遮阴对白花败酱叶片形态解剖结构及生理的影响

郑斌等

摘要：采用不同遮阴处理（全光照、73%全光照、55%全光照、30%全光照）研究遮阴条件下白花败酱[Patrinia villosa （Thunb.） Juss.]叶片的形态、解剖结构及生理特性的差异，并探讨其在夏季环境条件下的产量及药用成分。结果表明，随着遮阴程度的增大，白花败酱叶宽、单叶面积、单叶鲜重和叶绿素含量呈增大的趋势，气孔密度、比叶重、可溶性糖、可溶性蛋白质、脯氨酸和丙二醛含量呈降低的趋势，单株产量呈先增后减的趋势，而总皂苷和总黄酮含量则呈先减后增的趋势。综合考虑，在夏季给予55%全光照的遮阴，白花败酱的产量及药用成分含量均较高。

关键词：白花败酱[Patrinia villosa （Thunb.） Juss.]；遮阴；形态；解剖；生理特性；药用成分

中图分类号：R282 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）13-3111-05

Effects of Shade on Morphological， Anatomical and Physiological Properties

of Patrinia villosa （Thunb.） Juss. Leaves

ZHENG Bin，CHEN Hong-guo，YAN Zhi-qiang，LUO Xian-zhen，DUAN Lai-jun，HE Hai-guo

（College of Nuclear Technology， Chemistry and Biology， Hubei University of Science and Technology， Xianning 437100， Hubei， China）

Abstract： Four levels of artificial shade（100%， 73%， 55% and 30% full sunlight） were used to study the morphological， anatomical and physiological properties of Patrinia villosa （Thunb.） Juss. leaves. The results showed that with the increase of shade density， the leaf width， leaf area， leaf fresh weight and chlorophyll content increased gradually. The stomatal density， specific leaf weight（SLW）， the content of soluble sugar， soluble protein， proline and malonaldehyde decreased. The yield per plant and the content of total saponins and flavonoids increased firstly and then decreased. 55% full sunlight in summer can be used to cultivate Patrinia villosa（Thunb.） Juss due to its high yield and the accumulation of medicinal components.

Key word： Patrinia villosa （Thunb.） Juss.； shade； morphology； anatomy； physiological property； medicinal components

光对植物的生长发育、形态结构、生理生化等都有重要的作用。不同光环境下植物的形态、生物量的分配、光合作用及生化物质的含量都会有所不同[1，2]。叶是植物对环境最敏感的器官，环境的变化会在叶的生长发育及生理代谢中得到体现，而分布广泛、生态适应性强的植物往往有更大的可塑性[3]。植物的次生代谢是植物长期进化过程中对复杂生态环境适应的结果，而药用植物的次生代谢产物多作为药用成分，其产生与变化相对初级代谢产物与环境有着更强的相关性和对应性[4]。

白花败酱[Patrinia villosa （Thunb.） Juss.]又名败酱草、苦菜等，是一种历史悠久的中草药及野菜。在临床上常用于治疗慢性盆腔炎、结肠炎等，还具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤、保肝利胆等功效[5，6]。其食用部分富含膳食纤维、维生素C及多种微量元素，还具有明显的抗便秘作用[7]，因而具有很高的开发利用价值。随着天然药物开发的日渐兴起，提高植物次生代谢产物的含量已成为一个重要环节。环境对次生代谢产物作用的研究，具有很大的理论和实践意义[8]。白花败酱在我国分布极广，适应性强，常见于山地溪沟边、林缘、路边等较阴湿的环境中[9]。但目前的研究多集中在化学成分及药理方面，有关环境条件对其生长发育等影响的研究尚未见报道。本研究比较了不同遮阴条件下白花败酱叶片形态、解剖结构及生理特性的差异，并探讨遮阴对其产量及主要药用成分总皂苷、总黄酮含量的影响，为人工栽培及后续研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在湖北科技学院实验地进行，该地气候概况见参考文献[10]。于2011年11月，挑选生长状况较一致的白花败酱植株进行移栽，株行距为20～25 cm。试验设置4种光照条件，用黑色遮阳网及纱网进行遮光，用ST—80C型照度计（北京师范大学光电仪器厂）测定光照度，分别为对照（全光照）、一层纱网（73%全光照）、两层纱网（55%全光照）、一层遮阳网（30%全光照）。棚长×宽为5 m×2 m，高度100 cm，并保持一定的间距。遮阴处理于2012年5月15日开始，于6月25～30日开始测定各项指标。试验期间管理条件一致。

1.2 试验方法

1.2.1 白花败酱微环境、生长及叶形态的测定 用温度计测定土壤温度（距土表8 cm）；利用称重法测定土壤含水量，选择有代表性的、处理效果较一致的植株，在其附近空地取表层0～6 cm及6～10 cm的剖面土壤（五点取样法），迅速用塑料袋装好，及时测定；单株产量，每组挖取带根植株若干，再随机选取3株，洗去泥土后称重；单叶厚度，选取生长状况较一致的枝条上第3～5片叶，将5片叶子重叠，用游标卡尺测定总厚度，取平均值；茎粗用游标卡尺测量；比叶重用单叶干重比单叶面积进行计算；叶长、叶宽用游标卡尺测量；单叶面积用比重法测定，用打孔器分别在各组叶相同部位打孔，计算小圆片的面积，分别称量小圆片及叶片质量即得到叶近似面积，以上均重复3～5次。

1.2.2 叶解剖结构的测定 每组随机选取3～5片叶，清水浸泡后再用镊子撕取下表皮，镜检并各选取10个视野，用测微尺统计气孔数目并计算气孔密度；再分别随机选取3～5片叶，在叶片中部主脉处进行徒手切片，镜检并拍照。同时各选取10个视野，用测微尺测定栅栏组织及海绵组织的厚度。

1.2.3 生理指标的测定 色素的提取测定采用浸提法[11]，可溶性糖、可溶性蛋白质、脯氨酸及丙二醛的含量测定均参照张志良等[12]的方法。总皂苷的提取及含量测定参考万德光等[13]的方法并略作改动：精确称取10 mg齐墩果酸对照品（上海源叶生物科技有限公司），用甲醇配制成0.2 mg/mL的标准溶液。分别取0.1、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 mL于10 mL试管中，用甲醇定容至刻度线。用TU-1810型紫外可见光分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）分别对各标准溶液进行光谱扫描，得到最大吸收波长为208 nm。然后在208 nm处测定各标准溶液的吸光度，得到回归方程A=13.159 C+0.001 6，R2=0.999 5，其线性范围为0.000～0.040 mg/mL。总黄酮含量测定采用NaNO2-Al（NO3）3显色法[14]，得到回归方程为A=1.568 6 C-0.003 9，R2=0.999 2，其线性范围为0.000～0.020 mg/mL。总皂苷和总黄酮的提取方法：分别取2.5 g烘干的样品粉末，用70%乙醇进行索氏提取，提取液定容摇匀后再分别取样测定，3次重复。

1.3 数据处理

用Excel 2003软件进行数据处理并用SPSS 16.0 统计软件进行One way ANOVA分析，LSD检验比较组间差异。

2 结果与分析

2.1 遮阴对白花败酱的微环境及生长的影响

由表1可知，各组间土壤温度的差异达到了显著水平，随着遮阴程度的增大，土壤温度呈降低的趋势。土壤湿度则随遮阴程度的增大呈升高的趋势，其中30%全光照组土壤湿度明显较对照组大，0～6 cm土壤剖面的湿度较对照组增加了4.62个百分点，而6～10 cm的土壤剖面湿度较对照组增加了7.51个百分点。这表明重度遮阴能有效降低土壤温度并增加土壤湿度，尤其是较深土层。同时，遮阴对白花败酱生长有显著影响。在各组处理中，全光照下白花败酱单叶鲜重及茎粗均最小，分别为0.168 0 g和0.252 cm，叶厚度最大，达0.336 mm。随着遮光程度的增大，白花败酱单叶鲜重显著增加，其中30%全光照组的单叶鲜重为全光照组的2.3倍，达0.392 5 g。而且遮阴组单叶厚度明显较对照组小，茎粗则较对照组大，但遮阴组之间的叶厚度和茎粗的差异不大。比叶重随遮阴程度的增大逐渐减小，各处理差异达到极显著水平，单株产量随遮阴程度的增大呈先增后减的趋势。

2.2 遮阴对白花败酱叶片形态的影响

植物在长期外界生态环境的影响下，叶的形态构造上的变异性和塑造性是最大的[15]。本试验结果表明，遮阴对白花败酱叶的形态有明显影响。随着遮阴程度的增大，单叶面积逐渐增大，叶逐渐变宽，由披针形变为卵形至阔卵形，叶脉由紧密变得疏松，锯齿也由细锯齿变为粗锯齿（图1）。对照组和遮阴组之间的叶宽和单叶面积有极显著差异。对照组叶狭长，与73%全光照及55%全光照组叶长的差异不显著，而30%全光照组叶宽大，单叶面积为对照组的3.6倍（表2）。植物通过增加叶面积以增加对阳光的捕获和利用，以适应减弱的光环境，这体现了白花败酱较强的耐阴性。

2.3 遮阴对白花败酱叶解剖结构的影响

由表2可知，对照组与遮阴组白花败酱的气孔密度有极显著差异。全光照下叶下气孔密度最大，随着遮阴程度的增加，各处理气孔密度、栅栏组织厚度及栅栏组织/海绵组织均呈降低趋势，海绵组织厚度则呈先减后增的趋势。其中30%全光照下白花败酱气孔密度比对照组减小37.8%，且遮阴条件下海绵组织细胞间隙明显增大（图2）。

2.4 遮阴对白花败酱叶片光合色素含量的影响

由表3可知，随着遮阴程度的增大，白花败酱叶片中叶绿素a、叶绿素b的含量逐渐增大，遮阴处理与对照组呈显著或极显著差异。叶绿素a/b呈先减后增的趋势，表明植物通过增加叶绿素b的含量以适应减弱的光环境，这与前人的研究结论一致[16]。30%全光照叶绿素a/b与55%全光照组差异不显著。遮阴处理后，白花败酱叶片类胡萝卜素呈先减后增的趋势，其中全光照和55%全光照组无显著差异。类胡萝卜素作为光合作用重要的色素，能避免叶绿素的光氧化和紫外线辐射伤害[17]，所以作为一种保护方式，全光照组类胡萝卜素含量高于73%全光照组，而30%全光照组较55%全光照组叶绿素及类胡萝卜素含量显著增加，则是对弱光适应性的体现。

2.5 遮阴对白花败酱叶片生理指标的影响

由表4可知，对照组与各处理组白花败酱叶片的可溶性糖、可溶性蛋白质、脯氨酸和丙二醛含量间有显著或极显著差异，且均随遮阴程度的增大呈减小的趋势。全光照下的可溶性蛋白质、脯氨酸和丙二醛含量较其他组差异较大，而30%全光照下的可溶性蛋白质含量较其他遮阴组减小幅度较大。可溶性糖和脯氨酸是渗透调节物质，其变化情况表明各组受胁迫的程度依次减小。丙二醛是膜脂过氧化的产物，反映了植物膜脂过氧化的程度，其变化情况表明遮阴能减弱逆境对植物的伤害。

2.6 遮阴对白花败酱总黄酮及总皂苷含量的影响

由图3和图4可知，随着遮阴程度的增大，白花败酱总皂苷和总黄酮的含量均呈先减后增的趋势，其中白花败酱总皂苷含量55%全光照组与30%全光照组无显著差异。全光照条件下白花败酱总皂苷及总黄酮的含量均高于各遮阴处理组，且存在显著差异。

3 结论与讨论

在农业生产中，夏季进行遮阴处理是一种常用的方式。遮阴能通过减弱太阳光的直射以降低环境温度和增加土壤湿度。温度的降低，能减少水分的蒸发，植物有了充足的水分供应，通过蒸腾作用也能向环境中释放一定的热量，以降低植物体的温度，并维持适宜的温度和湿度，从而有利于植物度过夏季不良环境。因此，遮阴可以改变植物生长的微环境，并通过多种因素综合作用于植物体。

植物的叶作为光合作用的主要器官，其形态解剖特点在一定程度上能反映环境的状况。如，孟庆杰等[15]研究了桃叶解剖结构与其抗旱性的关系，结果表明桃叶厚、气孔密度高，则抗旱性强。本试验中，全光照组处理的白花败酱单叶厚度、栅栏组织厚度和气孔密度均明显高于遮阴处理，这可能是受高温、强光、干旱的环境胁迫所致。而栅栏组织与海绵组织厚度的比值反映了栅栏组织占叶肉厚度的比重[18]，本试验中该值随遮阴程度的增大而减小，说明了栅栏组织在叶片中所占的比例逐渐减小，光合能力逐渐减弱。叶片的厚度取决于叶发育过程中的光照，成熟的叶片厚度则变化很小[19]。本试验中，白花败酱海绵组织厚度先降低后升高，这可能由于遮阴条件下植物通过调整叶肉组织的分化，以适应不同的光环境。强光下，既增加栅栏组织的厚度又增加海绵组织的厚度，以增加栅栏组织厚度为主。而弱光下栅栏组织厚度减小的同时又增加了海绵组织的厚度，以增加海绵组织厚度为主。

产量可衡量植物的生长情况，是对环境响应的一种体现。光照有利于光合作用的进行，但由于强光及水分等限制，影响了植物的生长发育，所以本试验中对照组单株产量较低。而当光照不足时，植物生长受阻，且对茎和根生物量的分配减少，使得发枝数减少，根系稀疏较浅，所以重度遮阴叶面积、单叶鲜重都较大，但整体生物量降低。总皂苷和总黄酮是白花败酱重要的药用成分，前人的研究表明，环境中光照、温度、水分等因子对植物体三萜皂苷的合成有较大的影响[4]。研究表明紫外辐射、高光强、低温、高CO2浓度、适度干旱以及合理的施肥等因素均可以促进黄酮类成分的合成[20]。在夏季高温、强光、干旱的综合影响下，白花败酱生长迟缓，从而有利于药用成分的积累。白花败酱在野外常见于路边、林缘等相对阴湿地段，且生长良好。植物的自然分布及其生境条件在人工栽培上是可借鉴的。本研究表明中度遮阴下白花败酱生长良好，产量及药用成分均较高。

参考文献：

[1] SKILLMAN J B，GARCIA M，VIRGO A，et al.Growth irradiance effects on photosynthesis and growth in two co-occurring shade-tolerant neotropical perennials of contrasting photosynthetic pathways[J]. American Journal of Botany，2005，92（11）：1811-1819.

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[15] 孟庆杰，王光全，董邵峰，等.桃叶片组织结构特征与其抗旱性关系的研究[J].干旱地区农业研究，2004，22（3）：124-126.

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2.6 遮阴对白花败酱总黄酮及总皂苷含量的影响

由图3和图4可知，随着遮阴程度的增大，白花败酱总皂苷和总黄酮的含量均呈先减后增的趋势，其中白花败酱总皂苷含量55%全光照组与30%全光照组无显著差异。全光照条件下白花败酱总皂苷及总黄酮的含量均高于各遮阴处理组，且存在显著差异。

3 结论与讨论

在农业生产中，夏季进行遮阴处理是一种常用的方式。遮阴能通过减弱太阳光的直射以降低环境温度和增加土壤湿度。温度的降低，能减少水分的蒸发，植物有了充足的水分供应，通过蒸腾作用也能向环境中释放一定的热量，以降低植物体的温度，并维持适宜的温度和湿度，从而有利于植物度过夏季不良环境。因此，遮阴可以改变植物生长的微环境，并通过多种因素综合作用于植物体。

植物的叶作为光合作用的主要器官，其形态解剖特点在一定程度上能反映环境的状况。如，孟庆杰等[15]研究了桃叶解剖结构与其抗旱性的关系，结果表明桃叶厚、气孔密度高，则抗旱性强。本试验中，全光照组处理的白花败酱单叶厚度、栅栏组织厚度和气孔密度均明显高于遮阴处理，这可能是受高温、强光、干旱的环境胁迫所致。而栅栏组织与海绵组织厚度的比值反映了栅栏组织占叶肉厚度的比重[18]，本试验中该值随遮阴程度的增大而减小，说明了栅栏组织在叶片中所占的比例逐渐减小，光合能力逐渐减弱。叶片的厚度取决于叶发育过程中的光照，成熟的叶片厚度则变化很小[19]。本试验中，白花败酱海绵组织厚度先降低后升高，这可能由于遮阴条件下植物通过调整叶肉组织的分化，以适应不同的光环境。强光下，既增加栅栏组织的厚度又增加海绵组织的厚度，以增加栅栏组织厚度为主。而弱光下栅栏组织厚度减小的同时又增加了海绵组织的厚度，以增加海绵组织厚度为主。

产量可衡量植物的生长情况，是对环境响应的一种体现。光照有利于光合作用的进行，但由于强光及水分等限制，影响了植物的生长发育，所以本试验中对照组单株产量较低。而当光照不足时，植物生长受阻，且对茎和根生物量的分配减少，使得发枝数减少，根系稀疏较浅，所以重度遮阴叶面积、单叶鲜重都较大，但整体生物量降低。总皂苷和总黄酮是白花败酱重要的药用成分，前人的研究表明，环境中光照、温度、水分等因子对植物体三萜皂苷的合成有较大的影响[4]。研究表明紫外辐射、高光强、低温、高CO2浓度、适度干旱以及合理的施肥等因素均可以促进黄酮类成分的合成[20]。在夏季高温、强光、干旱的综合影响下，白花败酱生长迟缓，从而有利于药用成分的积累。白花败酱在野外常见于路边、林缘等相对阴湿地段，且生长良好。植物的自然分布及其生境条件在人工栽培上是可借鉴的。本研究表明中度遮阴下白花败酱生长良好，产量及药用成分均较高。

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[18] 赵光伟，孙广玉，阎秀峰，等.烤烟成熟时栅栏组织与海绵组织厚度比值的变化[J].湖北农业科学，2007，46（2）：266-267.

[19] PANDEY S，KUSHWAHA R. Leaf anatomy and photosynthetic acclimation in Valeriana jatamansi L. grown under high and low irradiance[J]. Photosynthetica，2005，43（1）：85-90.

[20] 徐文燕，高微微，何春年，等.环境因子对植物黄酮类化合物生物合成的影响[J].世界科学技术，2006，8（6）：68-72.

2.6 遮阴对白花败酱总黄酮及总皂苷含量的影响

由图3和图4可知，随着遮阴程度的增大，白花败酱总皂苷和总黄酮的含量均呈先减后增的趋势，其中白花败酱总皂苷含量55%全光照组与30%全光照组无显著差异。全光照条件下白花败酱总皂苷及总黄酮的含量均高于各遮阴处理组，且存在显著差异。

3 结论与讨论

在农业生产中，夏季进行遮阴处理是一种常用的方式。遮阴能通过减弱太阳光的直射以降低环境温度和增加土壤湿度。温度的降低，能减少水分的蒸发，植物有了充足的水分供应，通过蒸腾作用也能向环境中释放一定的热量，以降低植物体的温度，并维持适宜的温度和湿度，从而有利于植物度过夏季不良环境。因此，遮阴可以改变植物生长的微环境，并通过多种因素综合作用于植物体。

植物的叶作为光合作用的主要器官，其形态解剖特点在一定程度上能反映环境的状况。如，孟庆杰等[15]研究了桃叶解剖结构与其抗旱性的关系，结果表明桃叶厚、气孔密度高，则抗旱性强。本试验中，全光照组处理的白花败酱单叶厚度、栅栏组织厚度和气孔密度均明显高于遮阴处理，这可能是受高温、强光、干旱的环境胁迫所致。而栅栏组织与海绵组织厚度的比值反映了栅栏组织占叶肉厚度的比重[18]，本试验中该值随遮阴程度的增大而减小，说明了栅栏组织在叶片中所占的比例逐渐减小，光合能力逐渐减弱。叶片的厚度取决于叶发育过程中的光照，成熟的叶片厚度则变化很小[19]。本试验中，白花败酱海绵组织厚度先降低后升高，这可能由于遮阴条件下植物通过调整叶肉组织的分化，以适应不同的光环境。强光下，既增加栅栏组织的厚度又增加海绵组织的厚度，以增加栅栏组织厚度为主。而弱光下栅栏组织厚度减小的同时又增加了海绵组织的厚度，以增加海绵组织厚度为主。

产量可衡量植物的生长情况，是对环境响应的一种体现。光照有利于光合作用的进行，但由于强光及水分等限制，影响了植物的生长发育，所以本试验中对照组单株产量较低。而当光照不足时，植物生长受阻，且对茎和根生物量的分配减少，使得发枝数减少，根系稀疏较浅，所以重度遮阴叶面积、单叶鲜重都较大，但整体生物量降低。总皂苷和总黄酮是白花败酱重要的药用成分，前人的研究表明，环境中光照、温度、水分等因子对植物体三萜皂苷的合成有较大的影响[4]。研究表明紫外辐射、高光强、低温、高CO2浓度、适度干旱以及合理的施肥等因素均可以促进黄酮类成分的合成[20]。在夏季高温、强光、干旱的综合影响下，白花败酱生长迟缓，从而有利于药用成分的积累。白花败酱在野外常见于路边、林缘等相对阴湿地段，且生长良好。植物的自然分布及其生境条件在人工栽培上是可借鉴的。本研究表明中度遮阴下白花败酱生长良好，产量及药用成分均较高。

参考文献：

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