不同光照處理對赤蒼藤光合生理和生化特性的影響

盧 庸，覃凌薇，李 琳,3，王凌暉

（1．南寧樹木園，廣西南寧 530000；2．廣西大學(xué) 林學(xué)院，廣西南寧 530004；3．玉林師范學(xué)院，廣西玉林 537000）

赤蒼藤（Erythropalum scandens）為鐵青樹科（Olacaceae）赤蒼藤屬多年生常綠藤本植物，別名菜藤、側(cè)莧或牛耳藤等[1-3]。赤蒼藤主要種植于我國云南海拔1 000 ～1 500 m 及廣西和廣東海拔280 ～550 m 的地區(qū)，多見于低山丘陵、山區(qū)溪邊、山谷、疏林、林緣或灌叢中[4]。赤蒼藤被稱為零污染、無公害及富有營養(yǎng)的天然綠色藥食同源產(chǎn)品，內(nèi)含豐富的蛋白質(zhì)、胡蘿卜素、維生素B、維生素C 及對人體有益的礦物質(zhì)和鐵、鋅、銅及錳等微量元素，硫胺素和核黃素的含量遠(yuǎn)高于一般家用蔬菜[5]。赤蒼藤具有清熱祛濕、祛風(fēng)活血的功效，在廣西民間常用于肝炎、腫瘤、尿道炎和急性腎炎等疾病的治療[6]。潘喬丹等[7]研究表明，赤蒼藤能夠抑制黃腺嘌呤氧化酶（XOD）的活性，降低高尿酸血癥血清中的尿酸含量，起到保護(hù)血管的作用；許崇搖等[8]研究表明，赤蒼藤莖葉中的提取物（ASLE），具有抗痛風(fēng)的功效。赤蒼藤還具有園林觀賞價值，花冠白色，種子藍(lán)綠色，果實成熟時下垂，形似燈籠。赤蒼藤是一種價值豐富、潛力巨大的野生蔬菜及園林藤本。

光是植物生長發(fā)育的重要條件。當(dāng)光環(huán)境發(fā)生變化時，植物會產(chǎn)生一系列生理和生化響應(yīng)過程，如光合色素合成過程加快或減慢、滲透物質(zhì)變化及活性氧增加或減少[9]。許多學(xué)者已對不同光環(huán)境對植物的生理響應(yīng)進(jìn)行探究[10-14]。目前對赤蒼藤的研究主要集中在藥物作用[7-8]、施肥[15]和人工栽培[16-17]等方面，不同光環(huán)境對赤蒼藤的影響尚未見報道。本研究通過比較不同光照條件下赤蒼藤幼苗的光合生理和生化指標(biāo)，利用主成分分析法，探討其最適合的種植條件，以期為赤蒼藤的人工栽植及耐蔭性研究提供參考。

1 材料與方法

1．1 試驗地概況

試驗地位于廣西南寧樹木園新塘管理區(qū)林地（108°22′E，22°46′N），屬典型亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫22 ℃，夏秋季雨水充沛，年均降水量1 650 mm，無霜期長，適合赤蒼藤幼苗的生長。

1．2 試驗材料

赤蒼藤幼苗由南寧樹木園珍稀樹種花卉苗木繁育中心提供，為2 ～3年生實生苗。選取90 株長勢一致、無病蟲害赤蒼藤實生苗進(jìn)行試驗。

1．3 試驗方法

參照陳軍[18]完全隨機試驗設(shè)計，將赤蒼藤幼苗隨機分為3 組。設(shè)置3 個光照處理：自然光照（100%NS）、遮光率為35%的光照強度（65%NS）及遮光率為70% 的光照強度（30%NS）。采用LI-6400XT 便攜式光合作用測量儀測定每個遮蔭處理的透光率。每個光照設(shè)置3 個重復(fù)，每重復(fù)10 株。2019年5月，開始進(jìn)行遮蔭處理，試驗期間保持水肥管理一致。

1．4 指標(biāo)測定

2019年11月，采摘成熟功能葉。每個處理選取長勢大體一致、葉片完好且無病蟲害的植株3 ～4株，采集中上部功能葉3 ～4 片，每個處理重復(fù)3 次。采集后將葉子放入裝有冰袋的盒子中，帶回實驗室進(jìn)行各項光合生理和生化指標(biāo)的測定。參考《植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)》[19]測定各項光合生理和生化指標(biāo)。葉綠素采用95%乙醇研磨、提取及測定，采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量，采用考馬斯亮藍(lán)法測定葉片可溶性蛋白含量，采用硫代巴比妥酸比色法（TBA）測定丙二醛（MDA）含量，采用茚三酮法測定游離脯氨酸含量，采用LI-6400XT 便攜式光合作用測量儀測定植株的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）和胞間二氧化碳濃度（Ci）。

1．5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與圖表制作；采用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2．1 不同光照處理對赤蒼藤葉片光合色素的影響

65%NS 處理的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和葉綠素a + b 含量均極顯著高于100%NS 和30%NS 處理（P＜0．01），葉綠素a/b 極顯著低于100%NS 和30%NS 處理（P＜0．01）；100%NS 和30%NS 處理的葉綠素a、葉綠素b 和葉綠素a + b 含量均差異顯著（P＜0．05），葉綠素a/b 和類胡蘿卜素含量差異不顯著（表1）。與100%NS 和30%NS 處理相比，65%NS 處理的葉綠素a + b 含量分別高出70．62%和37．14%，類胡蘿卜素含量分別高出29．03%和16．50%。表明在適度遮光處理下，葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和葉綠素a+b 含量均有一定程度的增加。

表1 不同光照處理下赤蒼藤實生苗的光合色素含量Tab.1 Photosynthetic pigment contents of E.scandens seedlings in different light treatments

2．2 不同光照處理對赤蒼藤葉片光合特性的影響

隨光照強度減弱，赤蒼藤幼苗的Pn呈先降后升的趨 勢；30%NS 和100%NS 處 理的Pn極顯著高于65%NS 處理（P＜0．01），分別高出71．43% 和33．96%；30%NS 和100%NS 處理間差異不顯著（表2）。隨光照強度減弱，Gs逐漸降低；100%NS 處理的Gs極顯著高于30%NS 和65%NS 處理（P＜0．01），均高出66．67%；30%NS 和65%NS 處理間差異不顯著。隨光照強度減弱，Ci逐漸降低；100%NS 和65%NS 處理的Ci極顯著高于30%NS 處理（P＜0．01），分別高出44．47%和24．69%；100%NS和65%NS處理間差異顯著（P＜0．05）。隨光照強度減弱，Tr呈先升后降的趨勢；3 個處理間均差異極顯著（P＜0．01），30%NS處理的蒸騰速率最低。

表2 不同光照處理下赤蒼藤實生苗的光合特性Tab.2 Photosynthetic characteristics of E.scandens seedlings in different light treatments

2．3 不同光照處理對赤蒼藤葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

隨光照強度減弱，赤蒼藤葉片中的可溶性糖含量呈不斷增加的趨勢，3 種光照處理的可溶性糖含量差異均不顯著（圖1a）。隨光照強度減弱，可溶性蛋白含量呈先降后升的趨勢，100%NS 和30%NS 處理均極顯著高于65%NS 處理（P＜0．01），100%NS 和30%NS 處理間差異不顯著（圖1b）。隨光照強度減弱，游離脯氨酸含量呈先升后降的趨勢，65%NS 和30%NS 處理均極顯著高于100%NS 處理（P＜0．01），65%NS 和30%NS 處理間差異不顯著（圖1c）。隨光照強度減弱，MDA 含量呈先升后降的趨勢，100%NS和30%NS 處理極顯著低于65%NS 處理（P＜0．01），100%NS和30%NS處理間差異不顯著（圖1d）。

圖1 不同光照處理對赤蒼藤實生苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響Fig.1 Effects of different light treatments on osmotic adjustment substance contents of E.scandens seedlings

2．4 主成分分析

對赤蒼藤在3 種不同光照處理下的13 個光合生理和生化指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，兩個主成分貢獻(xiàn)率分別為70．215% 和29．785%，累積貢獻(xiàn)率為100%，表明這些指標(biāo)能最大程度地保留原始性狀的所有信息（表3）。第1 主成分主要包括葉綠素a、葉綠素b 和類胡蘿卜素等指標(biāo)，特征值為9．128，貢獻(xiàn)率為70．215%；第2 主成分主要包括Pn、可溶性糖和游離脯氨酸等指標(biāo)，特征值為3．872，貢獻(xiàn)率為29．785%。根據(jù)各綜合指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值和標(biāo)準(zhǔn)化特征向量，計算兩個主成分的得分及不同光照處理的綜合得分。線性組合方程分別為：

表3 不同光照處理下赤蒼藤實生苗光合生理和生化指標(biāo)的主成分分析Tab.3 Principal component analysis on photosynthetic physiological and biochemical indexes of E.scandens seedlings in differient light treatments

Y1= -0．202X1- 0．283X2- 0．097X3+ 0．181X4+0．331X5+ 0．33X6+ 0．331X7- 0．329X8+ 0．331X9+0．132X10+0．261X11+0．317X12-0．323X13

Y2= 0．404X1- 0．263X2- 0．487X3- 0．426X4+0．007X5- 0．028X6- 0．008X7+ 0．051X8+ 0．006X9+0．467X10+0．313X11-0．146X12+0．11X13

式中，X1為Pn；X2為Gs；X3為Ci；X4為Tr；X5為葉綠素a；X6為葉綠素b；X7為葉綠素a+b；X8為葉綠素a/b；X9為類胡蘿卜素；X10為可溶性糖；X11為游離脯氨酸；X12為丙二醛和X13為可溶性蛋白。

按照以上線性組合方程計算，綜合得分排名由大到小依次為65%NS、30%NS和100%NS（表4）。

表4 不同光照處理主成分得分和綜合得分Tab.4 Principal component scores and comprehensive scores in different light treatments

3 討論與結(jié)論

葉片是合成光合色素的主要器官，是光合作用的重要器官。光照對總?cè)~綠素含量的影響主要有兩種觀點。一種是隨光強的減弱，植物葉片的總?cè)~綠素含量上升而葉綠素a/b 下降［20］；另一種是葉綠素含量和葉綠素a/b 均隨光照強度減弱而降低［21］。本研究結(jié)果表明，赤蒼藤幼苗在65%NS 條件下，葉片中的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量和類胡蘿卜素含量均增加，但葉綠素a/b 比值降低。隨光照強度減弱，葉綠素含量呈先升后降的趨勢，各處理間差異顯著。與全光照相比，遮光條件下，赤蒼藤幼苗可通過提高葉片葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量，提高植株的捕光能力，由此適應(yīng)弱光環(huán)境。這與熊靜等［22］對朱砂根（Ardisia crenata）幼苗、陳藝群等［23］對茄子（Solanum melongena）幼苗和楊亞男等［14］對四季桂（Osmanthus fragrans）的研究結(jié)論一致，遮光條件下，植物光合色素呈增加趨勢。有研究表明，光照逆境下，限制植物光合作用主要有兩個因素，分別為氣孔因素和非氣孔因素，當(dāng)Ci下降，Pn下降，氣孔因素為光合速率降低的主要因素；Ci上升，而Pn下降，非氣孔因素為光合速率降低的主導(dǎo)因素［24］。本研究結(jié)果顯示，隨光照強度減弱，赤蒼藤幼苗Pn呈先降后升的趨勢；與100%NS 相比，65%NS 處理的葉片Ci降低，此時降低Pn也降低，主要原因為氣孔因素；與100%NS相比較，30%NS處理的葉片Ci降低，但此時Pn增加，主要原因為非氣孔因素。

滲透物質(zhì)對維持細(xì)胞內(nèi)滲透壓、防止水分喪失、增強膜蛋白分子間水合作用具有重要意義［25］?？扇苄蕴?、可溶性蛋白、游離脯氨酸和MDA 都是植物細(xì)胞內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。逆境脅迫下，可溶性糖可作為滲透保護(hù)劑，保持活性氧平衡，緩解植物逆境傷害［26］。本研究中，可溶性糖含量隨光照強度減弱逐漸上升，但處理間差異不顯著，這與陳敬忠 等［27］對羅甸小米核桃（Juglans regiaf．luodianense）幼苗生理響應(yīng)的研究結(jié)論一致。可能原因是可溶性糖在赤蒼藤幼苗光照脅迫調(diào)節(jié)中并未發(fā)揮重要作用。隨光照強度減弱，可溶性蛋白含量呈先下降后上升的趨勢，這與郭品湘等［28］對雙色木番茄（Solanum wrightii）幼苗隨光照強度減弱，可溶性蛋白含量先降后升的研究結(jié)論一致，與翟玫瑰等［29］對茶花（Camellia japonica）幼苗隨光照強度減弱，可溶性蛋白含量下降研究結(jié)論不一致。具體原因有待有待更進(jìn)一步探究，有可能是植物之間的差異［30］，也有可能與本研究中設(shè)置的光照強度梯度過大有關(guān)。當(dāng)植物處于光照脅迫下，無論強光還是弱光，都會導(dǎo)致葉片中膜脂過氧化加劇，MDA 含量增加［31］。在本研究中，隨光照強度增加，葉片中可溶性蛋白含量呈先上升后下降的趨勢，MDA 含量呈先下降后上升的趨勢，表明在一定光強范圍內(nèi)，提高光照強度，有利于延緩植物葉片的衰老。本研究中，隨光照強度減弱，游離脯氨酸含量呈上升的趨勢，可能是過度遮蔭對赤蒼藤造成了脅迫危害。還需進(jìn)一步研究赤蒼藤葉片中抗氧化物酶等生理生化指標(biāo)，以便進(jìn)一步確定植物的耐蔭機制。

根據(jù)主成分分析可知最佳處理為65%NS。本研究的試驗材料為2 ～3年生實生苗，可能與多年生赤蒼藤的研究結(jié)果有些差異，同時人工種植生長環(huán)境與自然生長環(huán)境有所差異，研究結(jié)果可能會受到一定影響。