不同光强对金花茶光合生理特性的影响

曾祥艳，王 坤，韦晓娟，李宝财，廖健明，伍思宇，李开祥

（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）

金花茶（Camellia nitidissima）属山茶科（Theace⁃ae）山茶属金花茶组（SectionChrysanthaChang）植物，是世界上稀有的珍稀植物，主要分布在中国广西和越南[1-3]。金花茶适宜制茶，也是一种传统中草药，其叶片和花朵中含有黄酮类[4]、多糖[5]、多酚[6]以及大量的天然微量元素[7]，在抗肿瘤[8]、抗氧化[9-10]、降血脂[11]和降血糖[12]等方面效果较好。研究人员已在金花茶优良单株的选育[13]及繁育[14]，花及叶的综合开发利用[15-16]等方面做了大量工作，带动了大面积的规模化、集约化的基地种植。

植物的生长离不开光，两者间的相互联系备受植物学者的关注[17]，濒危植物与光环境的研究更是植物界研究的热点[18]，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，对濒危植物的种群复壮和保护具有指导作用。有学者对金花茶的光合特性进行了研究，结果表明，金花茶属于阴生植物[19-20]，在50%强光胁迫下，幼苗的生长就受到抑制[21]。有研究表明，与越南金花茶相比，广西本地金花茶具有较强的光合能力，在相同光环境条件下可积累更多的光合产物并且生长更旺盛[22]。本研究通过搭盖遮荫网设置不同光环境，研究不同光环境下金花茶的光合生理特性，探讨金花茶对不同光强的响应，探究金花茶生长的最适光强环境，可为金花茶林下科学套种栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于广西壮族自治区林业科学研究院试验苗圃（108°21'E，22°56'N），地处南宁市北郊，海拔约95 m，属亚热带季风气候，年均降水量1 347 mm，平均湿度80%。

1.2 试验材料

采用2年生金花茶盆栽扦插苗为试验材料，植株高度70 ～80 cm。

1.3 试验设计

2018年7月上旬，搭盖不同层数遮荫网，利用光合测定仪的光强探头于上午11：00测定每个光环境的实际光强，设置20%、40%、50%、70%和80%等5个遮荫处理，每个处理10株。遮荫处理规格1.8 m×1.8 m×1.6 m（长×宽×高），每个处理设置2.0 m 的间距，常规浇水栽培管理。试验时间2个月。

1.4 测定方法

采用Li-6400 便携式光合测定仪对金花茶叶片的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）、气孔限制值（Ls）和蒸汽压亏缺（Vpdl）参数进行测定，每个处理测定5 株植株，每株测定3 片叶片。

利用脉冲调制式荧光测定系统（FMS-2，Han⁃satech）测定叶绿素荧光参数，测定之前选择健康叶片置于叶夹中暗适应30 min，每个处理测定5 株植株，每株测定4片叶片，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/Fo）、PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）[23]。

采用NBT 法测定超氧化物歧化酶（SOD）活性；采用愈创木酚氧化法测定过氧化物酶（POD）活性；采用硫代巴比妥酸比色法测定丙二醛（MDA）含量；采用邻苯二酚比色法测定多酚氧化酶（PPO）活性[24]。

参照LY/T 1269-1999[25]测定叶片中氮（N）含量；参照LY/T 1270-1999[26]测定磷（P）和钾（K）含量。

1.5 数据处理

采用Excel 和SPSS 19.0软件进行处理，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 不同遮荫处理对金花茶叶片形态的影响

20%遮荫处理下，叶尖变黄褐色并逐渐枯萎，叶片逐渐脱落并伴有植株死亡现象；40%遮荫处理下，叶片颜色逐渐变黄，出现脱落现象；随着遮荫度的增加，叶片颜色逐渐由黄褐色变为黄绿色，而后变为绿色、深绿色，80%遮荫处理下，金花茶叶片叶色最深，为墨绿色（图1）。

图1 不同遮荫处理对金花茶叶片形态的影响Fig.1 Effects of different shading treatments on C.nitidissima leaves morphology

2.2 不同遮荫处理对金花茶叶片光合特性的影响

不同遮荫处理对金花茶叶片Pn、Tr、Gs和Vpdl影响显著（P＜0.05），对Ci和Ls影响不显著（表1）。叶片的Pn、Tr、Gs和Ci均在80%遮荫处理下最大，分别为2.10 μmol·m-2·s-1、0.47 mmol·m-2·s-1、0.021 mmol·m-2·s-1和285 μmol/mol，分别在70%遮荫处理、20%和70%遮荫处理、70%遮荫处理以及20%和40%遮荫处理下最小，分别为0.57 μmol·m-2·s-1、0.19 mmol·m-2·s-1、0.007 mmol·m-2·s-1；228 μmol/mol；Ls在40%遮荫处理下最大（44.02%），其次为20%遮荫处理（42.55%），80%遮荫处理最小（30.50%）；随着遮荫度增加，Vpdl呈下降趋势，20%遮荫处理的Vpdl最大（2.76 kPa），70%遮荫处理最小（1.62 kPa）。

表1 不同遮荫处理对金花茶叶片光合特性的影响Tab.1 Effects of different shading treatments on photosynthetic characteristics of C.nitidissima leaves

2.3 不同遮荫处理对金花茶叶片叶绿素荧光参数的影响

随着遮荫度增加，Fo和Fm呈先下降再上升而后下降的趋势，Fv呈先上升后下降趋势（表2）。Fv在70%遮荫处理下最大（913.00），20%遮荫处理最小（763.80），各处理间差异显著（P＜0.05）；Fv/Fm和Fv/Fo随着遮荫度增加均呈升高趋势，Fv/Fm和Fv/Fo在80%遮荫处理下最大，分别为0.81 和4.62，与20%遮荫处理差异显著（P＜0.05）；40% ～80%遮荫处理的Fv/Fm值差异不显著，均在0.80 ～0.81，20%遮荫处理的Fv/Fm值最低（0.76）；70% ～80%遮荫处理的Fv/Fo值差异不显著。

表2 不同遮荫处理对金花茶叶片叶绿素荧光参数的影响Tab.2 Effects of different shading treatments onchlorophyll fluorescence parameters of C.nitidissima leaves

2.4 不同遮荫处理对金花茶叶片防御性酶活性的影响

不同遮荫处理下金花茶叶片防御性酶活性含量差异显著（P＜0.05）（表3）。金花茶在不同遮荫处理下，叶片PPO 含量呈现不规则波动，20%遮荫处理的PPO 含量最低（4.45 U·min-1·g-1），显著低于50%遮荫处理（P<0.05），下降了98.48%；POD 含量在70%遮荫处理下最高（64.53 U·min-1·g-1），其次为80%遮荫处理（40.53 U·min-1·g-1），20%遮荫处理最低（2.67 U·min-1·g-1），20%和40%遮荫处理的POD 含量显著低于70%遮荫处理（P< 0.05），分别降低了95.86%和71.07%。MDA 含量在40%遮荫处理下最高（0.006 4 μmol/g），20%遮荫处理最低（0.002 9 μmol/g）；SOD 含量在70%遮荫处理下最高（35.89 U/g），其次为80%遮荫处理（28.76 U/g），20%遮荫处理最低（18.39 U/g）。

表3 不同遮荫处理对金花茶叶片防御性酶活性含量的影响Tab.3 Effects of different shading treatments on active enzyme contents of C.nitidissima leaves

续表3Continued

2.5 不同遮荫处理对金花茶叶片光合色素含量的影响

不同遮荫处理下金花茶叶片光合色素含量差异显著（P＜0.05）（表4）。随着遮荫度增加，金花茶叶片的叶绿素a 和叶绿素（a+b）含量逐渐增加，80%遮荫处理下含量最高，分别为0.61和0.94 mg/g，20%遮荫处理最低，分别为0.51和0.69 mg/g，最高含量比最低含量分别高出19.61%和36.23%；叶绿素b含量呈升高趋势，80%遮荫处理最高（0.33 mg/g），20%遮荫处理最低（0.18 mg/g）；叶绿素a/b 呈降低趋势，20%遮荫处理下最高（2.83）；类胡萝卜素含量在50%遮荫处理下最高（0.26 mg/g）。

表4 不同遮荫处理对金花茶叶片光合色素含量的影响Tab.4 Effect of different shading treatments on photosynthetic pigments contents of C.nitidissima leaves

2.6 不同遮荫处理对金花茶叶片营养元素含量的影响

不同遮荫处理下，金花茶叶片营养元素含量差异显著（P＜0.05）（表5）。80%遮荫处理下叶片N 含量最高（10.47 g/kg），其次为50%遮荫处理（9.99 g/kg），20%、40%和70%遮荫处理间差异不显著；40%遮荫处理下P 含量最高（1.27 g/kg），其次为20%遮荫处理（1.13 g/kg），80%遮荫处理最低（0.88 g/kg）；40%遮荫处理下K 含量最高（10.68 g/kg），其次为50% 遮荫处理（10.11 g/kg），80% 遮荫处理最低（6.23 g/kg）。

表5 不同遮荫处理对金花茶叶片营养元素含量的影响Tab.5 Effects of different shadingtreatments onnutritiveelement contentsof C.nitidissima leaves(g/kg)

3 结论与讨论

叶绿素的含量影响叶片的光合能力，在合适的光环境下，植物会通过增加叶绿素b 含量以吸收较多的蓝紫光来提高光合速率[27-30]。金花茶叶片在80%遮荫处理下有利于叶绿素b 的合成，提高光合能力，研究表明，越南多毛金花茶（C.hirsuta）在70%遮荫度下叶绿素含量最高[31]，与本研究结果相近。当金花茶处于80%遮荫处理下时，叶片Pn最大。Tr与植株营养的吸收有关，当Tr降低时不利于运送积累的有机物，从而抑制光合作用，导致生长缓慢[32]。金花茶在20%、40%遮荫处理下，叶片Tr较低、Vpdl较大，叶片Vpdl较大会导致植物失水，限制水和矿质元素的吸收，降低Tr，最终光合作用受阻。

研究表明在健康生理状态下绝大多数高等植物的Fv/Fm值在0.8 ～0.85之间[33]。本研究发现，金花茶叶片Fv/Fm在40% ～80%遮荫度下为0.80 ～0.81，表明在40% ～80%遮荫度下，金花茶生长状态正常；在20%遮荫度下，光照强度过高，Fv/Fm值低于0.80，金花茶处于不健康的生长状态。随着遮荫度的增加，Fv/Fo值逐渐增大，在80%遮荫处理下，金花茶叶片光系统Ⅱ潜在光化学效率值最大，相比其他遮荫处理，该处理下金花茶光系统Ⅱ的潜在活性最大。

PPO 是植物组织内广泛存在的一种含铜氧化酶，植物受到机械损伤和病菌侵染后，PPO催化酚与O2氧化形成醌，使组织形成褐变，以便恢复损伤，防止或减少感染，提高抗病能力。醌类对微生物有毒害作用，伤口醌类物质的出现是植物防治伤口感染的愈伤反应，受伤组织中的PPO 酶活性就会提高，因此，当叶片发生枯萎或极度营养不良时，细胞萎缩间接引起PPO 含量的增加[26]，减少外界环境对其的侵害。在40%和50%遮荫处理下，光照强，金花茶叶片枯萎，PPO 含量增加。POD 与植物的呼吸作用、光合作用联系密切，POD 的含量直接影响着植株的生长状况，SOD 是多余自由基的清除剂，与植株抗性密切相关[24]。金花茶在70%遮荫处理下POD、SOD 含量最高，20%遮荫处理下最低，故70%遮荫处理下金花茶生长状态最好、抗性最强，20%遮荫处理下生长状态及抗性最差。20%遮荫处理下，金花茶叶片中的PPO、MDA 含量最低，可能是叶片细胞内代谢不足，叶片枯萎待脱落，已无力产生PPO抵抗外界的侵害，生化反应难以继续，叶片中的MDA含量锐减。

N 是叶绿素的组成成分，N 对植物生长发育非常重要。80%遮荫处理下，金花茶叶片中的N 含量最高，能促进叶片细胞分裂生长，从而促进植株生长。P 和K 元素能够促进各种代谢正常进行，同时提高植物的抗性，40%遮荫处理下N含量最低，金花茶的生长可能会受到一定影响，但P和K 含量最高，可能植株处于40%遮荫条件下时通过提高叶片中P和K含量，提高植株适应强光环境条件的能力，保证植物正常生长。

本研究结果表明，80%遮荫处理下，金花茶光合色素含量最高，Pn最大，Gs最大，Vpdl最小，显著提高了Tr，叶片中N 含量最高。金花茶在70%遮荫处理下，与呼吸作用、光合作用及生长素的氧化等密切相关的POD 含量最高，表明其在此环境下生长状态最好，与抗性强弱相关的SOD 含量最高，表明其在此环境下金花茶抗性最强。40%、50%遮荫处理下，金花茶叶片受到较强光照辐射，通过提高防御性酶活性、P 和K 元素的含量，来提高金花茶的抗逆性，保证植株免受较强光环境的损害。在20%遮荫处理下，叶片出现枯萎脱落并植株死亡的现象，其叶片光合色素含量最低，Gs较小，Vpdl最大，Tr低，不利于金花茶进行光合作用，而且其叶肉细胞内代谢不足，已无力产生防御性活性酶来抵抗外界的侵害。结果表明，在光照较强的夏季，盆栽金花茶幼树在70%～80%遮荫条件下生长状态良好，促进生长；而在20%遮荫处理下，植株受到强光胁迫，叶绿素含量下降，光合作用受阻，叶片枯萎并脱落，最终可能导致植株死亡。