光照强度对朝鲜淫羊藿生长、光合和叶绿素荧光参数特征的影响1)

罗燕 张永刚 杨利民 侯云亮 韩梅

(吉林农业大学，长春，130118)

朝鲜淫羊藿(EpimediumkoreanumNakai)为小檗科多年生草本植物，多生于疏林下、灌丛间或林缘半阴环境[1]，在中国长白山地区、日本海沿岸、朝鲜北部均有分布[2]，是我国传统的补益中药，具有补肾阳、增强免疫能力等功效[3-4]。吉林省长白山地区作为朝鲜淫羊藿在我国的原产区，尚未实现真正的人工栽培，野生资源因长期过度利用已出现萎缩[5-6]。因此，对朝鲜淫羊藿的引种栽培及实现可持续利用等研究显得尤为重要。适宜的遮阴条件下，朝鲜淫羊藿生长良好，能获得较好的经济产出。张永刚等[7]研究表明，随光照强度减弱野生朝鲜淫羊藿光合速率明显降低，在适度荫蔽的林缘下生长良好，朝鲜淫羊藿已长期适应了荫蔽环境，在野外强光生境中难以建成种群。目前，人工引种栽培朝鲜淫羊藿在生长期内对光照强度的响应策略还不明确。国内外对朝鲜淫羊藿的研究主要集中在分类学、化学和药理学等方面，有关人工栽培朝鲜淫羊藿对光强的响应报道较少。因此，本研究采用对引种的朝鲜淫羊藿进行遮光处理，模拟不同的光照强度，探讨光照强度对朝鲜淫羊藿生长、光合生理特性的影响，旨在为野生抚育和人工引种栽培提供理论依据。

林下植物生长发育的主要限制因子是光环境，植物与光环境的关系一直是植物生理生态学研究的热点问题[8]。同种植物长期生长在不同光环境下，其表型及生理生态特性会产生不同的响应，出现趋异适应[9-11]。光环境对植物生理和形态特征的影响决定了林下植被的更新和演替关系，而植物适应光环境变化的能力又决定了植物的分布模式和物种丰富度[12]。在栽培管理中，经常通过调整种植密度、套种、设置遮阳棚等措施来为植物营造适宜的光照环境[13]，因此，探究光照强度对植物的生长、经济产量和光合生理特性的影响可以为朝鲜淫羊藿的引种栽培提供重要的理论基础和实践指导。

1 试验地概况

试验地位于吉林省长春市吉林农业大学药园(125°27′E,43°46′N)，属北温带大陆性季风气候。年平均气温4.8 ℃，最热月平均气温25 ℃，最冷月平均气温-15 ℃，年平均降水量522～615 mm，夏季降水量占全年降水量的60%以上，无霜期为145 d，土壤类型为暗棕色砂壤土，土壤pH值平均为7.57[14]。

2 材料与方法

2.1 试验材料

2017年4月27日试验材料采自吉林省临江市错草沟(126°33′～126°48′E,41°40′～41°52′N)，经吉林农业大学张永刚副教授鉴定为朝鲜淫羊藿植株(EpimediumkoreanumNakai)。

2.2 试验方法

2017年4月28日将筛选后的约5 000棵朝鲜淫羊藿种植于吉林农业大学药园，在事先准备好的苗床上纵向开沟，行距10～15 cm，株距10～15 cm，沟深约10 cm栽苗，覆土约6 cm，浇透水。随机区组设计，试验期间采用滴灌技术定期等量供水，并定期去除试验田杂草和害虫[15]。于2017年4月28日，采用不同层数遮阴网设置4种不同光照强度，分别是全自然光照、透光率100%(CK)，透光率(70±3)%(T1)，透光率(50±3)%(T2),透光率(30±3)%(T3)。利用光照计测定4个处理在试验期内10：00的光照强度变化情况(表1)。

2.3 测定方法

生长特征测定：每个处理随机选取30株挂牌，于2017年5月25日至8月27日定期测量其株高、茎粗。另外，每个处理随机选取15片叶片，用自来水冲洗干净，然后用吸水纸擦干后置于叶片扫描仪中测定叶面积，然后将叶片置于烘箱中60 ℃烘干至恒质量，称干质量，并计算比叶面积(单叶面积/单叶干质量)。

表1 不同处理光照强度变化

注：表中数据为平均值±标准差；同列不同字母表示各处理间差异显著(P<0.05)；n=3。

叶绿素质量分数测定：于2017年6月8日至8月27日取样，每个处理随机选取15片成熟叶片，用改良的光合色素浸提法测定叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)和类胡萝卜素(Car)质量分数，重复3次。

光合参数测定：测定于2017年6月8日至8月27日天气晴朗的10:00进行，每月上、下旬各测定1次，每次每个处理选取长势基本一致的15个叶片，采用美国Li-Cor公司生产的Li-6400便携式光合仪测定光合参数，测定的参数包括胞间CO2摩尔分数(Ci)、气孔导度(Gs)、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)，并据此计算瞬时水分利用效率(WU，E)=Pn/Tr。

2.4 数据处理

采用Excel2007、SPSS 16.0统计软件进行数据方差分析，比较各个参数在不同处理下的差异，存在显著差异的进行多重比较，并用字母进行标注。

3 结果与分析

3.1 光照强度对朝鲜淫羊藿生长的影响

从表2可以看出，6—7月份为朝鲜淫羊藿快速生长期，之后生长较平稳。总体来看，遮阴处理下生长较好，全光照下生长较差。T1、T2、T3处理株高、单叶面积、单叶干质量显著高于CK。株高表现为6—8月份T3处理显著高于其他处理，7—8月份T1、T2处理间差异不显著；茎径表现为6月份各处理间差异不显著，7—8月份T1处理显著高于其他处理，CK处理下茎径最小；单叶面积表现为不同程度遮阴均显著高于全光照，由大到小的顺序为T3、T2、T1、CK，T3、T2处理间差异不显著。比叶面积表现为T3、T2处理显著高于CK和T1处理，随着时间的延长除CK处理外其他处理总体上呈先上升后下降的趋势，均在6月份达到最大值；单叶干质量表现为各遮阴处理显著高于全光照，且T1处理单叶干质量值最大。

表2 不同光照条件下朝鲜淫羊藿生长状况

日 期比叶面积/cm2·g-1CKT1T2T3单叶干质量/gCKT1T2T36月8日(188.78±3.56)b(146.43±11.77)c(207.41±9.16)a(213.63±8.21)a(0.09±0.006)c(0.19±0.008)a(0.16±0.009)b(0.16±0.01)b6月25日(157.45±2.97)b(157±11.35)b(242.37±12.11)a(256.59±13.24)a(0.11±0.005)c(0.23±0.008)a(0.19±0.004)b(0.19±0.007)b7月8日(163.92±3.11)b(161.21±10.51)b(224.33±13.16)a(241.60±11.37)a(0.12±0.007)c(0.24±0.014)a(0.21±0.012)b(0.20±0.009)b7月27日(154.85±2.24)c(141.46±11.82)c(192.48±12.11)b(231.61±12.53)a(0.13±0.004)c(0.28±0.011)a(0.25±0.012)ab(0.21±0.015)b8月7日(154.69±3.71)c(142.46±11.44)c(201.88±8.89)b(221.91±9.93)a(0.13±0.005)c(0.28±0.009)a(0.24±0.010)b(0.22±0.013)b8月27日(164.84±2.73)b(142.39±10.94)c(192.64±12.22)a(213.17±14.42)a(0.12±0.004)d(0.28±0.007)a(0.25±0.006)b(0.23±0.009)c

注：表中数据为平均值±标准差;同行不同字母表示各处理间差异显著(P<0.05)；n=15。

3.2 光照强度对朝鲜淫羊藿叶片叶绿素质量分数的影响

由表3可以看出，Chl a、Chl b、Chl(a+b)质量分数，Chl a/Chl b大致表现为T1、T2和T3处理显著高于CK，Car质量分数则表现为T2、T3处理显著高于CK、T1，且各参数均表现为T3处理下达到最大值。6—8月份各参数在不同处理下总体呈先上升后下降的趋势，且先后在7月末8月初达到峰值。6—7月份随透光率下降,Chl a、Chl b、Car质量分数大致呈升高趋势，8月份各处理Chl a、Chl b质量分数大幅下降。

表3 不同光照强度下朝鲜淫羊藿叶片光合色素质量分数

日 期叶绿素a/叶绿素bCKT1T2T3类胡萝卜素质量分数/mg·g-1CKT1T2T36月8日(1.17±0.05)c(1.74±0.06)b(1.51±0.21)bc(2.22±0.09)a(0.11±0.03)b(0.15±0.03)b(0.23±0.04)a(0.24±0.07)a6月25日(1.34±0.07)b(2.49±0.16)a(2.58±0.13)a(2.65±0.18)a(0.12±0.06)b(0.13±0.07)b(0.31±0.05)a(0.34±0.09)a7月8日(1.31±0.09)b(1.39±0.15)b(1.76±0.17)a(1.80±0.21)a(0.12±0.03)b(0.16±0.05)b(0.27±0.09)a(0.28±0.06)a7月27日(1.62±0.17)c(2.08±0.21)ab(1.87±0.24)b(2.32±0.23)a(0.15±0.06)b(0.21±0.03)b(0.35±0.11)a(0.40±0.06)a8月7日(1.41±0.11)b(2.52±0.11)a(2.52±0.09)a(2.50±0.13)a(0.16±0.04)b(0.21±0.05)b(0.19±0.07)b(0.32±0.04)a8月27日(1.32±0.07)c(1.81±0.09)b(2.43±0.09)a(2.45±0.11)a(0.14±0.03)b(0.17±0.05)b(0.26±0.07)a(0.30±0.06)a

注：表中数据根据叶片鲜质量测得；数据均为各指标的平均值±标准差；同行不同字母表示各处理间差异显著(P<0.05)；n=3。

3.3 光照强度对朝鲜淫羊藿叶片光合特征的影响

从表4可以看出，6—8月份不同光照强度下朝鲜淫羊藿Ci变化趋势基本一致，均呈先上升后下降的趋势，各处理最大值均出现在6月下旬，且由大到小的顺序为T3、T2、T1、CK。各处理Gs总体上呈先大幅上升后缓慢下降的趋势，各处理最大值出现在7月上旬，T3处理显著高于T2和T1处理。各处理Tr变化趋势基本一致，均呈先上升后下降的趋势，各处理均在7月份达到最大值，CK和T3处理显著高于T1和T2处理。随着时间的延长，各处理Pn较稳定，T1显著高于其他处理，T3处理净光合速率最低。各处理水分利用效率均呈先下降后上升的趋势，T2和T1处理显著高于T3和CK。

表4 不同光照条件下朝鲜淫羊藿光合特征

日 期净光合速率/μmol·m-2·s-1CKT1T2T3水分利用效率/μmol·mmol-1CKT1T2T36月8日(10.29±0.33)b(13.37±0.24)a(11.09±0.22)b(8.65±0.14)c(4.28±0.16)b(8.14±0.28)a(8.32±0.22)a(4.11±0.14)b6月25日(12.89±0.21)a(12.31±0.1)a(11.11±0.18)b(9.05±0.13)c(2.29±0.09)b(4.68±0.15)a(4.27±0.13)a(1.97±0.08)b7月8日(12.38±0.11)a(11.73±0.15)b(11.08±0.16)c(9.93±0.15)d(2.21±0.06)b(3.14±0.08)a(3.17±0.28)a(2.14±0.09)b7月27日(12.03±0.13)b(14.14±0.16)a(11.91±0.19)b(8.54±0.16)c(2.08±0.10)b(3.27±0.11)a(2.37±0.09)b(1.51±0.04)c8月7日(11.73±0.14)b(14.12±0.15)a(12.02±0.16)b(8.76±0.13)c(2.65±0.07)c(4.43±0.12)a(3.82±0.11)b(2.01±0.09)d8月27日(11.99±0.22)b(14.17±0.36)a(12.54±0.26)b(9.89±0.21)c(4.14±0.12)c(5.62±0.17)a(4.76±0.18)b(3.22±0.10)d

注：表中数据为平均值±标准差；同行不同字母表示各处理间差异显著(P<0.05)；n=15。

3.4 光照强度对朝鲜淫羊藿叶片叶绿素荧光参数的影响

表5 不同光照强度下朝鲜淫羊藿叶片叶绿素荧光参数

日期qPCKT1T2T3qNCKT1T2T36月8日(0.554±0.071)c(0.738±0.112)ab(0.862±0.055)a(0.699±0.042)b(0.461±0.087)bc(0.662±0.074)a(0.444±0.172)c(0.621±0.126)ab6月25日(0.525±0.043)c(0.808±0.067)a(0.812±0.021)a(0.633±0.051)b(0.451±0.075)b(0.648±0.103)a(0.443±0.184)b(0.578±0.056)ab7月8日(0.625±0.033)c(0.784±0.033)ab(0.823±0.006)a(0.783±0.108)ab(0.640±0.037)ab(0.699±0.023)a(0.614±0.053)b(0.620±0.045)b7月27日(0.545±0.025)c(0.805±0.058)a(0.748±0.036)a(0.648±0.056)b(0.510±0.085)b(0.602±0.080)ab(0.636±0.087)a(0.630±0.035)a8月7日(0.521±0.039)c(0.815±0.046)a(0.732±0.067)a(0.628±0.031)b(0.513±0.081)b(0.602±0.076)ab(0.631±0.067)a(0.626±0.027)a8月27日(0.470±0.058)c(0.617±0.043)b(0.684±0.042)b(0.843±0.031)a(0.602±0.052)ab(0.587±0.052)ab(0.580±0.037)b(0.648±0.032)a

注：表中数据为平均值±标准差；同行不同字母表示各处理间差异显著(P<0.05)；n=3。

4 结论与讨论

光是影响植物的重要生态因子之一，是植物生长发育和形态建成的必要条件。光照强度影响植物光合速率、水分供需从而影响植株形态特征、叶绿素质量分数、生物量积累和分配等[16-17]。本研究中，遮阴处理下的朝鲜淫羊藿生长较好，而全光照下朝鲜淫羊藿生长较差，这可能是由于朝鲜淫羊藿多生于疏林下、灌丛间或林缘半阴环境，对光能的利用和保护机制形成不够完善，过强的光辐射超出了其光能利用范围，不利于其生长。朝鲜淫羊藿主要以干燥叶片入药，70%透光率下单叶干质量最高，单叶干质量作为衡量产量的指标，在人工栽培中可适度遮阴来提高其产量。随透光率降低，朝鲜淫羊藿株高增高，茎径变小，单叶干质量减小，叶面积和比叶面积增大，叶片变薄，光合叶面积相对增加，这是植物适应低光照强度而采取的普遍策略，这与张永刚等[7]的研究结果一致。

随透光率下降，朝鲜淫羊藿Chl a、Chl b、Car质量分数升高，遮阴处理下叶绿素总质量分数均显著高于对照，证明叶绿素的增加有利于光合作用的进行，这和王非等[18]的研究结果一致。各处理叶绿素质量分数均在7月末达到最高，说明此时光合能力最强。Car有光能捕获的功能，在透光率为30%时Car质量分数较高，这说明在弱光环境中朝鲜淫羊藿能通过增加质量分数，适应弱光环境。

随透光率下降朝鲜淫羊藿Ci增加，有利于固定CO2和增加光能利用效率，但其Pn明显降低，Pn降低伴随着Ci的升高时，Pn降低的主要原因是非气孔因素，这与丁友芳等[19]的研究结果一致。6—8月份全光照和透光率30%处理下Gs和Tr较其他处理组高，一般蒸腾速率高，光合速率也较高，全光照处理Pn较高，但30%透光率下Pn较低，可能是低光照强度限制了叶绿体光能潜力的发挥，这与李瑞等[20]的研究结果一致。全光照下光照强烈，气孔导度较大，蒸腾速率较高，可能使植株大量失水，生长较差。

叶绿素荧光参数是有效衡量植物的受害程度和光合潜能高低的指标，是研究植物光合生理及与逆境胁迫关系的理想探针[21]。Fv/Fm是衡量光抑制程度的重要指标，非胁迫条件下Fv/Fm变化极小[22]，本研究中全光照处理下朝鲜淫羊藿叶片Fv/Fm较其他处理偏低，说明全光照处理下植物PSII原初光能转换效率较低，可能受到光抑制。非光化学淬灭系数(qN)是表示热耗散多少的指标，当PSII反应中心天线色素吸收了过量光能时，若不能及时耗散将对光合机构造成失活和破坏，所以非光化学淬灭对光合机构起一定保护作用[23-24]。本研究中6—7月份70%透光率下qN显著高于其他处理，而7—8月份50%、30%透光率下显著高于70%、100%透光率，表明在朝鲜淫羊藿快速生长阶段，强光环境下植物可能通过加强热耗散来保护光合器官，从而促进其生长，而在平稳生长期弱光环境下色素质量分数显著高于强光环境，可能会导致其光合电子传递能力增强、热耗散能力增强。qP表示PSII反应中心开放的程度，全光照处理显著低于其他处理，表明全光照处理下PSII反应中心开放的程度较低，且全光照处理下朝鲜淫羊藿叶片Yi,e,l,d显著低于其他处理，qN也较低，说明虽然全光照处理下叶片PSII反应中心的开放程度较小，PSII吸收并能运用于光合作用的光能也较少，此处理下PSII功能较差，这也可能是全光照处理下植株生长较差的原因。

综上所述，光照强度对朝鲜淫羊藿生长发育影响显著，70%透光率下单叶干质量最高，生长较好，不同光照强度下朝鲜淫羊藿叶片叶绿素质量分数、净光合速率、蒸腾速率、叶绿素荧光参数总体上在7—8月上旬达到峰值，但不同处理出现峰值时间和数值大小有显著差异，说明光照强度对朝鲜淫羊藿光合作用影响显著，进而影响其生长状况。全光照下朝鲜淫羊藿的生长和光合生理特性相对较差，30%、50%、70%透光率下，朝鲜淫羊藿生长及光合性能整体较好，说明朝鲜淫羊藿有较强的耐阴能力，且对光环境适应性较宽，但强光照环境下不利于其生长，适度的遮阴有利于朝鲜淫羊藿生长。