7種獨蒜蘭屬植物光合特性比較研究

趙博，裘劼人，柴偉國

(杭州市農業科學研究院，浙江 杭州 310024)

獨蒜蘭屬(PleioneD. Don)隸屬于蘭科(Orchidaceae)樹蘭族(Trib. Epidendreae Humb.，Bonpl. et Kunth)，獨蒜蘭的褶片是區分獨蒜蘭屬不同種的主要特性。我國獨蒜蘭主要分布在長江流域及以南的各省深山中高海拔的溪谷石壁和灌叢中，生于海拔900～3 600 m的密林下腐殖質豐富的土壤或溝谷旁有苔蘚覆蓋的石壁上、裸露的樹干上或灌木叢下有腐殖土的地上。獨蒜蘭屬多年生草本植物，半附生，分布于我國四川、云南、貴州、廣西、廣東、江西、湖南、湖北、陜西、甘肅等省區，資源稀少，其對環境的要求較高，喜涼爽、濕潤的半陰環境。全球約有獨蒜蘭屬植物 27種和9個天然雜交種，獨蒜蘭屬僅在歐美、日本及中國臺灣有較廣泛的栽培應用，英國已培育出 445個品種，中國僅見中國科學院昆明植物研究所培育出17個新品種[1]。

獨蒜蘭花型奇特、花色艷麗，直立花序高 15～25 cm，適合作小型盆栽花卉，具有較高的觀賞價值。同時，獨蒜蘭還具有較高的藥用價值，如獨蒜蘭球莖可入藥，有清熱解毒、化痰散結的功能。據《本草綱目》記載：主治疔腫，可攻毒破皮，解諸毒、蛇蟲、狂犬傷；治癰疽惡瘡，可與文蛤、麝香、干金子霜、紅牙大戟等配伍；治惡瘡及黃疸，可與蒼耳草等同用；治牙齦腫痛，用山慈菇的枝和根煎湯隨時漱口，漱后吐出。

獨蒜蘭屬植物遭到過度采挖與不合理開發，資源流失非常嚴重。同時，獨蒜蘭屬因其特殊的生長環境，使得目前中國大陸地區的栽培和育種技術無法滿足其資源保護及市場需求[2]。發展人工栽培和育種技術來滿足市場需求，對杜絕野生資源的破壞及加強保護具有重要意義。光合作用是植物最重要的生理功能，是植物合成有機物質、獲得能量的根本源泉。光合作用作為一個易受環境影響的重要生理過程，決定了不同生長環境的植物具有不同的光合特性[3]。因此，可通過研究植物的光合特性來探究植物在引種栽培時環境變化中的光合生理[4-5]。目前關于獨蒜蘭屬植物的光飽和點、光補償點、暗呼吸速率和最大凈光合速率等光合特性的報道還不全面，因此，加強對獨蒜蘭屬光合特性的研究是很有必要的。鑒于此，本研究通過測定臺灣獨蒜蘭、秋花獨蒜蘭、獨蒜蘭、 云南獨蒜蘭、大理獨蒜蘭、四川獨蒜蘭和美麗獨蒜蘭葉片光響應曲線及葉綠素含量的相關參數，來探究其光合特性，旨在為7種獨蒜蘭的生產栽培提供一定的理論依據，同時通過進一步探明獨蒜蘭屬植物在光合生理方面的差異，為該屬植物的引種栽培及良種培育提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

項目組引進種植的臺灣獨蒜蘭、秋花獨蒜蘭、獨蒜蘭、云南獨蒜蘭、大理獨蒜蘭、四川獨蒜蘭和美麗獨蒜蘭7個獨蒜蘭品種。試驗在杭州市農業科學研究院的基地進行，每個品種定植于花盆中，常規田間管理，測定所用植株生長健壯，長勢一致，選取葉位、葉齡一致的葉片進行各項指標的測定，3次重復。

1.2 試驗方法

1.2.1 光合參數的測定

每個品種選取長勢一致、無病蟲害的獨蒜蘭3株，于晴朗上午 9：00 用Li-6400 光合儀對功能葉進行光合參數指標測定。在溫度(25 ±1)℃、相對濕度 50% 的條件下，利用LED 紅藍光源，將光照強度(photosynthetically active radiation，PAR)從 0～600 μmol·m-2·s-1分13個梯度(600、550、500、450、400、350、300、250、200、150、100、50、0)進行光合(Pn-PAR)響應曲線測定。每一光強下適應 2 min 后記錄數值[1-2]。

1.2.2 光合色素含量的測定

采用95%乙醇浸提法測定[6]。稱取新鮮樣品約0.2 g，擦凈組織表面污物，剪碎(去掉中脈)，研磨成勻漿，過濾，隨即浸入盛有95%乙醇的10 mL具塞試管中，葉片發白后，將葉綠素提取液倒入光徑1 cm的比色皿中，以95%乙醇為空白，分別在紫外分光光度計在665、649、470 nm 波長下測定吸光度值，計算葉綠素a、葉綠素b以及類胡蘿卜素的濃度。

y(mg·g-1)=CVN/(m×1 000)。

式中：y葉綠素色素的含量；C為色素含量(mg·L-1)；V為提取液體積(mL)；N為稀釋倍數；m為樣品質量(g)；1 000是表示1 L=1 000 mL。

1.2.3 數據分析

采用植物光合作用對光響應的直角雙曲線修正模型[7]，利用 Excel 2010、SPSS軟件對試驗數據進行統計分析及圖表制作。計算得到暗呼吸速率、最大凈光合速率(Pn)、光飽和點(LSP)和光補償點(LCP)。實驗各項指標均為3個重復，對結果存在的差異進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 7個獨蒜蘭品種光響應曲線及光合參數比較

光響應曲線描述的是光強與植物凈光合速率間的關系，通過光響應曲線可以求出各種光合生理參數，從而比較不同獨蒜蘭品種之間光合作用能力的大小。對其光響應曲線進行擬合發現，7個獨蒜蘭品種光飽和點為 217～320 μmol·m-2·s-1，光補償點為5～10 μmol·m-2·s-1。暗呼吸速率為0.2～0.3 μmol·m-2·s-1，最大凈光合速率為1.2～2.9 μmol·m-2·s-1(表1)。整體上來說，獨蒜蘭各項光合參數值相對較小，弱于其他植物的光合參數值，這也與獨蒜蘭生長緩慢，陰生的特性一致。臺灣獨蒜蘭的光補償點、暗呼吸速率、光飽和點、最大凈光合速率分別為10.0、0.3、320.0、1.6 μmol·m-2·s-1，秋花獨蒜蘭的光補償點、暗呼吸速率、光飽和點、最大凈光合速率分別為7.7、0.2、224.0、1.2 μmol·m-2·s-1，獨蒜蘭的光補償點、暗呼吸速率、光飽和點、最大凈光合速率分別為7.3、0.2、239.0、2.5 μmol·m-2·s-1，云南獨蒜蘭的光補償點、暗呼吸速率、光飽和點、最大凈光合速率分別為5.0、0.2、284.0、2.7 μmol·m-2·s-1，大理獨蒜蘭的光補償點、暗呼吸速率、光飽和點、最大凈光合速率分別為5.0、0.2、267.0、1.8 μmol·m-2·s-1，四川獨蒜蘭的光補償點、暗呼吸速率、光飽和點、最大凈光合速率分別為8.5、0.3、217.0、2.7 μmol·m-2·s-1，美麗獨蒜蘭的光補償點、暗呼吸速率、光飽和點、最大凈光合速率分別為7.9、0.2、299.0、2.9 μmol·m-2·s-1。在7種獨蒜蘭品種中，秋花獨蒜蘭的最大凈光合速率最弱，表明秋花獨蒜蘭的光合生產力較弱，從而導致植株生長緩慢(圖1)。

圖1 7種獨蒜蘭的光響應曲線

表1 7種獨蒜蘭的光飽和點、光補償點、暗呼吸速率和最大凈光合速率

PAR在0～100 μmol·m-2·s-1時，7種獨蒜蘭的凈光合速率值Pn都隨著 PAR 的增強而基本呈線性上升趨勢，且獨蒜蘭、云南獨蒜蘭、四川獨蒜蘭和美麗獨蒜蘭Pn的上升趨勢要高于臺灣獨蒜蘭、秋花獨蒜蘭和大理獨蒜蘭。當PAR在100～200 μmol·m-2·s-1時，7個獨蒜蘭品種的Pn值增長速率持續減慢。當PAR 在200～500 μmol·m-2·s-1時，大部分獨蒜蘭品種Pn逐漸趨于平緩；而臺灣獨蒜蘭的Pn仍在緩慢增長。當PAR到達500 μmol·m-2·s-1以上時，獨蒜蘭的Pn值出現下降趨勢，可能因為光照過強發生了光抑制(圖1)。綜合來看，獨蒜蘭、云南獨蒜蘭、四川獨蒜蘭和美麗獨蒜蘭凈光合速率值Pn要高于臺灣獨蒜蘭、秋花獨蒜蘭和大理獨蒜蘭，表明這4種獨蒜蘭品種光合能力相對較強。

2.2 7種獨蒜蘭品種葉綠素含量的比較

葉綠素含量的高低是反映植物光合能力的重要指標之一，而葉綠素a為葉綠素的主要組分[8]。由表2可知，在7種獨蒜蘭品種中，秋花獨蒜蘭、云南獨蒜蘭以及獨蒜蘭葉片的葉綠素a和總葉綠素含量較高，而臺灣獨蒜蘭和四川獨蒜蘭葉片的葉綠素a和總葉綠素含量較低。

表2 7種獨蒜蘭的葉綠素含量 單位：mg·g-1

3 討論

光合作用是植物最基本的生命活動，是植物合成有機物質、獲得能量的根本源泉[5-6]。LSP、LCP分別代表植物可利用的光合有效輻射的上限與下限，體現植物對強光和弱光的利用能力和對光照條件的要求，較低的光補償點反映出植物利用弱光的能力較強，較高的光飽和點表明植物能高效利用強光[9-10]。本研究中，臺灣獨蒜蘭的LSP最高，表明臺灣獨蒜蘭對光環境的適應性更廣。而秋花獨蒜蘭、四川獨蒜蘭和獨蒜蘭的LSP較低，對栽培環境的光條件要求較高，要注意避免光強過剩造成的光抑制現象。云南獨蒜蘭和大理獨蒜蘭的LCP最低，表明這兩種獨蒜蘭能更好地適應弱光環境。在實際栽培中，可以此為依據進行栽培光環境的調控，以保證栽培品質。暗呼吸速率反映植物消耗有機物的能力[6]，秋花獨蒜蘭、獨蒜蘭、云南獨蒜蘭、大理獨蒜蘭、美麗獨蒜蘭的暗呼吸速率低于臺灣獨蒜蘭和四川獨蒜蘭，表明這5種獨蒜蘭的呼吸消耗較少。在最大凈光合速率方面，美麗獨蒜蘭的數值最高，表現出較高的光合潛能(圖1和表1)。

葉綠素是植物進行光合作用的主要色素，也是影響著光合作用的直接因素，從而影響產量[11]。葉綠素的含量和比例是影響葉片光合作用的重要指標，葉綠素a是參與光合作用的主要色素，葉綠素b是輔助色素[12]。在本研究中，秋花獨蒜蘭、獨蒜蘭、云南獨蒜蘭葉片的葉綠素a和總葉綠素含量均顯著高于臺灣獨蒜蘭、大理獨蒜蘭、四川獨蒜蘭和美麗獨蒜蘭，同時獨蒜蘭、 云南獨蒜蘭的最大凈光合速率值也比較高(表1和表2)，反映了獨蒜蘭、云南獨蒜蘭的光合速率與葉綠素含量存在一定程度的相關性。

綜上，在7種獨蒜蘭中，美麗獨蒜蘭具有最高的最大凈光合速率，光合能力最強。臺灣獨蒜蘭對光的適應范圍較廣。秋花獨蒜蘭、四川獨蒜蘭和獨蒜蘭對栽培環境的光條件要求較高，要注意避免光強過剩造成的光抑制現象。大理獨蒜蘭和云南獨蒜蘭的光補償點最低，利用弱光的能力強，同時葉綠素含量較高，適合陰生環境。進行獨蒜蘭屬植物光合生理的研究，對獨蒜蘭屬植物的生產栽培及引種育種具有重要意義。