重慶潼南三葉青與安徽黃山三葉青光合特性和葉綠素?zé)晒鈪?shù)比較

彭保江，尹明華，2，3，4，，蔡 紅，陳榮華

（1.上饒師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，江西 上饒 334001；2.上饒農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新研究院，江西 上饒 334001；3.上饒市藥食同源植物資源保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 上饒 334001；4.上饒市三葉青保育與利用技術(shù)創(chuàng)新中心，江西上饒 334001；5.上饒市紅日農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司，江西 上饒 334700）

三葉青（Tetrastigma hemsleyanumDiels et Gilg）為葡萄科（Vitaceae）崖爬藤屬（Tetrastigma）植物，又名金線吊葫蘆、金線吊馬鈴薯、攔山虎、蛇附子、石猴子、三葉扁藤、三葉對(duì)等[1]。三葉青主要分布于我國四川、重慶、江蘇、江西、浙江、廣東、廣西、福建、湖南、湖北、貴州等靠近北回歸線的亞熱帶長江以南中下游地區(qū)[2]，主要生長在山坡、林下的灌叢或山谷溪邊林下的巖石縫中，海拔高度一般為300~1 300 m。三葉青具有很高的藥用價(jià)值，用藥部位為塊根、果實(shí)或全草，但主要以塊根入藥[2]。《本草綱目》稱“三葉崖爬藤，性味苦、辛、涼，清熱解毒、活血祛風(fēng)”?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究證實(shí)，三葉青具有清熱解毒、祛風(fēng)化痰、活血止痛等功效，主治毒蛇咬傷、扁桃體炎、淋巴結(jié)結(jié)核、跌打損傷、小兒高熱驚厥等疾病。三葉青黃酮、β-谷甾醇、多糖等三葉青提取物被譽(yù)為“植物抗生素”，不但能減慢腫瘤細(xì)胞的生長速度，還能縮短肝癌和血癌細(xì)胞的生長周期，有良好的抗腫瘤作用，并且毒副作用較小[3]。

一般來說，中藥材的質(zhì)量與其產(chǎn)區(qū)密切相關(guān)，不同產(chǎn)區(qū)的三葉青在外觀性狀、藥理活性、質(zhì)量和產(chǎn)量等方面都存在一定的差異[4]。三葉青的產(chǎn)地不同，其性狀和藥性也不相同[5-6]。不同三葉青種源間的生物學(xué)特性、農(nóng)藝性狀和扦插成活率也略有差異[7]。根據(jù)三葉青的葉片、莖以及塊根等的生物學(xué)特性，可大致區(qū)別湖南、湖北、浙江等地三葉青和重慶、廣西等地三葉青[7-8]。

有研究發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)地的三葉青具有較大的光合特性差異[9]。劉崟艷等[10]研究表明，不同產(chǎn)地的地理環(huán)境會(huì)影響三葉青的氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和凈光合速率等參數(shù)，如浙江臺(tái)州產(chǎn)地和福建閩侯產(chǎn)地三葉青的氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率以及凈光合速率隨著光照強(qiáng)度的增加呈現(xiàn)先升高后下降趨勢(shì)，而福建順昌產(chǎn)的三葉青則均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。目前關(guān)于更多產(chǎn)地三葉青光合作用的比較分析研究少見報(bào)道。本研究擬通過對(duì)重慶潼南三葉青（CQ-TN）和安徽黃山三葉青（ANH-HSH）的葉綠素?zé)晒鈪?shù)、光合特性、葉綠素含量及葉長、葉寬、葉形指數(shù)進(jìn)行測(cè)定分析，旨在篩選優(yōu)質(zhì)的三葉青種質(zhì)資源，并為三葉青的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)育種提供光合作用方面的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2019年10月在江西省上饒市玉山縣懷玉山基地三葉青種質(zhì)圃大棚進(jìn)行。以重慶潼南三葉青（CQ-TN）和安徽黃山三葉青（ANH-HSH）為試驗(yàn)材料（已經(jīng)在種質(zhì)圃大棚內(nèi)栽植保存5 a）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 CQ-TN與ANH-HSH葉長和葉寬的測(cè)定 10月25日，在三葉青種質(zhì)圃大棚中（種質(zhì)圃塊根不采收），對(duì)CQ-TN和ANH-HSH進(jìn)行葉長和葉寬測(cè)定。分別選取無病蟲害、生長健壯、長勢(shì)一致的CQ-TN 10株和ANH-HSH 10株，觀察每株三葉青的莖色、葉色等。在每一株上選取1片發(fā)育狀況一致的完整葉片，使用米尺測(cè)量葉片的葉長（L）和葉寬（D），并按照參考文獻(xiàn)的方法計(jì)算葉形指數(shù)（LI=L/D）[11]。

1.2.2 CQ-TN與ANH-HSH葉片光合特性的測(cè)定 10月25日，分別選取無病蟲害、長勢(shì)一致的CQ-TN 10株和ANH-HSH 10株，每株各選取1片部位、葉齡一致的完整葉片，利用LI-6400XT便攜式光合測(cè)定儀測(cè)定CQ-TN和ANH-HSH葉片的光合特性，包括凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）等參數(shù)[12-13]。

1.2.3 CQ-TN與ANH-HSH葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定 10月25日，分別選取無病蟲害、長勢(shì)一致的CQ-TN 3株和ANH-HSH 3株，每株各選取一片相同部位、葉齡一致的完整葉片，利用LI-6400 XT便攜式光合測(cè)定儀測(cè)定CQ-TN和ANH-HSH葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù)。

測(cè)量前，需先使用錫箔紙對(duì)待測(cè)葉片進(jìn)行30 min的暗適應(yīng)處理。然后先用檢測(cè)光照射測(cè)定葉片的初始熒光（Fo），再用飽和白光光照1 s測(cè)最大熒光（Fm）。最后，打開內(nèi)源光光化30 min，測(cè)定光下最小熒光（Fo′）、光下最大熒光（Fm′）及穩(wěn)態(tài)熒光（Fs）[14]。

1.2.4 CQ-TN與ANH-HSH葉綠素含量的測(cè)定 10月25日，分別選取無病蟲害、長勢(shì)一致的CQ-TN 10株和ANH-HSH 10株，每株各選取1片部位、葉齡一致的完整葉片，使用SPAD-502 Plus便攜式葉綠素測(cè)定儀測(cè)定CQ-TN和ANH-HSH葉片的葉綠素含量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2010軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理，采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。運(yùn)用單因素方差分析法（one-way ANOVA）和最小顯著差數(shù)法（LSD）進(jìn)行方差分析和多重比較（α=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 CQ-TN與ANH-HSH的葉長、葉寬和葉形指數(shù)比較

植物的光合作用和蒸騰作用主要通過葉片進(jìn)行。因此，三葉青葉片的葉長、葉寬和葉形指數(shù)等生物學(xué)性狀對(duì)其光合作用及營養(yǎng)物質(zhì)的積累非常重要。其中，葉形指數(shù)是反映植物葉片特征的重要指標(biāo)之一，根據(jù)葉形指數(shù)能夠推測(cè)植物葉片的生長狀況及生長規(guī)律[11]。

從表1可以看出，ANH-HSH的葉片較長，達(dá)到8.63 cm，屬于狹長型葉片；CQ-TN的葉片較寬，達(dá)到3.46 cm，是ANH-HSH的1.17倍，屬于圓葉型葉片。CQ-TN的平均葉形指數(shù)小于ANHHSH，其中CQ-TN的平均葉形指數(shù)為2.457，ANH-HSH的平均葉形指數(shù)為2.963。

表1 CQ-TN與ANH-HSH的葉長、葉寬和葉形指數(shù)比較Tab.1 Comparison of leaf length，leaf width and leaf shape index between CQ-TN and ANH-HSH

從表2可以看出，CQ-TN和ANH-HSH的葉長間沒有顯著差異（P＞0.05），而CQ-TN和ANHHSH的葉寬和葉形指數(shù)間均存在極顯著差異（P＜0.01）。

表2 CQ-TN與ANH-HSH葉長、葉寬和葉形指數(shù)的單因素方差分析Tab.2 One way ANOVA of leaf length，leaf width and leaf shape index of CQ-TN and ANH-HSH

2.2 CQ-TN與ANH-HSH的光合特性比較

從表3可知，CQ-TN和ANH-HSH的葉片凈光合速率（Pn）為1.477~4.127μmol/（m2·s），CQTN的平均凈光合速率只占到ANH-HSH的35.8%，ANH-HSH的平均凈光合速率比CQ-TN提高了約179%，這說明了在相同的光照條件下ANH-HSH的凈光合速率要明顯高于CQ-TN。

表3 CQ-TN與ANH-HSH的光合特性比較Tab.3 Comparison of photosynthetic characteristics between CQ-TN and ANH-HSH

CQ-TN的胞間CO2濃度（Ci）為342.470，ANHHSH的胞間CO2濃度（Ci）為388.191μmol/mol，這說明ANH-HSH的平均細(xì)胞間CO2濃度（Ci）也比CQ-TN高出約13%左右。

同樣，ANH-HSH的瞬時(shí)羧化速率（CUE）是CQ-TN2.18倍。而ANH-HSH的蒸騰速率（Tr）、氣孔限制值（Ls）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和水分利用效率（WUE）均比CQ-TN低，其中，蒸騰速率（Tr）以CQ-TN最 高，平 均 值 為1.043 mmol/（m2·s）；且CQ-TN的氣孔導(dǎo)度（Gs）是ANH-HSH的1.5倍；CQ-TN的氣孔限制值（Ls）比ANH-HSH高出約3.8倍；水分利用效率（WUE）CQ-TN的平均值為6.927μmol/mol，ANH-HSH的水分利用效率平均值為5.582μmol/mol。

氣孔是植物在進(jìn)行碳同化、呼吸作用和蒸騰作用等氣體代謝過程中與外界進(jìn)行氣體交換的重要通道，因此，氣孔導(dǎo)度的大小決定了O2、CO2和水蒸汽進(jìn)出植物細(xì)胞的速率，從而間接影響植物的光合作用、呼吸作用及蒸騰作用[15-17]。

在本試驗(yàn)中，CQ-TN的蒸騰速率（Tr）、氣孔限 制 值（Ls）、氣 孔 導(dǎo) 度（Gs）和 水 分 利 用 效 率（WUE）均高于ANH-HSH，說明在相同光照條件下，CQ-TN的有機(jī)物積累要高于ANH-HSH，長勢(shì)也相對(duì)比ANH-HSH要好，塊根質(zhì)量也較ANH-HSH的更好。

從表4可以看出，在相同光照條件下，CQ-TN和ANH-HSH的凈光合速率（Pn）和瞬時(shí)羧化速率（CUE）存 在 極 顯 著 差 異（P＜0.01），蒸 騰 速 率（Tr）、胞間CO2濃度（Ci）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、氣孔限制值（Ls）和水分利用效率（WUE）差異不顯著（P＞0.05）。

表4 CQ-TN與ANH-HSH光合特性的單因素方差分析Tab.4 One way ANOVA of photosynthetic characteristics of CQ-TN and ANH-HSH

2.3 CQ-TN與ANH-HSH的葉綠素?zé)晒鈪?shù)比較

葉綠素?zé)晒鈪?shù)可用來評(píng)價(jià)光合系統(tǒng)功能和環(huán)境脅迫的影響[18]。從表5可以看出，CQ-TN的PSⅡ最大光能轉(zhuǎn)化效率（Fv/Fm）、PSⅡ潛在光化學(xué)效率（Fv/Fo）、開放的PSII反應(yīng)中心捕獲激發(fā)能效率（Fv′/Fm′）、PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率（ΦPSⅡ）和光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）均小于ANH-HSH，而CQTN的非光化學(xué)淬滅系數(shù)（NPQ）大于ANH-HSH。由表6可知，以上差異均未達(dá)顯著水平（P＞0.05）。

表5 CQ-TN與ANH-HSH的葉綠素?zé)晒鈪?shù)比較Tab.5 Comparison of chlorophyll fluorescence parameters between CQ-TN and ANH-HSH

表6 CQ-TN與ANH-HSH葉綠素?zé)晒鈪?shù)的單因素方差分析Tab.6 One way ANOVA of chlorophyll fluorescence parameters between CQ-TN and ANH-HSH

2.4 CQ-TN與ANH-HSH的葉綠素含量比較

葉綠素是決定光合速率的最重要因子之一，是非常重要的植物生理指標(biāo)[19]。在一定程度上，植物葉綠素含量的高低能直接反映其光合速率的大小，并間接反映植物的生長狀況[19]。從表7可以看出，CQ-TN的葉綠素SPAD值平均為62.76，ANHHSH的葉綠素SPAD值平均為54.02，CQ-TN的葉綠素SPAD值比ANH-HSH高出約16.8%。據(jù)此分析認(rèn)為，CQ-TN的葉綠素含量較高，參與光合作用的單位較多，在相同條件下，葉片能夠獲得更多的光能，進(jìn)行光合作用，增加有機(jī)物的積累。

表7 CQ-TN與ANH-HSH的葉綠素SPAD值比較Tab.7 Compar ison of chlor ophyll content between CQ-TN and ANH-HSH

從表8的單因素方差分析結(jié)果可知，CQ-TN和ANH-HSH的葉綠素含量存在顯著性差異（P＜0.05）。

表8 CQ-TN與ANH-HSH葉綠素含量的單因素方差分析Tab.8 One way ANOVA of chlor ophyll content between CQ-TN and ANH-HSH

3 結(jié)論與討論

植物的光合作用和蒸騰作用主要通過葉片進(jìn)行，因此，葉片的葉長、葉寬和葉形指數(shù)等性狀對(duì)其光合作用及營養(yǎng)物質(zhì)的積累非常重要，如根據(jù)植物葉片的葉形指數(shù)能夠推測(cè)植物的生長狀況及規(guī)律。馮梅等[20]對(duì)胡楊葉形隨個(gè)體生長發(fā)育階段的變化規(guī)律及其與葉片養(yǎng)分之間的關(guān)系進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)隨著胡楊葉片的葉形指數(shù)減小、葉面積增大，其光合效率和抗旱能力逐漸提高，個(gè)體生存適應(yīng)性也不斷增強(qiáng)。在本試驗(yàn)中，CQ-TN和ANH-HSH的葉長沒有顯著差異，而葉寬表現(xiàn)出極顯著差異，CQ-TN的平均葉形指數(shù)顯著小于ANH-HSH。據(jù)此分析認(rèn)為，CQ-TN的光合效率和抗旱能力相對(duì)ANHHSH較高，具有更強(qiáng)的個(gè)體生存適應(yīng)性。

植物通過光合作用來獲得生長所需的物質(zhì)和能量。光合作用不僅是植物生長發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是生產(chǎn)力高低的決定性因素。宋楊等[21]研究認(rèn)為，不同類型的越橘品種間葉片的光合特性參數(shù)及葉綠素含量存在顯著性差異。劉崟艷等[10]對(duì)浙江臺(tái)州、福建閩侯和順昌3個(gè)產(chǎn)地的1年生三葉青進(jìn)行光照強(qiáng)度分析，發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地的三葉青的光合速率、蒸騰速率和水分利用率存在差異。在本試驗(yàn)中，CQ-TN的凈光合速率（Pn）、瞬時(shí)羧化速率（CUE）和細(xì)胞間CO2濃度（Ci）極顯著低于ANHHSH，而CQ-TN的蒸騰速率（Tr）、氣孔限制值（Ls）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和水分利用效率（WUE）均高于ANH-HSH，且差異不顯著。說明ANH-HSH更有利于葉片吸收外界CO2，從而進(jìn)行光合碳同化，積累有機(jī)物。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)可以反映植物光合機(jī)構(gòu)的內(nèi)部變化和生理調(diào)節(jié)能力，可用于表征植物對(duì)光能的利用效率以及植物的生長情況，是研究植物光合作用的良好探針。李軍保等[22]對(duì)榆林風(fēng)沙草灘區(qū)不同樹齡胡楊的葉綠素?zé)晒馓匦圆町愡M(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)胡楊的Fv/Fm、ΦPSⅡ、ETR、qP和NPQ等葉綠素?zé)晒馓匦跃嬖陲@著差異，表明胡楊在榆林風(fēng)沙草灘區(qū)引種后對(duì)環(huán)境適應(yīng)性呈現(xiàn)出個(gè)體差異。在本試驗(yàn)中，CQ-TN與ANH-HSH的PSⅡ最大光能轉(zhuǎn)化效率（Fv/Fm）、PSⅡ潛在光化學(xué)效率（Fv/Fo）、開放的PSⅡ反應(yīng)中心捕獲激發(fā)能效率（Fv′/Fm′）、PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率（ΦPSⅡ）、光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）和非光化學(xué)淬滅系數(shù)（NPQ）等參數(shù)均無顯著性差異。據(jù)此分析，由于本次試驗(yàn)所選擇的三葉青樣本都是栽種于懷玉山基地三葉青種質(zhì)圃大棚中，其生長條件及生長情況沒有很大的差別，所以，CQ-TN與ANH-HSH的葉綠素?zé)晒鈪?shù)沒有顯著差異。

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要色素，在光合作用的光吸收中起著關(guān)鍵的作用，其相對(duì)含量也是植物光合作用能力、營養(yǎng)脅迫和生長發(fā)育階段的重要指標(biāo)。王洪港等[23]對(duì)白榆砧木嫁接6種不同榆屬植物的葉綠素和光合作用比較研究，發(fā)現(xiàn)不同榆屬的葉綠素含量差異顯著，光合速率的變化和葉綠素含量的高低有著緊密的聯(lián)系。王卓淵等[19]對(duì)銀杏葉的葉綠素含量進(jìn)行測(cè)定，研究發(fā)現(xiàn)銀杏葉的葉綠素含量高低直接影響凈光合速率的大小，作物具有較高的光合速率，就可能有較高的產(chǎn)量。在本試驗(yàn)中，CQ-TN的葉綠素含量平均值高于ANHHSH，且差異顯著。CQ-TN的葉綠素含量較高，但光合作用弱于ANH-HSH，因此，大棚種植三葉青的光合作用與葉形指數(shù)呈正相關(guān)，但與葉綠素含量不呈正相關(guān)。

綜上所述，通過各種數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，在相同光照環(huán)境處理不同產(chǎn)地的三葉青，CQ-TN雖光合作用較弱，但長勢(shì)好，塊根質(zhì)量佳，更符合人工大棚栽培的產(chǎn)量要求。從三葉青的醫(yī)用價(jià)值看，CQTN更符合臨床醫(yī)學(xué)的要求。