不同光強(qiáng)對(duì)金花茶光合生理特性的影響

曾祥艷，王 坤，韋曉娟，李寶財(cái)，廖健明，伍思宇，李開祥

（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）

金花茶（Camellia nitidissima）屬山茶科（Theace?ae）山茶屬金花茶組（SectionChrysanthaChang）植物，是世界上稀有的珍稀植物，主要分布在中國(guó)廣西和越南[1-3]。金花茶適宜制茶，也是一種傳統(tǒng)中草藥，其葉片和花朵中含有黃酮類[4]、多糖[5]、多酚[6]以及大量的天然微量元素[7]，在抗腫瘤[8]、抗氧化[9-10]、降血脂[11]和降血糖[12]等方面效果較好。研究人員已在金花茶優(yōu)良單株的選育[13]及繁育[14]，花及葉的綜合開發(fā)利用[15-16]等方面做了大量工作，帶動(dòng)了大面積的規(guī)模化、集約化的基地種植。

植物的生長(zhǎng)離不開光，兩者間的相互聯(lián)系備受植物學(xué)者的關(guān)注[17]，瀕危植物與光環(huán)境的研究更是植物界研究的熱點(diǎn)[18]，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)瀕危植物的種群復(fù)壯和保護(hù)具有指導(dǎo)作用。有學(xué)者對(duì)金花茶的光合特性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，金花茶屬于陰生植物[19-20]，在50%強(qiáng)光脅迫下，幼苗的生長(zhǎng)就受到抑制[21]。有研究表明，與越南金花茶相比，廣西本地金花茶具有較強(qiáng)的光合能力，在相同光環(huán)境條件下可積累更多的光合產(chǎn)物并且生長(zhǎng)更旺盛[22]。本研究通過搭蓋遮蔭網(wǎng)設(shè)置不同光環(huán)境，研究不同光環(huán)境下金花茶的光合生理特性，探討金花茶對(duì)不同光強(qiáng)的響應(yīng)，探究金花茶生長(zhǎng)的最適光強(qiáng)環(huán)境，可為金花茶林下科學(xué)套種栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)苗圃（108°21'E，22°56'N），地處南寧市北郊，海拔約95 m，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均降水量1 347 mm，平均濕度80%。

1.2 試驗(yàn)材料

采用2年生金花茶盆栽扦插苗為試驗(yàn)材料，植株高度70 ～80 cm。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2018年7月上旬，搭蓋不同層數(shù)遮蔭網(wǎng)，利用光合測(cè)定儀的光強(qiáng)探頭于上午11：00測(cè)定每個(gè)光環(huán)境的實(shí)際光強(qiáng)，設(shè)置20%、40%、50%、70%和80%等5個(gè)遮蔭處理，每個(gè)處理10株。遮蔭處理規(guī)格1.8 m×1.8 m×1.6 m（長(zhǎng)×寬×高），每個(gè)處理設(shè)置2.0 m 的間距，常規(guī)澆水栽培管理。試驗(yàn)時(shí)間2個(gè)月。

1.4 測(cè)定方法

采用Li-6400 便攜式光合測(cè)定儀對(duì)金花茶葉片的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、氣孔限制值（Ls）和蒸汽壓虧缺（Vpdl）參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)處理測(cè)定5 株植株，每株測(cè)定3 片葉片。

利用脈沖調(diào)制式熒光測(cè)定系統(tǒng)（FMS-2，Han?satech）測(cè)定葉綠素?zé)晒鈪?shù)，測(cè)定之前選擇健康葉片置于葉夾中暗適應(yīng)30 min，每個(gè)處理測(cè)定5 株植株，每株測(cè)定4片葉片，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/Fo）、PSⅡ最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）[23]。

采用NBT 法測(cè)定超氧化物歧化酶（SOD）活性；采用愈創(chuàng)木酚氧化法測(cè)定過氧化物酶（POD）活性；采用硫代巴比妥酸比色法測(cè)定丙二醛（MDA）含量；采用鄰苯二酚比色法測(cè)定多酚氧化酶（PPO）活性[24]。

參照LY/T 1269-1999[25]測(cè)定葉片中氮（N）含量；參照LY/T 1270-1999[26]測(cè)定磷（P）和鉀（K）含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 和SPSS 19.0軟件進(jìn)行處理，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 不同遮蔭處理對(duì)金花茶葉片形態(tài)的影響

20%遮蔭處理下，葉尖變黃褐色并逐漸枯萎，葉片逐漸脫落并伴有植株死亡現(xiàn)象；40%遮蔭處理下，葉片顏色逐漸變黃，出現(xiàn)脫落現(xiàn)象；隨著遮蔭度的增加，葉片顏色逐漸由黃褐色變?yōu)辄S綠色，而后變?yōu)榫G色、深綠色，80%遮蔭處理下，金花茶葉片葉色最深，為墨綠色（圖1）。

圖1 不同遮蔭處理對(duì)金花茶葉片形態(tài)的影響Fig.1 Effects of different shading treatments on C.nitidissima leaves morphology

2.2 不同遮蔭處理對(duì)金花茶葉片光合特性的影響

不同遮蔭處理對(duì)金花茶葉片Pn、Tr、Gs和Vpdl影響顯著（P＜0.05），對(duì)Ci和Ls影響不顯著（表1）。葉片的Pn、Tr、Gs和Ci均在80%遮蔭處理下最大，分別為2.10 μmol·m-2·s-1、0.47 mmol·m-2·s-1、0.021 mmol·m-2·s-1和285 μmol/mol，分別在70%遮蔭處理、20%和70%遮蔭處理、70%遮蔭處理以及20%和40%遮蔭處理下最小，分別為0.57 μmol·m-2·s-1、0.19 mmol·m-2·s-1、0.007 mmol·m-2·s-1；228 μmol/mol；Ls在40%遮蔭處理下最大（44.02%），其次為20%遮蔭處理（42.55%），80%遮蔭處理最?。?0.50%）；隨著遮蔭度增加，Vpdl呈下降趨勢(shì)，20%遮蔭處理的Vpdl最大（2.76 kPa），70%遮蔭處理最小（1.62 kPa）。

表1 不同遮蔭處理對(duì)金花茶葉片光合特性的影響Tab.1 Effects of different shading treatments on photosynthetic characteristics of C.nitidissima leaves

2.3 不同遮蔭處理對(duì)金花茶葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

隨著遮蔭度增加，F(xiàn)o和Fm呈先下降再上升而后下降的趨勢(shì)，F(xiàn)v呈先上升后下降趨勢(shì)（表2）。Fv在70%遮蔭處理下最大（913.00），20%遮蔭處理最?。?63.80），各處理間差異顯著（P＜0.05）；Fv/Fm和Fv/Fo隨著遮蔭度增加均呈升高趨勢(shì)，F(xiàn)v/Fm和Fv/Fo在80%遮蔭處理下最大，分別為0.81 和4.62，與20%遮蔭處理差異顯著（P＜0.05）；40% ～80%遮蔭處理的Fv/Fm值差異不顯著，均在0.80 ～0.81，20%遮蔭處理的Fv/Fm值最低（0.76）；70% ～80%遮蔭處理的Fv/Fo值差異不顯著。

表2 不同遮蔭處理對(duì)金花茶葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響Tab.2 Effects of different shading treatments onchlorophyll fluorescence parameters of C.nitidissima leaves

2.4 不同遮蔭處理對(duì)金花茶葉片防御性酶活性的影響

不同遮蔭處理下金花茶葉片防御性酶活性含量差異顯著（P＜0.05）（表3）。金花茶在不同遮蔭處理下，葉片PPO 含量呈現(xiàn)不規(guī)則波動(dòng)，20%遮蔭處理的PPO 含量最低（4.45 U·min-1·g-1），顯著低于50%遮蔭處理（P<0.05），下降了98.48%；POD 含量在70%遮蔭處理下最高（64.53 U·min-1·g-1），其次為80%遮蔭處理（40.53 U·min-1·g-1），20%遮蔭處理最低（2.67 U·min-1·g-1），20%和40%遮蔭處理的POD 含量顯著低于70%遮蔭處理（P< 0.05），分別降低了95.86%和71.07%。MDA 含量在40%遮蔭處理下最高（0.006 4 μmol/g），20%遮蔭處理最低（0.002 9 μmol/g）；SOD 含量在70%遮蔭處理下最高（35.89 U/g），其次為80%遮蔭處理（28.76 U/g），20%遮蔭處理最低（18.39 U/g）。

表3 不同遮蔭處理對(duì)金花茶葉片防御性酶活性含量的影響Tab.3 Effects of different shading treatments on active enzyme contents of C.nitidissima leaves

續(xù)表3Continued

2.5 不同遮蔭處理對(duì)金花茶葉片光合色素含量的影響

不同遮蔭處理下金花茶葉片光合色素含量差異顯著（P＜0.05）（表4）。隨著遮蔭度增加，金花茶葉片的葉綠素a 和葉綠素（a+b）含量逐漸增加，80%遮蔭處理下含量最高，分別為0.61和0.94 mg/g，20%遮蔭處理最低，分別為0.51和0.69 mg/g，最高含量比最低含量分別高出19.61%和36.23%；葉綠素b含量呈升高趨勢(shì)，80%遮蔭處理最高（0.33 mg/g），20%遮蔭處理最低（0.18 mg/g）；葉綠素a/b 呈降低趨勢(shì)，20%遮蔭處理下最高（2.83）；類胡蘿卜素含量在50%遮蔭處理下最高（0.26 mg/g）。

表4 不同遮蔭處理對(duì)金花茶葉片光合色素含量的影響Tab.4 Effect of different shading treatments on photosynthetic pigments contents of C.nitidissima leaves

2.6 不同遮蔭處理對(duì)金花茶葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量的影響

不同遮蔭處理下，金花茶葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量差異顯著（P＜0.05）（表5）。80%遮蔭處理下葉片N 含量最高（10.47 g/kg），其次為50%遮蔭處理（9.99 g/kg），20%、40%和70%遮蔭處理間差異不顯著；40%遮蔭處理下P 含量最高（1.27 g/kg），其次為20%遮蔭處理（1.13 g/kg），80%遮蔭處理最低（0.88 g/kg）；40%遮蔭處理下K 含量最高（10.68 g/kg），其次為50% 遮蔭處理（10.11 g/kg），80% 遮蔭處理最低（6.23 g/kg）。

表5 不同遮蔭處理對(duì)金花茶葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量的影響Tab.5 Effects of different shadingtreatments onnutritiveelement contentsof C.nitidissima leaves(g/kg)

3 結(jié)論與討論

葉綠素的含量影響葉片的光合能力，在合適的光環(huán)境下，植物會(huì)通過增加葉綠素b 含量以吸收較多的藍(lán)紫光來提高光合速率[27-30]。金花茶葉片在80%遮蔭處理下有利于葉綠素b 的合成，提高光合能力，研究表明，越南多毛金花茶（C.hirsuta）在70%遮蔭度下葉綠素含量最高[31]，與本研究結(jié)果相近。當(dāng)金花茶處于80%遮蔭處理下時(shí)，葉片Pn最大。Tr與植株?duì)I養(yǎng)的吸收有關(guān)，當(dāng)Tr降低時(shí)不利于運(yùn)送積累的有機(jī)物，從而抑制光合作用，導(dǎo)致生長(zhǎng)緩慢[32]。金花茶在20%、40%遮蔭處理下，葉片Tr較低、Vpdl較大，葉片Vpdl較大會(huì)導(dǎo)致植物失水，限制水和礦質(zhì)元素的吸收，降低Tr，最終光合作用受阻。

研究表明在健康生理狀態(tài)下絕大多數(shù)高等植物的Fv/Fm值在0.8 ～0.85之間[33]。本研究發(fā)現(xiàn)，金花茶葉片F(xiàn)v/Fm在40% ～80%遮蔭度下為0.80 ～0.81，表明在40% ～80%遮蔭度下，金花茶生長(zhǎng)狀態(tài)正常；在20%遮蔭度下，光照強(qiáng)度過高，F(xiàn)v/Fm值低于0.80，金花茶處于不健康的生長(zhǎng)狀態(tài)。隨著遮蔭度的增加，F(xiàn)v/Fo值逐漸增大，在80%遮蔭處理下，金花茶葉片光系統(tǒng)Ⅱ潛在光化學(xué)效率值最大，相比其他遮蔭處理，該處理下金花茶光系統(tǒng)Ⅱ的潛在活性最大。

PPO 是植物組織內(nèi)廣泛存在的一種含銅氧化酶，植物受到機(jī)械損傷和病菌侵染后，PPO催化酚與O2氧化形成醌，使組織形成褐變，以便恢復(fù)損傷，防止或減少感染，提高抗病能力。醌類對(duì)微生物有毒害作用，傷口醌類物質(zhì)的出現(xiàn)是植物防治傷口感染的愈傷反應(yīng)，受傷組織中的PPO 酶活性就會(huì)提高，因此，當(dāng)葉片發(fā)生枯萎或極度營(yíng)養(yǎng)不良時(shí)，細(xì)胞萎縮間接引起PPO 含量的增加[26]，減少外界環(huán)境對(duì)其的侵害。在40%和50%遮蔭處理下，光照強(qiáng)，金花茶葉片枯萎，PPO 含量增加。POD 與植物的呼吸作用、光合作用聯(lián)系密切，POD 的含量直接影響著植株的生長(zhǎng)狀況，SOD 是多余自由基的清除劑，與植株抗性密切相關(guān)[24]。金花茶在70%遮蔭處理下POD、SOD 含量最高，20%遮蔭處理下最低，故70%遮蔭處理下金花茶生長(zhǎng)狀態(tài)最好、抗性最強(qiáng)，20%遮蔭處理下生長(zhǎng)狀態(tài)及抗性最差。20%遮蔭處理下，金花茶葉片中的PPO、MDA 含量最低，可能是葉片細(xì)胞內(nèi)代謝不足，葉片枯萎待脫落，已無力產(chǎn)生PPO抵抗外界的侵害，生化反應(yīng)難以繼續(xù)，葉片中的MDA含量銳減。

N 是葉綠素的組成成分，N 對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育非常重要。80%遮蔭處理下，金花茶葉片中的N 含量最高，能促進(jìn)葉片細(xì)胞分裂生長(zhǎng)，從而促進(jìn)植株生長(zhǎng)。P 和K 元素能夠促進(jìn)各種代謝正常進(jìn)行，同時(shí)提高植物的抗性，40%遮蔭處理下N含量最低，金花茶的生長(zhǎng)可能會(huì)受到一定影響，但P和K 含量最高，可能植株處于40%遮蔭條件下時(shí)通過提高葉片中P和K含量，提高植株適應(yīng)強(qiáng)光環(huán)境條件的能力，保證植物正常生長(zhǎng)。

本研究結(jié)果表明，80%遮蔭處理下，金花茶光合色素含量最高，Pn最大，Gs最大，Vpdl最小，顯著提高了Tr，葉片中N 含量最高。金花茶在70%遮蔭處理下，與呼吸作用、光合作用及生長(zhǎng)素的氧化等密切相關(guān)的POD 含量最高，表明其在此環(huán)境下生長(zhǎng)狀態(tài)最好，與抗性強(qiáng)弱相關(guān)的SOD 含量最高，表明其在此環(huán)境下金花茶抗性最強(qiáng)。40%、50%遮蔭處理下，金花茶葉片受到較強(qiáng)光照輻射，通過提高防御性酶活性、P 和K 元素的含量，來提高金花茶的抗逆性，保證植株免受較強(qiáng)光環(huán)境的損害。在20%遮蔭處理下，葉片出現(xiàn)枯萎脫落并植株死亡的現(xiàn)象，其葉片光合色素含量最低，Gs較小，Vpdl最大，Tr低，不利于金花茶進(jìn)行光合作用，而且其葉肉細(xì)胞內(nèi)代謝不足，已無力產(chǎn)生防御性活性酶來抵抗外界的侵害。結(jié)果表明，在光照較強(qiáng)的夏季，盆栽金花茶幼樹在70%～80%遮蔭條件下生長(zhǎng)狀態(tài)良好，促進(jìn)生長(zhǎng)；而在20%遮蔭處理下，植株受到強(qiáng)光脅迫，葉綠素含量下降，光合作用受阻，葉片枯萎并脫落，最終可能導(dǎo)致植株死亡。