不同栽培模式下金花茶的光合特性及品质分析

王 坤，李宝财，李纪元，韦晓娟，廖健明，傅镜远，李开祥

（1.广西壮族自治区林业科学研究院 广西特色经济林培育与利用重点实验室，广西南宁 530002；2.中国林业科学研究院亚热带林业研究所，浙江杭州 311400；3.合浦佳永金花茶开发有限公司，广西合浦 536100）

金花茶（Camellia nitidissima）属山茶科（Theace⁃ae）山茶属金花茶组（SectionChrysanthaChang）植物，是国家一级保护珍稀濒危植物，主要分布在中国广西西南部、云南和贵州以及越南等地[1-3]。金花茶是广西一种传统的中草药，其叶片和花朵中含有多种活性成分[4-7]，具有明显的医学利用价值[8-12]，开发利用价值极高[13-14]，已被国家卫生部列入新资源食品原料，作为重点林药植物进行开发利用。植物与光的相互关系备受植物学者的关注[15]，濒危植物与光环境的关系更是植物界研究的热点[16]，从光合生理及生态学角度研究濒危植物对不同生境的适应性，对其种群复壮和保护具有重要意义。金花茶属于典型的阴生植物[17]，适合林下套种。林下复合套种栽培模式在南方地区是一种较为常见的复合经营模式，选择合适的遮荫树种，能给林下金花茶营造天然遮荫环境，还能提升经济效益。本研究在广西合浦佳永金花茶开发有限公司龙门江基地，对不同密度的落叶树种印度紫檀（Pterocarpus indicus）和常绿树种荔枝（Litchi chinensis）林下种植金花茶进行评价，探索金花茶在不同栽培模式下光合特性及品质的差异，为在实际生产中林下套种金花茶提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验地设在广西合浦佳永金花茶开发有限公司龙门江基地（109°21'E，21°67'N），地处广西壮族自治区北海市合浦县，海拔12 m，属亚热带海洋季节性气候，年均气温22.4 ℃，年均降水量1 667 mm，年平均日照时长1 927.1 h，相对湿度75% ～86%。在印度紫檀和荔枝林下种植金花茶，模式1 为栽培密度6.0 m × 7.5 m 的印度紫檀林下套种金花茶，模式2 为栽培密度4.0 m×5.0 m 的印度紫檀林下套种金花茶，模式3 为栽培密度5.0 m × 6.0 m 的荔枝林下套种金花茶，金花茶密度均为2.0 m × 2.5 m。印度紫檀树龄为16年，荔枝树龄为20年，金花茶树龄均为15年。

1.2 测定方法

1.2.1 温、湿度和光强测定

在测定日10:00 ～12:00 利用温、湿度计测定林下温度及湿度，每个星期测定3 次，每3 个月（3—5月、6—8月、9—11月和12—2月）的平均值为春、夏、秋、冬的温度和湿度。在林下选择5个点，分别在春季（2019年4月17日）、夏季（2019年8月7日）、秋季（2019年11月27日）和冬季（2019年1月29日）利用Li-6400 便携式光合测定仪，在10:00 ～12:00测定光强，取平均值作为林下四季的光强。

1.2.2 光合特性参数测定

每个处理选取长势一致的3 株金花茶，测定每株金花茶从上至下第3 ～4 片功能叶，分别在春季（2019年4月17—19日）、夏季（2019年8月7—9日）、秋季（2019年11月27—29日）和冬季（2019年1月29—31日）采用Li-6400 便携式光合测定仪对叶片的光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）进行测定（表1）。将利用Li-6400 便携式光合测定仪探头上的外置光量子传感器在10:00 ～12:00测定的实际平均光强作为该样点下的设定光强。

表1 不同栽培模式林下光强变化Tab.1 Changes of light intensity in different cultivation models

1.2.3 叶绿素荧光参数测定

分别在春季（2019年4月17—19日）、夏季（2019年8月7—9日）、秋季（2019年11月27—29日）和冬季（2019年1月29—31日）利用脉冲调制式荧光测定系统（FMS-2，Hansatech），每日9:00 ～12:00 测定叶绿素荧光参数。选取长势一致的3 株金花茶，测定每株金花茶从上至下第3 ～4片健康功能叶，置于叶夹中暗适应30 min，每个处理及栽培模式测定20 个叶片，主要测定参数包括初始荧光（Fo）、最大荧光（Fm）、可变荧光（Fv）、PSⅡ潜在光化学效率（Fv/Fm）和PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fo）[18]。

1.2.4 光合色素含量测定

将新鲜金花茶叶片剪碎后放入乙醇-丙酮混合液（1∶1）中提取色素，当叶片完全褪色后即可测定。利用全自动全波长酶标仪（INFINITE M200 PRO）进行测定，分别在663 和645 nm 波长处测定叶绿素a、b 的吸光度值A663、A645，然后通过公式计算光合色素的含量[19]。

1.2.5 活性成分含量的测定

分 别 于2019年3月12日、2019年6月11日、2019年8月7日、2019年11月1日和2020年1月9日采集金花茶从上至下第3 ～4 片健康功能成熟叶片，2019年11月28日采集金花茶嫩叶（长至成熟叶大小、软嫩、未革质化、红褐色），对叶片的总黄酮、总多糖和总多酚含量进行测定；待金花茶花朵花瓣打开至“碗型”，采集花朵测定总黄酮、总多糖和总多酚的含量，测定方法参照文献[20]。

1.2.6 花蕾数量的测定

3 种不同栽培模式下随机选取12 株金花茶植株，在未开花之前数其花蕾数量，取平均值。

1.2.7 数据处理

采用Excel 和SPSS 19.0 软件进行数据处理，利用Duncan法进行多重比较并进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同林下栽培模式的微生境

在春季，模式3 林下平均温度最低、湿度最高；在夏季，模式1林下平均温度最高、湿度最低，模式2林下平均温度最低、湿度最高；在秋冬季，模式1 林下平均温度最高、湿度最低（表2）。随着印度紫檀春季、夏季、秋季、冬季的变化，模式1的林下遮荫度分别为75.0%、83.3%、44.8%和0%，模式2 的林下遮荫度分别为80.0%、87.5%、55.2%和0%；模式3 荔枝林为常绿树种，林下四季的遮荫度分别为95.0%、96.7%、96.0%和95.0%（表1）。

表2 不同林下栽培模式基本情况Tab.2 Basic situations of different understory cultivation models

2.2 不同林下栽培模式中金花茶光合特性分析

在春季，3种栽培模式下金花茶叶片的Pn和Ci差异显著（P＜0.05），Tr和Gs差异不显著，模式1的Pn最大（3.26 μmol·m-2·s-1），模式3 最小（1.53 μmol·m-2·s-1），模式3的Ci最大（321 μmol/mol），模式2最小（221 μmol/mol）；在夏季，不同模式下叶片的Pn、Tr、Gs和Ci差异显著（P＜0.05），模式1 的Pn最大（3.41 μmol·m-2·s-1），模式3最小（0.10 μmol·m-2·s-1）；在秋季和冬季，不同模式下叶片的Pn差异显著（P＜ 0.05），Tr、Gs和Ci差异不显著，模式1和模式2的Pn显著高于模式3（P＜0.05）（表3）。

表3 不同栽培模式下金花茶叶片光合特性参数的差异Tab.3 Differences of photosynthetic characteristics of C.nitidissima leaves in different cultivation models

2.3 不同林下栽培模式中金花茶叶绿素荧光参数分析

4 个不同季节下，不同模式的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素（a+b）、Fo和Fm差异显著（P＜0.05），模式3中叶绿素a、叶绿素b、叶绿素（a+b）、Fo和Fm均最高（表4～5）。在春季和冬季，模式3下的Fv/Fm和Fv/Fo比值最高，在春季，模式1 和模式2 的Fv/Fm比模式3分别降低了1.53%和0.86%，在冬季，模式1和模式2的Fv/Fm比模式3降低了7.66%和4.71%。Fv/Fm值仅在冬季模式1下低于0.80，其余均在0.80 ～0.86。

表4 不同栽培模式中金花茶叶片叶绿素含量差异Tab.4 Differences of ch lorophyll contents of C.nitidissima leaves in different cultivation models

表5 不同林下栽培模式中金花茶叶片叶绿素荧光参数差异Tab.5 Differences of chlorophyll fluorescence parameters of C.nitidissima leaves in different cultivation models

2.4 不同林下栽培模式中金花茶品质分析

2.4.1 花产量及花中活性成分分析

不同模式的总黄酮含量、总多酚含量和总多糖含量差异显著（P<0.05）（表6）。模式2的花蕾数最多（463个），比模式3多出了15.46%。模式3的总黄酮含量最高（37.47%），模式2的最低（29.47%）；模式2 的总多酚含量最高（7.02%），模式3 最低（5.21%）；模式3 的总多糖含量最高（4.06%），模式1 最低（3.13%）。

表6 不同林下栽培模式中金花茶花蕾数量及花中总黄酮、总多酚及总多糖含量分析Tab.6 Contents of total flavonoids,total polyphenols and total polysaccharides in C.nitidissima flowers in different cultivation models

2.4.2 叶片活性成分分析

2019年3月，不同栽培模式下叶片的活性成分含量差异显著（P＜0.05），模式1 的总黄酮含量最高（22.99%），模式3 最低（13.91%），模式2 的总多酚含量最高（2.84%），模式3 最低（0.30%），模式1 的总多糖含量最高（4.07%），模式2 最低（3.30%）；6月，不同栽培模式下叶片的活性成分含量差异显著（P＜ 0.05），模式2 的总黄酮含量、总多酚含量和总多糖最高，分别为19.18%、2.73%和4.22%，模式3 的最低，分别为8.34%、1.87%、4.00%；8月，总多酚含量差异显著（P＜0.05），模式2 的总多酚含量最高（3.86%）；11月，不同栽培模式下叶片的活性成分含量差异不显著，模式1 和模式2 下叶片的活性成分含量均比模式3 高；2020年1月采摘的叶片为11月抽稍嫩叶成熟后的叶片，不同栽培模式下叶片的总黄酮含量和总多糖含量差异显著（P＜0.05），总多酚含量差异不显著，模式1 的总黄酮含量最高（22.98%），模式3 最低（17.87%），模式2 的总多糖含量最高（5.04%），模式3 最低（3.90%）（表7）。不同栽培模式下，金花茶叶片总黄酮和总多酚含量的整年平均值差异显著（P<0.05），总多糖含量差异不显著。模式2 的总黄酮含量最高（21.88%），模式3 最低（17.03%）；模式2 的总多酚含量最高（3.39%），模式3最低（2.52%）。

表7 不同林下栽培模式中金花茶叶片中总黄酮、总多酚及总多糖含量分析Tab.7 Contents of total flavonoids,total polyphenols and total polysaccharides in C.nitidissima leaves in different cultivation models （%）

3 结论与讨论

3 种栽培模式下，随着上层林印度紫檀春季、夏季、秋季、冬季的变化，林下金花茶的光合生理特性参数存在一定差异，主要体现在Pn上，在4个不同时期，模式1的Pn均最大，其次为模式2，模式1和模式2 在秋季和冬季不存在显著性差异，但在春季和夏季存在显著性差异；模式3 下金花茶叶片Pn均最小并且与其他两个模式有显著性差异。

Fo与叶片的叶绿素含量有关，最大Fm是光系统Ⅱ反应中心处于关闭时的荧光产量，与光系统Ⅱ的电子传递能力有关。Fv/Fm和Fv/Fo比值分别反映了光系统Ⅱ反应中心原始光能转化效率和光系统Ⅱ潜在光化学活力，比值越高，说明光系统Ⅱ反应中心能量捕获效率越高。在春季和冬季，模式3 的金花茶具有较高的光系统Ⅱ原始光能转化效率和光系统Ⅱ反应中心潜在活力，能把所捕获的光能充分地转化为植物所需要的化学能，可能是金花茶处于常绿荔枝林下，比起套种在落叶树种印度紫檀林下的金花茶捕获光能的能力更强，可以满足自身生长所需的光能。研究表明在健康生理状态下高等植物的Fv/Fm值大约在0.8 ～0.85[21]，春季、夏季和秋季金花茶处于一定郁闭度下时，Fv/Fm值均在0.80 ～0.86，林下金花茶均处于健康生理状态；冬季模式1下，印度紫檀处于全落叶状态，Fv/Fm比值为0.778 8，说明处于此光环境下的金花茶生理状态出现略微异常，等春季印度紫檀开始长叶时，Fv/Fm比值为0.836 7，金花茶又恢复正常；金花茶在模式2和模式3下生长状态正常。

3 种林下栽培模式下，花蕾数量差异不显著，模式2 的花蕾数最多（463 个）；模式2 花中总多酚含量最高（7.02%），总多糖含量较高（3.26%）。模式2 的叶片总黄酮含量和总多酚含量的整年平均值最高，分别为21.88% 和3.39%，其次为模式1，分别为21.32%和3.13%，模式3 的最小。说明金花茶在模式1 和模式2 下可以吸收较多的光照，通过植物光合作用吸收的光能积累更多的有机物，生长更快。虽然金花茶在模式3 下生长状态正常，但由于其阳光透过率较低，吸收光能较少，净光合速率值低，不能通过光合作用积累较多的有机物来促进生长，此模式下的金花茶生长缓慢，花蕾数量最少，花中总多酚含量较低，叶片中总黄酮含量和总多酚含量的整年平均值最小。

在珍稀植物金花茶的上层种植珍贵树种印度紫檀的复合栽培模式为首次推广应用的林下经济“双珍”栽培模式，该“双珍”模式基于印度紫檀和金花茶各自的生长习性，利用印度紫檀春夏两季枝叶茂密的优势为金花茶遮荫，而在秋冬两季落叶后有利于金花茶吸收更多阳光，促进其在较低气温条件下生长、开花，同时提高了金花茶花及叶中主要活性成分含量。