3个地理种源滇黄精光合日变化及其影响因子分析

左应梅，杨天梅，杨维泽，杨绍兵，李纪潮，许宗亮，张金渝，杨美权

（云南省农业科学院药用植物研究所，云南 昆明 650200）

滇黄精（Polygonatum kingianumColl．et Hemsl）为中药黄精的3个基原品种之一［1］，分布于以云南为中心的西南地区［2］。滇黄精是中国传统补益类中药材，集药用、食用、保健和观赏于一身，具有极高的经济价值和社会效益，市场开发前景广阔。滇黄精化学成分多样，药理活性广泛，在增强免疫力、调节机体平衡、延缓衰老等保健方面，以及治疗糖尿病、动脉粥样硬化、肿瘤等疾病方面，都极具开发价值。近年来，随着市场需求不断增大，滇黄精野生资源逐渐萎缩，相对需求量急剧上升。滇黄精作为云南的道地药材，资源优势显著，开发潜力巨大。全面深入开展滇黄精的基础研究，可为滇黄精的合理开发利用提供科学依据和方法指导，具有非常重要的理论和实践意义。

近年来，有学者对滇黄精资源分布［3］、生药鉴定［4-5］、化学成分及药理活性［6-7］、药材炮制方法［8］、有效成分提取工艺［9］、人工栽培和产品开发［10］等各方面开展了研究。在光合生理方面，党康等［11］研究表明，黄精、多花黄精和滇黄精中多花黄精的Pn最高，滇黄精最低；在人工栽培条件下，黄精的光能利用率较高，滇黄精的ΦPSⅡ、ETR、NPQ及qP等各指标均显著低于黄精和多花黄精。陈芳软［12］研究表明，不同生境条件下多花黄精叶片Pn具有极显著正相关的生理因子是Tr，与Ca和叶温显著正相关。林下套种条件下多花黄精的Pn在日变化进程中没有出现明显的“午休”现象。骆绪美等［13］研究表明，多花黄精、长梗黄精、黄精的Pn日变化均呈明显的单峰曲线；Gs、Tr与Pn呈正相关，Ci与Pn呈负相关；3种黄精植物生长最主要的影响因子是PAR，其次是Tr和Ci。袁名安等［14］研究表明，多花黄精的Pn、Gs日变化为“双峰”曲线，存在明显“午休”现象，峰值分别出现在11: 00和16: 00；多花黄精Pn与Gs呈极显著正相关，与Tr呈显著正相关。综上所述，目前有关滇黄精的光合生理研究报道较少，不同地理种源滇黄精光合特性差异方面的研究鲜见报道。植物的Pn、Gs和Tr等是植物重要的生理生态参数，对于引种驯化、良种选育及科学种植管理具有非常重要的理论指导意义［15］。本研究以3个不同地理种源的滇黄精为试验材料，测定其光合参数及生态因子的日变化，为滇黄精的良种选育和生产栽培提供技术支撑和理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地在昆明市官渡区大板桥镇小哨村云南省农业科学院药用植物研究所的资源圃内，地理坐标为102°59′E、25°11′N，海拔1 965 m，年平均气温14.5℃，年平均降雨量957 mm，年平均蒸发量2 555 mm，直接辐射≥20 W/m2，年日照时数3 016 h，极端低温-4.3℃，极端高温29.6℃，年平均风速1.5 m/s，地面20 cm 深度的年平均地温为16.59℃。土壤为山地红壤，其基础养分为：全氮2.4 g/kg、全磷0.8 g/kg、全钾14.2 g/kg、水解氮185.2 mg/kg、速效钾273.0 mg/kg、速效磷10.3 mg/kg、有机质50.7g/kg，pH值5.9～6.3。

1.2 试验材料

于2013年12月采集3个种源（云南永德县、金平县、四川会理县）滇黄精的根茎，选取健康的根茎切块（切块直径3～5 cm，长6～8 cm）后室温沙藏3个月（催芽）作为繁殖材料，要求根茎大小均匀，每个根茎至少带1个芽，于2014年3月种植于昆明市小哨云南省农业科学院药用植物研究所药材种质资源圃内。繁殖材料按株行距15 cm×25 cm间距栽入遮荫棚内，荫棚透光率为70%～80%。3个滇黄精种源随机排列，每个小区种植60株，3 次重复，常规种植管理，于2016年6月进行指标测定。

1.3 测定指标及方法

试验在6月下旬的晴朗无云日进行。在自然条件下，使用 LI-6400XT便携式光合作用测定系统，测定3个滇黄精种源的净光合速率（Pn，μmol/m2·s）、 气 孔 导 度（Gs，mol/m2·s） 、蒸腾速率（Tr，mmol/m2·s）、胞间CO2浓度（ Ci，μmol/m2·s）；光合有效辐射（PAR，μmol/m2·s）、气温（Ta，℃）、空气相对湿度（RH，%）和空气CO2浓度（Ca，μmol/m2·s）等环境因子由系统同步自动记录，测定时间为8:30～19: 00。测定时取每株滇黄精相同叶位（从植株顶端往下数第3轮叶片），保持叶片自然生长角度，每个种源测定3株，每株测定3片叶，重复3次，数据取平均值。测定当天的环境因子日变化情况见图1。瞬时水分利用效率（WUE）采取WUE = Pn/ Tr（其中Pn以CO2的μmol 数计，Tr以H2O的mmol 数计）计算［16］。

试验数据采用Microsoft Excel和JMP7统计软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 测定日环境因子变化

由图1可知，在测定时段，光合有效辐射（PAR）呈单峰曲线变化，变化范围为50.85～ 596.20 μmol/m2·s，12: 00时达到最大值 596 μmol/m2·s （图 1A）。在测定 时段，大气温度（Ta）呈单峰曲线变化，变化范围为24.5～26℃，最高温度出现在13: 00（图1A）。下午的大气相对湿度（RH）和大气CO2浓度（Ca）明显低于上午；Ca与 RH 的变化规律相同（图1B）。

图1 测定当日环境因子变化

2.2 光合特征日变化

2.2.1 不同种源滇黄精的净光合速率（Pn）日变化 由图2可知，3个种源滇黄精Pn的光合日进程存在明显差异。四川会理、云南金平种源滇黄精Pn日变化均呈双峰曲线。四川会理种源Pn在8: 30出现第1个峰值，云南金平种源在10:30出现第1个峰值，出现第1个峰值后，两个种源Pn均不同程度下降，其中云南金平种源Pn在12: 00降至全天最低，出现明显光合“午休”现象；四川会理种源也出现光合“午休”现象，但程度较轻。12: 00以后两个种源Pn呈升高趋势，两个种源的第2个峰值均出现在15: 00，之后各种源Pn再次下降。云南永德种源Pn日变化呈单曲线，峰值出现在9: 30～10: 30之间，之后Pn逐渐下降，没有光合“午休”现象。各种源Pn在不同时段存在差异。在8: 30～10: 30，云南永德种源Pn最高，云南金平种源Pn最低。在10: 30以后，四川会理和云南金平种源Pn明显下降，而云南永德种源在17: 00以前均保持较高的Pn。日均Pn依次为：云南永德种源＞四川会理种源＞云南金平种源。

图2 3个种源滇黄精的净光合速率日变化

图3 3个种源滇黄精的蒸腾速率日变化

2.2.2 不同种源滇黄精的蒸腾速率（Tr）日变化 由图3可知，3个滇黄精种源的Tr均呈双峰曲线。在测定时段，四川会理、云南金平、云南永德3个种源Tr在9: 30出现第1个峰值，四川会理、云南金平的种源在13: 00出现第2个峰值，第2个峰值的数值低于第1个峰值，而云南永德种源的第2个峰值出现在15:00，第2个峰值比第一个峰值大。在测定期间，云南永德种源在12: 00～17: 00的Tr显著高于其他两个种源，云南金平种源的Tr在9: 30～17: 00显著低于其他两个种源。日均Tr依次为：云南永德种源＞四川会理种源＞云南金平种源。

2.2.3 不同种源滇黄精的气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）日变化 由图4A可知，不同种源Gs的日变化也呈双峰曲线，其中四川会理种源和云南金平种源的Gs与Tr的变化趋势相似，且Tr两个峰值出现的时间也与Gs相同。云南永德种源Gs第1个峰值出现的时间在10: 30，第2个峰值出现在15: 00，与Tr相同。在8: 30～17: 00，以云南永德种源的Gs最大，明显高于其他两个种源，云南金平种源的Gs在各时段均最小。Gs日均值依次为：云南永德种源＞四川会理种源＞云南金平种源。3个种源Ci的日变化不规律，日均Ci依次为：云南永德种源＞云南金平种源＞四川会理种源（图4B）。

图4 3个种源滇黄精的气孔导度和胞间CO2浓度日变化

2.2.4 不同种源滇黄精的水分利用率（WUE）日变化 3个种源的WUE无显著差异，日变化规律性差，其中四川会理种源的WUE最大值出现在8: 30，云南永德种源和金平种源的WUE最大值均出现在10:30。WUE的平均值和最大值分别排序为：云南金平种源＞四川会理种源＞云南永德种源，云南金平种源＞四川会理种源＞云南永德种源 。云南金平种源WUE的日均值和最大值均最高。

2.3 不同种源滇黄精的各光合参数午后变化幅度分析

图5 3个种源滇黄精的水分利用率日变化

以8:30～12:00时段计算各指标的上午平均值，以13:00～19:00时段计算各指标午后平均值，分析各指标午后变化幅度。由表1可知，除云南永德种源的Tr未出现下降外，其余各光合参数在午后均有较大幅度下降，云南永德种源、云南金平种源和四川会理种源的各光合参数下降幅度依次分别为：Gs＞Ci＞Pn＞WUE＞Tr，Gs＞ Ci＞ Tr＞ Pn＞ WUE 和 Gs＞ Ci＞Pn＞Tr＞ WUE。

表1 3个种源滇黄精的各光合参数午后下降幅度（%）

2.4 不同种源滇黄精光合特性的相关分析

对3个种源滇黄精光合特征参数的平均值进行相关分析，结果见表2。由表2可知，各种源滇黄精的Pn与Tr均呈正相关，其中云南金平种源和四川会理种源的Pn与Tr呈显著正相关；各种源滇黄精的Pn与Gs均呈显著正相关；四川会理种源的Pn与Ta呈显著负相关，与RH呈显著正相关；云南永德种源和云南金平种源的Pn与Ta呈负相关，与RH呈正相关，但相关性均不显著。各种源的Pn与Ci、Ca和PAR的相关性不显著。此外，3个种源滇黄精的Gs与RH呈显著正相关，且各种源的Pn与Gs均呈显著正相关，因此RH对3个种源滇黄精的Pn影响也较大。

3 结论与讨论

3.1 3个滇黄精种源光合作用的日变化特征

国内外的研究资料表明，植物光合作用中Pn的日变化进程有单峰、双峰、三峰等几种类型，因各项生态因子不同而异［17］。本研究结果表明，3个种源滇黄精的Pn日变化存在明显差异，其中云南永德种源的Pn日变化呈单峰曲线，不存在光合午休现象；四川会理种源和云南金平种源的Pn日变化呈双峰曲线，两者都有光合午休现象，云南金平种源的光合午休现象最为明显。光合参数日均值综合反映了植物光合能力的强弱，植物光合能力强弱在同种植物不同品种（系）间存在明显差异，这与植物自身遗传性质和环境因子相关［18］。本研究中，3个种源滇黄精的Pn日均值差异明显，其中云南永德种源的Pn日均值最大，具有较强的光合能力。各种源滇黄精上午的Pn均值比下午大，这与刁松锋等［19］对无患子、赖晓莲等［20］对粉防的研究结果相似。

3.2 3个种源滇黄精的Pn、Tr、WUE与适应干旱能力

3个种源滇黄精的光合日进程存在明显差异，说明不同种源对同一环境的适应能力存在较大差别，这种差别在引种栽培时应加以考虑。云南永德种源的Pn和Tr日均值最高，但其WUE最低，是一种高光合、高蒸腾、低水分利用率的种源，该种源适宜在水分供应条件比较好的地方栽培。而云南金平种源的Pn日均值最低，但其WUE日均值最高，该种源较适宜在易旱的山坡地种植。

3.3 净光合速率降低的原因分析

植物叶片光合作用的限制因子可分为气孔因素与非气孔因素。前者是由于光照、温度、湿度以及蒸汽压亏缺等外界环境因子的变化引起植物气孔的部分关闭，CO2进入叶片受阻而使Pn降低，而后者则是由于叶肉细胞自身羧化酶活性的降低而引起Pn的降低［21］。Farquhar等认为当Pn下降，如果Gs和Ci 同时降低，说明Pn的下降主要是由于Gs 的下降导致，即主要以气孔因素占主导因子；如果Gs下降而Ci在上升，则表明此时Pn下降的主要原因是叶肉细胞光合能力降低导致，即主要以非气孔因素占主导因子［22］。从本试验研究结果看，3个种源滇黄精的Pn在10: 30～12: 00期间均出现不同程度降低，其中云南金平种源显著降低，出现典型的光合“午休”现象，在此期间，云南永德种源和金平种源的Gs下降而 Ci上升，Pn下降的原因主要以非气孔因素为主，而四川会理种源的Gs和Ci同时下降，Pn下降的原因主要以气孔因素为主。在15: 00～19: 00期间，云南金平种源和四川会理种源的Gs下降而 Ci上升，Pn下降的原因主要以非气孔因素为主，而云南永德种源的Gs和Ci 同时下降，Pn下降的原因主要以气孔因素为主。由此可见，种源不同，Pn下降的机理不同，其降低原因除了与自身的种源特性有关外，还与生态、生理及生化因子等多方面调控有关。

表2 3个种源滇黄精光合特性的相关分析

3.4 净光合速率与生理、生态因子的关系

净光合速率（Pn）是植物生长发育的重要研究指标，其影响因素一直是植物生理研究的热点问题之一。植物的光合作用既受到外界生态环境因子的影响，又受到其内在生理因子的调节［21］，而关于植物光合作用与各因子之间的关系，目前尚无统一的观点。姜霞等［23］研究表明，翅荚香槐的Pn与Gs呈显著正相关，与Tr、RH、PAR呈正相关关系，但相关性不显著。王瑞［24］、夏尚光等［25］认为 Pn与 PAR、Ca呈正相关，与Ci呈负相关，与叶面水气压亏缺（Vpdl）、气温（Ta）和湿度（RH）关系不密切。匡经舸等［26］对两种冬樱花和日本晚樱的Pn日变化及其与环境因子的相关性分析研究表明，冬樱花的Pn与Ta、Tr以及PAR均有显著或极显著正相关性，与Ci和RH有显著或极显著负相关，与Gs无显著相关。日本晚樱Tr、PAR以及Gs均与Pn无显著相关，与Ci呈显著负相关。本研究结果表明，不同种源滇黄精的Pn与Tr、Gs存在正相关，其中除云南永德种源的Pn与Gs相关性不显著外，其余的均达显著相关。四川会理种源的Pn与Ta呈显著负相关，与RH呈显著正相关；云南永德种源和金平种源的Pn与Ta呈负相关，与RH呈正相关，但相关性均不显著。各种源的Pn与Ci、Ca和PAR的相关性均不显著。

综上所述，本研究中3个种源滇黄精的Pn日进程存在明显差异，其中云南永德种源滇黄精Pn日变化呈单峰曲线，四川会理、云南金平种源滇黄精Pn日变化均呈双峰曲线，金平种源具有典型的“午休”现象。表明滇黄精不同种源对同一环境的适应能力存在较大差别，这种差别在引种栽培时应加以考虑。