遮陰對(duì)七葉一枝花光合特性及皂苷含量的影響

梁娟+易濤+葉漪

摘要：采用盆栽不同遮陰的試驗(yàn)方法，分析不同遮陰處理（全光照CK及遮陰50%、70%、90%）對(duì)珍稀瀕危藥用植物七葉一枝花（Paris polyphylla）光合特性和主要有效成分皂苷積累的影響，為人工栽培中光照管理提供依據(jù)。結(jié)果表明，隨著遮陰程度增加，七葉一枝花葉綠素含量、最大光合速率、光飽和點(diǎn)、光合速率日變化平均值等均逐步升高，70%遮陰下各個(gè)值達(dá)到最大；而隨著遮陰程度繼續(xù)增加，各個(gè)值均顯著下降。根莖體內(nèi)總皂苷含量同樣隨遮陰程度的增加先上升后下降，70%遮陰時(shí)皂苷含量最大（7.33%）。因此，全光照和過(guò)度遮陰均不利于七葉一枝花的光合作用及體內(nèi)有效成分皂苷含量積累。70%左右的遮陰有利于七葉一枝花的生長(zhǎng)及有效成分積累，是其栽培的適宜光度。

關(guān)鍵詞：七葉一枝花；遮陰；光合特性；皂苷含量；人工栽培

中圖分類號(hào)： S567.23+9.04

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2016）04-0265-03

七葉一枝花，別稱蚤休、重樓，百合科重樓屬多年生草本植物，屬華中珍稀瀕危植物[1]，生長(zhǎng)于海拔700～1 100 m地帶的山谷、溪澗邊、闊葉林下陰濕地，喜在涼爽、陰濕、水分適度的環(huán)境中生長(zhǎng)，喜斜射或散光，忌強(qiáng)光直射，屬典型的陰性植物。七葉一枝花以根莖入藥，主要用于治療各種瘡毒、癰疽和毒蛇咬傷等[2]?，F(xiàn)代藥理研究表明，七葉一枝花具有止血、抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)等作用，有著巨大的藥用價(jià)值，而皂苷是其發(fā)揮藥用價(jià)值的主要有效成分[3-4]。七葉一枝花的利用以野生資源為主，隨著需求量日益增加，野生資源逐漸匱乏，人工栽培是解決七葉一枝花供需矛盾和保護(hù)野生資源的有效途徑。目前關(guān)于七葉一枝花人工栽培的研究不多，且僅停留在人工栽培條件下的選地、遮陰、施肥、病蟲(chóng)害防治等簡(jiǎn)單田間管理上[5-6]，尚無(wú)栽培技術(shù)的整體和深入研究，而關(guān)于不同生態(tài)因子對(duì)七葉一枝花生理特性影響的研究，筆者未見(jiàn)國(guó)內(nèi)（外）有文獻(xiàn)報(bào)道。光照是影響植物光合作用、生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)形成的重要因素[7]。遮陰可以有效降低光照度、氣溫、葉面溫度和土壤溫度，并提高土壤水分含量、空氣濕度等，從而影響植物的光合特性。研究表明，遮陰提高了茶樹(shù)、絞股藍(lán)等的凈光合速率[8-10]，降低了崖柏、虎耳草等植物的光補(bǔ)償點(diǎn)[11-12]。而植物的光合特性又與植物的次生代謝產(chǎn)物密切相關(guān)，因此，遮陰同時(shí)還影響藥用植物有效成分的積累。如生長(zhǎng)在蔭棚透光率為20%條件下的人參中皂苷含量最高[13]，對(duì)東北鐵線蓮進(jìn)行適度遮陰，既能保證其藥材的質(zhì)量，又能提高其藥材的產(chǎn)量[14]。

本試驗(yàn)通過(guò)不同遮陰處理，研究不同光照條件對(duì)七葉一枝花光合特性和主要有效成分皂苷含量積累的影響，探討適宜其生長(zhǎng)和有效成分積累的光照條件，為人工栽培七葉一枝花時(shí)光照的科學(xué)管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

5月初將長(zhǎng)勢(shì)均一的七葉一枝花野生植株栽入到上口徑21 cm、下口徑14 cm、高19 cm的花盆中，基質(zhì)為壤土，每盆3.5 kg，各盆農(nóng)藝管理一致。6月初選取40盆，隨機(jī)分為4組進(jìn)行不同遮陰處理。遮陰網(wǎng)設(shè)在離地面約1.5 m處，通過(guò)增加遮陰網(wǎng)的層數(shù)來(lái)調(diào)整遮陰程度，并用LI-250A照度計(jì)（LI-COR公司產(chǎn)）進(jìn)行精確測(cè)定，設(shè)置的遮陰處理分別為：對(duì)照CK（全光照，透光100%）、50%（遮陰50%，透光50%）、70%（遮陰70%，透光30%）、90%（遮陰90%，透光10%）。處理60 d后進(jìn)行各指標(biāo)的測(cè)定。

1.2 葉綠素含量的測(cè)定

隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)基本一致的、健康的葉片，參照Arnon的方法[15]，95%乙醇提取葉綠素，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（DU-800，USA）測(cè)定葉片葉綠素含量。

1.3 光合特性的測(cè)定

采用 LI-6400便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)（LI-COR，USA），使用開(kāi)放氣路于陽(yáng)光充足的晴天，從07：00—17：00每隔2 h 對(duì)不同遮陰條件下七葉一枝花葉片凈光合速率（Pn）進(jìn)行測(cè)定，獲得光合速率日變化趨勢(shì)。

利用LI-6400便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)自帶的自動(dòng)測(cè)定程序測(cè)定光合-光強(qiáng)曲線（Pn-PAR）。光響應(yīng)曲線測(cè)定設(shè)置13個(gè)光強(qiáng)梯度：0、20、50、100、200、300、500、700、1 000、1 200、1 400、1 600、2 000 μmol/（m2·s），由儀器配備的紅藍(lán)光源（6400-02B LED光源）產(chǎn)生。根據(jù)Pn-PAR曲線的初始斜率[PAR<250 μmol/（m2·s）]計(jì)算出表觀量子效率（AQY）。參照Bassman等的方法[16]計(jì)算光飽和點(diǎn)（LSP）、光補(bǔ)償點(diǎn)（LCP）及最大凈光合速率（Amax）等。

1.4 皂苷含量的測(cè)定

采用香草醛-冰醋酸-高氯酸紫外顯色測(cè)定七葉一枝花根莖中總皂苷含量。皂苷含量標(biāo)準(zhǔn)曲線的方程為：y=0.000 2x-0.003 8，其中x為皂苷含量（μg/μL），y為560 nm處吸光度。

計(jì)算方法：樣品皂苷含量=（C×V總）/（m×V測(cè)×106）×100%。其中C為在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查到的皂苷含量（μg/μL），V總為提取液總體積（mL），V測(cè)為測(cè)定時(shí)提取體積（mL），m為樣品質(zhì)量（g），106為樣品質(zhì)量單位由g換算成μg的倍數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)均通過(guò)Excel進(jìn)行整理，并利用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行分析和處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 遮陰對(duì)七葉一枝花葉片光合色素含量的影響

葉綠素是光合作用中最重要和最有效的色素，其含量在一定程度上能反映植物同化物質(zhì)的能力，葉綠素含量的增加有助于光合作用的進(jìn)行。從表1可知，光合色素含量在對(duì)照全光照下最低，隨著遮陰程度的增加，葉綠素a、葉綠素b均先增加后降低，70%遮陰下葉綠素含量顯著高于其他4個(gè)處理（P<0.05）。但過(guò)度遮陰（遮陰90%）時(shí)，葉綠素含量顯著降低。這說(shuō)明了適當(dāng)遮陰能提高七葉一枝花葉綠素含量，以緩解光照不足給植株生長(zhǎng)和光合作用帶來(lái)的不利影響，葉綠素b含量上升較多更有利于植株吸收弱光下的藍(lán)紫光，保持較強(qiáng)的光合能力。

2.2 遮陰對(duì)七葉一枝花葉片光合作用的影響

2.2.1 遮陰對(duì)七葉一枝花葉片光合-光響應(yīng)曲線的影響 不同遮陰處理下七葉一枝花葉片光合對(duì)光強(qiáng)的響應(yīng)趨勢(shì)基本一致（圖1）。隨著遮陰程度的增加，光合速率、光飽和點(diǎn)、表觀量子效率均表現(xiàn)為先增加后降低；而光補(bǔ)償點(diǎn)則先降低，后又有所增加。70%遮陰時(shí)，光合速率最大，光飽和點(diǎn)最高，光補(bǔ)償點(diǎn)最低，光照過(guò)強(qiáng)（CK）或光照過(guò)弱（90%遮陰）時(shí)，光補(bǔ)償點(diǎn)增加、光飽和點(diǎn)下降，有效光照范圍變窄，光合速率降低。這說(shuō)明光照度對(duì)七葉一枝花葉片光合作用影響顯著，適度遮陰有利于其光合作用。另外，不同遮陰處理下七葉一枝花的光補(bǔ)償點(diǎn)與光飽和點(diǎn)均偏低，例如70%遮陰處理下七葉一枝花光飽和點(diǎn)和補(bǔ)償點(diǎn)分別為491.2、10.6 μmol/（m2·s）（表2）。

2.2.2 遮陰對(duì)七葉一枝花葉片凈光合速率日變化的影響 光照度是影響光合作用主要環(huán)境條件之一。圖2表明，全光照、50%遮陰下七葉一枝花凈光合速率日變化呈明顯的雙峰曲線，具有明顯的“午休”現(xiàn)象，Pn高峰均出現(xiàn)在11：00和15：00，而70%、90%遮陰處理則呈單峰曲線，Pn高峰出現(xiàn)在11：00。CK、50%、70%和90%處理日平均Pn分別為1.32、1.71、2.23、0.40 μmol/（m2·s），各處理間差異顯著（P<0.05）。

2.3 遮陰對(duì)七葉一枝花根莖皂苷含量積累的影響

皂苷是七葉一枝花中有效成分的重要組成部分，其含量高低直接影響到七葉一枝花的品質(zhì)及藥用價(jià)值。圖3顯示，不同遮陰處理下，根莖體內(nèi)皂苷含量差異較明顯。隨著遮陰程度的增加，植株根莖體內(nèi)皂苷含量先升高后降低。70%遮陰處理植株根莖體內(nèi)皂苷含量最大，達(dá)到了7.33%，對(duì)照全光照處理以及90%遮陰處理下皂苷含量較低，分別為4.51%、4.80%?？梢?jiàn)，光照度對(duì)七葉一枝花根莖體內(nèi)有效成分皂苷含量影響較大，光照度過(guò)高或過(guò)低都不利于其主要有效成分皂苷含量的積累。

3 討論

3.1 不同遮陰處理對(duì)七葉一枝花葉片光合特性的影響

葉綠素作為植物體內(nèi)最重要的光合色素，具有吸收和傳遞光量子的功能。隨著光照度降低，葉綠素含量增加，尤其是葉綠素b的增加有利于提高植株的捕光能力，增強(qiáng)對(duì)弱光的利用率[17]。本研究結(jié)果表明，隨著光強(qiáng)度減弱，七葉一枝花葉綠素a、葉綠素b均逐步增加，70%遮陰下葉綠素含量最高，說(shuō)明七葉一枝花在弱光環(huán)境下的光能捕獲能力增強(qiáng)。但是過(guò)度遮陰時(shí)（遮陰90%），葉綠素含量較低，原因是光照太弱，不利于葉綠素的合成。因此，光照過(guò)強(qiáng)或過(guò)低都不利于植株葉綠素的合成，適當(dāng)遮陰能提高七葉一枝花葉綠素含量，以緩解光照不足給植株生長(zhǎng)和光合作用帶來(lái)的不利影響。

植物光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)的高低直接反映了植物對(duì)弱光的利用力，是植物耐蔭性評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)[18]?？偟膩?lái)說(shuō)，不同遮陰處理下七葉一枝花的光補(bǔ)償點(diǎn)與光飽和點(diǎn)均偏低，說(shuō)明七葉一枝花利用全日光照的強(qiáng)光能力不強(qiáng)，對(duì)較強(qiáng)光環(huán)境的適應(yīng)性不好，適合在弱光下生長(zhǎng)，這與其喜陰的生態(tài)習(xí)性是完全吻合的。

與葉綠素變化規(guī)律一致，七葉一枝花最大光合速率、光飽和點(diǎn)、光合速率日變化平均值等均隨遮陰程度的增加逐步升高，70%遮陰下各個(gè)值達(dá)到最大，但隨著遮陰程度的繼續(xù)增加，各個(gè)值均顯著下降。這說(shuō)明光照過(guò)強(qiáng)或過(guò)低均不利于植株的光合作用，不利于植株地上部分的生長(zhǎng)，七葉一枝花適合生長(zhǎng)在一定遮陰的生境中。

不同遮陰下七葉一枝花光合特性差異一方面與植株葉綠素含量有關(guān)，因?yàn)槿~綠素含量直接影響到植物光合能力的強(qiáng)弱，在一定范圍內(nèi)，增加葉綠素含量可以增強(qiáng)葉綠體對(duì)光能的吸收和轉(zhuǎn)化，增強(qiáng)光合速率[19]。對(duì)照全光照以及90%遮陰條件下七葉一枝花葉綠素含量較低，這是導(dǎo)致植株葉片光合速率較低的重要原因。另一方面，70%遮陰條件下七葉一枝花凈光合速率較其他處理高，與其所處的微環(huán)境有關(guān)。70%遮陰處理降低了光照度，并在一定程度上降溫增濕，極大改善了七葉一枝花的微環(huán)境，緩解水分脅迫，有效消除了葉片凈光合速率的“午休”現(xiàn)象。全光照下七葉一枝花因光照度過(guò)大，表現(xiàn)出明顯的“午休現(xiàn)象”，而深度遮陰又由于光照度太低，導(dǎo)致光合效率低。

3.2 不同遮陰處理對(duì)七葉一枝花根莖有效成分含量的影響

光照度除影響藥用植物的光合特性外，還和光質(zhì)、光照時(shí)間共同影響其有效成分的含量。研究表明，適宜的光照度能促進(jìn)植物同化產(chǎn)物的積累，從而有利于次生代謝產(chǎn)物的合成；光照度的減弱誘導(dǎo)生物堿的積累，而使植物組織中生物堿含量增加[20]。如適當(dāng)遮陰，絞股藍(lán)中總皂苷[21]、喜樹(shù)幼苗葉片中喜樹(shù)堿[22]、忽地笑鱗莖中石蒜堿和加蘭他敏[23]等次生代謝產(chǎn)物的含量均有不同程度的提高。因此，在生產(chǎn)實(shí)踐中，可通過(guò)控制光照度來(lái)提高藥用植物有效成分的含量。

本研究結(jié)果表明，70%遮陰環(huán)境條件下七葉一枝花根莖體內(nèi)皂苷含量顯著高于全光照和過(guò)度遮陰，說(shuō)明光照是影響七葉一枝花根莖體內(nèi)皂苷含量積累的主要環(huán)境因子之一。次生代謝產(chǎn)物在植物體內(nèi)的合成和積累是在植物具有相關(guān)基因的基礎(chǔ)上，一定環(huán)境條件誘導(dǎo)作用的結(jié)果[24]。皂苷是一種廣泛存在于高等植物中特殊的糖類化合物，全光照和過(guò)度遮陰條件下，植株葉綠素含量低，光合速率低，嚴(yán)重影響了還原糖的生成，進(jìn)而影響了七葉一枝花根莖體內(nèi)皂苷的含量。

綜上所述，七葉一枝花為陰性植物，全光照和過(guò)度遮陰均不利于七葉一枝花的光合作用，不利于有效成分皂苷含量的積累，70%左右的遮陰有利于七葉一枝花的生長(zhǎng)及有效成分的積累，是其栽培的適宜光照度。

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