不同栽培模式下金花茶的光合特性及品質(zhì)分析

王 坤，李寶財(cái)，李紀(jì)元，韋曉娟，廖健明，傅鏡遠(yuǎn)，李開祥

（1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院 廣西特色經(jīng)濟(jì)林培育與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧 530002；2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所，浙江杭州 311400；3.合浦佳永金花茶開發(fā)有限公司，廣西合浦 536100）

金花茶（Camellia nitidissima）屬山茶科（Theace?ae）山茶屬金花茶組（SectionChrysanthaChang）植物，是國(guó)家一級(jí)保護(hù)珍稀瀕危植物，主要分布在中國(guó)廣西西南部、云南和貴州以及越南等地[1-3]。金花茶是廣西一種傳統(tǒng)的中草藥，其葉片和花朵中含有多種活性成分[4-7]，具有明顯的醫(yī)學(xué)利用價(jià)值[8-12]，開發(fā)利用價(jià)值極高[13-14]，已被國(guó)家衛(wèi)生部列入新資源食品原料，作為重點(diǎn)林藥植物進(jìn)行開發(fā)利用。植物與光的相互關(guān)系備受植物學(xué)者的關(guān)注[15]，瀕危植物與光環(huán)境的關(guān)系更是植物界研究的熱點(diǎn)[16]，從光合生理及生態(tài)學(xué)角度研究瀕危植物對(duì)不同生境的適應(yīng)性，對(duì)其種群復(fù)壯和保護(hù)具有重要意義。金花茶屬于典型的陰生植物[17]，適合林下套種。林下復(fù)合套種栽培模式在南方地區(qū)是一種較為常見的復(fù)合經(jīng)營(yíng)模式，選擇合適的遮蔭樹種，能給林下金花茶營(yíng)造天然遮蔭環(huán)境，還能提升經(jīng)濟(jì)效益。本研究在廣西合浦佳永金花茶開發(fā)有限公司龍門江基地，對(duì)不同密度的落葉樹種印度紫檀（Pterocarpus indicus）和常綠樹種荔枝（Litchi chinensis）林下種植金花茶進(jìn)行評(píng)價(jià)，探索金花茶在不同栽培模式下光合特性及品質(zhì)的差異，為在實(shí)際生產(chǎn)中林下套種金花茶提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)地設(shè)在廣西合浦佳永金花茶開發(fā)有限公司龍門江基地（109°21'E，21°67'N），地處廣西壯族自治區(qū)北海市合浦縣，海拔12 m，屬亞熱帶海洋季節(jié)性氣候，年均氣溫22.4 ℃，年均降水量1 667 mm，年平均日照時(shí)長(zhǎng)1 927.1 h，相對(duì)濕度75% ～86%。在印度紫檀和荔枝林下種植金花茶，模式1 為栽培密度6.0 m × 7.5 m 的印度紫檀林下套種金花茶，模式2 為栽培密度4.0 m×5.0 m 的印度紫檀林下套種金花茶，模式3 為栽培密度5.0 m × 6.0 m 的荔枝林下套種金花茶，金花茶密度均為2.0 m × 2.5 m。印度紫檀樹齡為16年，荔枝樹齡為20年，金花茶樹齡均為15年。

1.2 測(cè)定方法

1.2.1 溫、濕度和光強(qiáng)測(cè)定

在測(cè)定日10:00 ～12:00 利用溫、濕度計(jì)測(cè)定林下溫度及濕度，每個(gè)星期測(cè)定3 次，每3 個(gè)月（3—5月、6—8月、9—11月和12—2月）的平均值為春、夏、秋、冬的溫度和濕度。在林下選擇5個(gè)點(diǎn)，分別在春季（2019年4月17日）、夏季（2019年8月7日）、秋季（2019年11月27日）和冬季（2019年1月29日）利用Li-6400 便攜式光合測(cè)定儀，在10:00 ～12:00測(cè)定光強(qiáng)，取平均值作為林下四季的光強(qiáng)。

1.2.2 光合特性參數(shù)測(cè)定

每個(gè)處理選取長(zhǎng)勢(shì)一致的3 株金花茶，測(cè)定每株金花茶從上至下第3 ～4 片功能葉，分別在春季（2019年4月17—19日）、夏季（2019年8月7—9日）、秋季（2019年11月27—29日）和冬季（2019年1月29—31日）采用Li-6400 便攜式光合測(cè)定儀對(duì)葉片的光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和胞間CO2濃度（Ci）進(jìn)行測(cè)定（表1）。將利用Li-6400 便攜式光合測(cè)定儀探頭上的外置光量子傳感器在10:00 ～12:00測(cè)定的實(shí)際平均光強(qiáng)作為該樣點(diǎn)下的設(shè)定光強(qiáng)。

表1 不同栽培模式林下光強(qiáng)變化Tab.1 Changes of light intensity in different cultivation models

1.2.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定

分別在春季（2019年4月17—19日）、夏季（2019年8月7—9日）、秋季（2019年11月27—29日）和冬季（2019年1月29—31日）利用脈沖調(diào)制式熒光測(cè)定系統(tǒng)（FMS-2，Hansatech），每日9:00 ～12:00 測(cè)定葉綠素?zé)晒鈪?shù)。選取長(zhǎng)勢(shì)一致的3 株金花茶，測(cè)定每株金花茶從上至下第3 ～4片健康功能葉，置于葉夾中暗適應(yīng)30 min，每個(gè)處理及栽培模式測(cè)定20 個(gè)葉片，主要測(cè)定參數(shù)包括初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、可變熒光（Fv）、PSⅡ潛在光化學(xué)效率（Fv/Fm）和PSⅡ最大光化學(xué)效率（Fv/Fo）[18]。

1.2.4 光合色素含量測(cè)定

將新鮮金花茶葉片剪碎后放入乙醇-丙酮混合液（1∶1）中提取色素，當(dāng)葉片完全褪色后即可測(cè)定。利用全自動(dòng)全波長(zhǎng)酶標(biāo)儀（INFINITE M200 PRO）進(jìn)行測(cè)定，分別在663 和645 nm 波長(zhǎng)處測(cè)定葉綠素a、b 的吸光度值A(chǔ)663、A645，然后通過(guò)公式計(jì)算光合色素的含量[19]。

1.2.5 活性成分含量的測(cè)定

分 別 于2019年3月12日、2019年6月11日、2019年8月7日、2019年11月1日和2020年1月9日采集金花茶從上至下第3 ～4 片健康功能成熟葉片，2019年11月28日采集金花茶嫩葉（長(zhǎng)至成熟葉大小、軟嫩、未革質(zhì)化、紅褐色），對(duì)葉片的總黃酮、總多糖和總多酚含量進(jìn)行測(cè)定；待金花茶花朵花瓣打開至“碗型”，采集花朵測(cè)定總黃酮、總多糖和總多酚的含量，測(cè)定方法參照文獻(xiàn)[20]。

1.2.6 花蕾數(shù)量的測(cè)定

3 種不同栽培模式下隨機(jī)選取12 株金花茶植株，在未開花之前數(shù)其花蕾數(shù)量，取平均值。

1.2.7 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 和SPSS 19.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，利用Duncan法進(jìn)行多重比較并進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同林下栽培模式的微生境

在春季，模式3 林下平均溫度最低、濕度最高；在夏季，模式1林下平均溫度最高、濕度最低，模式2林下平均溫度最低、濕度最高；在秋冬季，模式1 林下平均溫度最高、濕度最低（表2）。隨著印度紫檀春季、夏季、秋季、冬季的變化，模式1的林下遮蔭度分別為75.0%、83.3%、44.8%和0%，模式2 的林下遮蔭度分別為80.0%、87.5%、55.2%和0%；模式3 荔枝林為常綠樹種，林下四季的遮蔭度分別為95.0%、96.7%、96.0%和95.0%（表1）。

表2 不同林下栽培模式基本情況Tab.2 Basic situations of different understory cultivation models

2.2 不同林下栽培模式中金花茶光合特性分析

在春季，3種栽培模式下金花茶葉片的Pn和Ci差異顯著（P＜0.05），Tr和Gs差異不顯著，模式1的Pn最大（3.26 μmol·m-2·s-1），模式3 最小（1.53 μmol·m-2·s-1），模式3的Ci最大（321 μmol/mol），模式2最?。?21 μmol/mol）；在夏季，不同模式下葉片的Pn、Tr、Gs和Ci差異顯著（P＜0.05），模式1 的Pn最大（3.41 μmol·m-2·s-1），模式3最?。?.10 μmol·m-2·s-1）；在秋季和冬季，不同模式下葉片的Pn差異顯著（P＜ 0.05），Tr、Gs和Ci差異不顯著，模式1和模式2的Pn顯著高于模式3（P＜0.05）（表3）。

表3 不同栽培模式下金花茶葉片光合特性參數(shù)的差異Tab.3 Differences of photosynthetic characteristics of C.nitidissima leaves in different cultivation models

2.3 不同林下栽培模式中金花茶葉綠素?zé)晒鈪?shù)分析

4 個(gè)不同季節(jié)下，不同模式的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素（a+b）、Fo和Fm差異顯著（P＜0.05），模式3中葉綠素a、葉綠素b、葉綠素（a+b）、Fo和Fm均最高（表4～5）。在春季和冬季，模式3下的Fv/Fm和Fv/Fo比值最高，在春季，模式1 和模式2 的Fv/Fm比模式3分別降低了1.53%和0.86%，在冬季，模式1和模式2的Fv/Fm比模式3降低了7.66%和4.71%。Fv/Fm值僅在冬季模式1下低于0.80，其余均在0.80 ～0.86。

表4 不同栽培模式中金花茶葉片葉綠素含量差異Tab.4 Differences of ch lorophyll contents of C.nitidissima leaves in different cultivation models

表5 不同林下栽培模式中金花茶葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)差異Tab.5 Differences of chlorophyll fluorescence parameters of C.nitidissima leaves in different cultivation models

2.4 不同林下栽培模式中金花茶品質(zhì)分析

2.4.1 花產(chǎn)量及花中活性成分分析

不同模式的總黃酮含量、總多酚含量和總多糖含量差異顯著（P<0.05）（表6）。模式2的花蕾數(shù)最多（463個(gè)），比模式3多出了15.46%。模式3的總黃酮含量最高（37.47%），模式2的最低（29.47%）；模式2 的總多酚含量最高（7.02%），模式3 最低（5.21%）；模式3 的總多糖含量最高（4.06%），模式1 最低（3.13%）。

表6 不同林下栽培模式中金花茶花蕾數(shù)量及花中總黃酮、總多酚及總多糖含量分析Tab.6 Contents of total flavonoids,total polyphenols and total polysaccharides in C.nitidissima flowers in different cultivation models

2.4.2 葉片活性成分分析

2019年3月，不同栽培模式下葉片的活性成分含量差異顯著（P＜0.05），模式1 的總黃酮含量最高（22.99%），模式3 最低（13.91%），模式2 的總多酚含量最高（2.84%），模式3 最低（0.30%），模式1 的總多糖含量最高（4.07%），模式2 最低（3.30%）；6月，不同栽培模式下葉片的活性成分含量差異顯著（P＜ 0.05），模式2 的總黃酮含量、總多酚含量和總多糖最高，分別為19.18%、2.73%和4.22%，模式3 的最低，分別為8.34%、1.87%、4.00%；8月，總多酚含量差異顯著（P＜0.05），模式2 的總多酚含量最高（3.86%）；11月，不同栽培模式下葉片的活性成分含量差異不顯著，模式1 和模式2 下葉片的活性成分含量均比模式3 高；2020年1月采摘的葉片為11月抽稍嫩葉成熟后的葉片，不同栽培模式下葉片的總黃酮含量和總多糖含量差異顯著（P＜0.05），總多酚含量差異不顯著，模式1 的總黃酮含量最高（22.98%），模式3 最低（17.87%），模式2 的總多糖含量最高（5.04%），模式3 最低（3.90%）（表7）。不同栽培模式下，金花茶葉片總黃酮和總多酚含量的整年平均值差異顯著（P<0.05），總多糖含量差異不顯著。模式2 的總黃酮含量最高（21.88%），模式3 最低（17.03%）；模式2 的總多酚含量最高（3.39%），模式3最低（2.52%）。

表7 不同林下栽培模式中金花茶葉片中總黃酮、總多酚及總多糖含量分析Tab.7 Contents of total flavonoids,total polyphenols and total polysaccharides in C.nitidissima leaves in different cultivation models （%）

3 結(jié)論與討論

3 種栽培模式下，隨著上層林印度紫檀春季、夏季、秋季、冬季的變化，林下金花茶的光合生理特性參數(shù)存在一定差異，主要體現(xiàn)在Pn上，在4個(gè)不同時(shí)期，模式1的Pn均最大，其次為模式2，模式1和模式2 在秋季和冬季不存在顯著性差異，但在春季和夏季存在顯著性差異；模式3 下金花茶葉片Pn均最小并且與其他兩個(gè)模式有顯著性差異。

Fo與葉片的葉綠素含量有關(guān)，最大Fm是光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心處于關(guān)閉時(shí)的熒光產(chǎn)量，與光系統(tǒng)Ⅱ的電子傳遞能力有關(guān)。Fv/Fm和Fv/Fo比值分別反映了光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心原始光能轉(zhuǎn)化效率和光系統(tǒng)Ⅱ潛在光化學(xué)活力，比值越高，說(shuō)明光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心能量捕獲效率越高。在春季和冬季，模式3 的金花茶具有較高的光系統(tǒng)Ⅱ原始光能轉(zhuǎn)化效率和光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心潛在活力，能把所捕獲的光能充分地轉(zhuǎn)化為植物所需要的化學(xué)能，可能是金花茶處于常綠荔枝林下，比起套種在落葉樹種印度紫檀林下的金花茶捕獲光能的能力更強(qiáng)，可以滿足自身生長(zhǎng)所需的光能。研究表明在健康生理狀態(tài)下高等植物的Fv/Fm值大約在0.8 ～0.85[21]，春季、夏季和秋季金花茶處于一定郁閉度下時(shí)，F(xiàn)v/Fm值均在0.80 ～0.86，林下金花茶均處于健康生理狀態(tài)；冬季模式1下，印度紫檀處于全落葉狀態(tài)，F(xiàn)v/Fm比值為0.778 8，說(shuō)明處于此光環(huán)境下的金花茶生理狀態(tài)出現(xiàn)略微異常，等春季印度紫檀開始長(zhǎng)葉時(shí)，F(xiàn)v/Fm比值為0.836 7，金花茶又恢復(fù)正常；金花茶在模式2和模式3下生長(zhǎng)狀態(tài)正常。

3 種林下栽培模式下，花蕾數(shù)量差異不顯著，模式2 的花蕾數(shù)最多（463 個(gè)）；模式2 花中總多酚含量最高（7.02%），總多糖含量較高（3.26%）。模式2 的葉片總黃酮含量和總多酚含量的整年平均值最高，分別為21.88% 和3.39%，其次為模式1，分別為21.32%和3.13%，模式3 的最小。說(shuō)明金花茶在模式1 和模式2 下可以吸收較多的光照，通過(guò)植物光合作用吸收的光能積累更多的有機(jī)物，生長(zhǎng)更快。雖然金花茶在模式3 下生長(zhǎng)狀態(tài)正常，但由于其陽(yáng)光透過(guò)率較低，吸收光能較少，凈光合速率值低，不能通過(guò)光合作用積累較多的有機(jī)物來(lái)促進(jìn)生長(zhǎng)，此模式下的金花茶生長(zhǎng)緩慢，花蕾數(shù)量最少，花中總多酚含量較低，葉片中總黃酮含量和總多酚含量的整年平均值最小。

在珍稀植物金花茶的上層種植珍貴樹種印度紫檀的復(fù)合栽培模式為首次推廣應(yīng)用的林下經(jīng)濟(jì)“雙珍”栽培模式，該“雙珍”模式基于印度紫檀和金花茶各自的生長(zhǎng)習(xí)性，利用印度紫檀春夏兩季枝葉茂密的優(yōu)勢(shì)為金花茶遮蔭，而在秋冬兩季落葉后有利于金花茶吸收更多陽(yáng)光，促進(jìn)其在較低氣溫條件下生長(zhǎng)、開花，同時(shí)提高了金花茶花及葉中主要活性成分含量。