豆腐柴对不同光照条件的生理响应

田 湘，马道承，郭品湘，潘陆荣，李 琳，王凌晖

（1.南宁树木园，广西南宁 530031；2.广西大学 林学院，广西南宁 530004）

豆腐柴（Premna microphylla）为马鞭草科（Verbenaceae）豆腐柴属灌木，是一种木本蔬菜，主要分布在我国华东、中南和华南等地区[1]。其叶片含有大量果胶、蛋白质、维生素、氨基酸和多酚等物质，为药食两用植物[2]，常被制成豆腐和果冻[3-6]等食品。王齐瑞等[7]和柯斧等[8]进行豆腐柴扦插试验，结果表明豆腐柴易生根，在营养丰富且透水的基质上生长良好，菜园土、2年生插条和500 mg/kg 萘乙酸（NAA）的处理组合有利于豆腐柴扦插；房江育等[9]和李琳玲等[10]对豆腐柴进行水培并探究其生根状况，发现在相同温度和光照下，豆腐柴水培植株的生长情况比土培好，适宜的矿质营养配比有利于植株生长。程华等[11]对豆腐柴进行组织培养，探究不同种类激素及浓度配比对其生长的影响，发现MS培养基+ 0.2 mg/L 6-BA + 1.0 mg/L NAA 最适宜诱导豆腐柴愈伤组织生根。对豆腐柴的研究还有茎和叶的解剖结构[12]、果胶提取及其性质[13]等方面。目前，关于豆腐柴光合生理及生长环境差异等方面的研究尚未见报道。

豆腐柴在自然环境中常生长在林下或林缘处，可进行套种或林下种植。在人工林林下套种经济作物可提高林地经济效益，促进林业可持续发展[14]。光照是影响木本蔬菜生长的重要环境因子。梁磊等[15]对4 种叶菜类观赏蔬菜进行不同光照处理，结果表明光照强度的减弱导致蔬菜出现长势下降、叶绿素合成受阻和干物质积累减少等现象；孟祥才等[16]研究表明，刺五加（Eleutherococcus senticosus）在强光照条件下生长较好；在适当遮光条件下，辣木（Moringa oleifera）茎、叶生物量及叶片微量元素富集均有所提升[17]。不同蔬菜种类对光照强度的需求因其自身生理差异等原因不尽相同。本研究对豆腐柴进行全光照、棚下和林下3 种环境下的栽培对比试验，测定3 种环境下豆腐柴植株的光合生理及生理生化指标，并进行综合分析，对3种环境下豆腐柴的种植效果进行评价，寻找最适宜其生长的光照及栽培条件，旨在推广豆腐柴种植并为其丰产栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况与材料

豆腐柴植株由广西壮族自治区南宁市南宁树木园珍稀树种花卉苗木繁育中心提供。

将1年生豆腐柴扦插苗分别种植在露天、棚下及林下3 种环境中；各环境的年均气温约为22 ℃，年均降水量约为1 650 mm。露天和棚下种植试验地位于该中心本部（108°30′E，22°72′N）；露天种植环境下无任何遮光设施；塑料棚由一层熟料薄膜与一层黑色遮荫网合并而成，光照强度为全光照条件的30%。林下种植试验地位于南宁树木园新塘管理区小叶榄仁（Terminalia neotaliala）林下（108°17′E，22°43′N），海拔180 m，林下光照强度为全光照条件的65%。各环境下的豆腐柴植株均采用赤红壤进行培养。各处理均设置3 个重复，每重复30 株，共270株植株。

1.2 试验方法与指标测定

采用随机区组试验设计。2018年4月，将1年生豆腐柴扦插苗分别种植在露天（光照强度100%）、林下（光照强度65%）及棚下（光照强度30%）3 种环境中。2019年12月初，测定3 种不同种植环境下豆腐柴植株的光合生理指标，并采集嫩叶进行生理生化指标测定。

在各种植环境下各选择3 株健壮植株，每株选择上部枝条从定芽向下数第2 ～5 片成熟功能叶中的3 片叶，分别进行光合生理指标及生理生化指标测定。净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）和蒸腾速率（Tr）均采用Li-6400 XT 光合作用仪测定。光合色素含量采用乙醇提取法测定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250 染色法测定；游离脯氨酸含量采用酸性茚三酮法测定；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法测定[18]。每个指标测定3 个生物学重复。

1.3 数据处理

分别采用Excel 2016 和SPSS 17.0 软件对各指标的原始数据进行统计与分析。采用单因素方差分析（One-way ANOVA）及Duncan 多重比较法对比3 种种植环境下豆腐柴植株各指标间的差异；采用Pearson 相关性分析进行各指标间的相关关系分析；采用隶属度分析，计算各种植环境下豆腐柴植株隶属度均值并进行排序。隶属函数公式为[19]：

U(Xi)＝(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中，U(Xi)为隶属函数值；Xi为某指标测定平均值；Xmax和Xmin分别为该指标测定均值中的最大值和最小值；负相关指标用1-U(Xi)表示。

2 结果与分析

2.1 光照条件对豆腐柴植株光合生理特性的影响

不同光照条件下，豆腐柴植株的光合生理指标均差异极显著（P＜0.01）（表1）。Pn随光照强度降低呈先增后减的趋势，林下种植时最大（12.88µmol·m-2·s-1）；Gs、Ci及Tr均随光照强度降低逐渐增大，均在棚下种植时最大，分别为0.21 mmol·m-2·s-1、309.15µmol/mol和3.34 mmol·m-2·s-1。

表1 不同光照条件下豆腐柴植株的光合生理指标Tab.1 Photosynthetic physiological indexes of P.microphylla plants in different light conditions

2.2 光照条件对豆腐柴植株光合色素含量的影响

不同光照条件下，豆腐柴植株的光合色素含量均差异极显著（P＜0.01）（表2）。各叶绿素含量均随光照强度降低逐渐增加，叶绿素a、叶绿素b 及总叶绿素含量均在棚下种植时最高，分别为6.08、4.41和10.48 mg/g。类胡萝卜素含量随光照强度降低呈先增后减的趋势，林下种植时最高（1.21 mg/g）。叶绿素a/b 随光照强度降低逐渐变小，露天种植时最大（2.29）。

表2 不同光照条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 光照条件对豆腐柴植株渗透调节物质含量的影响

不同光照条件下，可溶性糖含量差异不显著，可溶性蛋白、游离脯氨酸及MDA 含量均差异极显著（P＜0.01）（表3）。 可溶性糖含量随光照强度降低呈先增后减的趋势，林下种植时最高（1.44%）；可溶性蛋白和MDA含量均随光照强度降低逐渐增加，均在棚下种植时最高，分别为6.75 mg/g和3.21µmol/g；游离脯氨酸含量随光照强度降低逐渐减少，露天种植时最高（156.14µg/g）。豆腐柴植株可改变自身渗透调节物质含量适应不同的光照环境；MDA 含量增加意味着弱光环境对豆腐柴植株产生一定的胁迫。

表3 不同光照条件下豆腐柴植株渗透调节物质的含量Tab.3 Osmotic regulating substance contents of P.microphylla plants in different light conditions

2.4 光照条件对豆腐柴植株生理状况的综合影响

2.4.1 各指标的相关性分析

Pn与类胡萝卜素含量呈显著正相关（P＜0.01）；Gs与叶绿素a 含量呈极显著正相关（P＜0.01），与游离脯氨酸含量呈极显著负相关（P＜0.01），与MDA含量呈显著正相关（P＜0.05）；Ci与可溶性蛋白含量呈显著正相关（P＜0.05）；叶绿素a 含量与游离脯氨酸含量呈极显著负相关（P＜0.01），与MDA 含量呈显著正相关（P＜0.05）；叶绿素b 含量与叶绿素a/b呈极显著负相关（P＜0.01）；游离脯氨酸含量与MDA含量呈极显著负相关（P＜0.01）（表4）。

表4 各指标相关性分析Tab.4 Correlation analysis on all indexes

2.4.2 各指标隶属函数分析及评价

不同光照条件下，各指标隶属度均值表现为棚下种植＞林下种植＞露天种植；刺五加植株在棚下种植时生理状况较好，过强光照不利于其生长（表5）。

表5 各指标隶属度分析Tab.5 Membership degree analysis on all indexes

3 讨论与结论

光照作为植物生长过程中非常重要的因素之一，可对植物光合作用和生长等起到重要调控作用[20-21]。本试验中，豆腐柴植株的Pn随光照强度降低呈先增后减的趋势；王坤等[22]研究越南多毛金花茶（Camellia hirsuta）的光合特性，结果显示其Pn也随光照强度降低呈先增后减的趋势。豆腐柴植株的Gs、Ci及Tr均随光照强度降低逐渐增大，可能是因为豆腐柴植株在弱光环境中需要更多的光照，因此Gs增大；弱光环境导致豆腐柴植株光合作用降低，因此其Ci及Tr增大。

叶绿素含量可反映植株叶片的光合能力；类胡萝卜素有清除活性氧和保护叶绿素分子等作用[23]；光合色素含量可在一定程度上反应植株的光合作用及生理状况。本试验中，豆腐柴植株的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量均随光照强度降低逐渐增加，与陈斌等[24]和徐琳煜等[25]对不同光照环境下新娘草（Gibasis pellucida）、铺地锦竹草（Callisia repens）和三叶青（Tetrastigma hemsleyanum）生理特性的研究结果一致。弱光环境中，植物会产生更多叶绿素以提高自身光合能力，适应环境；本试验中，豆腐柴植株在弱光环境下的叶绿素含量很高，但Pn不高，可能是因为其在弱光环境下无法充分进行光合作用。类胡萝卜素含量随光照强度降低呈先增后减的趋势，与李冬林等[26]和苏金等[27]对香果树（Emmenopterys henryi）和紫珠（Callicarpa bodinieri）生理特性的研究结果一致；叶绿素a/b 随光照强度降低逐渐降低，与王亚楠等[28]对刻叶紫堇（Corydalis incisa）光合特性的研究结果一致。

可溶性糖、可溶性蛋白和游离脯氨酸为常见的渗透调节物质；MDA 是对植物细胞膜脂过氧化程度最直观的反应；此4 项指标可从渗透调节层面反映植物的生理状况[29-31]。本试验中，豆腐柴植株的可溶性糖含量随光照强度降低呈先增后减的趋势，可能是因为弱光环境中豆腐柴植株的Pn在短暂升高后逐渐降低，有机物合成受阻；可溶性蛋白含量和MDA 含量均随光照强度降低逐渐增加，可能是由于光照强度降低对豆腐柴植株造成弱光胁迫，作为渗透调节物质的可溶性蛋白及MDA 逐渐积累。本试验中，游离脯氨酸含量随光照强度降低逐渐减少，此变化趋势的原因需进一步分析。

通过隶属度分析，豆腐柴植株在棚下种植时综合得分最高，光照过强的环境不利于豆腐柴植株生长。植株生长不仅受光照条件的影响，还受土壤和水分等因素的影响。林下种植的环境最复杂，在之后的研究中还需进一步深入探讨。棚下种植环境中，豆腐柴植株的叶绿素、可溶性糖和可溶性蛋白含量均较高，叶片营养成分较丰富，但MDA 含量较高。MDA 对人体心脑血管和神经系统等有一定毒害作用，属于有害物质[32]。棚下种植时豆腐柴植株综合生长状况最好，但从食品安全角度考虑，对其种植模式及种植环节中的栽培、抚育措施等仍需进行更深入的研究。