鉤藤幼苗生長的適宜遮陰度探索

楊勝偉，徐佳瑜，王曉紅，闕云飛，劉思佳，張智仙，滿建民，張明生

（貴州大學 a.生命科學學院；b.國家喀斯特石漠化防治工程技術研究中心；c.山地植物資源保護與種質創(chuàng)新教育部重點試驗室，貴州 貴陽 550025）

鉤藤Uncaria rhynchophylla（Miq.）Miq. ex Havil.為茜草科Rubiaceae鉤藤屬Uncaria Schreber nom. cons.多年生木質藤本[1]，也是一種重要的中藥材。鉤藤以帶鉤的莖枝入藥，味甘、微苦，性微寒，具有清熱平肝、熄風止痙等功效[2]，鉤藤含有多種吲哚類生物堿，臨床上已廣泛用于防治頭痛、高血壓、驚風抽搐、神經衰弱等癥[3-8]。近年來，鉤藤需求量逐步增長，野生鉤藤資源已不能滿足市場需求，人工種植勢在必行。種苗移栽馴化是人工種植的重要環(huán)節(jié)，而有關鉤藤幼苗生長特性的研究卻鮮見報道。光作為植物生長的主要能源，是影響植株形態(tài)、生理代謝及生長發(fā)育的重要因子之一[9]，目前尚無有關光照對鉤藤低齡苗期植株生長的影響的研究報道。為給鉤藤人工種植技術的構建與開發(fā)利用提供理論依據(jù)，筆者設置了不同遮陰度處理，就其對鉤藤幼苗形態(tài)及生理生化指標的影響情況進行了研究，旨在尋求鉤藤幼苗生長的適宜蔭蔽度。

1 材料與方法

1.1 材 料

試材是苗齡為1 a的鉤藤Uncaria rhynchophylla（Miq.）Miq. ex Havil.，取自昌昊金煌（貴州）中藥有限公司種植基地。

1.2 遮陰度的梯度設計

以不同目數(shù)的黑色遮陽網調節(jié)光照強度，分別設重度遮陰、中度遮陰、輕度遮陰共3種處理，以自然光照下種植的樣品作為對照（CK），各處理的透光率分別如下：重度遮陰（Serious shading，SS），透光率5%～15%；中度遮陰（Moderate shading，MS），透光率25%～35%；輕度遮陰（Light shading，LS），透光率55%～75%。每個處理各栽植60株鉤藤幼苗，定植90 d后進行各項指標的測定。

1.3 鉤藤幼苗形態(tài)指標的測定

在每個處理區(qū)域內隨機選取10株幼苗掛牌標記，測定幼苗的株高（用鋼卷尺測定）、主莖粗（離地面10 cm處的粗度，用游標卡尺測定）、葉面積（取中部葉片，用Yaxin-1241葉面積儀測定）、葉片數(shù)量、分枝數(shù)量、比葉重（單位葉面積的葉片鮮質量）等指標。

1.4 鉤藤幼苗生理生化指標的測定

選擇晴朗天氣，用Li-6400型便攜式光合測定系統(tǒng)（上海旦鼎國際貿易有限公司）測定不同遮陰處理下鉤藤葉片的凈光合速率（Pn），同時記錄蒸騰速率（Tr）、胞間CO2濃度（Ci）、氣孔導度（Gs）。采取隨機測定的方法重復測定3～6次。

采用烘干法[11]測定葉片含水量；采用比色法[11]測定光合色素；采用蒽酮比色法[11]測定可溶性總糖含量；采用考馬斯亮藍比色法[11]測定可溶性蛋白含量；采用硫代巴比妥酸方法[11]測定MDA含量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用SPSS 20.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行ANOVA分析，用Duncan氏法對試驗結果進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 遮陰度對鉤藤幼苗各形態(tài)指標的影響

遮陰度對鉤藤幼苗各形態(tài)指標的影響情況如表1所示。由表1 可知，隨著遮陰度的加大，鉤藤幼苗的株高、主莖粗、葉面積、葉片數(shù)量和分枝數(shù)均呈先升后降的變化趨勢。輕度遮陰（LS）的株高、莖粗和分枝數(shù)均極顯著高于中度遮陰（MS）、重度遮陰（SS）和CK（P＜0.01），其葉片數(shù)量顯著高于MS、SS和CK（P＜0.05），LS的葉面積極顯著高于SS和CK（P＜0.01）而與MS間的差異不明顯；MS的株高、主莖粗、葉面積、葉片數(shù)和分枝數(shù)均顯著高于SS和CK（P＜0.05）。不同遮陰處理下鉤藤幼苗的比葉重與遮陰度之間表現(xiàn)出顯著（P＜0.05）或極顯著（P＜0.01）的負相關性。比葉重是衡量植物葉片光合作用性能的參數(shù)之一，通常情況下，植株比葉重隨著遮陰度的增大而減小，即同樣重量的葉片在遮陰環(huán)境下的面積較大，有利于其光合作用。試驗結果表明，光照過強或過弱對鉤藤植株莖和葉的生長均有抑制作用，輕度遮陰處理更適宜于鉤藤幼苗的生長，能促進植株多分枝、多發(fā)葉。

表1 遮陰度對鉤藤幼苗各形態(tài)指標的影響?Table 1 Effects of shading on morphological indexes of Uncaria seedling

2.2 遮陰度對鉤藤幼苗各生理生化指標的影響

不同遮陰處理下鉤藤幼苗葉片的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度及胞間CO2濃度的日均值分別如圖1A～D所示。由圖1A可知，隨著遮陰度的加大，鉤藤葉片的凈光合速率逐漸下降，重度遮陰的凈光合速率最低，其日均值為1.87 μmol·m-2s-1；由圖1B可知，葉片的蒸騰速率隨遮陰度的升高而呈現(xiàn)下降趨勢，LS與CK間的差異不明顯，而LS與MS、SS間的差異均顯著（P＜0.05）；由圖1C可知，SS處理下鉤藤葉片的胞間CO2濃度與LS、MS和CK處理間的差異均不顯著，SS處理的胞間CO2濃度最大，其日均值為344.19 μmol·mol-1，CK的最低，其日均值為300.63 μmol·mol-1；由圖1D可知， LS處理下鉤藤葉片的氣孔導度顯著高于MS和SS（P＜0.05），各處理葉片氣孔導度的大小表現(xiàn)為LS＞MS＞SS。植物葉片的光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和胞間CO2濃度之間相互關聯(lián)，氣孔導度越大則蒸騰速率就越大，細胞間CO2濃度越高則意味著葉肉光合作用越強[12]，相比于CK、MS和SS這3個處理，LS處理的鉤藤葉片其氣孔導度上升，胞間CO2濃度較大。綜上所述，輕度遮陰的鉤藤葉片其光合參數(shù)相對穩(wěn)定，相關數(shù)值較高，且其葉面積、葉片數(shù)量也均較高，更有利于鉤藤光合作用的進行及有機物的合成。

圖1 遮陰度對光合參數(shù)的影響Fig. 1 Effects of shading on photosynthetic parameters of Uncaria seedling

遮陰度對鉤藤葉片光合色素含量的影響情況如表2所示。由表2可知，葉綠素a（Chla）、葉綠素b（Chlb）及葉綠素總含量均隨著遮陰程度的增加而逐漸增加，SS處理的葉綠素含量極顯著高于CK、LS和MS（P＜0.05），這可能因為較強的光照加速了葉片中葉綠素的降解，葉綠素的生物合成速度跟不上其降解速度[13]；而其Chla/Chlb之值和類胡蘿卜素（Car）含量均逐漸減小，并且對照組的Chla/Chlb之值極顯著高于各遮陰處理（P＜0.01），各處理組Car間的差異均不顯著。強光下植物葉綠素降低，而類胡蘿卜素含量提高，這正是植物適應強光的一種保護策略[14]。

表2 遮陰度對鉤藤葉片光合色素含量的影響Table 2 Effects of shading on photosynthetic pigment content of Uncaria leaves

遮陰度對鉤藤葉片的含水量、可溶性糖、可溶性蛋白及MDA含量的影響情況如表3所示。由表3 可知，鉤藤幼苗葉片的含水量與其遮陰度之間表現(xiàn)出顯著負相關，MS、SS處理的鉤藤葉片的含水量極顯著高于CK和LS（P＜0.01），其原因為強光照加劇了葉片蒸騰失水。可溶性蛋白是植物生命代謝活動的重要物質，也是鉤藤的重要營養(yǎng)成分。由表3 可知，鉤藤葉片中的可溶性蛋白含量隨著遮陰度的增加而持續(xù)下降，重度遮陰的達到最低值，僅為0.07%。葉片中可溶性糖含量的變化趨勢與可溶性蛋白含量的變化趨勢相似，其原因是，遮陰處理降低了光照強度，進而減弱了葉片的光合效率，增強了呼吸作用，從而減少了光合產物。由表3 還可知，LS處理顯著減少了鉤藤葉片的MDA含量（P＜0.05），LS處理的葉片MDA含量顯著低于CK和另外兩個遮陰處理的，說明光照過強或過弱都會導致鉤藤幼苗葉片膜脂過氧化的增強。

表3 遮陰度對鉤藤葉片的含水量、可溶性糖、可溶性蛋白及MDA含量的影響Table 3 Effects of shading on water, soluble protein, soluble sugar and MDA content of Uncaria leaves

2.3 鉤藤幼苗各形態(tài)指標與各生理生化指標間的相關性分析

對不同遮陰處理下鉤藤幼苗的株高（X1）、莖粗（X2）、葉面積（X3）、葉片數(shù)（X4）、分枝數(shù)（X5）、比葉重（X6）等形態(tài)指標與葉綠素含量（X7）、凈光合速率（X8）、葉片含水量（X9）、可溶性蛋白質含量（X10）、可溶性糖含量（X11）、丙二醛含量（X12）等生理生化指標間的相關性進行了分析，結果見表4。表4顯示：株高分別與葉片數(shù)間呈極顯著正相關（P＜0.01），與分枝數(shù)間呈顯著正相關（P＜0.05），其相關系數(shù)分別為1.000、0.983；而分枝數(shù)與莖粗、葉片數(shù)間均呈顯著正相關（P＜0.05）；葉片含水量與可溶性糖含量間呈顯著負相關（P＜0.05），其相關系數(shù)為-0.989，且其與比葉重、可溶性蛋白質含量間均呈極顯著負相關（P＜0.01），其相關系數(shù)分別為-0.991、-0.996；葉片可溶性糖含量與可溶性蛋白質含量間呈顯著正相關（P＜0.05）。

3 結論與討論

光照條件對植物的生長發(fā)育具有重要的影響，近年來，有關植物的耐陰性及遮陰處理對植物生理生化指標的影響的研究報道日漸增多。光照強度是影響植物生長發(fā)育的重要因子之一，光照過強會破壞植物葉片的光合結構與膜系統(tǒng)[15]，光照過弱則不利于葉肉細胞光合作用的進行[16]。植物的外觀形態(tài)特征對光照的響應比較敏感，隨光照強度而調整形態(tài)結構以利于植物最大程度地吸收光能，提高光合速率，促進植物生長發(fā)育[17]。研究中發(fā)現(xiàn)，鉤藤大部分形態(tài)指標值隨著遮陰度的增強而減小，并且輕度遮陰的鉤藤幼苗各形態(tài)指標值均高于對照，表明輕度遮陰有利于鉤藤幼苗生長發(fā)育，強光和弱光均不利于鉤藤幼苗生長。

表4 不同遮陰處理下鉤藤幼苗各形態(tài)指標與各生理生化指標間的相關系數(shù)?Table 4 Correlation coefficients among the influencing factors of Uncaria seedling

植物葉片的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、胞間CO2濃度（Ci）、氣孔導度（Gs）和葉綠素a（Chla）含量等指標均是影響其光合作用能力的重要指標。根據(jù)這些光合參數(shù)的大小，可以了解植物光合作用的強弱。例如，王瑞等[18]在研究陰生園林植物于不同光照條件下的光合特性時提到，凈光合速率是表現(xiàn)植物光合作用能力的重要指標之一，可以反映植物的耐陰性。隨著遮陰強度的加大，葉綠素含量會逐漸增加，以保證植物在弱光環(huán)境下更有效地吸收光能，提高光合速率，促進植物生長[19]。本試驗結果表明，遮陰處理顯著地促進了鉤藤幼苗葉片葉綠素的生物合成，同時證實了前人的研究結果。肖潤林等[20]的研究結果表明，全光照條件下，植物葉片表面高溫、高光照使其蒸騰速率下降，抑制了葉綠素的合成；相反，遮陰處理降低了光照強度和溫度，避免了強光對葉綠體整體結構的破壞。這一研究結果與本文的研究結果一致。MDA是膜脂過氧化的重要產物之一，其含量的多少反映了植物葉片膜脂過氧化及膜受傷害程度的輕重[11]，鉤藤幼苗在輕度遮陰下的MDA含量顯著低于全光照和中度遮陰及重度遮陰處理的，表明輕度遮陰對鉤藤的膜脂過氧化程度的影響較小，此環(huán)境更適宜鉤藤幼苗的生長。

光不僅是植物生長發(fā)育的能量來源，并作為信號因子調控植物的生長發(fā)育，而且對植物初生代謝產物、次生代謝產物的合成和積累產生均有重要影響[21]。可溶性糖與可溶性蛋白質都是重要的初生代謝產物，可溶性糖是植物葉片碳運輸及代謝過程中的主要形式，是衡量植物體內碳代謝的重要指標[9]。研究中發(fā)現(xiàn)，隨著遮陰度的增加，鉤藤葉片中的可溶性糖與可溶性蛋白質含量均逐漸下降，這與周昕等[22]的研究結果一致。有關研究結果表明，適宜的光照強度能促進植物同化產物的積累，有利于次生代謝產物的合成[23]，減弱光照強度可誘導積累生物堿，從而增加植物組織中生物堿的含量[24]。例如，適度遮陰條件下，銀杏葉中的黃酮[25-26]、參根中的人參皂苷[27]等次生代謝產物的含量都有不同程度的提高。因此，在實際生產過程中，通過對植物進行適當?shù)恼陉幪幚韥砀淖児庹諒姸龋o予植株適宜的生長環(huán)境，可以達到最佳種植效果，從而實現(xiàn)增產增收的目標。

綜上所述，結合不同遮陰度下鉤藤幼苗各形態(tài)指標及各生理生化指標的變化情況來綜合分析，鉤藤幼苗生長的適宜遮陰度是輕度遮陰，即透光率為55%～75%。本研究雖然初步探究出輕度遮陰處理對其幼苗營養(yǎng)生長能起到一定的促進作用，但本文檢測分析的指標并不全面，如不同處理下葉片內部結構、酶活性、藥效成分含量等指標尚未提及。針對上述不足之處，筆者將在后續(xù)的研究工作中進一步完善。此外，目前關于鉤藤的研究主要集中在其化學成分與臨床應用方面[28]，關于鉤藤生物學特性的研究報道較少，其藥效成分的分子合成機制的研究也尚未見諸報道，因此，關于鉤藤的研究還有待深入。