喜樹光合速率日變化及葉片中葉綠素含量季節性變化研究

劉波 楊梓桐 劉曦子 蘇祿暉 朱麗紅 傅穎 楊意

摘要：指出了喜樹為我國特有抗癌植物。對喜樹光合速率（Pn）日變化規律、光合速率與光合有效輻射的關系以及喜樹嫩葉和成熟葉中葉綠素含量的季節變化進行了研究。結果表明：晴天條件下，喜樹光合速率（Pn）日變化規律為雙峰曲線，無典型“午休”特征，喜樹光合速率隨光合有效輻射上升到一定程度后，其光合速率將不隨光合有效輻射強度的增大而增加;在整個生長期內，喜樹嫩葉的葉綠素含量均低于相應的成熟葉的葉綠素含量，嫩葉與成熟葉的葉綠素含量變化趨勢不盡相同。嫩葉葉綠素含量變化為單峰曲線，7月上旬含量達到最高值;成熟葉的葉綠素含量呈雙峰曲線變化，6月下旬達到最大值，8月下旬又出現第二高峰。

關鍵詞：喜樹;光合速率;日變化;葉綠素;含量;季節變化

中圖分類號：S79

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）03-0056-04

1 引言

喜樹（CamptothecaacuminataDecne.）是我國特有的珙桐科（Nyssaceae）喜樹屬（CamptothecaDecne.）高大落葉喬木，主要分布于我國長江流域、西南各省區及印度部分地區，屬國家二級保護樹種[1.2]。喜樹根、莖、葉等各部分器官中提取的喜樹堿（ Camptothecin，CPT）是迄今為止發現的唯一一種拓撲異構酶I（ Topoisomer-ase I）的抑制劑，具有廣譜抗癌活性，可用于胃癌、直腸癌、慢性粒細胞性白血病和急性淋巴性白血病的治療[3-5]。進入20世紀90年代后，美國、日本和英國等國家先后開展了對喜樹的研究和開發，喜樹成為繼紅豆杉之后第二個重要的木本抗癌藥用植物，成為世界性熱門研究課題。目前喜樹堿源于喜樹各組織中分離獲得[6]。

近年來，國內對喜樹和喜樹堿的研究取得了一定的成果[7-15]，但對喜樹生理特性如光合特性、蒸騰特性和葉綠素含量季節性變化等方面的研究較少[16]。本研究對藥用植物喜樹光合特性及葉綠素含量季節性變化進行了探討，以期為藥用喜樹栽培提供參考。

2 材料與方法

2.1 材料

材料為一年生喜樹，種源為四川。以植株成熟葉作（枝條中下部葉，葉片深綠色）為試驗材料。

2017年4～11月，于每月中旬、月底的采集喜樹嫩葉和成熟葉。采集時間均為早上9：00。

2.2 儀器與試劑

儀器：島津UV1780型紫外一可見分光光度計（日本島津公司）、TG328A型電子天平（上海天平儀器廠）、研缽（天津玻璃儀器廠）、玻璃漏斗（天津玻璃儀器廠）。

試劑：80%丙酮、石英砂、碳酸鈣粉、蒸餾水。

2.3 喜樹光合特性測定

2.3.1 喜樹光合速率日變化測定

2017年8月，選擇一晴天，用L1-6400便攜式光合作用測定儀進行喜樹葉片光合速率（μmol CO2.m-2s-l）日變化測定。測定時間為早6：00～18：00，每隔1h測定1次。

在植株中部選擇3片成熟葉進行測定，每片葉重復測定3次。

2.3.2 光一光合曲線的測定

用LI- COR公司的LED人T光源，使有效輻射從（Oμmol photons·m-2 s-1）逐漸增加至最大光有效輻射，同時測定相應凈光合速率，繪制光一光合曲線，計算光補償點（O μmolphotons·m-2 s-1）、光飽和點（O μmolphotons·m-2 s-1），根據在低于150～200μmol photons·m-2 s-1光合有效輻射下的光一光合曲線的初始斜率，計算表觀量子效率（0 μmol CO2mol-1·Pho-tons）[19]。

2.4 葉綠素含量測定

按Aronon（1949）法測定。稱取去脈葉片0.5g，洗凈并吸干，剪成1cm的方塊，分別置于預冷的研缽中，加入預冷的2mL80%丙酮和少量碳酸鈣及適量石英砂，避光快速研磨成均漿，過濾，將濾液轉入25mL容量瓶中，用80%丙酮定容至刻度，搖勻，靜置20min，取葉綠素提取液，以80%丙酮為對照，島津UV1780型紫外可見分光光度計在波長為665nm和645nm下測試吸收度。葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量（mg/LFW）。

葉綠素a含量Ca（mg/L FW）=12.5/1000x10/2.5x1/0.5（12.7D665-2.69D645）

=0.1×（12.7D665-2.69D645）

葉綠素b含量Cb（mg/L FW）=0.1×（22.9D645-4.68D665）

總葉綠素含量CT（mg/L FW）=0.1×（20.21D645+8.02D665）

式中，D665：葉綠素溶液在波長為665nm時的光密度;D645：葉綠素溶液在波長為645nm時的光密度。

3 結果與分析

3.1 喜樹葉片光合速率日變化

晴天喜樹光合速率（ Pn）日變化如圖1所示。晴天時Pn日變化為不對稱的雙峰曲線，最大值出現在上午8：00前后，為11.3102μmolCO2·m-2 s-l。此后Pn逐漸下降，到10：00谷低值，為8.6410 μmolCO2·m-2s-1，到下行14：00 Pn出現第二次高峰，為10.1214μmolCO2·m-2s-l，升高幅度為1.4804μmolCO2·m-2s-1，保持短時間的高峰后Pn急劇下降，到下午18：00趨近于零。比較兩個峰值發現，下午的峰值較上午峰值低。一天中的極差達13.8702μmol CO2·m-2s-1。

光合作用的日變化是外界環境條件相互用用以及環境條件與植物本身因素相互制約的綜合表現[17]。喜樹光合速率最高點出現在上午8：00左右，主要是此時其光合作用隨光強增強而加強。一方面光強增加，溫度亦逐漸升高，在清晨，C02濃度亦相對較高;另一方面，光照使葉片的氣孔開放，有利于C02經氣孔進入葉組織內部。這些均利于光合作用進行。但隨著光強和溫度的繼續升高，空氣相對濕度降低，葉片內外水汽壓差增大，植物蒸騰急升高，進而影響光合作用[18]。另外，失水也使光合產物運輸的速度減弱.因而抑制光合作用[17]。下午光合速率出現回升，可能是因太陽西斜，光強和溫度均降低，且氣孔關閉進而葉片蒸騰降低，緩和了水分消耗和吸收的矛盾，使植物水分狀況有所改善的結果[18]。

3.2 喜樹葉片光一光合曲線

杜占池等[19]對草原植物和作用的光合速率與光合有效輻射的關系進行了研究，認為光一光合曲紅可近似用雙曲線形式表示。對喜樹的光合速率與光合有效輻射進行擬合亦呈雙日曲線（圖2）。根據光補償點、半飽和點及飽和點，可把光一光合曲線劃分為二個階段：由光補償點至半飽和點，是光合速率隨光合有效輻射增強迅速增大階段;半飽和點至飽和點，光合速率隨光合有效輻射強度增強逐漸減弱。這二個階段反映了喜樹對光的利用效率。喜樹的光補償點較低，為31.68 μmolphotons·m-2s-l，光飽和點亦較低，為791.93 μmolphotons·m-2s-l，光飽和速率較高，為9.76μmol C02·m-2 s-l，表觀量子效率較高，說明喜樹利用弱光能力較強，利用強光能力較差，光合的能力較強。

3.3 喜樹葉片中葉綠素含量的季節性變化

由表1～2可以看出，在整個生長期內，喜樹嫩葉的葉綠素含量均低于相應的成熟葉的葉綠素含量，嫩葉與成熟葉的葉綠素含量變化趨勢不盡相同。嫩葉葉綠素含量變化為單峰曲線，從4月份開始.嫩葉的總葉綠素含量呈增加趨勢，7月上旬達到高大值，為1.3562mg/L FW，后含量逐漸降低，11月底含量達到最低，為0.5735 mg/L FW，且含量低于4月上旬嫩葉葉綠素含量;成熟葉的葉綠素含量呈雙峰曲線變化，從4月份開始，葉綠素含量迅速升高，6月下旬達到最大值，達1.9248mg/L FW，后含量逐漸降低，8月下旬出現第二高峰，含量為1.8254 mg/L FW，后葉綠素含量逐漸下降，11月底含量達到最低，為0.6012 mg/L FW，且含量低于4月上旬成熟葉的綠素含量。

由方差分析可知，喜樹嫩葉間葉綠素含量差異不顯著，成熟葉間葉綠素含量差異不顯著，但嫩葉與成熟葉間的葉綠素含量差異極顯著（（P<0.01）。

3 結論與討論

植物光合速率日變化及其影響因素是從事植物生理研究的焦點之一，在草本植物方面的研究較多，在多種經濟樹種的研究亦有報道[20-24]。鄭丕堯[25]將植物的晴天Pn日變化分為單峰型、雙峰型、嚴重型和平坦型四種類型。本研究中，在晴天時喜樹Pn日變化為雙峰曲線，屬嚴重型，不具有典型的“午休”特征。喜樹光合速率隨光合有效輻射上升到一定程度后，其光合速率將不隨光合有效輻射強度的增大而增加。

在整個生長期內，喜樹嫩葉的葉綠素含量均低于相應的成熟葉的葉綠素含量，嫩葉與成熟葉的葉綠素含量變化趨勢不盡相同。嫩葉葉綠素含量變化為單峰曲線，7月上旬含量達到最高值;成熟葉葉綠素含量呈雙峰曲線變化，6月下旬達到最大值，8月下旬又出現第二高峰。

參考文獻：

[1]曹淑燕，李映珍.喜樹生物學特性與栽培技術[J].廣州林業科技， 2000，23（1） ：118～120.

[2]中國科學院中國植物編輯委員會.中國植物志[M].北京：科學出 版社，1983 ：144～147.

[3]Wall M E，Wani M C，Cook C E，Palmer K H，McPhail A T，Sim G A. Plant antitumor agents.I.Theisolation and structure of camptothecin，a novel alkaloidalleukemia and tumor inhibitor from Camptothecaacuminata[J].J Amer. Chem. Soc.， 1966， 88（16）：3888-3890.

[4] Hisang Y H， Herizberg R， Hecht S， Liu L F.Camptothecin induces protein-linked DNA Breaks via mammalian DNA topoisomerase I[J].J bioal Chen，1985， （27）：4873～14878.

[5]張彥波，張曉婕，肖 磊，等.產生喜樹堿及提高其含量的研究現狀 與展望[J].河北農業科學，2015，19（5）：63～67.

[6] Sriram D， Yogeeswari P， Thirumurugan R， Bal T R.Camptothecin and its analogues：a review on theirchemotherapeutic potential[J].Nat. Prod. Res.，2005，19（4）：393～412.

[7]朱 丹.喜樹的特征特性及主要繁殖技術[J].上海學業科技， 2015，（3）：95～96，78.

[8]王 洋，戴紹軍，閻秀峰.光強對喜樹幼苗葉片次生代謝產物喜樹 堿的影響[J].生態學報，2004，24（6）：1118～1122.

[9]王玲麗，劉文哲.不同種源喜樹幼枝中喜樹堿的含量[J].植物學通 報，2005，22（5）：584-589.

[10]史偉國，祖元剛，趙春建，等.勻漿法提取喜樹果和喜樹葉中喜樹堿的研究[J].林產化學與工業，2009，29（1）：79～82.

[11]黃瑞松，葉云鋒，梁啟成，等.HPLC法測定不同產地喜樹果中喜樹堿[J].中草藥，2009，40（1）：137～140.

[12]周 濤，江維克，梅 旋，等.貴州喜樹的分布特征及群落結構[J].貴州農業科學，2010，38（10）：157～159.

[13]劉麗杰，于景華.當年生喜樹不同發育階段葉中喜樹堿和10 -羥基喜樹堿含量變化[J].齊齊哈爾大學學報，2009（4）：63～67.

[14]史偉國，祖元剛，楊磊，等.聚酰胺分離純化喜樹果中10 -羥基喜樹堿和喜果苷的研究[J].中國中藥雜志，2008，33（21）;2486～2489.

[15]向極釬，江喜敏，李紅英，等.二年生喜樹各器官中喜樹堿含量動態分析[J].湖北農業科學，2009，48（12）：3141～3142.

[16]馮建燦，張玉潔.喜樹光合速率日變化及影響因子的研究[J].林業科學，2007，38（7）：34-39.

[17]楊學榮.植物生理學[M].北京：人民教育出版社，1981.

[18]王沙生，.植物生理學（第二版）[M].長春：東北師范大學出版社，1991.

[19]杜占池，楊宗貴.十種草原植物光合速率與光照關系[J].生態學報，1988，8（4）：319～323.

[20]苗德全，李淑美，劉 欣，等.田間茌梨葉片光合速率的日變化[J].植物行政管理學，通訊，1991，27（4）：273～275.

[21]陶 俊，陳 鵬，佘旭東.銀杏光合特性的研究[J].園藝學報，1999，26（3）：157～160.

[22]吳大付，張勝利，李東方，等.金銀花凈光合速率日變化及其對光合有效輻射影響的數學模型[J].安徽農業科學，2009，37 （15）：6977～6978.

[23]唐 微，朱名安，劉 俊.C3、C4及CAM植物的光合速率日變化及葉綠素含量的比較[J].湖北農業科學，2002，14：39～40.

[24]彭 立，楊振乾，劉敏敏，等.大氣污染物與綠化植物光合速率的關系研究[J].生態環境學報，2015（7）：1166～1170.

[25]鄭丕堯.作物生理學導論[M].北京：北京農業大學出版社，1992.