怀玉山一年生三叶青地栽和盆栽扦插苗光合特性的比较

谢菁， 蔡红， 陈荣华， 尹明华,3,4,5*

(1.上饶师范学院 生命科学学院，江西 上饶 334001； 2.上饶市红日农业开发有限公司，江西 上饶 334700；3.上饶市药食同源植物资源保护与利用重点实验室，江西 上饶 334001； 4.上饶市三叶青保育与利用技术创新中心，江西 上饶 334001；5.上饶市农业技术创新研究院，江西 上饶 334001)

三叶青(TetrastigmahemsleyanumDiels et Gilg)，学名三叶崖爬藤，主产于湖南、浙江、江西、福建、广东、广西、西藏等地[1]，一般生长在海拔较高的地区。三叶青是一种名贵中草药，可治疗淋巴瘤、肺结核、前列腺疾病、败血症[2]、病毒性脑膜炎[1]等疾病，对儿童高热和各种积水也有独特的治疗作用[1,3]。根据研究发现，三叶青对一些肿瘤细胞有抑制作用[4-7]。三叶青的药用价值不在于其大小，而在于其生长年份和采集时间[8]。三叶青对环境要求高，生长缓慢[9]。随着市场需求的逐步增加，尤其是三叶青被发现具有医学价值，导致三叶青野生资源濒临灭绝[10-11]。三叶青可以通过枝条扦插、种子播种等方式繁殖，但在生产上以扦插繁殖最为经济实用。探明三叶青在不同种植方式下的光合生理特点可以保护三叶青[8]。怀玉山三叶青是一种耐阴性强、不喜阳光直射的阴生植物[12]。本文以怀玉山三叶青一年生地栽扦插苗和一年生盆栽扦插苗为研究对象，比较分析两者的光合作用效率高低，旨在为怀玉山三叶青的高山大棚扦插繁育提供光合作用方面的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验所用的怀玉山三叶青为上饶五府山所产的怀玉山三叶青主栽品种怀玉山2号。五府山位于江西省上饶县南部。五府山的主峰海拔1 891.4 m，为华东第三高峰。怀玉山三叶青于2018年以扦插的方式种植于大棚。本试验分别以一年生地栽扦插苗和一年生盆栽扦插苗的叶片为研究对象。

1.2 方法

1.2.1 叶绿素荧光参数测定

在2019年11月3日9:00—16:00于三叶青大棚栽培园中，利用便携式Li-6400XT光合测定仪测定三叶青的光合参数和叶绿素荧光参数。测量前分别选择5株长势相同的一年生地栽扦插苗和一年生盆栽扦插苗，每株选1片深绿色叶片测定。在一年生盆栽扦插苗和一年生地栽扦插苗里分别选3株三叶青与光合测定相同位置的叶片利用便携式 Li 6400XT 光合测定仪测定自然光(200 μmol·m-2·s-1)和遮荫条件下叶片的最大荧光和初始荧光。

1.2.2 叶绿素相对含量测定

2019年11月上旬，用SPAD-502叶绿素仪测量同一叶片不同位置的叶绿素含量。

1.2.3 叶长叶宽测定以及叶形指数的计算

采用米尺测量样品的叶长、叶宽，重复3次，计算叶形指数[13]。叶形指数可用于研究作物的生长发育规律[14]，一棵树在不同发育阶段，随着树龄的增大叶形指数会逐渐减小[15]。

1.3 数据处理

数据采用Excel 2016进行统计，再用SPSS 23.0软件进行数据分析和处理，采用ANOVA以及LSD进行方差分析与多项比较。

2 结果和分析

2.1 光合特性

表1可知，怀玉山一年生地栽扦插苗的平均净光合速率为2.097 μmol·m-2·s-1，一年生盆栽扦插苗的为2.330 μmol·m-2·s-1，盆栽扦插苗比地栽扦插苗高约11%；细胞间CO2浓度一年生地栽扦插苗为205.674 μmol·mol-1，一年生盆栽扦插苗为252.594 μmol·mol-1，盆栽扦插苗比地栽扦插苗高22.8%；一年生盆栽扦插苗的平均蒸腾速率为0.824 mmol·m-2·s-1，而一年生地栽扦插苗的平均蒸腾速率为0.421 mmol·m-2·s-1，盆栽扦插苗为地栽扦插苗的1.95倍；一年生盆栽扦插苗的气孔导度是一年生地栽扦插苗的2.65倍；一年生地栽扦插苗气孔限制值为0.930，是盆栽扦插苗的2.52倍；水分利用效率差异极显著，一年生地栽扦插苗平均为6.278，盆栽扦插苗平均为2.830，说明在相同光照条件下一年生地栽扦插苗的平均水分利用效率是盆栽扦插苗的2.22倍；地栽扦插苗瞬时羧化速率约为盆栽扦插苗的1/10。

表1 一年生三叶青地栽扦插苗和一年生盆栽扦插苗的光合特性的比较

一年生盆栽扦插苗的气孔限制值、水分利用效率比地栽扦插苗低，而瞬时羧化速率、气孔导度、细胞间 CO2浓度、蒸腾速率则是盆栽扦插苗高，所以一年生盆栽扦插苗总的光合速率高于地栽扦插苗。说明三叶青一年生盆栽扦插苗与一年生地栽扦插苗在相同光照条件下，盆栽扦插苗的有机物累积高于地栽扦插苗，长势比地栽扦插苗好，块根质量也要比地栽扦插苗好。从方差分析结果可知，怀玉山一年生三叶青盆栽扦插苗和一年生地栽扦插苗的蒸腾速率、净光合速率、瞬时羧化速率之间均有极显著差异。

2.2 叶绿素荧光参数

2019年11月初晴朗天气09:00在一年生盆栽扦插苗和一年生地栽扦插苗里分别选用3株怀玉山三叶青扦插苗在相同位置的叶片测定叶绿素荧光参数，结果如表2。

2.2.1 初始荧光和最大荧光

由表2可知，一年生盆栽扦插苗和一年生地栽扦插苗的初始荧光和最大荧光值都是相同的；一年生地栽扦插苗平均光下荧光为775.65，盆栽苗为619.44；一年生地栽扦插苗最大荧光为3 613.78，盆栽苗为2 236.98。一年生地栽扦插苗光下荧光和光下最大荧光均比一年生盆栽扦插苗高。

2.2.2 PSⅡ光化学效率

PSⅡ光化学效率是叶片在没有暗适应，自然光照下直接测量的。在没有来自生长环境的胁迫的情况下，该参数的变化很小，但在胁迫下会显著降低。由表2可知怀玉山一年生三叶青地栽扦插和

表2 自然光下一年生三叶青2种扦插苗的叶绿素荧光参数

盆栽扦插苗的PSⅡ有效光化学光量子产量在0.45～0.56，表现为一年生地栽扦插苗>一年生盆栽扦插苗。

2.2.3 光化学猝灭系数与非光化学猝灭系数

根据表2的数据可知，在怀玉山三叶青一年生地栽扦插苗和一年生盆栽扦插苗这2种栽培模式中，非光化学猝灭系数地栽扦插苗比盆栽苗高，且差异极显著；光化学猝灭系数也是地栽扦插苗高。

2.3 遮光条件下的叶绿素荧光参数

2.3.1 初始荧光和最大荧光

由表3可以看出在遮光条件下一年生地栽扦插苗平均初始荧光为775.65，盆栽苗为619.44；一年生地栽扦插苗平均最大荧光为3 613.78，盆栽苗为2 236.99。一年生地栽扦插苗的初始荧光值和最大荧光值均比一年生盆栽扦插苗高。

2.3.2 PSⅡ光化学效率

由表3可知，遮光条件下怀玉山三叶青一年生地栽扦插苗的PSⅡ有效光化学效率为0.79，盆栽苗为0，表现为一年生地栽扦插苗>一年生盆栽扦插苗。

2.3.3 非光化学猝灭系数

由表3可知，遮光条件下一年生盆栽扦插苗和一年生地栽扦插苗的非光化学猝灭系数的值均为1，两者无差异。

表3 遮光条件下一年生三叶青2种扦插苗的叶绿素荧光参数

2.4 叶绿素相对含量

由表4可知，一年生盆栽扦插苗的平均SPDA值为32.3，而地栽苗为54.2，比盆栽苗高67.8%，差异达显著水平。

2.5 叶长叶宽叶形指数

由表5可知，一年生地栽扦插苗的叶长平均值为7.5 cm，而盆栽苗的叶长平均值为5.8 cm；一年生盆栽扦插苗的叶宽平均值为1.9 cm，地栽苗平均为2.5 cm；一年生盆栽扦插苗的叶形指数平均值为3.2，地栽苗的为3.0。

表4 一年生三叶青2种扦插苗叶绿素相对 含量(SPAD值)

表5 一年生三叶青2种扦插苗的叶长、叶宽和叶形指数表现

3 小结与讨论

试验结果表明，在相同光照条件下三叶青一年生地栽扦插苗的平均净光合速率为2.097 μmol·m-2·s-1，而一年生盆栽扦插苗为2.330 μmol·m-2·s-1；一年生地栽扦插苗的平均细胞间CO2浓度为205.647 μmol·mol-1，而一年生盆栽扦插苗为252.594 μmol·mol-1；一年生盆栽扦插苗的平均蒸腾速率为0.824 mmol·m-2·s-1，而一年生地栽扦插苗为0.421 mmol·m-2·s-1；一年生盆栽扦插苗的气孔导度比地栽扦插苗的高；净光合速率反映了植物生产能力的强弱[16]。一年生盆栽扦插苗的水分利用效率比地栽扦插苗低，气孔限制值也表现为相同的情况。盆栽扦插苗瞬时羧化速率更高，地栽扦插苗约为盆栽扦插苗的1/10。气孔导度变化会影响蒸腾速率，还会影响净光全速率[17-18]。由于一年生盆栽扦插苗气孔导度、细胞间CO2浓度、蒸腾速率均高于一年生地栽扦插苗，所以一年生盆栽扦插苗总的光合速率高于地栽扦插苗，有机物累积、长势、块根质量也比一年生地栽扦插苗的要好。苏宴[19]对雪青梨、李斌斌[20]对樱桃、孙利鑫等[21]对红地球葡萄、王坤等[22]对金花茶以及金鑫[23]对刺龙牙的研究也得到相似的结论。

对于叶形指数而言，表现为一年生盆栽扦插苗的叶形指数>一年生地栽扦插苗的叶形指数。自从发现叶绿素荧光现象以来，人们开始利用叶绿素荧光的变化来研究植物的光合作用。现有研究表明，植物叶片初始荧光等叶绿素荧光参数，可以在一定程度上反映植物的光合能力或生长环境的变化[24]。植物叶片初始荧光与叶绿体中叶绿素的浓度有关。由数据可知一年生地栽三叶青扦插苗平均光下荧光和平均光下最大荧光均比一年生盆栽扦插苗高。三叶青的PSⅡ有效光量子产量的值表现为一年生地栽扦插苗>一年生盆栽扦插苗；光化学猝灭系数表现为一年生地栽扦插苗>一年生盆栽扦插苗，非光化学猝灭系数表现为一年生地栽扦插苗<一年生盆栽扦插苗；一年生地栽扦插三叶青的叶绿素相对含量高出一年生盆栽扦插苗的67.8%。一年生地栽扦插苗的植物叶片初始荧光、最大荧光、PSⅡ有效光量子产量、光化学猝灭系数和叶绿素相对含量与盆栽扦插苗相比，均处于较高的水平。而非光化学猝灭系数与之相比则相反。由以上数据可以看出一年生盆栽扦插苗积累有机物的效率更高。洪陈洁等[13,25-26]在对叶绿素荧光参数和有机物的积累方面的研究均得到相似的结论。三叶青一年生盆栽扦插苗光合作用强于一年生地栽扦插苗。