不同种源喜马拉雅紫茉莉光合特性比较研究△

赵芳玉，郭其强，2，权红，2，兰小中*

(1.西藏农牧学院药用植物研究中心，西藏 林芝 860000；2.西藏农牧学院高原生态研究所，西藏 林芝 860000)

·中药农业·

不同种源喜马拉雅紫茉莉光合特性比较研究△

赵芳玉1，郭其强1，2，权红1，2，兰小中1*

(1.西藏农牧学院药用植物研究中心，西藏 林芝 860000；2.西藏农牧学院高原生态研究所，西藏 林芝 860000)

目的：比较西藏自治区5个种源地(a：工布江达县阿沛村、b：朗县拉多乡、c：桑日县增其乡、d：扎朗县敏珠林寺、e：朗县则弄乡)的喜马拉雅紫茉莉光合特性，为优良种源筛选提供依据。方法：采取不同种源地的喜马拉雅紫茉莉种子进行人工种植，待开花期后测定叶绿素相对含量，使用LI-6400光合测定系统测定叶片净光合速率(Pn)、细胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)等。结果：a、b、c种源地喜马拉雅紫茉莉叶片Pn日变化均呈单峰曲线，表现出显著的高光合效率特性，而d、e种源地喜马拉雅紫茉莉叶片Pn日变化均呈双峰曲线有明显的“午休”现象，光合利用率较弱；a种源地的光补偿点比其他4个种源的喜马拉雅紫茉莉低，而光饱和点比其他4个高，说明其光能利用率较强；e种源地的喜马拉雅紫茉莉CO2饱和点明显低于其他4个种源地，且CO2补偿点高，说明其利用CO2的能力较弱。结论：在5个不同种源地的喜马拉雅紫茉莉中，a种源地喜马拉雅紫茉莉光合作用能力最强，然后依次是b、c、d，e种源地最弱。

喜马拉雅紫茉莉；不同种源地；叶绿素相对含量；光合特性

喜马拉雅紫茉莉Mirabilishimalaica，系紫茉莉科多年生草本药用植物，主要分布于西藏海拔2900～3300 m的山坡草丛，印度也有分布[1]。藏名巴朱，根可入药，藏医用于治疗胃寒、肾寒、腰痛、关节痛、淋症等疾病。喜马拉雅紫茉莉与黄精、天门冬、蒺藜、棱子芹合称为藏药五根[2-3]。目前该资源天然分布数量较少且范围狭窄[4-5]，随着藏医药产业化的迅猛发展，其市场需求量正急剧加大，野生资源数量已远不能满足现代生产的需要。

近两年来国内外学者在基因功能、药材鉴别、化学成分、药理及临床应用、人工种植等方面对喜马拉雅紫茉莉开展了一系列研究[6-19]。但对该物种生理生态学特性的相关研究仍少见报道。本研究选择西藏不同种源地的野生喜马拉雅紫茉莉种子进行人工种植，测定不同种源地喜马拉雅紫茉莉的光合特性，并进行比较分析。以期为喜马拉雅紫茉莉优良品种的选育及制定合理的栽培管理技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于西藏大学农牧学院藏药材种质资源圃，土壤为沙壤土，pH值为6.8，田间持水量为24.8%，土壤中有机质含量为10.2 g·kg-1，速效氮为45.3 μg·g-1，速效磷为161.7 μg·g-1，速效钾为179.6 μg·g-1。

1.2 试验材料

试验用不同种源地喜马拉雅紫茉莉的种子分别来源于西藏工布江达县、桑日县、郎县和扎朗县的野生种。种源地地理信息如表1所示。

表1 喜马拉雅紫茉莉不同种源地地理位置信息

1.3 试验方法

1.3.1 喜马拉雅紫茉莉大田种植 2013年6月21日，将不同种源喜马拉雅紫茉莉的种子以穴播的方式播种于长30 m、宽70 cm、高为30 cm的垄上，每穴播种6～7粒种子，用腐殖土轻轻覆盖，并适当浇水。7月10日待苗高10 cm左右时进行间苗，每穴留2～3株。2015年8月开展光合作用测定工作。

1.3.2 叶绿素相对含量的测定 使用SPAD-502便携式叶绿素测定仪测定叶绿素相对含量，每个叶片测定3次后取平均值，作为该叶片的叶绿素相对含量值。

1.3.3 光合-光响应曲线和ACI曲线的测定 用LI-6400光合测定仪测定植株叶片光合-光响应曲线和ACI曲线。具体方法为：利用红蓝光源光合有效辐射(PAR)分别为2000、1800、1600、1400、1200、1000、800、600、400、300、200、100、50、25、0 μmol·m-2·s-1，测定叶片对不同光合有效辐射的响应，测定时气体流速为0.5 L·min-1，温度20±1 ℃，相对湿度60±5%，CO2浓度为400±5 μmol·mol-1，每个叶片重复测定3次，取平均值，作为计算光合-光响应曲线相关光合参数的基础数据。ACI曲线测定时，安装CO2钢瓶后稳定20 min，设置LED光源为1600 μmol·m-2·s-1的光合有效辐射，气孔流速为0.5 L·min-1，温度20±1 ℃，外接钢瓶供应CO2的浓度梯度分别设定为1600、1400、1200、1000、800、600、400、200、100、50、0 μmol·mol-1。

本试验光合-光响应曲线和ACI曲线采用叶子飘新模型[20-21]进行拟合，计算公式分别为(1)和(2)：

(1)

式中：Pn为净光合速率，α、β、γ为常数系数；PAR为光合有效辐射；Rd为暗呼吸速率。

(2)

式中：a、b、c为常数系数，Ci为叶片胞间CO2浓度，Γ为植物的CO2补偿点。

1.3.4 光合日进程参数的测定 选择晴朗的天气，利用LI-6400便携式光合测定仪从8：00～20：00，每隔2 h分别测定不同种源地喜马拉雅紫茉莉功能叶的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和细胞间CO2浓度(Ci)等；并计算瞬时水分利用效率WUE=Pn/Tr，瞬时羧化效率CE=Pn/Ci。

1.3.5 统计分析 分别用SPSS 19.0和ORIGIN 8.0进行试验数据的统计分析和图形绘制。

2 结果分析

2.1 不同种源地喜马拉雅紫茉莉叶片叶绿素相对含量分析

不同种源地喜马拉雅紫茉莉叶绿素相对含量差异不显著。由表2可知：种源地b的叶绿素相对含量最高，而种源地a的最低。

表2 不同种源地喜马拉雅紫茉莉叶片叶绿素含量

注：同列数据后标不同大、小写字母分别表示各处理间在0.01和0.05水平有显著差异。下同。

2.2不同种源地喜马拉雅紫茉莉叶片光合特性比较

2.2.1 光合-光响应曲线和ACI曲线分析 光合-光响应曲线和ACI曲线反映了植物生长过程中叶片利用光能和同化CO2的能力。不同种源地喜马拉雅紫茉莉叶片对光和CO2的响应差异显著。表3中，光响应曲线拟合参数表明，不同种源地的喜马拉雅紫茉莉光响应曲线参数均有显著差异，Pmax的变化趋势为由a到e逐渐降低；α的变化趋势在a到b种源地呈降低趋势，b到e逐渐升高，而Rd的变化趋势也在a到b呈降低趋势，b到e则逐渐升高；Lsp变化趋势为逐渐降低；Lcp变化趋势为先降低后升高，这说明不同种源地的喜马拉雅紫茉莉，a的光合作用能力最强，而e的最弱。ACI曲线拟合的光合参数表明，不同种源地的喜马拉雅紫茉莉光合参数均有显著差异，具体表现为：由a到e种源地Pmax逐渐降低；α和Rp先降低后升高；而Γ的表现各不相同，其中d最高，b最低。分析表明：不同种源地的喜马拉雅紫茉莉中a种源地的CO2的利用率最强。

表3 不同种源地喜马拉雅紫茉莉光响应曲线和ACI曲线的光合参数

图1 不同种源地喜马拉雅紫茉莉光合日进程参数

2.2.2 光合日进程特性分析

1)Pn和Tr日变化

植物光合作用日变化不仅是植物生产过程中干物质积累与代谢的基本单元，也是分析环境因素影响植物生长和代谢的重要生理指标。蒸腾速率的强弱是衡量植物水分利用效率和抗旱能力的重要生理指标[22]。图1(A)表明，种源地a、b、c叶片Pn日变化均呈单峰曲线，光合利用率较强，a和c在12：00时出现高峰，b种源地在14：00时出现高峰，而d、e的Pn日变化均呈双峰曲线且有明显的“午休”现象，并且均在12：00时出现第一次高峰，下午16：00出现第二次高峰，14：00时出现低谷。图1(B)表明，不同种源地的喜马拉雅紫茉莉Tr日变化均呈单峰曲线，其峰值出现在12：00～14：00之间，说明强光下不同种源地的喜马拉雅紫茉莉的水分均散失较快。a、b、c和d的变化趋势基本相同，表现为在8：00-14：00间，Tr值随着光照的增强而逐渐增加，14：00达到全天最高值，之后则迅速下降。e的Tr表现为在8：00-12：00间，Tr值随着光照的增强而增加，12：00达到最高值，之后便缓慢下降。这说明不同种源地的喜马拉雅紫茉莉光合与蒸腾日变化存在显著差异。

2)WUE和CE日变化

植物水分利用效率和羧化效率是反映水分利用状况和碳同化效率的重要生理指标。图1(C)表明，不同种源地喜马拉雅紫茉莉WUE日变化规律表现为在8：00～10：00时，所有种源地的WUE迅速上升至最高点，随后WUE明显下降，均在14：00时降至谷底，但此后a、b、c、d缓慢上升，而 e在16：00后迅速上升。这说明e的水分利用效率最高。图1(D)表明，不同种源地的喜马拉雅紫茉莉CE日变化表现为8：00～10：00时段各种源地均迅速上升，10：00～12：00时段各种源地为平缓上升，12：00～6：00之间不同种源地喜马拉雅紫茉莉变化较为复杂，其中e呈显著“V”字形变化，a、c和d基本保持不变，而b呈倒“V”字形变化。这说明e的WUE和CE日变化与a、b、c、d的WUE和CE日变化差异极显著。

3 讨论

光合作用是植物十分复杂的生理过程，叶片光合效率与自身因素如叶绿素含量、叶片厚度、叶片成熟度密切相关，同时又受光照强度、气温、空气相对湿度、土壤含水量等外界因素的影响。关于光合作用“午休”的原因说法各异。有研究者认为，在中午，气温高，蒸腾速率强，叶片水分减少导致气孔关闭，从而造成净光合速率下降；也有人认为在睛天长时间高光强下，发生光抑制[23]和光呼吸加强[24]，导致净光合速率下降。Farquhar[25]等将限制光合速率的因素归纳为两大类：一是与CO2供应有关的因素，主要包括界面层及气孔对CO2的扩散阻力，其中以气孔阻力影响最大，可简称为气孔因素；二是与光能转化和碳同化有关的叶肉因素，称为非气孔因素。本研究中晴天时，d和e种源地的喜马拉雅紫茉莉都表现出明显的光合“午休”现象，高温和强光会导致喜马拉雅紫茉莉叶片温度迅速升高，叶片内外蒸汽压梯度增加，Tr较高，迫使整个叶片水势下降，气孔阻力和叶肉阻力增大，最终导致Pn下降。由Pn和CE日变化趋势可知，引起喜马拉雅紫茉莉中午Pn降低并不是由于气孔限制因素引起的，而是主要由非气孔限制因素引起的叶片光合能力降低造成的，主要原因很可能是西藏高原光照较强，使得植物叶片光合作用出现光抑制所致。

植物叶片的Lsp和Lcp反映了植物对光照条件的要求，一般情况下Lsp和Lcp均较低的植物属于耐阴植物，反之属于阳性植物；Lcp较低、Lsp较高的植物对光环境的适应性较强，而Lcp较高、Lsp较低的植物对光照的适应性较弱[26]。本研究中，从不同种源的喜马拉雅紫茉莉的Lsp和Lcp来看，e种源地的喜马拉雅紫茉莉的Lsp较低，而Lcp较高，这表明其对强光不能很好地利用，具有耐荫的特性。这可能与该种源长期生长的自然环境有关。通过比较发现a种源地的喜马拉雅紫茉莉具有较高的Lsp和较低的Lcp，光能利用区间较宽，对光的生态适应能力最强。

近年来，研究光合速率的品种间差异已经受到研究者的普遍关注，同时也都在寻找在遗传特性方面具有高光合效率的种、品种。植物Ci和Γ是判断植物是否具有高光合效率遗传特性的一个重要指标。Γ低的植物常具有净光合速率高、产量高的特点[27]。本研究中，从不同种源的喜马拉雅紫茉莉的Ci和Γ来看，e种源地的喜马拉雅紫茉莉的Ci最低，而Γ最高，这表明其对CO2不能很好地利用，不具备高光合效率遗传特性。而a种源地的喜马拉雅紫茉莉则相反，CO2利用区间较宽，具备高光合效率遗传特性。

综上所诉，在5个不同种源地的喜马拉雅紫茉莉中，a种源地喜马拉雅紫茉莉光合作用能力最强，然后依次是b、c、d，e种源地最弱。

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ComparisonofPhotosynthesisCharacteristicsinFiveProvenancesofMirabilishimalaica

ZHAOFangyu1，GUOQiqiang1，2，QUANHong1，2，LANXiaozhong1*

(1.MedicinalPlantsResearchCenter，TibetAgriculturalandAnimalHusbandryCollege，Nyingchi860000，China；2.InstituteofPlateauEcology，TibetAgriculturalandAnimalHusbandryCollege，Nyingchi860000，China)

Objective： To provide the theoretical basis for provenance selection,by comparing the photosynthesis characteristics ofMirabilishimalaicain five provenances in Tibet Autonomous Region (a：Gongbujiangda Apeicun，b：Langxian Laduoxiang，c：Sangrixian Zengqixiang，d：Zhalangxian Minzhulinsi，e：Langxian Zenongxiang).Methods：The seeds ofM.himalaicafrom in different provenanceswere cultivated，chlorophyll and photosynthetic rate(Pn)，transportation rate(Tr)，intercellular CO2concentration (Ci) were measured after period of blooming by using LI-6400 portable photosynthesis system.Results：ThePnof a,b and c showed a single peak curve and indicated significant high photosynthetic efficiency characteristics，while thePnof d and e showed a double peak curve and indicated low photosynthetic efficiency characteristics.The light compensation point of a was lower than others，while the light saturation point higher than others.It indicated the light energy utilization rate of a was strongest.CO2saturation point of e was significantly lower than others，while CO2compensation point was higher.It indicated its ability to take advantage of CO2is weak.Conclusion：Photosynthetic physiological parameters ofM.himalaicain different provenances have significant differences，and the photosynthetic capacity showed：a>b>c>d>e.

Mirabilishimalaica；different provenances；chlorophyll relative content；photosynthetic characteristics

2016-08-15)

国家科技支撑计划项目(2011BAI13B06)；藏药材资源与开发利用创新团队建设；西藏特色农牧资源研发协同创新中心

*

兰小中，教授，研究方向：药用植物学；Tel：(0894)5826471，E-mail：lanxiaozhong@163.com

10.13313/j.issn.1673-4890.2017.3.018