不同損傷處理對土沉香光合特性及葉綠素熒光參數的影響

吳文華，韋陽蓮 ，蔡楚雄 ，郭 韻 ，曹洪麟

（1.中國科學院華南植物園退化生態系統植被恢復與管理重點實驗室/廣東省應用植物學重點實驗室，廣東 廣州510650；2. 中國科學院大學生命科學學院，北京 100049；3. 東莞植物園，廣東 東莞 523079）

【研究意義】土沉香〔Aquilaria sinensis（Lour.）Spreng.〕，別名莞香、白木香、牙香樹、女兒香、棧香、青桂香、崖香、六麻樹［1］，為瑞香科（Thymelaeaceae）沉香屬（AquilariaSpp.）植物，是分布于熱帶亞熱帶的一種常綠喬木［2］。土沉香在受到物理、化學傷害或真菌侵染后產生具有揮發性含樹脂的心材，能抑制真菌侵染并加速傷口愈合，這種含樹脂的心材即為沉香［3-4］，具有通便、鎮靜、止血與消炎等功效［5-7］。沉香是我國傳統中藥材，列為十大廣藥之一，其味辛、苦，性微溫，具行氣止痛、溫中止嘔、納氣平喘之功效，主治胸腹脹悶疼痛、胃寒嘔吐呃逆、腎虛氣逆喘急等癥，此外，品聞焚燒的沉香還具有安神、鎮定和促進睡眠的作用。因此，我國對沉香的需求量日益增大，近年來隨著沉香價格的不斷攀升，已出現不少不法商人盜挖野生土沉香的事件，從而加劇了對我國土沉香資源的破壞。為了促進對野生土沉香資源的保護，本著宜疏不宜堵的原則，應該大力加強土沉香資源的栽培及利用研究［8］。土沉香在我國自然分布于廣東、廣西、福建、海南、云南及香港、澳門特別行政區［9-10］，在臺灣、福建、四川金沙江干熱河谷等地區有部分人工栽培［11］。1996年在《中華人民共和國野生植物保護條例》中被列為國家Ⅱ級保護野生植物［12］。

【前人研究進展】在自然條件下結香是一個復雜而漫長的過程，根據相關學者的研究表明，物理化學傷害或真菌侵染能夠誘導土沉香產生具有抑菌活性的防御性物質沉香倍半萜和2-（2-苯乙基）色酮類化合物（沉香的主要化學成分）［13-16］，這些物質與細胞其他組分復合形成的導管填充物堵塞了次生木質部的導管，從而結香［17-18］。然而由于其低速低效的結香過程，這種自然的結香方法顯然不能滿足日益增長的市場需求，如何更快更好地促使土沉香結香已成為當前土沉香相關研究中的熱點問題，人工結香技術應運而生。人工結香技術主要包括物理傷害結香法（砍傷法、鑿洞法、半斷干法［19］、斷枝法、打釘法［20］）、接菌結香法、化學傷害結香法。

光合作用是植物體內一個重要的生理過程，對植物的生長發育至關重要。根據前人研究，植物體受損不僅減少了光合作用的葉面積，使積累的光合產物下降，并誘導產生一系列防御性物質［21-23］。傳統的光合速率是通過測量植物在進行光合作用時所消耗的CO2或積累的干物質，而葉綠素熒光分析技術則是通過測量葉綠素熒光量準確獲得光合作用量及相關的植物生長潛能數據［24］。目前，國際上對植物體內葉綠素熒光動力學的研究已形成熱點，并在強光、高溫、低溫、干旱等逆境生理研究中得到廣泛應用［25-27］。葉綠素熒光動力學技術在測定植物葉片光合作用過程中對光能的吸收、傳遞、耗散、分配等具有獨特作用［28］，幾乎所有光合作用過程的變化均可通過葉綠素熒光反映出來［29］。

【本研究切入點】在土沉香的實際生產中，在不過度影響土沉香生長的前提下，如何通過人為干擾，促使其產生防御性物質（結香），成為土沉香結香管理的關鍵。在以前研究中，主要關注缺素、水分脅迫、生長調節劑以及不同光強對于土沉香光合等生理特征的影響［30-34］，關于土沉香在結香過程中進行樹體損傷處理的相關研究較少。【擬解決的關鍵問題】本研究采用改進后的物理傷害方法引發土沉香樹結香，在此基礎上對土沉香的光合等生理特征進行研究，并利用葉綠素熒光技術比較不同損傷處理下土沉香葉綠素熒光參數的變化。研究經過損傷處理土沉香的生長情況，可為土沉香人工結香選擇最合適的處理方式提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在東莞植物園和東莞東華園林沉香基地進行，試驗對象為土沉香，均為15年樹齡，隨機選擇土沉香樹體進行試驗處理。

1.2 試驗方法

試驗于2018年1月12、13日對土沉香進行開香門及損傷處理，設4種土沉香損傷處理：A，側根和枝條不進行破壞處理；B，側根、枝條破壞1/3；C，側根、枝條破壞2/3；D，截干，將主干上的枝條全部截斷，只剩主干。以上損傷處理前，供試土沉香樹體均進行了開香門處理，即在主干離地面50、75、100、125 cm處砍出一個楔形缺口，深度為樹干粗的1/3～1/2。每個處理隨機選3棵土沉香樹體，以不做任何處理（不開香門，不截枝斷根）作對照。

1.3 測定項目及方法

2018年7月28、29日，對土沉香進行葉片光合參數以及葉綠素熒光參數的測定。

1.3.1 葉片光合參數測定 采用開放式氣體交換Li-6400型便攜式光合儀（LI-COR Inc,USA），透明葉室，測定光合參數。每天從9：00—16：00，每隔1 h測定1次各處理下標記葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（E）。

1.3.2 葉綠素熒光參數測定 利用PAM-2500（Walz Inc, GER）測定不同處理土沉香葉片的葉綠素熒光參數。在7：00—8：00之間選取植株中下部生長良好的成熟葉，所選葉片的空間取向和角度盡量一致，每株測3片葉。測定前先用暗適應夾對測試葉片進行10～15 min的暗適應，用鉛筆在葉片上做好標記，以保證測定時每次都能夾在相同位置，同時確保測定時葉片的自然生長角度不變。葉片測量位置為靠近葉基部位，測量初始熒光量（F0）、最大熒光產量（Fm），再計算可變熒光產量（Fv=Fm-F0）以及PSⅡ最大光化學量子效率（Fv/Fm）、PSⅡ潛在活性（Fv/F0）。

試驗數據使用Office2016軟件進行處理及繪圖，用R 3.4.2軟件進行新復極差檢驗（Duncan法）。

2 結果與分析

2.1 不同損傷處理對土沉香凈光合速率日變化的影響

由圖1可知，總體上4種損傷處理下土沉香的光合日變化均為“雙峰型”曲線，且凈光合速率（Pn）峰值大致均出現在10: 00左右，4種處理的凈光合速率（Pn）均高于對照，并在11: 00和13: 00時有一定幅度的下降，產生“午休”現象。

圖1 不同損傷處理對土沉香凈光合速率日變化的影響Fig. 1 Effects of different damage treatments on daily variation of photosynthesis rate of Aquilaria sinensis

2.2 不同損傷處理對土沉香葉片光合參數的影響

從表1可以看出，D處理下的凈光合速率（Pn）與對照相比具有顯著差異，而A、B、C處理與對照相比均無顯著差異。其中，A處理的葉片光合參數與對照無顯著差異，C處理的胞間CO2濃度（Ci）顯著高于對照，B處理的蒸騰速率（E）顯著高于對照，D處理顯著提高了葉片的Pn、Gs、Ci、E。

表1 不同損傷處理對土沉香葉片光合參數的影響Table 1 Effects of different damage treatments on photosynthetic characteristics of Aquilaria sinensis

2.3 不同損傷處理對土沉香PSⅡ潛在活性（Fv/F0）的影響

由圖2可知，與對照相比，A、B、C處理下土沉香葉片的PSⅡ潛在活性均無顯著差異，A、B、C處理之間也無顯著差異，而D處理的PSⅡ潛在活性顯著高于對照。

圖2 不同損傷處理對土沉香Fv/F0Fig. 2 Effects of different damage treatments on Fv/ F0 in leaves of Aquilaria sinensis

2.4 不同損傷處理對土沉香PSⅡ最大光化學效率（Fv/ Fm）的影響

最大光化學效率（Fv/ Fm）代表PSⅡ的原初光能轉化效率，是表明光化學反應狀況的一個重要參數，可以很好地反映植物體光損傷的程度［35］。由圖3可知，與對照相比，A、B、C處理下的土沉香葉片PSⅡ最大光化學效率變化均無顯著差異，而D處理下土沉香葉片PSⅡ最大光化學效率顯著高于對照。

圖3 不同損傷處理對土沉香Fv/ Fm的影響Fig. 3 Effects of different damage treatments on Fv/ Fm in leaves of Aquilaria sinensis

3 討論

本試驗4種損傷處理下土沉香葉片的光合日變化均為雙峰型，且在11: 00和13: 00均發生“午休”現象。魯瑩瑩等［36］在對土沉香光合日變化特性研究時也發現了這一現象，其主要原因是由于環境中的溫度及光強超過葉片光合作用的飽和點，產生了脅迫作用。高溫和強光通過影響光合酶活性及蒸騰作用，使葉肉細胞失水，導致氣孔完全關閉或部分關閉，從而產生了“午休”現象。

凈光合速率（Pn）是衡量植物光合能力的重要指標，4種損傷處理下土沉香葉片的Pn在9: 00—10: 00之間迅速升高，在10: 00均達到一天中的峰值，這可能是由于日出后外界溫度迅速上升，同時光照及濕度等因素均向著適宜葉片光合作用的狀態靠近，從而導致光合速率相應增大，從而在10: 00左右時凈光合速率（Pn）達到一天中的最大值；此后中午13: 00左右光輻射達到最強，溫度升高，植物的蒸騰作用增強，從而導致植物葉片水汽壓虧缺值（Vpdl）減小，氣孔關閉，氣孔導度（Gs）急速下降，植物則通過此過程減少蒸騰來維持體內水分平衡和光合作用的有效進行［37］，因而Pn會逐漸下降。本試驗4種處理中，僅D處理下土沉香葉片的凈光合速率高于對照，原因可能是嚴重受損的植物有著更高的光合效率和光合能力，植物體在受到嚴重的外界損傷后，需要積累更多的有機物儲存能量為植物體提供生存［38］；A、B、C處理的凈光合速率（Pn）與對照相比無顯著差異，說明適度的損傷對土沉香的光合作用沒有明顯的影響，對其生長發育的負面影響也不嚴重。

本試驗中，B、C、D處理下土沉香葉片的光合參數與對照相比均有顯著差異，這3種處理下葉片的氣孔導度（Gs）與對照相比均有顯著提高，而A處理下土沉香葉片的光合參數與對照相比無顯著差異，這可能是由于樹體損傷后葉肉細胞的光合能力增強所致。D處理下，葉片光合能力的增加與氣孔導度、蒸騰速率的增加可能一致，因為CO2的供應速度與同化速度基本保持一致，從而反映胞間CO2濃度（Ci）的變化與對照相比具有顯著差異，土沉香的光合特性和熒光參數顯著高于對照，增強了土沉香的光合作用。

葉綠素熒光與光合作用效率密切相關，能很好地探測植物的光抑制程度［35］。相關研究發現，任何環境因素對光合作用的影響都能通過葉綠素熒光來反映，Fv / Fm越大，表明PSⅡ的原初光能轉換效率越高［39］。本試驗中，D處理下Fv / Fm比對照增大，表明D處理下土沉香葉片有著最高的PSⅡ的原初光能轉換效率；PSⅡ潛在活性的結果與PSⅡ的原初光能轉換效率的結果相似，僅D處理比對照有增高的現象，其他處理與對照相比無顯著差異。原因可能是由于D處理下植株受到的傷害更大，給植物體造成更大的生存抗脅迫的壓力，需要積累更多的有機物儲存能量為植物體提供生存保障，嚴重的損傷使得植物葉肉細胞的光合能力增強，為植物體的基本生存提供物質基礎。

4 結論

本試驗4種損傷處理下土沉香的光合特性和熒光參數均受到不同程度的影響，以D處理下效果顯著，土沉香葉片的光合能力顯著增強。A、B、C處理不會給土沉香植物體造成較大的生存抗脅迫的壓力，對土沉香的生長也不會造成很大的負面影響，這說明對土沉香進行適當的傷害處理，不會對植株生長產生較大影響。而至于光合能力強弱及光合產物積累量與結香狀況之間存在何種聯系還有待進一步探討。