钩藤幼苗生长的适宜遮阴度探索

杨胜伟，徐佳瑜，王晓红，阙云飞，刘思佳，张智仙，满建民，张明生

（贵州大学 a.生命科学学院；b.国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心；c.山地植物资源保护与种质创新教育部重点试验室，贵州 贵阳 550025）

钩藤Uncaria rhynchophylla（Miq.）Miq. ex Havil.为茜草科Rubiaceae钩藤属Uncaria Schreber nom. cons.多年生木质藤本[1]，也是一种重要的中药材。钩藤以带钩的茎枝入药，味甘、微苦，性微寒，具有清热平肝、熄风止痉等功效[2]，钩藤含有多种吲哚类生物碱，临床上已广泛用于防治头痛、高血压、惊风抽搐、神经衰弱等症[3-8]。近年来，钩藤需求量逐步增长，野生钩藤资源已不能满足市场需求，人工种植势在必行。种苗移栽驯化是人工种植的重要环节，而有关钩藤幼苗生长特性的研究却鲜见报道。光作为植物生长的主要能源，是影响植株形态、生理代谢及生长发育的重要因子之一[9]，目前尚无有关光照对钩藤低龄苗期植株生长的影响的研究报道。为给钩藤人工种植技术的构建与开发利用提供理论依据，笔者设置了不同遮阴度处理，就其对钩藤幼苗形态及生理生化指标的影响情况进行了研究，旨在寻求钩藤幼苗生长的适宜荫蔽度。

1 材料与方法

1.1 材 料

试材是苗龄为1 a的钩藤Uncaria rhynchophylla（Miq.）Miq. ex Havil.，取自昌昊金煌（贵州）中药有限公司种植基地。

1.2 遮阴度的梯度设计

以不同目数的黑色遮阳网调节光照强度，分别设重度遮阴、中度遮阴、轻度遮阴共3种处理，以自然光照下种植的样品作为对照（CK），各处理的透光率分别如下：重度遮阴（Serious shading，SS），透光率5%～15%；中度遮阴（Moderate shading，MS），透光率25%～35%；轻度遮阴（Light shading，LS），透光率55%～75%。每个处理各栽植60株钩藤幼苗，定植90 d后进行各项指标的测定。

1.3 钩藤幼苗形态指标的测定

在每个处理区域内随机选取10株幼苗挂牌标记，测定幼苗的株高（用钢卷尺测定）、主茎粗（离地面10 cm处的粗度，用游标卡尺测定）、叶面积（取中部叶片，用Yaxin-1241叶面积仪测定）、叶片数量、分枝数量、比叶重（单位叶面积的叶片鲜质量）等指标。

1.4 钩藤幼苗生理生化指标的测定

选择晴朗天气，用Li-6400型便携式光合测定系统（上海旦鼎国际贸易有限公司）测定不同遮阴处理下钩藤叶片的净光合速率（Pn），同时记录蒸腾速率（Tr）、胞间CO2浓度（Ci）、气孔导度（Gs）。采取随机测定的方法重复测定3～6次。

采用烘干法[11]测定叶片含水量；采用比色法[11]测定光合色素；采用蒽酮比色法[11]测定可溶性总糖含量；采用考马斯亮蓝比色法[11]测定可溶性蛋白含量；采用硫代巴比妥酸方法[11]测定MDA含量。

1.5 数据分析

用SPSS 20.0软件对试验数据进行ANOVA分析，用Duncan氏法对试验结果进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 遮阴度对钩藤幼苗各形态指标的影响

遮阴度对钩藤幼苗各形态指标的影响情况如表1所示。由表1 可知，随着遮阴度的加大，钩藤幼苗的株高、主茎粗、叶面积、叶片数量和分枝数均呈先升后降的变化趋势。轻度遮阴（LS）的株高、茎粗和分枝数均极显著高于中度遮阴（MS）、重度遮阴（SS）和CK（P＜0.01），其叶片数量显著高于MS、SS和CK（P＜0.05），LS的叶面积极显著高于SS和CK（P＜0.01）而与MS间的差异不明显；MS的株高、主茎粗、叶面积、叶片数和分枝数均显著高于SS和CK（P＜0.05）。不同遮阴处理下钩藤幼苗的比叶重与遮阴度之间表现出显著（P＜0.05）或极显著（P＜0.01）的负相关性。比叶重是衡量植物叶片光合作用性能的参数之一，通常情况下，植株比叶重随着遮阴度的增大而减小，即同样重量的叶片在遮阴环境下的面积较大，有利于其光合作用。试验结果表明，光照过强或过弱对钩藤植株茎和叶的生长均有抑制作用，轻度遮阴处理更适宜于钩藤幼苗的生长，能促进植株多分枝、多发叶。

表1 遮阴度对钩藤幼苗各形态指标的影响†Table 1 Effects of shading on morphological indexes of Uncaria seedling

2.2 遮阴度对钩藤幼苗各生理生化指标的影响

不同遮阴处理下钩藤幼苗叶片的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度及胞间CO2浓度的日均值分别如图1A～D所示。由图1A可知，随着遮阴度的加大，钩藤叶片的净光合速率逐渐下降，重度遮阴的净光合速率最低，其日均值为1.87 μmol·m-2s-1；由图1B可知，叶片的蒸腾速率随遮阴度的升高而呈现下降趋势，LS与CK间的差异不明显，而LS与MS、SS间的差异均显著（P＜0.05）；由图1C可知，SS处理下钩藤叶片的胞间CO2浓度与LS、MS和CK处理间的差异均不显著，SS处理的胞间CO2浓度最大，其日均值为344.19 μmol·mol-1，CK的最低，其日均值为300.63 μmol·mol-1；由图1D可知， LS处理下钩藤叶片的气孔导度显著高于MS和SS（P＜0.05），各处理叶片气孔导度的大小表现为LS＞MS＞SS。植物叶片的光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度之间相互关联，气孔导度越大则蒸腾速率就越大，细胞间CO2浓度越高则意味着叶肉光合作用越强[12]，相比于CK、MS和SS这3个处理，LS处理的钩藤叶片其气孔导度上升，胞间CO2浓度较大。综上所述，轻度遮阴的钩藤叶片其光合参数相对稳定，相关数值较高，且其叶面积、叶片数量也均较高，更有利于钩藤光合作用的进行及有机物的合成。

图1 遮阴度对光合参数的影响Fig. 1 Effects of shading on photosynthetic parameters of Uncaria seedling

遮阴度对钩藤叶片光合色素含量的影响情况如表2所示。由表2可知，叶绿素a（Chla）、叶绿素b（Chlb）及叶绿素总含量均随着遮阴程度的增加而逐渐增加，SS处理的叶绿素含量极显著高于CK、LS和MS（P＜0.05），这可能因为较强的光照加速了叶片中叶绿素的降解，叶绿素的生物合成速度跟不上其降解速度[13]；而其Chla/Chlb之值和类胡萝卜素（Car）含量均逐渐减小，并且对照组的Chla/Chlb之值极显著高于各遮阴处理（P＜0.01），各处理组Car间的差异均不显著。强光下植物叶绿素降低，而类胡萝卜素含量提高，这正是植物适应强光的一种保护策略[14]。

表2 遮阴度对钩藤叶片光合色素含量的影响Table 2 Effects of shading on photosynthetic pigment content of Uncaria leaves

遮阴度对钩藤叶片的含水量、可溶性糖、可溶性蛋白及MDA含量的影响情况如表3所示。由表3 可知，钩藤幼苗叶片的含水量与其遮阴度之间表现出显著负相关，MS、SS处理的钩藤叶片的含水量极显著高于CK和LS（P＜0.01），其原因为强光照加剧了叶片蒸腾失水。可溶性蛋白是植物生命代谢活动的重要物质，也是钩藤的重要营养成分。由表3 可知，钩藤叶片中的可溶性蛋白含量随着遮阴度的增加而持续下降，重度遮阴的达到最低值，仅为0.07%。叶片中可溶性糖含量的变化趋势与可溶性蛋白含量的变化趋势相似，其原因是，遮阴处理降低了光照强度，进而减弱了叶片的光合效率，增强了呼吸作用，从而减少了光合产物。由表3 还可知，LS处理显著减少了钩藤叶片的MDA含量（P＜0.05），LS处理的叶片MDA含量显著低于CK和另外两个遮阴处理的，说明光照过强或过弱都会导致钩藤幼苗叶片膜脂过氧化的增强。

表3 遮阴度对钩藤叶片的含水量、可溶性糖、可溶性蛋白及MDA含量的影响Table 3 Effects of shading on water, soluble protein, soluble sugar and MDA content of Uncaria leaves

2.3 钩藤幼苗各形态指标与各生理生化指标间的相关性分析

对不同遮阴处理下钩藤幼苗的株高（X1）、茎粗（X2）、叶面积（X3）、叶片数（X4）、分枝数（X5）、比叶重（X6）等形态指标与叶绿素含量（X7）、净光合速率（X8）、叶片含水量（X9）、可溶性蛋白质含量（X10）、可溶性糖含量（X11）、丙二醛含量（X12）等生理生化指标间的相关性进行了分析，结果见表4。表4显示：株高分别与叶片数间呈极显著正相关（P＜0.01），与分枝数间呈显著正相关（P＜0.05），其相关系数分别为1.000、0.983；而分枝数与茎粗、叶片数间均呈显著正相关（P＜0.05）；叶片含水量与可溶性糖含量间呈显著负相关（P＜0.05），其相关系数为-0.989，且其与比叶重、可溶性蛋白质含量间均呈极显著负相关（P＜0.01），其相关系数分别为-0.991、-0.996；叶片可溶性糖含量与可溶性蛋白质含量间呈显著正相关（P＜0.05）。

3 结论与讨论

光照条件对植物的生长发育具有重要的影响，近年来，有关植物的耐阴性及遮阴处理对植物生理生化指标的影响的研究报道日渐增多。光照强度是影响植物生长发育的重要因子之一，光照过强会破坏植物叶片的光合结构与膜系统[15]，光照过弱则不利于叶肉细胞光合作用的进行[16]。植物的外观形态特征对光照的响应比较敏感，随光照强度而调整形态结构以利于植物最大程度地吸收光能，提高光合速率，促进植物生长发育[17]。研究中发现，钩藤大部分形态指标值随着遮阴度的增强而减小，并且轻度遮阴的钩藤幼苗各形态指标值均高于对照，表明轻度遮阴有利于钩藤幼苗生长发育，强光和弱光均不利于钩藤幼苗生长。

表4 不同遮阴处理下钩藤幼苗各形态指标与各生理生化指标间的相关系数†Table 4 Correlation coefficients among the influencing factors of Uncaria seedling

植物叶片的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、胞间CO2浓度（Ci）、气孔导度（Gs）和叶绿素a（Chla）含量等指标均是影响其光合作用能力的重要指标。根据这些光合参数的大小，可以了解植物光合作用的强弱。例如，王瑞等[18]在研究阴生园林植物于不同光照条件下的光合特性时提到，净光合速率是表现植物光合作用能力的重要指标之一，可以反映植物的耐阴性。随着遮阴强度的加大，叶绿素含量会逐渐增加，以保证植物在弱光环境下更有效地吸收光能，提高光合速率，促进植物生长[19]。本试验结果表明，遮阴处理显著地促进了钩藤幼苗叶片叶绿素的生物合成，同时证实了前人的研究结果。肖润林等[20]的研究结果表明，全光照条件下，植物叶片表面高温、高光照使其蒸腾速率下降，抑制了叶绿素的合成；相反，遮阴处理降低了光照强度和温度，避免了强光对叶绿体整体结构的破坏。这一研究结果与本文的研究结果一致。MDA是膜脂过氧化的重要产物之一，其含量的多少反映了植物叶片膜脂过氧化及膜受伤害程度的轻重[11]，钩藤幼苗在轻度遮阴下的MDA含量显著低于全光照和中度遮阴及重度遮阴处理的，表明轻度遮阴对钩藤的膜脂过氧化程度的影响较小，此环境更适宜钩藤幼苗的生长。

光不仅是植物生长发育的能量来源，并作为信号因子调控植物的生长发育，而且对植物初生代谢产物、次生代谢产物的合成和积累产生均有重要影响[21]。可溶性糖与可溶性蛋白质都是重要的初生代谢产物，可溶性糖是植物叶片碳运输及代谢过程中的主要形式，是衡量植物体内碳代谢的重要指标[9]。研究中发现，随着遮阴度的增加，钩藤叶片中的可溶性糖与可溶性蛋白质含量均逐渐下降，这与周昕等[22]的研究结果一致。有关研究结果表明，适宜的光照强度能促进植物同化产物的积累，有利于次生代谢产物的合成[23]，减弱光照强度可诱导积累生物碱，从而增加植物组织中生物碱的含量[24]。例如，适度遮阴条件下，银杏叶中的黄酮[25-26]、参根中的人参皂苷[27]等次生代谢产物的含量都有不同程度的提高。因此，在实际生产过程中，通过对植物进行适当的遮阴处理来改变光照强度，给予植株适宜的生长环境，可以达到最佳种植效果，从而实现增产增收的目标。

综上所述，结合不同遮阴度下钩藤幼苗各形态指标及各生理生化指标的变化情况来综合分析，钩藤幼苗生长的适宜遮阴度是轻度遮阴，即透光率为55%～75%。本研究虽然初步探究出轻度遮阴处理对其幼苗营养生长能起到一定的促进作用，但本文检测分析的指标并不全面，如不同处理下叶片内部结构、酶活性、药效成分含量等指标尚未提及。针对上述不足之处，笔者将在后续的研究工作中进一步完善。此外，目前关于钩藤的研究主要集中在其化学成分与临床应用方面[28]，关于钩藤生物学特性的研究报道较少，其药效成分的分子合成机制的研究也尚未见诸报道，因此，关于钩藤的研究还有待深入。