不同栽培基質(zhì)及配比對廣西地不容光合特性的影響*

唐健民,秦惠珍,2,鄒 蓉**,蔣昊龍,寧莞權(quán)，楊秀德，曹其義

(1.廣西壯族自治區(qū)中國科學(xué)院廣西植物研究所，廣西植物功能物質(zhì)研究與利用重點實驗室，廣西桂林 541006；2.廣西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，廣西桂林 541006；3.百色學(xué)院農(nóng)業(yè)與食品工程學(xué)院，廣西百色 533000)

0 引言

廣西地不容(Stephaniakwangsiensis)屬防己科(Menispermaceae)千金藤屬(Stephania)多年生草質(zhì)落葉藤本植物[1]。在《廣西中藥材標(biāo)準》[2]中，廣西地不容被收載為藥材金不換的植物來源品種之一，是壯族等少數(shù)民族民間常用草藥，其塊根具清熱解毒、散瘀消腫之功效，用于治療胃、十二指腸潰瘍疼痛以及上呼吸道感染、急性胃腸炎、牙痛、神經(jīng)痛、癰瘡腫毒、跌打腫痛等。近年來在廣西各地藥市調(diào)查發(fā)現(xiàn),市場上廣西地不容的數(shù)量逐年減少，長期對野外資源大量地?zé)o節(jié)制采挖，再加上其本身繁殖能力低，廣西地不容野生種群不斷萎縮，被列入廣西石山特有瀕危物種[3]。日前關(guān)于廣西地不容的研究集中在生物堿化學(xué)成分分析[4]、抑菌活性研究[5]以及種屬資源[6-7]方面，而針對廣西地不容栽培方面的研究鮮有文獻報道。植物生命活動受多種因子綜合影響，不同栽培基質(zhì)有不同的透氣性和持水、持肥能力，是植物生長的重要影響因子之一，植物產(chǎn)能在很大程度上取決于栽培基質(zhì)質(zhì)量[8]。研究表明，植物生命活動受多種因子綜合影響，植物生理特性會隨著基質(zhì)的不同而發(fā)生變化，如植物的光合作用和蒸騰作用[9-10]。本研究按不同體積比混配成不同的栽培基質(zhì)，通過試驗研究不同基質(zhì)及配比對廣西地不容光合特性的影響，以期篩選出適宜幼苗生長發(fā)育的栽培基質(zhì)，為其培育和推廣提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于廣西桂林市雁山區(qū)雁山鎮(zhèn)廣西植物研究所苗圃。試驗地為廣西植物研究所特色經(jīng)濟植物研究中心的場地大棚內(nèi)，地理位置為東經(jīng) 110°18′，北緯 25°04′，海拔 175 m，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。年均日照時間1 680 h，年均溫度23.5℃，年均降雨量1 949.5 mm，年均無霜期300 d，年均相對濕度為82%。

1.2 材料

供試苗種子采收自廣西百色那坡縣，于2016年4月萌發(fā)的二年生種子播種苗。2018年8月選取生長情況基本一致，大小經(jīng)統(tǒng)計分析確認無差異的植株。栽種于內(nèi)徑18 cm、深16 cm的黑色營養(yǎng)袋中，每盆一株。盆中插入竹棍便于廣西地不容藤蔓攀爬，相互間不會纏繞。

1.3 試驗設(shè)計

試驗分為3種處理方式進行比較：(1)4種不同栽培基質(zhì)(J1、J2、J3、J4)，(2)不同配比基質(zhì)中加入等量農(nóng)家肥(N1、N2、N3)，(3)相同配比基質(zhì)中添加不等量的堿石灰(S1、S2、S3)，具體基質(zhì)配比見表1。基質(zhì)使用前采用多菌靈消毒液進行消毒，將各基質(zhì)按設(shè)計配比裝袋。每組處理10株，每組處理重復(fù)3次。根據(jù)蔣運生等[11]研究結(jié)果，采用廣西地不容最佳栽培的光照強度(30%)進行同等條件下栽培種植。光照強度(30%)的設(shè)置方法：在種植基地搭建水泥柱，用70%的遮陰網(wǎng)進行蔭蔽場地構(gòu)建。試驗光照強度通過光照計測定。每天澆足量的水，試驗期間不施肥，但定期除草并隨時防治病蟲害。2019年8月中旬進行光合參數(shù)的測定。

表1 試驗基質(zhì)配比比例

Table 1 Comparison of test substrate ratios

處理Treatment基質(zhì)配比Ratio of substrate (%)黃土 Loess沙土Sandy soil石山土Mountain soil泥炭土Peat soil農(nóng)家肥Farmyard manure堿石灰Soda limeJ1100.00-----J2-100.00----J3--100.00---J4---100.00--N130.0030.00-30.0010.00-N220.0040.00-30.0010.00-N350.0020.00-20.0010.00-S130.0030.00-30.009.001.00S230.0030.00-30.008.002.00S330.0030.00-30.007.003.00

1.4 測定方法

采用Li-6400便攜式光合儀(Li-Cor,Inc,美國)測定廣西地不容成熟葉片的光合特性。選擇在晴朗天氣進行測定，觀測時間為9:30—12:00，每種處理選取3株廣西地不容幼苗，每株選擇正常生長且葉片大小、成熟度基本一致的葉片進行測定，測定時保持葉片自然著生角度和方向不變。測量前將待測葉片放在1 000 μmol·m-2·s-1光強下誘導(dǎo)30 min(儀器自帶的紅藍光源)以充分活化光合系統(tǒng)。使用開放氣路，空氣流速為0.5 L·min-1，葉片溫度為27℃,CO2濃度為400 μmol·mol-1。設(shè)定的光強梯度為2 000，1 800，1 500，1 200，1 000，800，600，400，300，200，150，100，50，20，0 μmol·m-2·s-1，測定時每個光強梯度下停留3 min。以光合有效輻射(Photosynthetically Active Radiation,PAR)為橫軸、凈光合速率(Net Photosynthetic Rate,Pn)為縱軸繪制光合作用光響應(yīng)曲線(Pn-PAR曲線)，依據(jù)Farquhar的非直角雙曲線模型來擬合Pn-PAR曲線的方程，可得出光響應(yīng)曲線的最大凈光合速率(Maximum Photosynthetic rate,Pmax)、光飽和點(Light Saturation Point,LSP)、光譜補償點(Light Compensation Point,LCP)、表觀量子效率(Apparent Quantum Yield,AQY)，同時通過測定氣孔導(dǎo)度(Stomatal Conductance,Gs)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 17.0統(tǒng)計分析軟件對試驗數(shù)據(jù)進行單因素方差分析(One-way ANOVA)，并用最小顯著差數(shù)法(LSD法)進行多重比較，用Excel 2007進行圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同栽培基質(zhì)對廣西地不容光響應(yīng)特征的影響

光響應(yīng)曲線可反映出植物葉片的光合速率隨著光合有效輻射強度(PAR)改變的變化規(guī)律[11-12]。凈光合速率可直接反映植物利用光能的大小，進一步可反映植物積累光合產(chǎn)物的能力[13]。4類不同基質(zhì)處理的廣西地不容光響應(yīng)曲線存在明顯的梯度變化關(guān)系(圖1)，即J4>J2>J1>J3，其中J4(泥炭土)的凈光合速率最高達到3.81 μmol·m-2·s-1。在0-500 μmol·m-2·s-1時，光響應(yīng)曲線呈近直線性上升，隨著光強逐漸加強Pn增加相對緩慢，當(dāng)光強達到飽和點，凈光合速率達至最大值(Pmax)，此后隨著光強的增加光合速率都呈緩慢下降趨勢。

由光響應(yīng)曲線擬合出的多個光響應(yīng)曲線特征參數(shù)，其中，AQY反映出植物在弱光條件下利用光能的效率，值越大則表示其利用光能的效率越高[13]。由表2可知，泥炭土基質(zhì)處理的AQY、Pmax、暗呼吸速率(Dark Respiration Rate,Rd)及LSP顯著高于其他3個處理。泥炭土相較于黃土基質(zhì)透氣性更高，較于沙土基質(zhì)保水性更好，比石山土基質(zhì)更疏松。LCP是反映植物在一定光照下，光合作用吸收CO2的呼吸作用數(shù)量達到平衡狀態(tài)時的光照強度，其值越小，則植物利用弱光能力越強。LSP則反映當(dāng)達到某一光強時，植物的光合速率就不再隨光強的增高而增加，其值越大，則植物利用強光的能力越大[8]。

圖1 不同栽培基質(zhì)對廣西地不容凈光合速率的影響

Fig.1 The effects of different substrates on photosynthetic rate ofS.kwangsiensis

表2 不同基質(zhì)處理對廣西地不容光響應(yīng)曲線特征參數(shù)值的影響(μmol·m-2·s-1)

Table 2 Effects of different substrate treatments on the characteristic parameter values of the response curve ofS.kwangsiensis(μmol·m-2·s-1)

處理TreatmentAQYPmaxLSPLCPRdJ10.07±0.01b 2.97±0.01c508.64±22.70c 3.72±0.27b 0.07±0.02cJ20.07±0.01b 3.61±0.01b 574.94±21.40b0.85±0.06d0.06±0.01c J30.04±0.01c 2.15±0.02d 455.02±17.30d 5.85±0.34a 0.29±0.03b J40.10±0.01a3.81±0.01a589.55±25.70a0.97±0.09c 0.35±0.07aN10.07±0.01a 4.66±0.24a 915.86±37.43a 4.87±0.05b 0.32±0.02a N20.05±0.01b3.33±0.02b 650.91±25.47b 6.69±0.09a 0.18±0.02bN30.03±0.01c 2.87±0.04c 552.11±24.14c 3.28±0.05c 0.08±0.01cS10.04±0.01b 2.25±0.02b 579.45±24.35b 7.96±0.19a 0.29±0.01b S20.07±0.01a 3.40±0.06a 649.89±30.14a1.82±0.18b 0.44±0.05a S30.04±0.01b 2.55±0.05b 576.94±26.24b 7.17±0.27a 0.26±0.01b

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)

Note:Different lowercase letters indicate significant differences between treatments (P<0.05)

2.2 不同配比對廣西地不容光響應(yīng)特征的影響

由圖2可見，在不同的基質(zhì)配比中，3種不同配比處理的廣西地不容光響應(yīng)曲線也存在著明顯的梯度變化，即N1>N2>N3。N1(黃土30%、沙土30%、泥炭土30%、農(nóng)家肥10%)的AQY最大，Pmax，Rd及LSP都要顯著高于另外兩種處理，說明這3類基質(zhì)平均混合時在透氣性，保水性等方面是最佳的，更適合廣西地不容的生長。

圖2 不同基質(zhì)配比對廣西地不容凈光合速率的影響

Fig.2 Effect of different substrates ratio on response curve ofS.kwangsiensis

2.3 添加堿石灰處理對廣西地不容響應(yīng)特征的影響

不同配比處理的研究發(fā)現(xiàn),黃土30%、沙土30%、泥炭土30%、農(nóng)家肥10%的配比方式是最適合廣西地不容的基質(zhì)配比，在此基礎(chǔ)上通過添加不同比例的堿石灰來研究堿石灰在廣西地不容光響應(yīng)中的影響。通過圖3可知S2(黃土30%、沙土30%、泥炭土30%、農(nóng)家肥8%、堿石灰2%)相較其他2種處理更為適合，S2>S1>S3。表2的方差分析表明，S2的AQY、Pmax、Rd及LSP都顯著高于另外兩種處理。

圖3 添加堿石灰對廣西地不容凈光合速率的影響

Fig.3 Effect of adding alkali lime on photosynthetic rate ofS.kwangsiensis

2.4 不同栽培基質(zhì)配比對廣西地不容光合特性影響

2.4.1 葉片氣孔導(dǎo)度

氣孔導(dǎo)度(Gs)是葉片氣體交換的重要指標(biāo)，它主要影響著光合作用、呼吸作用及蒸騰作用[14]。如圖4所示，不同處理間的氣孔導(dǎo)度差異顯著。其中N1處理的廣西地不容氣孔導(dǎo)度最大，為0.027 9 μmol·m-2·s-1。S2處理的廣西地不容氣孔導(dǎo)度次之，為0.025 2 μmol·m-2·s-1。S3處理廣西地不容氣孔導(dǎo)度最小，為0.005 6 μmol·m-2·s-1。

2.4.2 葉片蒸騰速率

蒸騰作用是水分從植物體內(nèi)散發(fā)到體外的過程。蒸騰速率(Tr)的大小則是反映植物調(diào)節(jié)水分損失及其適應(yīng)環(huán)境的能力[15]。由圖5可知，10種不同栽培基質(zhì)配比對廣西地不容蒸騰速率的影響都不同，其中N1、N2處理的蒸騰速率相近，分別為1.180 9，1.215 9 μmol·m-2·s-1，顯著高于其他處理。S3處理的蒸騰速率最小，為0.236 2 μmol·m-2·s-1。

圖4 不同基質(zhì)配比對廣西地不容氣孔導(dǎo)度的影響

Fig.4 The influence of different substrate ratios on stomatal conductance ofS.kwangsiensis

圖5 不同基質(zhì)配比對廣西地不容蒸騰速率的影響

Fig.5 Effects of different substrate ratios on the nontranspiration rate ofS.kwangsiensis

2.4.3 葉片胞間CO2濃度

Gs，Tr與PAR對應(yīng)的變化趨勢是與Pn-PAR光響應(yīng)曲線一致。但胞間CO2(Intercellular CO2,Ci)的變化則是剛好相反，見圖6。在0-100 μmol·m-2·s-1光強范圍內(nèi)，Ci急劇下降，當(dāng)大于100 μmol·mol-1時，則基本保持在恒定的位置。N3處理胞間CO2濃度最高，為323.727 μmol·mol-1，其余處理的胞間CO2濃度為143.966-214.560 μmol·mol-1。

2.4.4 葉片水分利用效率

植物水分利用效率(Water Use Efficiency，WUE)是評價植物生長適宜程度的綜合生理生態(tài)指標(biāo)，它實質(zhì)上反映植物耗水與其干物質(zhì)生產(chǎn)之間的關(guān)系。從圖7可見S3處理水分利用效率是最高的，且顯著高于其他9個處理，為7.041 μmol·m-2·s-1，N2處理的水分利用效率則最小，為1.556 μmol·m-2·s-1。

圖6 不同基質(zhì)配比對廣西地不容胞間CO2濃度的影響

Fig.6 Effects of different substrate ratios on intercellular CO2concentration ofS.kwangsiensis

圖7 不同基質(zhì)配比對廣西地不容水分利用效率的影響

Fig.7 Effects of different substrate ratio on water use efficiency ofS.kwangsiensis

2.4.5 葉片氣孔限制值

當(dāng)Gs降低，進入其氣孔的CO2就會減少，不能滿足植物光合作用的要求，稱為光合作用的氣孔限制，氣孔限制值(Stomatal Limitation Value，Ls)過高會導(dǎo)致植物光合作用停止。試驗表明(圖8)，在不同栽培基質(zhì)的廣西地不容中S1處理的氣孔限制值Ls最大，為0.637 μmol·m-2·s-1；N3處理的值最小，只有0.195 μmol·m-2·s-1。

圖8 不同基質(zhì)配比對廣西地不容氣孔限制值的影響

Fig.8 Effect of different substrate ratio on stomatal limitation value ofS.kwangsiensis

3 討論

研究表明，植物生命活動受多種因子綜合影響，植物生理特性會隨著基質(zhì)的不同而發(fā)生變化，如植物的光合作用、蒸騰作用都會受到一定的影響[16]。栽培基質(zhì)是植物生長的介質(zhì)，植物產(chǎn)能大小在很大程度上取決于栽培基質(zhì)質(zhì)量[17]。試驗表明當(dāng)基質(zhì)配比為N1(黃土30%、沙土30%、泥炭土30%、農(nóng)家肥10%)處理時，廣西地不容有相對較高的凈光合速率，比其他處理更能積累光合產(chǎn)物。栽培基質(zhì)在一定程度上是會影響植物根系生長及吸水能力，所以基質(zhì)性質(zhì)對葉片的蒸騰速率會產(chǎn)生一定影響[18]。氣孔均能不同程度地張開以控制水分的蒸騰，基質(zhì)中N1、S2這兩個處理相比其他處理有較高的氣孔導(dǎo)度，說明不同基質(zhì)同比例相互混合對氣孔因素的影響明顯。N2、N1、S2處理的蒸騰速率較高，在一定程度上說明植物調(diào)節(jié)水分順勢及適應(yīng)逆境的能力，反映出該處理的廣西地不容生理活動更為旺盛，同時也會消耗掉更多的土壤水分[19-20]。沙土、泥炭土、珍珠巖、鋸木屑等基質(zhì)都具有一定的透氣保水性，在實際應(yīng)用過程中應(yīng)多與黃土、黑土等配合使用。本次實驗中N1、J2、S2等都是摻入不同比例的沙土、泥炭土的栽培基質(zhì)，提高廣西地不容葉片的凈光合速率，由此可見，透氣、保水、疏松的栽培基質(zhì)更適合廣西地不容的栽種。從試驗數(shù)據(jù)看，N1、S2處理的廣西地不容凈光合速率高于其他基質(zhì)，對應(yīng)的氣孔導(dǎo)度也較高，受到氣孔因素影響明顯。S3、J3、S1處理的廣西地不容凈光合速率顯著低于其他的基質(zhì)，其中S1、S3處理凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率都比較低，表明基質(zhì)中添加過多或太少的堿石灰都會增加植物的氣孔限制值，使進入細胞內(nèi)部的CO2濃度減小，同時降低蒸騰速率，說明堿石灰會影響植物凈光合速率，抑制了廣西地不容的光合作用。

4 結(jié)論

在本次試驗中，不同配比組合里，N1(黃土30%、沙土30%、泥炭土30%、農(nóng)家肥10%)、S2(黃土30%、沙土30%、泥炭土30%、農(nóng)家肥8%、堿石灰2%)基質(zhì)質(zhì)地相對疏松，具有較高的透氣性能和保水性，能增強廣西地不容光合作用效率和環(huán)境的適應(yīng)力。相對于其他處理，N1、S2處理栽培的廣西地不容光合特性綜合指標(biāo)均為最大，可作為培育廣西地不容良種壯苗的理想基質(zhì)。研究結(jié)果可為廣西地不容育苗應(yīng)用提供理論依據(jù)。