重庆潼南三叶青与安徽黄山三叶青光合特性和叶绿素荧光参数比较

彭保江，尹明华，2，3，4，，蔡 红，陈荣华

（1.上饶师范学院 生命科学学院，江西 上饶 334001；2.上饶农业技术创新研究院，江西 上饶 334001；3.上饶市药食同源植物资源保护与利用重点实验室，江西 上饶 334001；4.上饶市三叶青保育与利用技术创新中心，江西上饶 334001；5.上饶市红日农业开发有限公司，江西 上饶 334700）

三叶青（Tetrastigma hemsleyanumDiels et Gilg）为葡萄科（Vitaceae）崖爬藤属（Tetrastigma）植物，又名金线吊葫芦、金线吊马铃薯、拦山虎、蛇附子、石猴子、三叶扁藤、三叶对等[1]。三叶青主要分布于我国四川、重庆、江苏、江西、浙江、广东、广西、福建、湖南、湖北、贵州等靠近北回归线的亚热带长江以南中下游地区[2]，主要生长在山坡、林下的灌丛或山谷溪边林下的岩石缝中，海拔高度一般为300~1 300 m。三叶青具有很高的药用价值，用药部位为块根、果实或全草，但主要以块根入药[2]。《本草纲目》称“三叶崖爬藤，性味苦、辛、凉，清热解毒、活血祛风”。现代医学研究证实，三叶青具有清热解毒、祛风化痰、活血止痛等功效，主治毒蛇咬伤、扁桃体炎、淋巴结结核、跌打损伤、小儿高热惊厥等疾病。三叶青黄酮、β-谷甾醇、多糖等三叶青提取物被誉为“植物抗生素”，不但能减慢肿瘤细胞的生长速度，还能缩短肝癌和血癌细胞的生长周期，有良好的抗肿瘤作用，并且毒副作用较小[3]。

一般来说，中药材的质量与其产区密切相关，不同产区的三叶青在外观性状、药理活性、质量和产量等方面都存在一定的差异[4]。三叶青的产地不同，其性状和药性也不相同[5-6]。不同三叶青种源间的生物学特性、农艺性状和扦插成活率也略有差异[7]。根据三叶青的叶片、茎以及块根等的生物学特性，可大致区别湖南、湖北、浙江等地三叶青和重庆、广西等地三叶青[7-8]。

有研究发现，不同产地的三叶青具有较大的光合特性差异[9]。刘崟艳等[10]研究表明，不同产地的地理环境会影响三叶青的气孔导度、蒸腾速率和净光合速率等参数，如浙江台州产地和福建闽侯产地三叶青的气孔导度、蒸腾速率以及净光合速率随着光照强度的增加呈现先升高后下降趋势，而福建顺昌产的三叶青则均呈现上升趋势。目前关于更多产地三叶青光合作用的比较分析研究少见报道。本研究拟通过对重庆潼南三叶青（CQ-TN）和安徽黄山三叶青（ANH-HSH）的叶绿素荧光参数、光合特性、叶绿素含量及叶长、叶宽、叶形指数进行测定分析，旨在筛选优质的三叶青种质资源，并为三叶青的优质高产育种提供光合作用方面的理论依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

试验于2019年10月在江西省上饶市玉山县怀玉山基地三叶青种质圃大棚进行。以重庆潼南三叶青（CQ-TN）和安徽黄山三叶青（ANH-HSH）为试验材料（已经在种质圃大棚内栽植保存5 a）。

1.2 试验方法

1.2.1 CQ-TN与ANH-HSH叶长和叶宽的测定 10月25日，在三叶青种质圃大棚中（种质圃块根不采收），对CQ-TN和ANH-HSH进行叶长和叶宽测定。分别选取无病虫害、生长健壮、长势一致的CQ-TN 10株和ANH-HSH 10株，观察每株三叶青的茎色、叶色等。在每一株上选取1片发育状况一致的完整叶片，使用米尺测量叶片的叶长（L）和叶宽（D），并按照参考文献的方法计算叶形指数（LI=L/D）[11]。

1.2.2 CQ-TN与ANH-HSH叶片光合特性的测定 10月25日，分别选取无病虫害、长势一致的CQ-TN 10株和ANH-HSH 10株，每株各选取1片部位、叶龄一致的完整叶片，利用LI-6400XT便携式光合测定仪测定CQ-TN和ANH-HSH叶片的光合特性，包括净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）等参数[12-13]。

1.2.3 CQ-TN与ANH-HSH叶绿素荧光参数的测定 10月25日，分别选取无病虫害、长势一致的CQ-TN 3株和ANH-HSH 3株，每株各选取一片相同部位、叶龄一致的完整叶片，利用LI-6400 XT便携式光合测定仪测定CQ-TN和ANH-HSH叶片的叶绿素荧光参数。

测量前，需先使用锡箔纸对待测叶片进行30 min的暗适应处理。然后先用检测光照射测定叶片的初始荧光（Fo），再用饱和白光光照1 s测最大荧光（Fm）。最后，打开内源光光化30 min，测定光下最小荧光（Fo′）、光下最大荧光（Fm′）及稳态荧光（Fs）[14]。

1.2.4 CQ-TN与ANH-HSH叶绿素含量的测定 10月25日，分别选取无病虫害、长势一致的CQ-TN 10株和ANH-HSH 10株，每株各选取1片部位、叶龄一致的完整叶片，使用SPAD-502 Plus便携式叶绿素测定仪测定CQ-TN和ANH-HSH叶片的叶绿素含量。

1.3 数据分析

使用Excel 2010软件对试验数据进行整合处理，采用SPSS 19.0软件进行统计分析。运用单因素方差分析法（one-way ANOVA）和最小显著差数法（LSD）进行方差分析和多重比较（α=0.05）。

2 结果与分析

2.1 CQ-TN与ANH-HSH的叶长、叶宽和叶形指数比较

植物的光合作用和蒸腾作用主要通过叶片进行。因此，三叶青叶片的叶长、叶宽和叶形指数等生物学性状对其光合作用及营养物质的积累非常重要。其中，叶形指数是反映植物叶片特征的重要指标之一，根据叶形指数能够推测植物叶片的生长状况及生长规律[11]。

从表1可以看出，ANH-HSH的叶片较长，达到8.63 cm，属于狭长型叶片；CQ-TN的叶片较宽，达到3.46 cm，是ANH-HSH的1.17倍，属于圆叶型叶片。CQ-TN的平均叶形指数小于ANHHSH，其中CQ-TN的平均叶形指数为2.457，ANH-HSH的平均叶形指数为2.963。

表1 CQ-TN与ANH-HSH的叶长、叶宽和叶形指数比较Tab.1 Comparison of leaf length，leaf width and leaf shape index between CQ-TN and ANH-HSH

从表2可以看出，CQ-TN和ANH-HSH的叶长间没有显著差异（P＞0.05），而CQ-TN和ANHHSH的叶宽和叶形指数间均存在极显著差异（P＜0.01）。

表2 CQ-TN与ANH-HSH叶长、叶宽和叶形指数的单因素方差分析Tab.2 One way ANOVA of leaf length，leaf width and leaf shape index of CQ-TN and ANH-HSH

2.2 CQ-TN与ANH-HSH的光合特性比较

从表3可知，CQ-TN和ANH-HSH的叶片净光合速率（Pn）为1.477~4.127μmol/（m2·s），CQTN的平均净光合速率只占到ANH-HSH的35.8%，ANH-HSH的平均净光合速率比CQ-TN提高了约179%，这说明了在相同的光照条件下ANH-HSH的净光合速率要明显高于CQ-TN。

表3 CQ-TN与ANH-HSH的光合特性比较Tab.3 Comparison of photosynthetic characteristics between CQ-TN and ANH-HSH

CQ-TN的胞间CO2浓度（Ci）为342.470，ANHHSH的胞间CO2浓度（Ci）为388.191μmol/mol，这说明ANH-HSH的平均细胞间CO2浓度（Ci）也比CQ-TN高出约13%左右。

同样，ANH-HSH的瞬时羧化速率（CUE）是CQ-TN2.18倍。而ANH-HSH的蒸腾速率（Tr）、气孔限制值（Ls）、气孔导度（Gs）和水分利用效率（WUE）均比CQ-TN低，其中，蒸腾速率（Tr）以CQ-TN最 高，平 均 值 为1.043 mmol/（m2·s）；且CQ-TN的气孔导度（Gs）是ANH-HSH的1.5倍；CQ-TN的气孔限制值（Ls）比ANH-HSH高出约3.8倍；水分利用效率（WUE）CQ-TN的平均值为6.927μmol/mol，ANH-HSH的水分利用效率平均值为5.582μmol/mol。

气孔是植物在进行碳同化、呼吸作用和蒸腾作用等气体代谢过程中与外界进行气体交换的重要通道，因此，气孔导度的大小决定了O2、CO2和水蒸汽进出植物细胞的速率，从而间接影响植物的光合作用、呼吸作用及蒸腾作用[15-17]。

在本试验中，CQ-TN的蒸腾速率（Tr）、气孔限 制 值（Ls）、气 孔 导 度（Gs）和 水 分 利 用 效 率（WUE）均高于ANH-HSH，说明在相同光照条件下，CQ-TN的有机物积累要高于ANH-HSH，长势也相对比ANH-HSH要好，块根质量也较ANH-HSH的更好。

从表4可以看出，在相同光照条件下，CQ-TN和ANH-HSH的净光合速率（Pn）和瞬时羧化速率（CUE）存 在 极 显 著 差 异（P＜0.01），蒸 腾 速 率（Tr）、胞间CO2浓度（Ci）、气孔导度（Gs）、气孔限制值（Ls）和水分利用效率（WUE）差异不显著（P＞0.05）。

表4 CQ-TN与ANH-HSH光合特性的单因素方差分析Tab.4 One way ANOVA of photosynthetic characteristics of CQ-TN and ANH-HSH

2.3 CQ-TN与ANH-HSH的叶绿素荧光参数比较

叶绿素荧光参数可用来评价光合系统功能和环境胁迫的影响[18]。从表5可以看出，CQ-TN的PSⅡ最大光能转化效率（Fv/Fm）、PSⅡ潜在光化学效率（Fv/Fo）、开放的PSII反应中心捕获激发能效率（Fv′/Fm′）、PSⅡ实际光化学效率（ΦPSⅡ）和光化学淬灭系数（qP）均小于ANH-HSH，而CQTN的非光化学淬灭系数（NPQ）大于ANH-HSH。由表6可知，以上差异均未达显著水平（P＞0.05）。

表5 CQ-TN与ANH-HSH的叶绿素荧光参数比较Tab.5 Comparison of chlorophyll fluorescence parameters between CQ-TN and ANH-HSH

表6 CQ-TN与ANH-HSH叶绿素荧光参数的单因素方差分析Tab.6 One way ANOVA of chlorophyll fluorescence parameters between CQ-TN and ANH-HSH

2.4 CQ-TN与ANH-HSH的叶绿素含量比较

叶绿素是决定光合速率的最重要因子之一，是非常重要的植物生理指标[19]。在一定程度上，植物叶绿素含量的高低能直接反映其光合速率的大小，并间接反映植物的生长状况[19]。从表7可以看出，CQ-TN的叶绿素SPAD值平均为62.76，ANHHSH的叶绿素SPAD值平均为54.02，CQ-TN的叶绿素SPAD值比ANH-HSH高出约16.8%。据此分析认为，CQ-TN的叶绿素含量较高，参与光合作用的单位较多，在相同条件下，叶片能够获得更多的光能，进行光合作用，增加有机物的积累。

表7 CQ-TN与ANH-HSH的叶绿素SPAD值比较Tab.7 Compar ison of chlor ophyll content between CQ-TN and ANH-HSH

从表8的单因素方差分析结果可知，CQ-TN和ANH-HSH的叶绿素含量存在显著性差异（P＜0.05）。

表8 CQ-TN与ANH-HSH叶绿素含量的单因素方差分析Tab.8 One way ANOVA of chlor ophyll content between CQ-TN and ANH-HSH

3 结论与讨论

植物的光合作用和蒸腾作用主要通过叶片进行，因此，叶片的叶长、叶宽和叶形指数等性状对其光合作用及营养物质的积累非常重要，如根据植物叶片的叶形指数能够推测植物的生长状况及规律。冯梅等[20]对胡杨叶形随个体生长发育阶段的变化规律及其与叶片养分之间的关系进行研究，发现随着胡杨叶片的叶形指数减小、叶面积增大，其光合效率和抗旱能力逐渐提高，个体生存适应性也不断增强。在本试验中，CQ-TN和ANH-HSH的叶长没有显著差异，而叶宽表现出极显著差异，CQ-TN的平均叶形指数显著小于ANH-HSH。据此分析认为，CQ-TN的光合效率和抗旱能力相对ANHHSH较高，具有更强的个体生存适应性。

植物通过光合作用来获得生长所需的物质和能量。光合作用不仅是植物生长发育的物质基础，也是生产力高低的决定性因素。宋杨等[21]研究认为，不同类型的越橘品种间叶片的光合特性参数及叶绿素含量存在显著性差异。刘崟艳等[10]对浙江台州、福建闽侯和顺昌3个产地的1年生三叶青进行光照强度分析，发现不同产地的三叶青的光合速率、蒸腾速率和水分利用率存在差异。在本试验中，CQ-TN的净光合速率（Pn）、瞬时羧化速率（CUE）和细胞间CO2浓度（Ci）极显著低于ANHHSH，而CQ-TN的蒸腾速率（Tr）、气孔限制值（Ls）、气孔导度（Gs）和水分利用效率（WUE）均高于ANH-HSH，且差异不显著。说明ANH-HSH更有利于叶片吸收外界CO2，从而进行光合碳同化，积累有机物。

叶绿素荧光参数可以反映植物光合机构的内部变化和生理调节能力，可用于表征植物对光能的利用效率以及植物的生长情况，是研究植物光合作用的良好探针。李军保等[22]对榆林风沙草滩区不同树龄胡杨的叶绿素荧光特性差异进行分析，发现胡杨的Fv/Fm、ΦPSⅡ、ETR、qP和NPQ等叶绿素荧光特性均存在显著差异，表明胡杨在榆林风沙草滩区引种后对环境适应性呈现出个体差异。在本试验中，CQ-TN与ANH-HSH的PSⅡ最大光能转化效率（Fv/Fm）、PSⅡ潜在光化学效率（Fv/Fo）、开放的PSⅡ反应中心捕获激发能效率（Fv′/Fm′）、PSⅡ实际光化学效率（ΦPSⅡ）、光化学淬灭系数（qP）和非光化学淬灭系数（NPQ）等参数均无显著性差异。据此分析，由于本次试验所选择的三叶青样本都是栽种于怀玉山基地三叶青种质圃大棚中，其生长条件及生长情况没有很大的差别，所以，CQ-TN与ANH-HSH的叶绿素荧光参数没有显著差异。

叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，在光合作用的光吸收中起着关键的作用，其相对含量也是植物光合作用能力、营养胁迫和生长发育阶段的重要指标。王洪港等[23]对白榆砧木嫁接6种不同榆属植物的叶绿素和光合作用比较研究，发现不同榆属的叶绿素含量差异显著，光合速率的变化和叶绿素含量的高低有着紧密的联系。王卓渊等[19]对银杏叶的叶绿素含量进行测定，研究发现银杏叶的叶绿素含量高低直接影响净光合速率的大小，作物具有较高的光合速率，就可能有较高的产量。在本试验中，CQ-TN的叶绿素含量平均值高于ANHHSH，且差异显著。CQ-TN的叶绿素含量较高，但光合作用弱于ANH-HSH，因此，大棚种植三叶青的光合作用与叶形指数呈正相关，但与叶绿素含量不呈正相关。

综上所述，通过各种数据的对比分析，在相同光照环境处理不同产地的三叶青，CQ-TN虽光合作用较弱，但长势好，块根质量佳，更符合人工大棚栽培的产量要求。从三叶青的医用价值看，CQTN更符合临床医学的要求。