不同生境条件下续断的光合特性研究

李 慧,丁 莉

(湖北民族学院 生物科学与技术学院,湖北 恩施 445000)

续断(Dipsacusasper)为川续断科植物川续断的干燥根，是上等的中药原料，我国道地药材之一[1]，别名川断、山萝卜、接骨、南草.分布于江西、湖北、湖南、广西、四川、贵州、云南、西藏等地.由于历代本草记载、地区用药名称和使用习惯的不同，类同品、代用品和民间用药不断出现，续断的同名异物、品种混乱，再加上农民对续断种子的自繁、自留、自引及相互串换，致使其种子的遗传基因分离、混杂、退化现象十分严重.目前，对续断的研究主要集中在药理作用[2]，临床应用[3]，有效化学成分的分离[4]等，缺乏对续断引种栽培过程中的光合生理生态特性研究.

光合作用是植物最重要的生理过程之一，是植物经济产量的基础.尤其是药用植物，不同的地理位置，由于气候环境条件的不同，必然引起植株生长发育特性及光合作用对环境因子的适应性改变.因此，研究相同地理环境下生长的不同居群续断光合特性，有助于探明同种续断在不同气候环境条件下的生理反应，具有重要的理论和实际意义.

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料为引种的来自鹤峰县太平县、鱼塘坝高硒区、巴东县绿葱坡的续断，经丁莉教授鉴定.其中，鹤峰为道地药材“五鹤续断”的原产地，鱼塘坝为高硒矿区，旨在研究硒元素对植物生理生化的影响[5]，巴东县绿葱坡为原产地及高硒区的对照.

表1 续断叶绿素含量比较

1.2 方法

1.2.1 续断的叶绿素含量的测定 采用光谱吸收法[6].

1.2.2 光合作用日变化测定 续断一般在8月中旬开始开花，9～10月果实成熟[7]，其植株生长最快的时期为孕蕾期(9月上旬)，故本研究选择孕蕾期的晴朗天气的上午8:00～20:00，利用TPS-1便携式光合作用测定系统，每小时测定一次净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、细胞间隙CO2浓度(C Int)参数，并根据公式计算水分利用效率(WUE=Pn/Tr).测定时以自然光为光源，选择3株健壮的植株，对生长部位相同的向阳的植株第2片展开叶进行活体的测定，数据取平均值.

1.2.3 光合—光响应曲线测定 设定一系列光合有效辐射(PAR)梯度：0、25、50、100、150、200、300、400、600、800、1 000、1 200、1 400、1 600、1 800、2 000 μmol/m2s，设定参比室中CO2浓度为380 μmol/mol，叶室温度30℃.观测植物叶片对不同强度光合有效辐射的响应特征，以光合有效辐射(PAR)为横轴，净光合速率(Pn)为纵轴运用SPSS(17.0)软件得到每个产地续断的光合作用光响应曲线；依据非直角双曲线模型拟合“净光合速率-光合有效辐射”的曲线方程，对光合有效辐射低于200 μmol/m2s的曲线进行线性回归，其中Pn与x轴(PAR)的交点为植株的光补偿点LCP;与y=Pmax的交点所对应X轴的数值为植株的光饱和点LSP.非直角双曲线模型理论公式为[8]：

(1)

其中：Pn为植株的净光合速率，AQE为植株的表观量子效率，PAR为光合有效辐射，Pmax为植株的最大净光合速率，K为光响应曲线的曲角，Rday为植株的暗呼吸速率.

2 结果与分析

2.1 续断的叶绿素含量比较

用分光光度计在波长663 nm和645 nm下测得的叶绿素吸光度值，后可求出叶绿素a,b和总含量(见表1).由表1可以看出，3个产地续断的叶绿素含量有一定的差异性，鹤峰县五里乡、恩施市鱼塘坝高硒区、的续断叶片中叶绿素a和叶绿素b的含量较巴东绿葱坡的高.鹤峰县历来就是川续断中的优质品产地之一[7-8]，而富含硒元素的鱼塘坝地区可能与一定量的硒元素可提高植物叶绿素含量有关[9].而且较高的叶绿素含量有利于植物对光能的吸收和利用，进而产生较高的光合能力.

2.2 光合作用日变化比较

由图1(a)可以看出，在日变化中不同产地续断叶片的净光合速率均呈单峰曲线，没有出现明显的“午休”.在上午11:00左右，叶片的净光合速率为最高，说明对午前上升的光强较敏感，充分利用上午有利条件,此后随着光合有效辐射的不断增强，气温的不断升高，光合速率开始出现平缓的下降，并伴有轻微的“光抑制”现象，这是由于秋季中午温度很高，在高温的胁迫下，植物的光合作用普遍受到抑制[10].而且光合产物仅在上午积累，这说明续断光能的利用效率不是很高.

植株的胞间CO2浓度变化与其净光合速率变化情况基本相反，当植株的净光合速率达到最高时，叶片固定的CO2最多，所以胞间CO2浓度下降；然而随着光合有效辐射的减弱，伴随着净光合速率的降低，叶片进行光呼吸能力增强，胞间CO2浓度出现缓慢回升.气孔导度日变化趋势与净光合速率基本一致，适宜的光强有利于气孔开张，气孔阻力降低，气孔导度增大，并促使叶片的蒸腾速率随之增高.

A 净光合速率日变化；B气孔导度日变化；C胞间CO2浓度日变化；D蒸腾速率日变化

图2 续断叶片水分利用效率

影响净光合速率下降有气孔限制和非气孔限制两方面因素[11].一般用胞间CO2浓度和气孔导度变化方向作为判别依据和标准：当净光合速率和气孔导度下降时，若胞间CO2浓度降低，则为气孔限制；反之则为非气孔限制.本研究中随着净光合速率的降低，而叶肉细胞间的CO2浓度增高说明光合速率的降低是气孔导度降低的原因.

蒸腾作用是反映植物水分代谢的重要生理指标.植物叶片蒸腾的强弱既取决于Gs，也取决于叶内外的VPD(水汽压亏缺)[12].由图1(d) 可以看出，续断叶片的蒸腾速率日变化均呈单峰型.且峰值均出现于中午12时左右，中午这是由于中午12时左右是光有效幅射最强，气温最高的时区，植物失水最快同时叶温迅速增高，叶片内外细胞蒸气压增大，蒸腾速率加快.

水分利用率是光合和蒸腾特性的综合考量，可以反映续断对水分的利用水平，从图2可以看出，早上随着光强的逐渐升高，由于气孔导度逐渐增大，植株净光合速率慢慢升高，且空气中的相对湿度较大，蒸腾速率也较适宜，所以此时续断叶片对水分的利用率较高；到了中午，随着光强的增强，温度的上升，空气相对湿度的下降，气孔部分关闭，导致Pn下降，但Tr却保持在较高水平，WUE随之下降.

由图1、2还可以看出，8个产地的续断在光合参数日变化趋势上基本一致，鹤峰县五里乡、恩施市鱼塘坝高硒区、鹤峰县太平乡在净光合速率上和水分利用效率上较高而在胞间CO2浓度及蒸腾速率上则较低，这说明这三个产地的续断更能利用光能和有限的水分，使其能更好的适应环境.

2.3 续断净光合速率的光响应比较

对于植物的光合特性，光饱和点(light saturation point,LSP)和光补偿点(light compensation point,LCP)是2个重要的生理指标.它们反映了植物对光照条件的要求.一般来说，光饱和点高而且光补偿点低的植物对环境适应性较强[13].根据测得的数据，运用SPSS17.0软件，得到八个产地续断的光响应曲线及相关参数值(见表2和图3).

表2 续断净光合速率—光响应曲线的参数值

当PAR<200 μmol/m2s时，对续断(鹤峰太平)Pn-PAR进行线性回归(图2A).得到直线方程：y=0.049x-1.035.根据方程计算得到，续断(鹤峰太平)的光饱和点(LSP)为689.710 μmol/m2s，光补偿点(LCP)为21.120 μmol/m2s；对续断(鱼塘坝高硒区)Pn-PAR进行线性回归(图2B).得到直线方程:y=0.064x-2.560.根据方程计算得到，续断(恩施鱼塘坝高硒区)的光饱和点(LSP)为430.630 μmol/m2s，光补偿点(LCP)为40.000 μmol/m2s；对续断(巴东县绿葱坡)Pn-PAR进行线性回归(图2C).得到直线方程:y=0.058x-3.381.根据方程计算得到，续断(巴东县绿葱坡)的光饱和点(LSP)为300.793 μmol/m2s，光补偿点(LCP)为66.052 μmol/m2s.

续断(鹤峰太平)的光饱和点和最高且光补偿点最低，续断(巴东县绿葱坡)的光饱和点较低，而光补偿点较高，说明鹤峰县太平县的续断对光的适应能力较强.再者，从表观量子效率可以看出，恩施鱼塘坝高硒区的同化速率最高，鹤峰太平次之，巴东县绿葱坡较低.

A 鹤峰太平

B 鱼塘坝高硒区

C 巴东县绿葱坡

3 小结与讨论

光合作用是植物赖以生存的基础，是十分复杂的生理过程，其中叶片净光合速率与自身因素如叶绿素含量、叶片厚度、叶片成熟度等密切相关，同时还会受光照强度、气温、空气相对湿度等影响.

本试验对三个产地不同生境的续断(鹤峰县太平县、鱼塘坝高硒区、巴东县绿葱坡)的光合特性进行了比较研究，结果表明，续断的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度日变化均呈单峰曲线，三者光合特性方面存在一定差异.鱼塘坝高硒区续断的光合能力强于鹤峰县太平县和巴东县绿葱坡.这种差异可能是由生长的生态环境不同造成的.在光合作用中，叶片叶绿素含量是反映植物光合能力的一个重要指标.本实验表明，鱼塘坝高硒区续断叶绿素含量高于鹤峰县太平县和巴东县绿葱坡，这可能是硒元素可提高植物叶绿素含量，所以鱼塘坝高硒区续断的光合能力强于其他两个产地的原因之一.

对三个不同生境续断进行光响应曲线分析，结果续断(鹤峰县太平)的光饱和点(LSP)最高，为689.710 μmol/m2s；其光补偿点(LCP)也最低，为21.120 μmol/m2s，三者的光补偿点(LCP)在21.120～66.025 μmol/m2s，光饱和点(LSP)在300.793～689.710 μmol/m2s，两者的值都偏低.相关研究表明[13]，光补偿点低意味着植物在较低的光强下就开始了有机物质的正向增长，说明植物利用弱光能力强，有利于有机物质的积累，光饱和点的高低同样制约着植物的耐荫程度，光饱和点低则表明植物光合作用速率随光量子密度的增大而迅速增加，很快即达到最大效率.因而，较低的光补偿点和饱和点使植物在有限的光条件下以最大能力利用低光量子密度，进行最大可能的光合作用，从而提高有机物质的积累，满足其生存生长的能量需要.因此，栽培续断时以半阴半阳为好[7].

参考文献:

[1]王家葵,王一涛.续断的本草考证[J].中药材,1991,14(5):44-47.

[2]武芸,丁莉,周吉源.五鹤续断的研究概况与开发前景[J].湖北民族学院学报:医学版,2004,21(4):31-33.

[3]中国医学科学院药物研究所.中药志[M].2册.北京:人民卫生出版社,1982:536.

[4]丁莉,李慧,武芸,等.药用川续断的研究进展[J].湖北民族学院学报:自然科学版,2010,28(3):320-324.

[5]邵树勋,郑宝山,罗充,等.湖北恩施首次发现硒超富集植物[J].矿物岩石地球化学通报,2007,26(S1):574.

[6]李合生,孙群,赵世杰,等.植物生理生化实验原理和技术[M].北京:高等教育出版社,2000:134-137.

[7]丁莉,武芸.五鹤续断部分生物学特性及栽培管理研究[J].湖北民族学院学报:自然科学版,2005,23(2):144-146.

[8]刘宇锋,萧浪涛,童建华,等.非直角双曲线模型在光合光响应曲线数据分析中的应用[J].农业基础科学,2005,21(8):76-79.

[9]刘慧超,李春梅.微量元素硒对人体和植物的作用[J].中国园艺文摘,2009(12):165-166,75.

[10]张哲,闵红梅,夏关均,等.高温胁迫对植物生理影响研究发展[J].安徽农业科学,2010,38(16):8338-8339,8342.

[11]许大全.光合作用测定及研究中一些值得注意的问题[J].植物生理学通讯,2006,42(6):1163-1166.

[12]贾彩凤,李艾莲.药用植物金荞麦的光合特性研究[J].中国中药杂志,2008,33(2):129-132.

[13]张林青,周青,肖程岭.园林植物耐阴性研究研究进展[J].安徽农业科学,2006,34(19):4851-4853.