三叶青野生种与怀玉山三叶青栽培种光合特征和叶绿素荧光参数的比较

熊克冰，洪森荣，蔡红，陈荣华

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

三叶青，正名三叶崖爬藤（Tetrastigma hemsleyanumDiels et Gilg），为葡萄科崖爬藤属多年生草质藤本植物，又名金线吊葫芦、石老鼠、石猴子、石抱子、蛇附子等［1］，枝无或有柔毛，叶与卷须对生；三出复叶，无毛，边缘锯齿较疏且浅；花序腋生；果为浆果，近球形或倒卵状的球形；种子呈倒卵状椭圆形；块茎呈椭球形或不规则块状［2］，主要分布于浙江、江苏、江西、广东、广西、福建、湖南、湖北、四川等地［3］。三叶青是中国特有珍稀药材，全株皆可入药，常采收于夏、秋两季，采收后可直接鲜用或是通过切片、晒干等方式进行储存。三叶青中最主要的有效成分为黄酮类物质，具有清热解毒、祛风化痰、抗癌、抗肿瘤等功效，有“植物抗生素”之称。三叶青在肺炎、肝炎、脑膜炎等多种疾病的治疗上有重要作用［4，5］，具有非常高的经济价值。

由于人为的开山毁林以及药材价格上涨而遭到狂采滥挖等原因，这些年来三叶青野生资源已不能满足目前的需求［6-10］。保护三叶青野生资源，建设三叶青产业化基地，实现三叶青人工栽培已成为趋势。2008年起，上饶市红日农业开发有限公司对全国各地的野生三叶青资源进行搜集、驯化，共保存了68个不同分布区域的野生三叶青品种，从中选育出具有较高栽培价值的怀玉山三叶青栽培种怀玉1号和怀玉2号［2］，大大缓解了医药市场对三叶青需求的压力，同时在一定程度上保护了三叶青野生种资源。

光合作用是植物进行生长发育最基本的生理活动之一［11，12］。光合特征可以反映植物的光合效率，与植物的生长状况密切相关，光合效率的大小可直接反映该种植物的产量［11，13］。叶绿素荧光参数可反映样本植物有关光合作用的相关信息，可直接反映所测植物光系统的“内在性”［14］。虽然有不少研究者对三叶青的光合特性做了研究，但是在相同光照条件及生长条件下，对三叶青野生种与栽培种光合特性的研究鲜见报道。本研究选取了三叶青野生种FJ-WYS以及怀玉山三叶青栽培种怀玉2号作为研究对象。通过测定野生种FJ-WYS及栽培种怀玉2号叶绿素荧光参数、光合特征、叶绿素含量以及叶长、叶宽和叶型指数，并对数据进行对比分析，旨在为三叶青野生种进一步选育工作提供光合作用方面的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料为种植于种植园（东经117°56′21″—117°59′55″，北纬28°50′14″—28°53′47″）相同大棚种植条件下的2个三叶青品种，分别为三叶青野生种FJ-WYS与怀玉山三叶青栽培种怀玉2号（图1）。

图1 供试材料怀玉山三叶青栽培种怀玉2号与三叶青野生种FJ-WYS

FJ-WYS，原始采集地为福建省武夷山天心寺，位于福建省北部，终年气候温暖、雨量充沛，具亚热带季风气候特征。年平均气温19.0℃左右，年降雨量1 900 mm左右。于2013年11月28日采集后种植于江西省上饶市玉山县怀玉山三叶青品种园内。地上部分生长旺盛，藤蔓较为粗壮。叶呈桃叶型，两侧小叶较中央小叶小，叶片表面较嫩。

怀玉2号是从来自全国各地68个野生三叶青品种中选育出的三叶青栽培种。地上部分生长旺盛，而块根形成相对较晚，小叶片呈桃叶形，两侧小叶较中央小叶小，叶片表面具有光泽呈现革质。

试验区为江西省上饶市玉山县怀玉山三叶青品种园，位于江西省东北部，终年气候温暖、雨量充沛，具亚热带季风气候特征。年平均气温在17.0℃左右，年降水量在1 900 mm以上。以上材料均种植于上饶市红日农业开发有限公司怀玉山基地大棚，试验所测植株均无病虫害、生长状态良好。

1.2 方法

2019年10月25日9—11时，于江西省上饶市玉山县怀玉山三叶青品种园内测定。在FJ-WYS和怀玉2号中选取无病虫害、生长状态相似的植株。

1.2.1 FJ-WYS与怀玉2号光合特征和叶绿素荧光参数的测定

1）光和特性的测定：每个品种选取5株，每株各选取健康完整、发育成熟的叶片1片，每个样本叶片重复测2组数据。利用LI-6400XT光合仪分别测定并记录三叶青野生种FJ-WYS与三叶青栽培种怀玉2号的光合特征参数（Pn、Gs、Ci、Tr、Ca）。

2）叶绿素荧光参数的测定：每个品种选取3株，每株各选取健康完整、发育成熟的叶片1片。在测量前，使用锡箔纸对待测叶片进行暗适应处理，处理时间为30 min。暗适应处理后，立即使用配备有6400-40荧光叶室的LI-6400XT光合仪测定所选叶片的Fo、Fm、Fv/Fm。测定后对其进行标记，并进行光活化处理，活化时间为30 min。光活化后，测定FJ-WYS与怀玉2号叶片的Fo′、Fm′、Fs。

1.2.2 FJ-WYS与怀玉2号叶绿素含量、叶长和叶宽的测定每个品种选取10株，每株各选取健康完整、发育成熟的叶片1片。使用SPAD-502 Plus便携式叶绿素测定仪测定每个样本的叶绿素含量（SPAD）。使用直尺测量每个样本小叶的叶长、叶宽，并记录。

1.2.3 相关参数测定的注意事项上午9：00—11：00是植物进行光合作用最佳时间，同时也是光合参数、叶绿素荧光参数、叶绿素含量的最佳测定时间［15］。为了保证LI-6400XT光合仪在测定过程中正常运作，在相关试验参数测定前需要对光合仪进行预热期间以及预热后检查［16］。在使用LI-6400XT光合仪和SPAD-502 Plus便携式叶绿素测定仪测定的过程中尽可能地保持叶片原有位置、角度等状态，需要等待仪器测定数据相对稳定后再进行记录。在选取试验材料时，需选取生长环境同等、生长状态优良、无遮挡的叶片。避免使用幼嫩及衰老叶片，测试前需要将叶片擦拭干净，不得附着泥土、灰尘等杂质。使用米尺测量三叶青叶长、叶宽时，应注意在2个三叶青品种中选取成熟、生长状态优良且相同的中央小叶。

1.2.4 数据处理

1）光合特征与叶绿素荧光参数的处理。将LI-6400XT光合仪所测数据导入计算机内，利用Excel 2010软件对所测数据进行归纳整理。通过已测得的光合特征相关数据计算出CUE、WUE、Ls。

通过已测得的荧光参数相关数据计算出：ΦPSⅡ、Fv′/Fm′、Fv/Fo、Fv/Fm、NPQ、qP。ΦPSⅡ=（Fm′-Fs）/Fm′；Fv′/Fm′=（Fm′-Fo′）/Fm′；Fv/Fo=（Fm-Fo）/Fo；Fv/Fm=（Fm-Fo）/Fm；NPQ=1-Fv′/Fv=1-（Fm′-Fo′）/Fv；qP=（Fm′-Fs）/（Fm′-Fo′）［19-21］。

2）叶绿素含量以及叶长、叶宽和叶形指数的处理。将所测叶绿素含量（SPAD）、叶长、叶宽通过Excel 2010软件进行归纳整理，并通过叶长（L）与叶宽（D）的相关数据计算出相应的叶形指数（LI）。叶形指数公式为LI=L/D［22］。

最后将所有数据导入SPSS 23.0软件，通过SPSS 23.0软件对数据运用单因素方差分析法（ANOVA）分别在P=0.05和P=0.01的水平下进行多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 FJ-WYS与怀玉2号光合特征的比较

由表1可知，对于Ci而言，三叶青栽培种怀玉2号 的Ci（312.62 μmol/mol）比 野 生 种FJ-WYS的Ci（275.05 μmol/mol）高，是FJ-WYS的1.137倍。而在于Gs、Tr、Ls、WUE、Pn、CUE方面，FJ-WYS均较怀玉2号高。怀玉2号的Gs［0.03 μmol/（m2·s）］是FJWYS的［0.04 μmol/（m2·s）］75.00%；怀玉2号的Tr（0.36 mmol/（m2·s））是FJ-WYS［0.50 mmol/（m2·s）］的72.00%；怀玉2号的Ls（0.22）是FJ-WYS（0.31）的70.96%；怀玉2号的WUE（4.85 μmol/mmol）是FJWYS（6.68 μmol/mmol）的72.60%；怀 玉2号 的Pn［1.66 μmol/（m2·s）］是FJ-WYS［2.92 μmol/（m2·s）］的56.85%；怀玉2号的CUE［0.005 mmol/（m2·s）］是FJWYS［0.012 mmol/（m2·s）］的41.67%。

由表1可知，在Gs和Tr方面，怀玉山三叶青栽培种怀玉2号与三叶青野生种FJ-WYS均差异不显著（P＞0.05）；而在Ci、Ls和WUE方面，二者差异显著（P＜0.05）；在Pn和CUE方面，二者差异极显著（P＜0.01）。

表1 FJ-WYS与怀玉2号光合特征比较

2.2 FJ-WYS与怀玉2号叶绿素荧光参数比较

由表2可知，在Fo′、Fs、NPQ、Fo、Fm方面，FJWYS较怀玉2号高。FJ-WYS的Fo′（726.76）较怀玉2号的（723.19）高，是怀玉2号Fo′的1.004 9倍；FJWYS的Fs（1 055.74）较怀玉2号的（975.80）高，是怀玉2号Fs的1.081 9倍；FJ-WYS的NPQ（0.60）较怀玉2号（0.57）高，是怀玉2号NPQ的1.052 6倍；FJWYS的Fo（821.25）较怀玉2号（720.22）高，是怀玉2号Fo的1.14倍；FJ-WYS的Fm（3 810.46）较怀玉2号（3 515.29）高，是怀玉2号Fm的1.084 0倍。

在Fm′、ΦPSⅡ、Fv′/Fm′、qP、Fv/Fm、Fv/Fo方面，FJ-WYS较怀玉2号低。FJ-WYS的Fm′（2 043.58）较怀玉2号的Fm′（2 142.45）低，是怀玉2号Fm′的95.39%；FJ-WYS的ΦPSⅡ（0.48）较 怀 玉2号 的（0.54）低，是怀玉2号ΦPSⅡ的88.89%；FJ-WYS的Fv′/Fm′（0.64）较怀玉2号的Fv′/Fm′（0.66）低，是怀玉2号的96.97%；FJ-WYS的qP（0.75）较怀玉2号的（0.82）低，是怀玉2号qP的91.46%；FJ-WYS的Fv/Fm（0.78）较怀玉2号的Fv/Fm（0.80）低，是怀玉2号Fv/Fm的97.50%；FJ-WYS的Fv/Fo（3.64）较怀玉2号的Fv/Fo（3.88）低，是怀玉2号的93.81%。

由表2可知，在Fm、Fv/Fm、Fo′、Fm′、Fv/Fm、Fv/Fo、ΦPSⅡ、Fv′/Fm′、qP、NPQ等方面，三叶青野生种FJ-WYS与怀玉山三叶青栽培种怀玉2号差异均不显著（P＞0.05）；而在Fo和Fs两方面，二者差异显著（P＜0.05）。

表2 FJ-WYS与怀玉2号叶绿素荧光参数和叶绿素含量比较

2.3 FJ-WYS与怀玉2号叶绿素含量比较

测量时发现，怀玉2号叶片颜色比FJ-WYS叶片颜色深。由表2可知，怀玉2号的SPAD（68.46）较FJ-WYS的SPAD（49.36）高，是FJ-WYS的1.39倍。在SPAD方面，三叶青野生种FJ-WYS与怀玉山三叶青栽培种怀玉2号差异极显著（P＜0.01）。

2.4 FJ-WYS与怀玉2号叶长、叶宽和叶形指数比较

由表3可知，怀玉2号的叶长（9.36 cm）较FJWYS的叶长（8.68 cm）长，是FJ-WYS叶长的1.08倍；怀玉2号的叶宽（3.01 cm）较FJ-WYS的叶宽（3.35 cm）窄，是FJ-WYS叶宽的89.85%；怀玉2号的叶形指数（3.12）较FJ-WYS的叶形指数（2.60）大，是FJ-WYS叶形指数的1.2倍。

由表3可知，在叶长方面三叶青野生种FJ-WYS与怀玉山三叶青栽培种怀玉2号差异显著（P＜0.05）；在叶宽和叶形指数方面，二者差异极显著（P＜0.01）。怀玉2号与FJ-WYS的叶型均为桃叶型，由所测叶长、叶宽的数据可知，怀玉2号叶片较细长，而FJ-WYS叶片较短宽。

表3 FJ-WYS与怀玉2号叶长、叶宽和叶型指数比较

3 讨论

光合特征代表了所测样本植物叶片的光合能力，与该植物的生长状况关系密切，是植物的遗传特性之一［9］。净光合速率（Pn）反映了植物的光合潜能［23］；水分利用效率（WUE）反映了碳固定与水分消耗比例，反映了植物适应能力，WUE越高，说明所测样本叶片水分利用率越强［20，23］；胞间二氧化碳浓度（Ci）反映了叶片CO2同化速率与气孔导度的比例［23］。许中秋等［24］在对海滨紫晶、海滨绯红2个乌桕新品种苗木光合特性比较研究中发现，在Pn、Gs、Tr和CUE方面海滨紫晶均显著高于海滨绯红，在Ci方面则海滨绯红显著高于海滨紫晶，并最终得出海滨绯红的光合能力较海滨紫晶强。张晓娜等［25］在对9个枸杞品种的光合特性比较研究中发现，宁杞3号在Pn、WUE和Fv/Fm方面较高，进而得出宁杞3号具有光合能力强。李晓莺等［26］在对枸杞的光合特性比较中发现，在Ci、Pn、Gs、Tr方面，“1401”和“1402”均显著高于宁杞7号和宁杞1号，进而得出“1401”和“1402”的光合能力较宁杞1号和宁杞7号强。唐红［27］对4个观赏海棠品种光合特性比较研究中发现，4种海棠里凯尔斯的Pn较高，并最终得出凯尔斯光合能力较强，具有较高的栽培价值。在本试验中，在Ci、Ls、WUE方面，三叶青野生种FJ-WYS与怀玉山三叶青栽培种怀玉2号差异达到显著水平；在Pn、CUE方面，二者差异达到极显著水平，表明怀玉2号与FJ-WYS在光合潜能和水分利用率方面存在差异，且在光合潜能方面差异较大，进一步反映了怀玉2号与FJ-WYS对于相同生长环境的适应能力上具有较大差异。虽然怀玉2号的Ci平均值比FJWYS的Ci平均值高，但是在Ls、WUE、Pn、CUE方面，FJ-WYS样本叶片的平均值均比怀玉2号样本叶片的平均值高，这表示三叶青野生种FJ-WYS具有光合潜能较强、水分利用率较高的特点。

叶片是植物进行光合作用的主要场所，而叶形指数可以反映叶片的形状特征。在本试验中，怀玉2号与FJ-WYS的叶形指数差异达到极显著水平。两者在叶形方面差别较大，由所测叶长、叶宽的数据可知，怀玉2号与FJ-WYS的叶型均为桃叶型，怀玉二号叶片较细长，而FJ-WYS叶片较短宽。

叶绿素是植物细胞中参与光合作用主要的色素，与植物产量相关［28，29］。研究表明，SPAD与叶片叶绿素含量呈正相关，可采用叶绿素仪测定比较样本叶片的叶绿素相对含量［28，30］。张苇等［31］通过对比不同种红树林植物叶片的SPAD发现，所测叶片的SPAD与该植物的生长状态呈相关性。在本试验中，在SPAD方面，三叶青野生种FJ-WYS与怀玉山三叶青栽培种怀玉2号差异达到极显著水平，怀玉2号样本叶片SPAD平均值高，即怀玉2号叶绿素含量较高。

叶绿素在植物细胞中吸收的光能主要用于光合作用，吸收光能的一部分以热的形式散发，以荧光的形式发出，检测叶绿素荧光参数可以反映植物叶片的光合作用机理以及该植物的光合生理状态［32-35］。李军保等［36］在对榆林不同树龄胡杨叶片叶绿素荧光特征比较研究中发现，在叶绿素含量、Fv/Fm、ΦPSⅡ、qP和NPQ等方面不同树龄胡杨叶片均存在显著差异，其中以2年生、4年生、5年生胡杨的相关参数较高；周德峰等［37］在对黑河中游沙荒地3个杏品种叶绿素荧光参数的比较研究中发现，3个品种杏在Fv/Fm和Fm方面存在显著差异，且珍珠油的Fv/Fm最高，得出珍珠油具有抗胁迫能力强的特点；赵守义［38］在对不同树龄早酥和红早酥梨叶绿素荧光参数比较研究中发现，随着树龄的增加，其叶绿素含量、Fm、Fv、Fv/Fm等方面均增加。Bradbury等［34］在对不同品种蝴蝶兰叶绿素荧光特性研究中发现，PSⅡ反应中心失活或是损伤时会导致Fo上升。在本试验中，在Fo、Fs这两方面，三叶青野生种FJWYS与怀玉山三叶青栽培种怀玉2号差异达到显著水平，表明怀玉2号与FJ-WYS在PSⅡ反应中心全部开放时Fo和Fs存在差异，且在光合潜能方面差异较大［39］，FJ-WYS样本叶片的平均值均比怀玉2号样本叶片的平均值高，表示FJ-WYS的PSⅡ反应中心活性较怀玉2号强。

在本试验中，FJ-WYS与怀玉2号这2个品种在部分光合参数、叶绿素荧光以及叶长、叶宽和叶型指数上存在显著差异，各有其优势，而三叶青野生种FJ-WYS的光合作用能力较强。由于光合作用过程的复杂性以及外界影响因素的多样性，在本试验中发现叶绿素含量、叶形指数与光合作用能力无正相关关系。在实际产业化种植中，可相应采取适宜的措施，以发挥其最大优势。