三種光照度對廣西地不容生理生化特性的影響

鄧麗麗，秦惠珍，史艷財，鄒 蓉，蔣運生，熊忠臣

（廣西壯族自治區(qū)中國科學(xué)院廣西植物研究所，廣西 桂林 541006）

廣西地不容（Stephania kwangsiensis）為防己科（Menispermaceae）千金藤屬（Stephania）的草質(zhì)落葉藤本植物，主要分布在云南東南部與廣西西北部至西南部，多見于石灰?guī)r地區(qū)的石山上［1］。廣西地不容臨床上常被用于抗炎鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜解熱等，具有很高的藥用價值。此外，其含有的生物堿對褐飛虱的觸殺能力是化學(xué)試劑馬拉硫磷的7.48 倍，故其也可作為新型植物農(nóng)藥［2，3］。近年來，對廣西地不容的需求越來越大，野生廣西地不容被過度采挖，導(dǎo)致該物種已經(jīng)處于瀕危狀態(tài)。因此，對其開展引種馴化方面的研究，對于實現(xiàn)廣西地不容種質(zhì)資源的可持續(xù)利用非常重要。

光對于植物的生長而言，是不可缺少的重要因子。不同光照度對于植物的光合特性（如凈光合速率、蒸騰速率等）以及其體內(nèi)的代謝產(chǎn)物積累會產(chǎn)生重要的影響，如：中藥遠志隨著光照度的增強，其保護酶系統(tǒng)中超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、過氧化物酶等活性均隨之升高［4］；處于45%的光照度下，元寶楓葉的超氧化物歧化酶活性以及丙二醛含量最高［5］；75%透光率處理可以提高黃檗幼苗的光合速率，對其生長發(fā)育具有促進作用，可以提高其體內(nèi)生物堿的含量［6］。因此，了解光照條件對廣西地不容生理生態(tài)特性的影響是實現(xiàn)其規(guī)?；N植的必要條件。目前，對于廣西地不容的研究主要集中在種質(zhì)資源、化學(xué)成分以及內(nèi)生真菌等方面［7-10］，光照條件對其生理影響的研究鮮見報道。本研究通過比較分析不同光照度下廣西地不容光合特性及抗氧化酶活性的差異，旨在為廣西地不容的人工栽培提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用的廣西地不容植株為4 年生的實生苗，種植于廣西植物研究所種質(zhì)資源圃（E 110°18′，N 25°04′）。該地海拔175 m，屬中亞熱帶氣候，絕對高溫38 ℃，絕對低溫-6 ℃，最熱月均溫28.4 ℃，最冷月均溫7.7 ℃，年均氣溫19.2 ℃，年降雨量1 655 mm。試驗設(shè)置了3 個光照度，分別為自然光的50%、75%、100%，每個處理20 株苗。

1.2 試驗方法

1.2.1 光合指標(biāo)測定 光合指標(biāo)測定于2019 年9 月進行。選擇天氣晴朗、光照良好的時間段（9：00—12：00），采用Li-6400 型便攜式光合儀測定3 種光照度下健康、成熟的廣西地不容葉片的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間二氧化碳濃度（Ci）等參數(shù)。測定前先在飽和光照下充分活化30 min，將光合有效輻射梯度設(shè)置為2 000、1 800、1 500、1 200、1 000、800、600、400、200、150、100、50、0 μmol/（m2·s）。每個處理重復(fù)3 次。

1.2.2 生理指標(biāo)的測定 采集不同光照度下的廣西地不容的新鮮葉片置于冰盒中，立即帶回實驗室測定超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）以及脯氨酸（PRO）等指標(biāo)。具體操作按照說明書進行，試劑盒均購于南京建成生物技術(shù)有限公司，每個處理重復(fù)3 次。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 和SPSS 23.0 軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。利用直角雙曲線修正模型計算光強響應(yīng)曲線擬合值，采用Oringin 8.5 軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 3 種光照度對廣西地不容光合特性的影響

2.1.1 3 種光照度對廣西地不容凈光合速率（Pn）的影響 圖1 為不同光照度下廣西地不容的凈光合速率變化。如圖1 所示，當(dāng)光合有效輻射小于400 μmol/（m2·s）時，廣西地不容的凈光合速率（Pn）上升幅度較大，其中100%光照度的廣西地不容凈光合速率呈線性增加。當(dāng)光合有效輻射大于400 μmol/（m2·s），50%與100%光照度的Pn上升較為緩慢，75%光照度已達穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)光合有效輻射在100～2 000 μmol/（m2·s）時，不同光照度處理的Pn大小順序依次為100%光照度＞75%光照度＞50%光照度，75%光照條件下的廣西地不容Pn達到光飽和點后依然保持穩(wěn)定趨勢，表明其在此光照度下光合作用能力穩(wěn)定，有利于植株的生長。

圖1 不同光照度下廣西地不容凈光合速率的變化

2.1.2 3 種光照度對廣西地不容胞間CO2濃度（Ci）的影響 圖2 為不同光照度下廣西地不容的凈光合速率變化。如圖2 所示，不同光照度處理的廣西地不容胞間CO2濃度（Ci）隨著光合有效輻射的增強而減少。當(dāng)光合有效輻射小于200 μmol/（m2·s）時，3種不同光照度處理的Ci均急速下降；當(dāng)光合有效輻射大于400 μmol/（m2·s）時，3 種不同光照度處理Ci趨于平緩狀態(tài)。在不同光照條件下，75%光照度的Ci最低，綜合表現(xiàn)為50%光照度＞100%光照度＞75%光照度，表明75%的光照條件下，廣西地不容葉肉細胞具有較強的吸收利用二氧化碳的能力。

圖2 不同光照度下廣西地不容胞間CO2濃度的變化

2.1.3 3 種光照度對廣西地不容氣孔導(dǎo)度（Gs）的影響 圖3 為不同光照度下廣西地不容的氣孔導(dǎo)度變化。如圖3 所示，當(dāng)光合有效輻射小于800 μmol/（m2·s）時，100%光照度的廣西地不容氣孔導(dǎo)度（Gs）增加的幅度較大；當(dāng)光合有效輻射小于1 200 μmol/（m2·s）時，75%與50%光照度的Gs趨勢變化相似，但光合有效輻射大于1 200 μmol/（m2·s）時，75%光照度Gs開始回升，50%光照度Gs開始緩慢下降。以上結(jié)果表明，廣西地不容在不同的光照度條件下能夠調(diào)節(jié)氣孔大小，從而適應(yīng)環(huán)境的變化，75%與50%光照度條件下氣孔導(dǎo)度變化小，植株維持體內(nèi)的水分不易蒸發(fā)，有利于植株生長。

圖3 不同光照度下廣西地不容氣孔導(dǎo)度的變化

2.1.4 3 種光照度對廣西地不容蒸騰速率（Tr）的影響 圖4 為不同光照度下廣西地不容的蒸騰速率變化。如圖4 所示，不同光照度處理下廣西地不容蒸騰速率（Tr）的變化與氣孔導(dǎo)度一致。75%與50%光照度條件下，Tr隨著光合有效輻射的增加變化不明顯。在不同光照度條件下，廣西地不容Tr呈現(xiàn)的規(guī)律為100%光照度＞75%光照度＞50%光照度，Tr與Gs相關(guān)，Gs下降，水分蒸發(fā)減少，從而使Tr下降，表明在75%與50%低光照度的條件下，廣西地不容所需的能量減少，蒸騰速率降低，有利于維持植株自身的生長。

圖4 不同光照度下廣西地不容蒸騰速率的變化

2.1.5 光照度對廣西地不容光合參數(shù)的影響 由表1 可知，隨著光照度的不斷減少，廣西地不容的最大凈光合速率、光補償點、光飽和點、表觀量子效率以及暗呼吸速率等光合參數(shù)均表現(xiàn)為逐漸下降趨勢。在3 種光照度的處理下，50%光照度的光補償點最低，從100%光照度的17.004 μmol/（m2·s）下降至3.347 μmol/（m2·s），說明在光照較少的環(huán)境中，廣西地不容通過降低其光補償點提高對弱光條件環(huán)境的適應(yīng)能力。隨著光照度的逐漸減弱，3 種處理之間的光飽和點差異顯著，與100%光照度處理相比，75%、50% 光照度處理的光飽和點分別下降了17.36%、37.35%。在不同的光照度條件下，廣西地不容的暗呼吸速率、表觀量子效率之間差異明顯，光照度為50%處理的暗呼吸速率以及表觀量子效率表現(xiàn)為最小值，表明在50%的光照條件下，廣西地不容的光能利用效率較低。

表1 不同光照度廣西地不容的光合參數(shù)比較

2.2 光照度對廣西地不容酶活性的影響

2.2.1 3 種光照度下廣西地不容超氧化物歧化酶（SOD）活性 圖5 為不同光照度下廣西地不容超氧化物歧化酶（SOD）活性。如圖5 所示，隨著光強的下降，廣西地不容SOD 活性先升高后下降，75%光照度處理與100%、50%光照度處理下的SOD 活性差異顯著。75% 光照度處理的SOD 活性最高，為499.92 U/g，其次是100%光照度處理，50%光照度處理的SOD 活性最低。結(jié)果表明，強光條件對廣西地不容植物葉片產(chǎn)生了脅迫，在50%光照度下較有利于植物的生長，可以緩解植株的逆境變化。

圖5 不同光照度對廣西地不容超氧化物歧化酶活性的影響

2.2.2 3 種光照度下廣西地不容過氧化物酶（POD）活性 圖6 為3 種光照度下廣西地不容過氧化物酶（POD）活性。如圖6 所示，3 種處理條件下廣西地不容的POD 活性表現(xiàn)出顯著差異，隨著光照度的減弱，POD 逐漸下降。50%光照條件下的POD 活性最低，100% 光照條件下的POD 活性最高，達到了15.271 U/mg，表明在強光條件下，細胞受損嚴重，75%與50%光照度條件下可以降低環(huán)境脅迫，有利于廣西地不容植株減少細胞的損傷。

圖6 不同光照度對廣西地不容過氧化物酶活性的影響

2.2.3 3 種光照度下廣西地不容過氧化氫酶（CAT）活性 圖7 為3 種光照度下廣西地不容過氧化氫酶（CAT）活性。如圖7 所示，廣西地不容CAT 變化趨勢與POD 相似，3 種光照度處理的廣西地不容CAT均表現(xiàn)出顯著差異，均隨著光照度的增加而逐漸下降。50%光照條件下的CAT 為2.15 U/mg，相對于100%光照度處理下降了57.09%，75%光照度處理下的CAT 活性與100%光照度處理間的變化幅度較小，表明50%光照度條件有利于廣西地不容植株的生長。

圖7 不同光照度對廣西地不容過氧化氫酶活性的影響

2.3 3 種光照度下廣西地不容脯氨酸（PRO）的含量

圖8 為3 種光照度下廣西地不容脯氨酸（PRO）含量。如圖8 所示，廣西地不容葉片PRO 含量隨著光照度的減少而下降，100%光照度處理與75%、50%光照度處理間差異顯著，PRO 含量在不同的光照條件下表現(xiàn)的規(guī)律為100%光照度＞75%光照度＞50%光照度，表明當(dāng)光脅迫減弱時，廣西地不容葉片PRO 含量不斷下降，75%與50%的光照度為廣西地不容植株生長的較佳環(huán)境。

圖8 不同光照度對廣西地不容脯氨酸含量的影響

3 討論

不同光強條件會影響植物的生長發(fā)育，已有多項研究表明不同光照度會明顯影響植物的生長、光合作用及抗氧化等［11-14］，本試驗研究發(fā)現(xiàn)，在不同光照度條件下，廣西地不容植株的光合作用以及抗氧化酶活性會產(chǎn)生顯著差異。

植物光補償點及光飽和點是植物對光利用能力的體現(xiàn)，代表植物對光的需求特性和需求量［15］。一般認為，植物的光補償點越低，該植物越能在弱光條件下順利進行光合作用和光合產(chǎn)物的積累，耐陰能力就越強［16］。本研究中，75%光照條件的廣西地不容光補償點和光飽和點的范圍較大，表明其光照條件下植株對于光能利用的范圍較廣。從凈光合速率變化可以看出，過強或過低的光照條件下會造成植物的光抑制效應(yīng)［17-19］，本研究中100%、50%光照度處理在光合有效輻射大于1 200 μmol/（m2·s）之后則呈下降趨勢，說明在該條件下光能過剩，葉片難以完全消耗，從而產(chǎn)生光能抑制。75%光照條件下，廣西地不容達到光飽和點后，光合速率趨于穩(wěn)定，這表明75%光照條件不會損害廣西地不容的光合器官。

植物細胞的新陳代謝受阻時會產(chǎn)生大量的活性氧，從而導(dǎo)致膜脂質(zhì)過氧化，SOD、POD 以及CAT 等是細胞抵御活性氧損傷的保護酶體系的主要組成部分，可以清除植物細胞在逆境環(huán)境中產(chǎn)生的超氧陰離子自由基（O2-·）、羥基自由基（OH）和過氧化氫（H2O2）［20］。在本試驗中，低光強條件下，50%、75%光照度的CAT 活性、POD 活性及PRO 含量明顯低于100%光照度處理，且均達到顯著水平，說明長時間的強光照射造成了廣西地不容的逆境環(huán)境，在適當(dāng)?shù)墓庹斩葪l件下，廣西地不容的生長發(fā)育較好，減少了對膜系統(tǒng)的傷害。

綜上所述，在不同光照度試驗中，75%光照度可以為廣西地不容植株的生長發(fā)育積累更多的光合產(chǎn)物，對其的生長發(fā)育有促進作用。本試驗可以進一步為研究廣西地不容對光調(diào)控響應(yīng)機制提供科學(xué)依據(jù)，在生產(chǎn)實踐中，通過廣西地不容植株進行適當(dāng)遮陰，創(chuàng)造其適宜生長的最佳光環(huán)境，光合能力提高，從而有利于獲得優(yōu)質(zhì)的廣西地不容植株，提高廣西地不容的產(chǎn)量與質(zhì)量。