642)

四季金花茶(Camellia perpetua)為山茶科山茶屬常綠灌木或小喬木，葉片革質(zhì)偏薄，基部呈圓形、近圓形或?qū)捫ㄐ?，種子有短絨毛[1—2]?；ǘ涑实S色或金黃色，觀賞價(jià)值極高，是上千個(gè)茶花品種中稀有的黃色花品種[3]，并具有重要的保健作用和營養(yǎng)價(jià)值[4]。四季金花茶是目前發(fā)現(xiàn)的唯一能四季開花的金花茶，花期主要集中在夏季[5]。野生四季金花茶資源稀缺，主要分布在廣西，少數(shù)分布在貴州、云南等地[6]。四季金花茶大都生長(zhǎng)在溫暖濕潤、半陰半陽等地域，如山溝、林下、山邊等陰涼濕潤小環(huán)境，屬于陰生植物[7]。

不同的光照強(qiáng)度會(huì)影響金花茶葉片形狀，在低光照強(qiáng)度下金花茶更容易形成短窄型葉片，在高光照強(qiáng)度下則傾向于形成長(zhǎng)闊型葉片[8]。四季金花茶種植在一定郁閉度的落葉林下，春夏季可得到林木茂盛枝葉遮擋部分光照，秋冬季林木落葉后有充足的陽光照射[9]。然而，大量四季金花茶原始生長(zhǎng)區(qū)域植被遭砍伐，導(dǎo)致其適宜的光照環(huán)境被破壞，影響四季金花茶種群繁育和保護(hù)[10]。本研究設(shè)置不同光照強(qiáng)度模擬四季金花茶的生長(zhǎng)光照環(huán)境，分析其光合生理特性變化，旨在為四季金花茶保育中提供適宜的光照條件作參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

實(shí)驗(yàn)于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)苗圃園中進(jìn)行，該地處在廣東省廣州市天河區(qū)(113°18′E、20°06′N)，天河區(qū)位于北回歸線以南，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季溫暖少雨。近二十年來，最高氣溫36.6 ℃，出現(xiàn)在8月，最低溫度在1月，年平均溫度21.8 ℃。近二十年來年均降雨量逐漸減少，年均降水量1623.6～1899.8 mm，4～9月降水占全年的82%，年平均相對(duì)濕度可達(dá)79%。

1.2 材料

采用2年生四季金花茶扦插苗，選取生長(zhǎng)狀況良好、長(zhǎng)勢(shì)相似且無病蟲害的苗木進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

四季金花茶扦插苗種植于直徑30 cm、高30 cm花盆，栽培基質(zhì)為黃心土、泥炭土、蛭石按照體積比5:4:1混合配置。利用不同厚度遮陽網(wǎng)遮陰，光照強(qiáng)度分別設(shè) 10%光照、20%光照、40%光照和全光照共四個(gè)處理。光照強(qiáng)度設(shè)置參考柴勝豐等[11—12]及曾祥艷等[13]的方法。每種光照強(qiáng)度處理栽培20株，其他管理措施相同，待苗木適應(yīng)生長(zhǎng)環(huán)境45 d后測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。

1.4 指標(biāo)測(cè)定

1.4.1 光合特性指標(biāo)

在晴天無風(fēng)的早上9:00～11:00，每處理隨機(jī)選取3株生長(zhǎng)狀況優(yōu)良的苗木，每株生長(zhǎng)點(diǎn)往下第3～5片展開葉為材料，使用Li-6400便攜式光合作用測(cè)定儀測(cè)定凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)、胞間CO2濃度(Ci)，每株測(cè)定3片葉，每個(gè)樣品重復(fù) 3次。測(cè)定時(shí)選用紅藍(lán)光葉室，光照強(qiáng)度800 μmol·m-2·s-1，CO2濃度 350 μmol·m-2·s-1，葉室溫度 26 ℃[14—16]。

1.4.2 生理特性指標(biāo)

葉綠素含量測(cè)定參照陳建勛等[17]的方法，可溶性蛋白含量測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法[18]，可溶性糖含量測(cè)定采用蒽酮法[19]；超氧化物歧化酶(SOD)活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑光化還原法[20]，過氧化物酶(POD)活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚比色法[20]，丙二醛(MDA)含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸法[20]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Excel 2010作圖，用SPSS 22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光照強(qiáng)度下四季金花茶光合特性變化

不同遮光處理下四季金花茶葉片凈光合速率總體表現(xiàn)為隨光照增強(qiáng)而降低(圖1: A)。其中，10%光照、20%光照和 40%光照三個(gè)光照處理對(duì)四季金花茶凈光合速率的影響不顯著，全光照處理下四季金花茶凈光合速率與其他三個(gè)光照處理差異顯著(P＜0.05)，說明全光照處理對(duì)四季金花茶光合作用產(chǎn)生抑制。

圖1 不同光強(qiáng)對(duì)四季金花茶光合作用的影響Fig. 1 Effect of different light intensity on photosynthesis of Camellia perpetua

在不同光照條件下，四季金花茶葉片胞間 CO2濃度總體上隨光照增強(qiáng)而升高，即胞間CO2被吸收減少，說明在實(shí)驗(yàn)設(shè)置的光照強(qiáng)度范圍內(nèi)，隨著光照增強(qiáng)四季金花茶光合作用減弱(圖1: B)。胞間CO2濃度在全光照處理下顯著高于其他三種光照處理(P＜0.05)，40%光照處理的胞間 CO2濃度顯著高于20%光照處理和10%光照處理(P＜0.05)，但20%光照處理和10%光照處理之間無顯著差異。

如圖1: C所示，四季金花茶葉片蒸騰速率總體隨光照強(qiáng)度增大而加快。全光照處理下四季金花茶蒸騰速率顯著高于另三種光照處理(P＜0.05)，而40%光照處理和20%光照處理之間差異不顯著，但兩者與10%光照處理差異顯著(P＜0.05)。

四季金花茶葉片氣孔導(dǎo)度大致隨著光照增強(qiáng)而遞減(圖1: D)，其最大值在10%光照處理，分析其原因，可能是光照增強(qiáng)導(dǎo)致植物光合作用減弱，消耗CO2減少，因此氣孔導(dǎo)度降低，減少空氣中CO2進(jìn)入細(xì)胞。10%光照、20%光照和40%光照處理下植株氣孔導(dǎo)度顯著高于全光照處理(P＜0.05)。20%光照處理和 40%光照處理顯著低于 10%光照處理(P＜0.05)，但兩者之間無明顯差異。

2.2 不同光照強(qiáng)度下四季金花茶的生理特性

如圖2: A所示，四季金花茶葉綠素含量在四種光照處理下呈現(xiàn)出不同的變化。在40%光照下生長(zhǎng)的四季金花茶葉片葉綠素 a含量最高，為1.35 mg·g-1FW，且與其他三個(gè)光照處理差異顯著(P＜0.05)，其他三個(gè)處理之間差異不明顯。葉綠素b含量以40%光照處理為最高(0.92 mg·g-1FW)，20%光照處理的最低(0.03 mg·g-1FW)，10%光照和全光照處理之間差異不顯著。葉綠素總量最高值出現(xiàn)在40%光照處理，為2.66 mg·g-1FW，最低值在20%光照處理，為0.96 mg·g-1FW，10%光照處理和全光照處理之間差異不明顯，其他光照處理之間差異顯著(P＜0.05)。

圖2 不同光強(qiáng)對(duì)四季金花茶生理特性的影響Fig. 2 Effects of different light intensity on physiological characteristics of Camellia perpetua

不同光照強(qiáng)度下四季金花茶可溶性蛋白含量總體上隨光照強(qiáng)度增大而降低，即10%光照處理＞20%光照處理＞40%光照處理＞全光照處理(圖2: B)。10%光照處理下含量最高，為1.42 mg·g-1FW，全光照的含量最低，為0.15 mg·g-1FW。在四個(gè)光照強(qiáng)度處理下的四季金花茶可溶性蛋白含量差異明顯(P＜0.05)，說明植株可溶性蛋白含量受光照強(qiáng)度影響較大，對(duì)光強(qiáng)反應(yīng)較敏感。

四季金花茶在四種光照處理下可溶性糖含量出現(xiàn)兩個(gè)相對(duì)高點(diǎn)和兩個(gè)相對(duì)低點(diǎn)，最高值為全光照下的7.54%，最低值10%光照下的3.5%(圖2: C)。按照可溶性糖含量高低排序四個(gè)處理為全光照＞20%光照＞40%光照＞10%光照，不同處理之間可溶性糖含量差異明顯(P＜0.05)。

如圖2: D所示，不同光照強(qiáng)度處理的四季金花茶超氧化物歧化酶(SOD)活性隨光照增強(qiáng)而加大。全光照的四季金花茶葉片 SOD活性最高，為324.27 U·g-1FW，10%光照處理的最低，為280.74 U·g-1FW。全光照和40%光照處理的四季金花茶 SOD活性無顯著差異，但兩者與 10%光照和20%光照處理差異顯著(P＜0.05)。

在不同光強(qiáng)下四季金花茶葉片過氧化物酶(POD)活性也不同，總體表現(xiàn)為隨光照增強(qiáng)而降低(圖2: E)。10%光照和20%光照處理的四季金花茶葉片POD活性顯著高于其他兩個(gè)處理(P＜0.05)，全光照處理的POD活性最低，為0.56 U·g-1FW。

四季金花茶葉片丙二醛(MDA)含量在10%光照處理下最低，顯著低于其他三個(gè)處理(P＜0.05)；當(dāng)光照高于20%時(shí)，MDA含量沒有顯著變化，可能是超過20%光照后植株已達(dá)到光飽和點(diǎn)，過多的光照對(duì)植株產(chǎn)生脅迫作用。

3 結(jié)論與討論

光照強(qiáng)度是決定植株生長(zhǎng)水平的重要因素[21]。何小燕等[22]發(fā)現(xiàn)，在光強(qiáng)過高時(shí)，油茶(Camellia oleifera)葉片凈光合速率降低，氣孔導(dǎo)度降低，以減輕高溫高光對(duì)植物葉片的傷害。劉慧民等[23]研究發(fā)現(xiàn)，繡線菊(Spiraea salicifolia)在高溫和強(qiáng)光下葉片蒸氣壓增加，葉片溫度升高，蒸騰速率加快，葉片細(xì)胞失水，水勢(shì)下降，氣孔導(dǎo)度下降，凈光合速率下降。黃麗英等[24]研究發(fā)現(xiàn)，凈光合速率與氣孔導(dǎo)度成正相關(guān)，與胞間CO2濃度成呈負(fù)相關(guān)。本研究中，四季金花茶在不同光照處理下，凈光合速率、胞間CO2濃度、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度均發(fā)生改變，其中凈光合速率與氣孔導(dǎo)度隨光照增強(qiáng)而下降，兩者之間呈現(xiàn)正相關(guān)，胞間CO2濃度與蒸騰速率隨光照增強(qiáng)而提高，兩者之間呈現(xiàn)正相關(guān)，與凈光合速率和氣孔導(dǎo)度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，與前人研究基本一致。10%、20%和 40%光照處理對(duì)四季金花茶凈光合速率影響不明顯，說明四季金花茶適應(yīng)光強(qiáng)的范圍較廣，本實(shí)驗(yàn)遮陰設(shè)置還未達(dá)到抑制凈光合速率，在全光照處理下凈光合速率顯著降低，表明全光照對(duì)四季金花茶凈光合速率產(chǎn)生抑制作用。胞間CO2濃度、蒸騰速率分別在 40%、20%光照下顯著提高，氣孔導(dǎo)度在 20%光照中顯著降低，表明三者在10%～40%光照中的顯著變化不影響凈光合速率。四季金花茶是陰生植物，無法在全光照下及時(shí)消散剩余光能，受到光氧化作用損害，致使PSⅡ反應(yīng)中心受到傷害，這可能是四季金花茶光合速率下降的主要原因。

葉綠素含量在一定程度上反映植株光合效率強(qiáng)弱[25]，光照強(qiáng)度影響葉綠素的合成和分解，葉綠素在低光照下更易合成，強(qiáng)光容易使葉綠素分解。閆小莉等[26]研究表明，苦丁茶樹(Ligustrum robustum)在適當(dāng)遮陰處理下有利于產(chǎn)生更多的葉綠素a和葉綠素 b，耐陰植物可利用低光照進(jìn)行光合作用保證正常生長(zhǎng)。葉綠素含量隨光照強(qiáng)度增加而減少[27—28]。四季金花茶葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總量最大值均在40%光照處理，與前人研究有所區(qū)別，說明葉綠素含量不僅受光強(qiáng)影響，還受植物外部其他因素或內(nèi)部因素影響。10%、20%和 40%光照下葉綠素含量的變化對(duì)植株凈光合速率影響不明顯。

可溶性蛋白在植物體內(nèi)參與大部分代謝活動(dòng)，包含重要的酶類，可作為植物總代謝的參考指標(biāo)，在極端環(huán)境中能產(chǎn)生新的蛋白[29]。桂克印[30]研究發(fā)現(xiàn)，綠蘿(Epipremnum aureum)在適宜的光照范圍，蛋白質(zhì)含量隨光強(qiáng)增大而升高，當(dāng)光強(qiáng)過高時(shí)，限制了植株代謝活動(dòng)，蛋白質(zhì)含量降低。四季金花茶可溶性蛋白含量隨光強(qiáng)增大而降低，光照過強(qiáng)可能對(duì)其代謝產(chǎn)生抑制，植株無法產(chǎn)生新的蛋白抵抗逆境，此時(shí)植株的抗性較低，更容易感染病毒蟲害或受其他脅迫影響，降低植株的生命力。因此，在栽植四季金花茶時(shí)應(yīng)盡可能遮陰，減弱光照強(qiáng)度，更有利于其生長(zhǎng)發(fā)育。

郭峰[31]研究發(fā)現(xiàn)，小麥(Triticum aestivum)在遮陰條件下葉片中可溶性糖含量顯著下降，可溶性糖含量濃度較高時(shí)可能是由于同化物運(yùn)輸能力減弱，導(dǎo)致同化物積累在葉片中抑制暗反應(yīng)正常進(jìn)行，從而凈光合速率降低。四季金花茶可溶性糖含量在全光照下最高，此時(shí)植株受到光抑制，同化物傳輸受阻，導(dǎo)致可溶性糖含量增加，說明四季金花茶適于低光照環(huán)境。

超氧化物歧化酶(SOD)可以在植物受到逆境脅迫時(shí)清除其細(xì)胞內(nèi)過多的自由基，是植物重要的保護(hù)酶，使細(xì)胞能夠抵制逆境脅迫。粟春青等[13]研究發(fā)現(xiàn)，金花茶(Camellia petelotii)葉片細(xì)胞內(nèi)活性氧增加，SOD活性也增加，說明SOD能夠維持活性氧自由基的體內(nèi)平衡，對(duì)保護(hù)細(xì)胞發(fā)揮重要作用。四季金花茶SOD活性隨光照增強(qiáng)而提高，表明強(qiáng)光照對(duì)四季金花茶產(chǎn)生一定的脅迫，植株通過提高SOD活性消除強(qiáng)光照對(duì)細(xì)胞的傷害，與前人研究結(jié)果相似。在 40%光照和全光照下四季金花茶葉片SOD活性差異不明顯，說明40%光照下SOD活性基本達(dá)最大值，隨著光強(qiáng)的加大無法繼續(xù)提高SOD活性。

過氧化物酶(POD)活性可反映植物抗逆性強(qiáng)弱，對(duì)催化植物細(xì)胞中的過氧化物和分解逆境下植物體產(chǎn)生的H2O2等有重要作用。一般POD等植物體內(nèi)活性氧清除相關(guān)酶處在較高水平，當(dāng)植株受到輕微脅迫時(shí)，POD活性增強(qiáng)，當(dāng)脅迫程度超過一定水平時(shí)，細(xì)胞代謝失衡，POD活性降低[32]。四季金花茶葉片 POD活性隨光照增強(qiáng)而降低，在 40%光照下POD活性顯著降低，表明40%光照植株已受到一定的脅迫，繼續(xù)加大光強(qiáng)可能對(duì)植株造成傷害，不利于四季金花茶的生長(zhǎng)繁育和種群保護(hù)。

丙二醛(MDA)含量可反映植物的抗逆性。田肖簫等[33]研究發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)光脅迫和弱光脅迫都會(huì)破壞閩楠(Phoebe bournei)幼苗葉綠體結(jié)構(gòu)，致使其膜脂產(chǎn)生過氧化作用，進(jìn)而影響植株光合速率，且 MDA含量隨光強(qiáng)增大而提高。四季金花茶葉片 MDA含量在20%光照下接近最大值，與40%光照和全光照無顯著差異，說明20%光照對(duì)其葉片細(xì)胞有一定的傷害，但凈光合速率并未明顯降低，可能是其他物質(zhì)與MDA存在拮抗作用。

綜上所述，不同光照強(qiáng)度對(duì)四季金花茶光合特性和生理特性產(chǎn)生不同的影響，各指標(biāo)的變化趨勢(shì)以及變化顯著程度均有所差異。根據(jù)光合生理指標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化，可見四季金花茶更適合種植在低光照環(huán)境中，增強(qiáng)光合作用，更利于植株生長(zhǎng)發(fā)育，不宜種植在超過40%光照的環(huán)境中，應(yīng)適當(dāng)做遮陰處理有利于種群保護(hù)與人工栽培。