豆腐柴對不同光照條件的生理響應(yīng)

田 湘，馬道承，郭品湘，潘陸榮，李 琳，王凌暉

（1.南寧樹木園，廣西南寧 530031；2.廣西大學(xué) 林學(xué)院，廣西南寧 530004）

豆腐柴（Premna microphylla）為馬鞭草科（Verbenaceae）豆腐柴屬灌木，是一種木本蔬菜，主要分布在我國華東、中南和華南等地區(qū)[1]。其葉片含有大量果膠、蛋白質(zhì)、維生素、氨基酸和多酚等物質(zhì)，為藥食兩用植物[2]，常被制成豆腐和果凍[3-6]等食品。王齊瑞等[7]和柯斧等[8]進(jìn)行豆腐柴扦插試驗(yàn)，結(jié)果表明豆腐柴易生根，在營養(yǎng)豐富且透水的基質(zhì)上生長良好，菜園土、2年生插條和500 mg/kg 萘乙酸（NAA）的處理組合有利于豆腐柴扦插；房江育等[9]和李琳玲等[10]對豆腐柴進(jìn)行水培并探究其生根狀況，發(fā)現(xiàn)在相同溫度和光照下，豆腐柴水培植株的生長情況比土培好，適宜的礦質(zhì)營養(yǎng)配比有利于植株生長。程華等[11]對豆腐柴進(jìn)行組織培養(yǎng)，探究不同種類激素及濃度配比對其生長的影響，發(fā)現(xiàn)MS培養(yǎng)基+ 0.2 mg/L 6-BA + 1.0 mg/L NAA 最適宜誘導(dǎo)豆腐柴愈傷組織生根。對豆腐柴的研究還有莖和葉的解剖結(jié)構(gòu)[12]、果膠提取及其性質(zhì)[13]等方面。目前，關(guān)于豆腐柴光合生理及生長環(huán)境差異等方面的研究尚未見報(bào)道。

豆腐柴在自然環(huán)境中常生長在林下或林緣處，可進(jìn)行套種或林下種植。在人工林林下套種經(jīng)濟(jì)作物可提高林地經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展[14]。光照是影響木本蔬菜生長的重要環(huán)境因子。梁磊等[15]對4 種葉菜類觀賞蔬菜進(jìn)行不同光照處理，結(jié)果表明光照強(qiáng)度的減弱導(dǎo)致蔬菜出現(xiàn)長勢下降、葉綠素合成受阻和干物質(zhì)積累減少等現(xiàn)象；孟祥才等[16]研究表明，刺五加（Eleutherococcus senticosus）在強(qiáng)光照條件下生長較好；在適當(dāng)遮光條件下，辣木（Moringa oleifera）莖、葉生物量及葉片微量元素富集均有所提升[17]。不同蔬菜種類對光照強(qiáng)度的需求因其自身生理差異等原因不盡相同。本研究對豆腐柴進(jìn)行全光照、棚下和林下3 種環(huán)境下的栽培對比試驗(yàn)，測定3 種環(huán)境下豆腐柴植株的光合生理及生理生化指標(biāo)，并進(jìn)行綜合分析，對3種環(huán)境下豆腐柴的種植效果進(jìn)行評價(jià)，尋找最適宜其生長的光照及栽培條件，旨在推廣豆腐柴種植并為其豐產(chǎn)栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況與材料

豆腐柴植株由廣西壯族自治區(qū)南寧市南寧樹木園珍稀樹種花卉苗木繁育中心提供。

將1年生豆腐柴扦插苗分別種植在露天、棚下及林下3 種環(huán)境中；各環(huán)境的年均氣溫約為22 ℃，年均降水量約為1 650 mm。露天和棚下種植試驗(yàn)地位于該中心本部（108°30′E，22°72′N）；露天種植環(huán)境下無任何遮光設(shè)施；塑料棚由一層熟料薄膜與一層黑色遮蔭網(wǎng)合并而成，光照強(qiáng)度為全光照條件的30%。林下種植試驗(yàn)地位于南寧樹木園新塘管理區(qū)小葉欖仁（Terminalia neotaliala）林下（108°17′E，22°43′N），海拔180 m，林下光照強(qiáng)度為全光照條件的65%。各環(huán)境下的豆腐柴植株均采用赤紅壤進(jìn)行培養(yǎng)。各處理均設(shè)置3 個(gè)重復(fù)，每重復(fù)30 株，共270株植株。

1.2 試驗(yàn)方法與指標(biāo)測定

采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)。2018年4月，將1年生豆腐柴扦插苗分別種植在露天（光照強(qiáng)度100%）、林下（光照強(qiáng)度65%）及棚下（光照強(qiáng)度30%）3 種環(huán)境中。2019年12月初，測定3 種不同種植環(huán)境下豆腐柴植株的光合生理指標(biāo)，并采集嫩葉進(jìn)行生理生化指標(biāo)測定。

在各種植環(huán)境下各選擇3 株健壯植株，每株選擇上部枝條從定芽向下數(shù)第2 ～5 片成熟功能葉中的3 片葉，分別進(jìn)行光合生理指標(biāo)及生理生化指標(biāo)測定。凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）均采用Li-6400 XT 光合作用儀測定。光合色素含量采用乙醇提取法測定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250 染色法測定；游離脯氨酸含量采用酸性茚三酮法測定；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測定[18]。每個(gè)指標(biāo)測定3 個(gè)生物學(xué)重復(fù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

分別采用Excel 2016 和SPSS 17.0 軟件對各指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。采用單因素方差分析（One-way ANOVA）及Duncan 多重比較法對比3 種種植環(huán)境下豆腐柴植株各指標(biāo)間的差異；采用Pearson 相關(guān)性分析進(jìn)行各指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系分析；采用隸屬度分析，計(jì)算各種植環(huán)境下豆腐柴植株隸屬度均值并進(jìn)行排序。隸屬函數(shù)公式為[19]：

U(Xi)＝(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中，U(Xi)為隸屬函數(shù)值；Xi為某指標(biāo)測定平均值；Xmax和Xmin分別為該指標(biāo)測定均值中的最大值和最小值；負(fù)相關(guān)指標(biāo)用1-U(Xi)表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 光照條件對豆腐柴植株光合生理特性的影響

不同光照條件下，豆腐柴植株的光合生理指標(biāo)均差異極顯著（P＜0.01）（表1）。Pn隨光照強(qiáng)度降低呈先增后減的趨勢，林下種植時(shí)最大（12.88μmol·m-2·s-1）；Gs、Ci及Tr均隨光照強(qiáng)度降低逐漸增大，均在棚下種植時(shí)最大，分別為0.21 mmol·m-2·s-1、309.15μmol/mol和3.34 mmol·m-2·s-1。

表1 不同光照條件下豆腐柴植株的光合生理指標(biāo)Tab.1 Photosynthetic physiological indexes of P.microphylla plants in different light conditions

2.2 光照條件對豆腐柴植株光合色素含量的影響

不同光照條件下，豆腐柴植株的光合色素含量均差異極顯著（P＜0.01）（表2）。各葉綠素含量均隨光照強(qiáng)度降低逐漸增加，葉綠素a、葉綠素b 及總?cè)~綠素含量均在棚下種植時(shí)最高，分別為6.08、4.41和10.48 mg/g。類胡蘿卜素含量隨光照強(qiáng)度降低呈先增后減的趨勢，林下種植時(shí)最高（1.21 mg/g）。葉綠素a/b 隨光照強(qiáng)度降低逐漸變小，露天種植時(shí)最大（2.29）。

表2 不同光照條件下豆腐柴植株的光合色素含量Tab.2 Contents of photosynthetic pigments of P.microphylla plants in different light conditions

2.3 光照條件對豆腐柴植株滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

不同光照條件下，可溶性糖含量差異不顯著，可溶性蛋白、游離脯氨酸及MDA 含量均差異極顯著（P＜0.01）（表3）。 可溶性糖含量隨光照強(qiáng)度降低呈先增后減的趨勢，林下種植時(shí)最高（1.44%）；可溶性蛋白和MDA含量均隨光照強(qiáng)度降低逐漸增加，均在棚下種植時(shí)最高，分別為6.75 mg/g和3.21μmol/g；游離脯氨酸含量隨光照強(qiáng)度降低逐漸減少，露天種植時(shí)最高（156.14μg/g）。豆腐柴植株可改變自身滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量適應(yīng)不同的光照環(huán)境；MDA 含量增加意味著弱光環(huán)境對豆腐柴植株產(chǎn)生一定的脅迫。

表3 不同光照條件下豆腐柴植株滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量Tab.3 Osmotic regulating substance contents of P.microphylla plants in different light conditions

2.4 光照條件對豆腐柴植株生理狀況的綜合影響

2.4.1 各指標(biāo)的相關(guān)性分析

Pn與類胡蘿卜素含量呈顯著正相關(guān)（P＜0.01）；Gs與葉綠素a 含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與游離脯氨酸含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），與MDA含量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）；Ci與可溶性蛋白含量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）；葉綠素a 含量與游離脯氨酸含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），與MDA 含量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）；葉綠素b 含量與葉綠素a/b呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）；游離脯氨酸含量與MDA含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）（表4）。

表4 各指標(biāo)相關(guān)性分析Tab.4 Correlation analysis on all indexes

2.4.2 各指標(biāo)隸屬函數(shù)分析及評價(jià)

不同光照條件下，各指標(biāo)隸屬度均值表現(xiàn)為棚下種植＞林下種植＞露天種植；刺五加植株在棚下種植時(shí)生理狀況較好，過強(qiáng)光照不利于其生長（表5）。

表5 各指標(biāo)隸屬度分析Tab.5 Membership degree analysis on all indexes

3 討論與結(jié)論

光照作為植物生長過程中非常重要的因素之一，可對植物光合作用和生長等起到重要調(diào)控作用[20-21]。本試驗(yàn)中，豆腐柴植株的Pn隨光照強(qiáng)度降低呈先增后減的趨勢；王坤等[22]研究越南多毛金花茶（Camellia hirsuta）的光合特性，結(jié)果顯示其Pn也隨光照強(qiáng)度降低呈先增后減的趨勢。豆腐柴植株的Gs、Ci及Tr均隨光照強(qiáng)度降低逐漸增大，可能是因?yàn)槎垢裰仓暝谌豕猸h(huán)境中需要更多的光照，因此Gs增大；弱光環(huán)境導(dǎo)致豆腐柴植株光合作用降低，因此其Ci及Tr增大。

葉綠素含量可反映植株葉片的光合能力；類胡蘿卜素有清除活性氧和保護(hù)葉綠素分子等作用[23]；光合色素含量可在一定程度上反應(yīng)植株的光合作用及生理狀況。本試驗(yàn)中，豆腐柴植株的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量均隨光照強(qiáng)度降低逐漸增加，與陳斌等[24]和徐琳煜等[25]對不同光照環(huán)境下新娘草（Gibasis pellucida）、鋪地錦竹草（Callisia repens）和三葉青（Tetrastigma hemsleyanum）生理特性的研究結(jié)果一致。弱光環(huán)境中，植物會產(chǎn)生更多葉綠素以提高自身光合能力，適應(yīng)環(huán)境；本試驗(yàn)中，豆腐柴植株在弱光環(huán)境下的葉綠素含量很高，但Pn不高，可能是因?yàn)槠湓谌豕猸h(huán)境下無法充分進(jìn)行光合作用。類胡蘿卜素含量隨光照強(qiáng)度降低呈先增后減的趨勢，與李冬林等[26]和蘇金等[27]對香果樹（Emmenopterys henryi）和紫珠（Callicarpa bodinieri）生理特性的研究結(jié)果一致；葉綠素a/b 隨光照強(qiáng)度降低逐漸降低，與王亞楠等[28]對刻葉紫堇（Corydalis incisa）光合特性的研究結(jié)果一致。

可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸為常見的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)；MDA 是對植物細(xì)胞膜脂過氧化程度最直觀的反應(yīng)；此4 項(xiàng)指標(biāo)可從滲透調(diào)節(jié)層面反映植物的生理狀況[29-31]。本試驗(yàn)中，豆腐柴植株的可溶性糖含量隨光照強(qiáng)度降低呈先增后減的趨勢，可能是因?yàn)槿豕猸h(huán)境中豆腐柴植株的Pn在短暫升高后逐漸降低，有機(jī)物合成受阻；可溶性蛋白含量和MDA 含量均隨光照強(qiáng)度降低逐漸增加，可能是由于光照強(qiáng)度降低對豆腐柴植株造成弱光脅迫，作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的可溶性蛋白及MDA 逐漸積累。本試驗(yàn)中，游離脯氨酸含量隨光照強(qiáng)度降低逐漸減少，此變化趨勢的原因需進(jìn)一步分析。

通過隸屬度分析，豆腐柴植株在棚下種植時(shí)綜合得分最高，光照過強(qiáng)的環(huán)境不利于豆腐柴植株生長。植株生長不僅受光照條件的影響，還受土壤和水分等因素的影響。林下種植的環(huán)境最復(fù)雜，在之后的研究中還需進(jìn)一步深入探討。棚下種植環(huán)境中，豆腐柴植株的葉綠素、可溶性糖和可溶性蛋白含量均較高，葉片營養(yǎng)成分較豐富，但MDA 含量較高。MDA 對人體心腦血管和神經(jīng)系統(tǒng)等有一定毒害作用，屬于有害物質(zhì)[32]。棚下種植時(shí)豆腐柴植株綜合生長狀況最好，但從食品安全角度考慮，對其種植模式及種植環(huán)節(jié)中的栽培、撫育措施等仍需進(jìn)行更深入的研究。