不同品種杜仲生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)和光合、葉綠素?zé)晒鈪?shù)的差異

耿瑜欣，劉 澤，仲連青，齊欽輝，鄭建偉，于麗娜，李佳秋，李保會(huì)

(1. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河北 保定 071000；2. 河北醫(yī)科大學(xué) 第四醫(yī)院草藥房，河北 石家莊 050000)

杜仲（Eucommia ulmoidesOliver），又名膠木，單科單屬，國(guó)家二級(jí)保護(hù)植物，廣泛分布于我國(guó)長(zhǎng)江中游和南部的眾多省內(nèi)［1］。杜仲作為中藥在中國(guó)已有上千年的歷史，近代醫(yī)學(xué)研究中，杜仲對(duì)高血壓、肥胖、腎虛、筋骨虛等病癥都有良好的治療效果，還具有抗菌、抗病毒、抗癌、消炎等藥理作用［2］，因此選育出適合本地區(qū)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的杜仲新品種對(duì)發(fā)展當(dāng)?shù)囟胖佼a(chǎn)業(yè)具有重要意義。

光合作用是植物生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)，是植物為了適應(yīng)不同的生長(zhǎng)環(huán)境，表現(xiàn)出不同的光合生理機(jī)能，光合參數(shù)是植物適應(yīng)環(huán)境的直接表現(xiàn)［3］，較強(qiáng)的光合能力是產(chǎn)量的物質(zhì)基礎(chǔ)。在引種、育種工作中，光合參數(shù)及變化規(guī)律早已作為早期篩選新品種的重要方法［4］，李升東等發(fā)現(xiàn)同一耕作條件下，凈光合速率可作為篩選冬小麥優(yōu)良品種的依據(jù)［5］，李玉姍等利用光合參數(shù)篩選出高光和效能的新疆番茄品種［4］，還有眾多學(xué)者利用光合作用來篩選抗旱［6］、抗低溫［7］、抗鹽堿等［8］適合逆境生長(zhǎng)的優(yōu)良品種。楊夢(mèng)秋等［9-11］的研究表明，盡管在相同的環(huán)境下，相同物種的不同品種間的光合速率均存在差異。本試驗(yàn)通過研究不同品種杜仲之間株高、地徑生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)和光合特性變化規(guī)律，比較不同品種杜仲葉光合特性差異，為河北地區(qū)杜仲的發(fā)展，以及為杜仲新品種的發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于河北省保定市河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)苗圃，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫13.4 ℃，年平均降水量498.9 mm，年平均日照時(shí)數(shù)2 511.0 h，四季分明。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料是從陜西引種的‘秦仲1 號(hào)’‘秦仲2 號(hào)’‘秦仲3 號(hào)’‘秦仲4 號(hào)’和‘紫葉杜仲’的2 年生嫁接苗，于2018 年春季栽植在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)苗圃內(nèi)，株行距為 0.5 m×1 m，常規(guī)水肥管理。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 杜仲生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)的測(cè)定 2019 年5—9 月中旬，每個(gè)品種選取5 株樹，利用伸縮尺和游標(biāo)卡尺測(cè)定其株高、地徑。

1.3.2 杜仲葉光合特性的測(cè)定 2019 年5—9 月中旬選擇晴天（7:00—17:00），每株選樹體南側(cè)中上部第4 ～6 片功能葉片，利用Li-6400 光合測(cè)定系統(tǒng)測(cè)定凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）指標(biāo)，每個(gè)品種重復(fù)3 次。

1.3.3 杜仲葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定 與光合參數(shù)同時(shí)測(cè)定，利用便攜式調(diào)制熒光儀 PAM-2500 測(cè)定功能葉的葉綠素?zé)晒鈪?shù)。每株選樹體南側(cè)中上部第4 ～6 片功能葉片進(jìn)行測(cè)定，葉片選擇與光合參數(shù)測(cè)定時(shí)相同。葉片暗適應(yīng)后測(cè)定初始熒光Fo，最大熒光Fm，最大光化學(xué)效率Fv/Fm，電子傳遞速率ETR。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

應(yīng)用Microsoft Office Excel 2010 整理數(shù)據(jù)，并運(yùn)用SPSS 20.0 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種杜仲株高、地徑生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)

5— 9 月，5 種杜仲的株高隨時(shí)間的推移緩慢增長(zhǎng)，大致呈線性增加的趨勢(shì)（圖1），在8 月出現(xiàn)峰值，9 月生長(zhǎng)變緩，呈現(xiàn)平穩(wěn)狀態(tài)，此時(shí)5 個(gè)杜仲品種株高從高到低依次為：‘秦仲1 號(hào)’‘秦仲4號(hào)’‘秦仲2 號(hào)’‘秦仲3 號(hào)’‘紫葉杜仲’（P＜0.05）；地徑的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)與株高類似，在8 月出現(xiàn)峰值，9 月開始變緩，此時(shí)5 個(gè)杜仲品種的地徑從大到小依次為：‘秦仲1 號(hào)’‘秦仲3 號(hào)’‘秦仲2 號(hào)’‘秦仲4 號(hào)’‘紫葉杜仲’（P＜0.05）。整個(gè)生長(zhǎng)階段，‘紫葉杜仲’的株高和地徑顯著低于其他4 個(gè)品種。

圖1 不同品種杜仲株高、地徑生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)Fig.1 Growth dynamics of height and diameter of different varieties of E. ulmoides

2.2 不同品種杜仲株高、地徑增長(zhǎng)量

‘秦仲1 號(hào)’‘秦仲2 號(hào)’‘秦仲3 號(hào)’‘秦仲4 號(hào)’4 個(gè)品種杜仲在5—9 月的株高增長(zhǎng)動(dòng)態(tài)相似。6 月15 日—7 月15 日，增長(zhǎng)量較低，在7 月15 日—8 月15 日達(dá)到最大增長(zhǎng)量，分別為51.80、28.80、36.00、36.00 cm，8 月15 日—9 月15 日增長(zhǎng)量開始減少，到9 月15 日—10 月15 日，除‘秦仲2 號(hào)’增長(zhǎng)量變多外，其他3 個(gè)品種增長(zhǎng)量達(dá)整個(gè)測(cè)量時(shí)間段的最低點(diǎn)?！先~杜仲’在6 月15 日—7 月15 日達(dá)到最大生長(zhǎng)量15.40 cm，9 月15 日—10月15 日為生長(zhǎng)量最低點(diǎn)。整個(gè)時(shí)間段中，平均株高增長(zhǎng)量大小依次為：‘秦仲1 號(hào)’‘秦仲2 號(hào)’‘秦仲4 號(hào)’‘秦仲3 號(hào)’‘紫葉杜仲’（圖2）。

‘秦仲2 號(hào)’、‘秦仲4 號(hào)’、‘秦仲3 號(hào)’、‘紫葉杜仲’的地徑增長(zhǎng)量在5 月15 日—6 月15 日達(dá)到整個(gè)測(cè)量時(shí)間段的最大值，分別為0.50、0.43、0.38、0.35 cm，隨后在6 月15 日—7 月15 日，增長(zhǎng)量變低，7 月15 日—8 月15 日又開始增多，8 月15 日—9 月15 日增長(zhǎng)量達(dá)到最低點(diǎn)，隨后在9 月15 日—10 月15 日又開始增多?！刂? 號(hào)’的地徑增長(zhǎng)量在6月15 日—7 月15 日達(dá)到最大，為0.17 cm，在隨后的3 個(gè)月里，地徑增長(zhǎng)量持續(xù)降低。平均地徑增長(zhǎng)量大小依次為：‘秦仲3 號(hào)’‘秦仲2 號(hào)’‘秦仲4 號(hào)’‘秦仲1 號(hào)’‘紫葉杜仲’（圖2）。

圖2 不同品種杜仲株高、地徑增長(zhǎng)量Fig.2 Growth of height and diameter of different varieties of E. ulmoides

2.3 不同品種杜仲光合特性月Pn 變化

不同品種杜仲光合速率月變化趨勢(shì)相似均為雙峰曲線，峰值出現(xiàn)在6 月和8 月，9 月光合速率最低，季節(jié)變化為夏季最高，其次為春季，最低的是秋季。不同品種杜仲光合速率年平均值由高到低為：‘秦仲4 號(hào)’‘秦仲3 號(hào)’‘紫葉杜仲’‘秦仲2 號(hào)’‘秦仲1 號(hào)’，分別為：12.93、12.65、12.07、11.38、10.49 μmol/m2·s。

不同品種杜仲蒸騰速率Tr月變化趨勢(shì)為先增加后降低，在光照強(qiáng)度、溫度較高的6、7、8 月有較高的蒸騰速率，在發(fā)育初期的5 月和逐漸衰老的9月蒸騰速率較低。季節(jié)變化為夏季最高，其次為春季，最低的是秋季。不同品種杜仲蒸騰速率年平均值由高到低排序?yàn)椋骸刂?3 號(hào)’‘秦仲4 號(hào)’‘秦仲2 號(hào)’‘紫葉杜仲’‘秦仲1 號(hào)’，分別為：6.43、6.43、5.93、5.77、5.24 mmol H2O/m2·s。

不同品種杜仲氣孔導(dǎo)度月Gs 變化趨勢(shì)為先增后降，‘秦仲2 號(hào)’和‘秦仲4 號(hào)’在7 月達(dá)到最大值，‘秦仲1 號(hào)’‘秦仲3 號(hào)’和‘紫葉杜仲’在8 月達(dá)到最大值。季節(jié)變化為夏季最高，其次為秋季，最低的是春季。不同品種杜仲氣孔導(dǎo)度年平均值由高到低排序?yàn)椋骸先~杜仲’‘秦仲2 號(hào)’‘秦仲3 號(hào)’‘秦仲1 號(hào)’‘秦仲4 號(hào)’,分別為：0.30、0.26 、0.26、0.24、0.24 mol H2O/m2·s。

不同品種杜仲胞間CO2濃度Gi 季節(jié)變化趨勢(shì)先降低后上升的“U”形,‘秦仲1 號(hào)’在6 月最低，‘秦仲2 號(hào)’、‘秦仲3 號(hào)’和‘秦仲4 號(hào)’在7月到達(dá)最低值，‘紫葉杜仲’則是在8 月到達(dá)最低值，季節(jié)變化為春季最高，其次為秋季，最低的是夏季。年平均值由高到低排序?yàn)椋骸刂? 號(hào)’‘秦仲1 號(hào)’‘秦仲3 號(hào)’‘紫葉杜仲’‘秦仲2號(hào)’，分別為：306.33、299.29、297.31、296.34、295.91 μmolCO2/mol。

圖3 不同品種杜仲光合特性月變化Fig.3 Monthly changes of photosynthetic characteristics of different varieties of E.ulmoides

2.4 不同品種杜仲葉綠素?zé)晒庠伦兓?/h3>

不同品種杜仲Fo的月變化呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。隨著光照強(qiáng)度和溫度的增加Fo在增加，說明PS Ⅱ反應(yīng)中心受到一定傷害。季節(jié)變化為夏季最高，其次為秋季，最低的春季。不同品種杜仲5 個(gè)月平均值方差分析結(jié)果差異明顯（P＜0.05），由Fo年平均值由高到低為：‘秦仲3 號(hào)’‘秦仲1 號(hào)’‘秦仲4 號(hào)’‘秦仲2 號(hào)’‘紫葉杜仲’（圖4）。

杜仲Fm的月變化呈先降低后上升的趨勢(shì)，7 月降至最低。季節(jié)變化為夏季最低，其次為秋季，最高的是春季。不同品種 5 個(gè)月平均值之間方差分析差異明顯（P＜0.05）。不同品種杜仲Fm總平均值由高到低為‘秦仲2 號(hào)’‘秦仲4 號(hào)’‘秦仲1 號(hào)’‘秦仲3 號(hào)’‘紫葉杜仲’（圖4）。

不同品種杜仲Fv/Fm的月變化呈先下降后上升的趨勢(shì)。季節(jié)變化為夏季最低，其次為秋季，最高的是春季。不同品種5 個(gè)總平均值之間方差分析差異明顯（P＜0.05）。不同品種杜仲Fv/Fm年平均值高到低為‘秦仲4 號(hào)’、‘秦仲2 號(hào)’、‘秦仲1 號(hào)’、‘紫葉杜仲’、‘秦仲3 號(hào)’（圖4）。

不同品種杜仲ETR季節(jié)變化呈雙峰變化趨勢(shì)，第一峰值均出現(xiàn)在6 月，7 月出現(xiàn)波谷，8 月出現(xiàn)第二個(gè)峰值，‘秦仲1 號(hào)’和‘秦仲2 號(hào)’第二峰值不明顯，季節(jié)變化為夏季最高，其次為春季，秋季最低。不同品種杜仲ETR年平均值由高到低為：‘秦仲4 號(hào)’‘秦仲3 號(hào)’‘紫葉杜仲’‘秦仲2 號(hào)’‘秦仲1 號(hào)’（圖4）。

圖4 不同品種杜仲葉綠素?zé)晒庠伦兓疐ig.4 Monthly changes of chlorophyll fluorescence of different varieties of E.ulmoides

3 討論與結(jié)論

植株的生長(zhǎng)對(duì)其存活及種間競(jìng)爭(zhēng)具有重要意義，與植株對(duì)有機(jī)物的利用和積累也有一定聯(lián)系［12］，可以通過其生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)獲得副產(chǎn)物的最佳收獲期［13］，魏潤(rùn)鵬等利用頂梢生長(zhǎng)作為優(yōu)良品種篩選的依據(jù)，并根據(jù)其生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)選擇相應(yīng)的栽培策略［14］。本研究中不同品種杜仲的株高增長(zhǎng)量于6 月15 日—7 月15 日開始降低，后于7 月15 日—8 月15 日開始增大，達(dá)到最大，9 月15 日—10 月15 日達(dá)到最小，地徑增長(zhǎng)量于5 月15 日—6 月15 日達(dá)到最大，6 月15 日—7 月15 日開始減少，8 月15 日—9 月15 日達(dá)到最小。可能是因?yàn)橛捎? 月左右溫度升高，導(dǎo)致不同品種杜仲的Pn、Fv/Fm、ETR、Ci在7 月出現(xiàn)低谷，Tr、Ci在7 月開始升高，進(jìn)而導(dǎo)致植株光合作用降低，進(jìn)而影響株高、地徑增長(zhǎng)量的減少，后期可探究杜仲相關(guān)的生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行研究。

凈光合速率是影響植物生長(zhǎng)的主要因子［3］，氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、胞間CO2濃度與凈光合速率之間又分別有著密不可分的關(guān)系，但空氣的CO2濃度增高、氣孔導(dǎo)度、葉肉導(dǎo)度增大和葉肉細(xì)胞的光合活性降低都可以導(dǎo)致胞間CO2濃度的增高［15-16］。本研究中不同品種杜仲光合速率月變化呈雙峰變化趨勢(shì)，6 月的值最高，這與劉奇峰等［17］人研究不完全一致，其研究表明杜仲光合速率月變化呈單峰趨勢(shì)，6 月光合速率最高，這可能是因?yàn)楹颖钡貐^(qū)7月光照強(qiáng)，溫度高出現(xiàn)光抑制導(dǎo)致的，同時(shí)7 月Fv/Fm和ETR降低，也說明7 月出現(xiàn)了環(huán)境脅迫導(dǎo)致光抑制。不同品種之間雖然有差異但變化趨勢(shì)相似，也說明杜仲光合作用機(jī)制的普遍性。隨著8 月溫度逐漸下降，Gs逐漸回升，Ci也逐漸回升，說明5 個(gè)品種夏季凈光合速率下降的原因主要是氣孔因素造成，梁宗鎖［18］研究發(fā)現(xiàn)充足的水分可以消除杜仲“午休”現(xiàn)象的出現(xiàn)，因此，在夏季高溫時(shí)，可通過恰當(dāng)澆水來促進(jìn)氣孔的開放以提高光合速率，提高杜仲生物學(xué)產(chǎn)量。

葉綠素?zé)晒馓匦愿苌顚哟蔚乇憩F(xiàn)出植物光系統(tǒng)對(duì)光能的吸收、傳導(dǎo)、耗散、分配［19-20］，但是葉綠素?zé)晒飧啾粦?yīng)用于林木逆境生理的研究［21］，用于常規(guī)品種的篩選還處研究初期［22］。目前對(duì)杜仲的葉綠素?zé)晒馓匦匝芯枯^少，朱景樂［23］研究了不同杜仲品種綠素?zé)晒馓匦灾g存在差異，何斐［24］研究發(fā)現(xiàn)水楊酸和三銼酮可以提高杜仲在淹水環(huán)境下的抗性，保護(hù)杜仲正常生長(zhǎng)發(fā)育，楊超偉［25］研究了不同杜仲對(duì)光強(qiáng)的適應(yīng)能力，發(fā)現(xiàn)小葉杜仲適合生長(zhǎng)在強(qiáng)光環(huán)境中，紅葉杜仲適合生長(zhǎng)在中等光照強(qiáng)度中。本研究表明不同杜仲Fv/Fm平均值在0.75之上，說明杜仲具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，F(xiàn)v/Fm和ETR季節(jié)變化在7 月出現(xiàn)降低為光合速率的降低提供了內(nèi)在證明，‘秦仲4 號(hào)’的Pn、Tr、Gs、Fv/Fm、ETR均相對(duì)較高說明其光合能力較高，有較高的光保護(hù)能力，對(duì)逆境的適應(yīng)能力更強(qiáng)。能夠充分的利用光能，但生長(zhǎng)量相對(duì)不高，可能用于其他部位的生長(zhǎng)，需進(jìn)一步研究。