三种光照度对广西地不容生理生化特性的影响

邓丽丽，秦惠珍，史艳财，邹 蓉，蒋运生，熊忠臣

（广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所，广西 桂林 541006）

广西地不容（Stephania kwangsiensis）为防己科（Menispermaceae）千金藤属（Stephania）的草质落叶藤本植物，主要分布在云南东南部与广西西北部至西南部，多见于石灰岩地区的石山上［1］。广西地不容临床上常被用于抗炎镇痛、镇静解热等，具有很高的药用价值。此外，其含有的生物碱对褐飞虱的触杀能力是化学试剂马拉硫磷的7.48 倍，故其也可作为新型植物农药［2，3］。近年来，对广西地不容的需求越来越大，野生广西地不容被过度采挖，导致该物种已经处于濒危状态。因此，对其开展引种驯化方面的研究，对于实现广西地不容种质资源的可持续利用非常重要。

光对于植物的生长而言，是不可缺少的重要因子。不同光照度对于植物的光合特性（如净光合速率、蒸腾速率等）以及其体内的代谢产物积累会产生重要的影响，如：中药远志随着光照度的增强，其保护酶系统中超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶等活性均随之升高［4］；处于45%的光照度下，元宝枫叶的超氧化物歧化酶活性以及丙二醛含量最高［5］；75%透光率处理可以提高黄檗幼苗的光合速率，对其生长发育具有促进作用，可以提高其体内生物碱的含量［6］。因此，了解光照条件对广西地不容生理生态特性的影响是实现其规模化种植的必要条件。目前，对于广西地不容的研究主要集中在种质资源、化学成分以及内生真菌等方面［7-10］，光照条件对其生理影响的研究鲜见报道。本研究通过比较分析不同光照度下广西地不容光合特性及抗氧化酶活性的差异，旨在为广西地不容的人工栽培提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用的广西地不容植株为4 年生的实生苗，种植于广西植物研究所种质资源圃（E 110°18′，N 25°04′）。该地海拔175 m，属中亚热带气候，绝对高温38 ℃，绝对低温-6 ℃，最热月均温28.4 ℃，最冷月均温7.7 ℃，年均气温19.2 ℃，年降雨量1 655 mm。试验设置了3 个光照度，分别为自然光的50%、75%、100%，每个处理20 株苗。

1.2 试验方法

1.2.1 光合指标测定 光合指标测定于2019 年9 月进行。选择天气晴朗、光照良好的时间段（9：00—12：00），采用Li-6400 型便携式光合仪测定3 种光照度下健康、成熟的广西地不容叶片的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、胞间二氧化碳浓度（Ci）等参数。测定前先在饱和光照下充分活化30 min，将光合有效辐射梯度设置为2 000、1 800、1 500、1 200、1 000、800、600、400、200、150、100、50、0 μmol/（m2·s）。每个处理重复3 次。

1.2.2 生理指标的测定 采集不同光照度下的广西地不容的新鲜叶片置于冰盒中，立即带回实验室测定超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）以及脯氨酸（PRO）等指标。具体操作按照说明书进行，试剂盒均购于南京建成生物技术有限公司，每个处理重复3 次。

1.3 数据分析

采用Excel 和SPSS 23.0 软件对数据进行统计分析。利用直角双曲线修正模型计算光强响应曲线拟合值，采用Oringin 8.5 软件绘图。

2 结果与分析

2.1 3 种光照度对广西地不容光合特性的影响

2.1.1 3 种光照度对广西地不容净光合速率（Pn）的影响 图1 为不同光照度下广西地不容的净光合速率变化。如图1 所示，当光合有效辐射小于400 μmol/（m2·s）时，广西地不容的净光合速率（Pn）上升幅度较大，其中100%光照度的广西地不容净光合速率呈线性增加。当光合有效辐射大于400 μmol/（m2·s），50%与100%光照度的Pn上升较为缓慢，75%光照度已达稳定状态。当光合有效辐射在100～2 000 μmol/（m2·s）时，不同光照度处理的Pn大小顺序依次为100%光照度＞75%光照度＞50%光照度，75%光照条件下的广西地不容Pn达到光饱和点后依然保持稳定趋势，表明其在此光照度下光合作用能力稳定，有利于植株的生长。

图1 不同光照度下广西地不容净光合速率的变化

2.1.2 3 种光照度对广西地不容胞间CO2浓度（Ci）的影响 图2 为不同光照度下广西地不容的净光合速率变化。如图2 所示，不同光照度处理的广西地不容胞间CO2浓度（Ci）随着光合有效辐射的增强而减少。当光合有效辐射小于200 μmol/（m2·s）时，3种不同光照度处理的Ci均急速下降；当光合有效辐射大于400 μmol/（m2·s）时，3 种不同光照度处理Ci趋于平缓状态。在不同光照条件下，75%光照度的Ci最低，综合表现为50%光照度＞100%光照度＞75%光照度，表明75%的光照条件下，广西地不容叶肉细胞具有较强的吸收利用二氧化碳的能力。

图2 不同光照度下广西地不容胞间CO2浓度的变化

2.1.3 3 种光照度对广西地不容气孔导度（Gs）的影响 图3 为不同光照度下广西地不容的气孔导度变化。如图3 所示，当光合有效辐射小于800 μmol/（m2·s）时，100%光照度的广西地不容气孔导度（Gs）增加的幅度较大；当光合有效辐射小于1 200 μmol/（m2·s）时，75%与50%光照度的Gs趋势变化相似，但光合有效辐射大于1 200 μmol/（m2·s）时，75%光照度Gs开始回升，50%光照度Gs开始缓慢下降。以上结果表明，广西地不容在不同的光照度条件下能够调节气孔大小，从而适应环境的变化，75%与50%光照度条件下气孔导度变化小，植株维持体内的水分不易蒸发，有利于植株生长。

图3 不同光照度下广西地不容气孔导度的变化

2.1.4 3 种光照度对广西地不容蒸腾速率（Tr）的影响 图4 为不同光照度下广西地不容的蒸腾速率变化。如图4 所示，不同光照度处理下广西地不容蒸腾速率（Tr）的变化与气孔导度一致。75%与50%光照度条件下，Tr随着光合有效辐射的增加变化不明显。在不同光照度条件下，广西地不容Tr呈现的规律为100%光照度＞75%光照度＞50%光照度，Tr与Gs相关，Gs下降，水分蒸发减少，从而使Tr下降，表明在75%与50%低光照度的条件下，广西地不容所需的能量减少，蒸腾速率降低，有利于维持植株自身的生长。

图4 不同光照度下广西地不容蒸腾速率的变化

2.1.5 光照度对广西地不容光合参数的影响 由表1 可知，随着光照度的不断减少，广西地不容的最大净光合速率、光补偿点、光饱和点、表观量子效率以及暗呼吸速率等光合参数均表现为逐渐下降趋势。在3 种光照度的处理下，50%光照度的光补偿点最低，从100%光照度的17.004 μmol/（m2·s）下降至3.347 μmol/（m2·s），说明在光照较少的环境中，广西地不容通过降低其光补偿点提高对弱光条件环境的适应能力。随着光照度的逐渐减弱，3 种处理之间的光饱和点差异显著，与100%光照度处理相比，75%、50% 光照度处理的光饱和点分别下降了17.36%、37.35%。在不同的光照度条件下，广西地不容的暗呼吸速率、表观量子效率之间差异明显，光照度为50%处理的暗呼吸速率以及表观量子效率表现为最小值，表明在50%的光照条件下，广西地不容的光能利用效率较低。

表1 不同光照度广西地不容的光合参数比较

2.2 光照度对广西地不容酶活性的影响

2.2.1 3 种光照度下广西地不容超氧化物歧化酶（SOD）活性 图5 为不同光照度下广西地不容超氧化物歧化酶（SOD）活性。如图5 所示，随着光强的下降，广西地不容SOD 活性先升高后下降，75%光照度处理与100%、50%光照度处理下的SOD 活性差异显著。75% 光照度处理的SOD 活性最高，为499.92 U/g，其次是100%光照度处理，50%光照度处理的SOD 活性最低。结果表明，强光条件对广西地不容植物叶片产生了胁迫，在50%光照度下较有利于植物的生长，可以缓解植株的逆境变化。

图5 不同光照度对广西地不容超氧化物歧化酶活性的影响

2.2.2 3 种光照度下广西地不容过氧化物酶（POD）活性 图6 为3 种光照度下广西地不容过氧化物酶（POD）活性。如图6 所示，3 种处理条件下广西地不容的POD 活性表现出显著差异，随着光照度的减弱，POD 逐渐下降。50%光照条件下的POD 活性最低，100% 光照条件下的POD 活性最高，达到了15.271 U/mg，表明在强光条件下，细胞受损严重，75%与50%光照度条件下可以降低环境胁迫，有利于广西地不容植株减少细胞的损伤。

图6 不同光照度对广西地不容过氧化物酶活性的影响

2.2.3 3 种光照度下广西地不容过氧化氢酶（CAT）活性 图7 为3 种光照度下广西地不容过氧化氢酶（CAT）活性。如图7 所示，广西地不容CAT 变化趋势与POD 相似，3 种光照度处理的广西地不容CAT均表现出显著差异，均随着光照度的增加而逐渐下降。50%光照条件下的CAT 为2.15 U/mg，相对于100%光照度处理下降了57.09%，75%光照度处理下的CAT 活性与100%光照度处理间的变化幅度较小，表明50%光照度条件有利于广西地不容植株的生长。

图7 不同光照度对广西地不容过氧化氢酶活性的影响

2.3 3 种光照度下广西地不容脯氨酸（PRO）的含量

图8 为3 种光照度下广西地不容脯氨酸（PRO）含量。如图8 所示，广西地不容叶片PRO 含量随着光照度的减少而下降，100%光照度处理与75%、50%光照度处理间差异显著，PRO 含量在不同的光照条件下表现的规律为100%光照度＞75%光照度＞50%光照度，表明当光胁迫减弱时，广西地不容叶片PRO 含量不断下降，75%与50%的光照度为广西地不容植株生长的较佳环境。

图8 不同光照度对广西地不容脯氨酸含量的影响

3 讨论

不同光强条件会影响植物的生长发育，已有多项研究表明不同光照度会明显影响植物的生长、光合作用及抗氧化等［11-14］，本试验研究发现，在不同光照度条件下，广西地不容植株的光合作用以及抗氧化酶活性会产生显著差异。

植物光补偿点及光饱和点是植物对光利用能力的体现，代表植物对光的需求特性和需求量［15］。一般认为，植物的光补偿点越低，该植物越能在弱光条件下顺利进行光合作用和光合产物的积累，耐阴能力就越强［16］。本研究中，75%光照条件的广西地不容光补偿点和光饱和点的范围较大，表明其光照条件下植株对于光能利用的范围较广。从净光合速率变化可以看出，过强或过低的光照条件下会造成植物的光抑制效应［17-19］，本研究中100%、50%光照度处理在光合有效辐射大于1 200 μmol/（m2·s）之后则呈下降趋势，说明在该条件下光能过剩，叶片难以完全消耗，从而产生光能抑制。75%光照条件下，广西地不容达到光饱和点后，光合速率趋于稳定，这表明75%光照条件不会损害广西地不容的光合器官。

植物细胞的新陈代谢受阻时会产生大量的活性氧，从而导致膜脂质过氧化，SOD、POD 以及CAT 等是细胞抵御活性氧损伤的保护酶体系的主要组成部分，可以清除植物细胞在逆境环境中产生的超氧阴离子自由基（O2-·）、羟基自由基（OH）和过氧化氢（H2O2）［20］。在本试验中，低光强条件下，50%、75%光照度的CAT 活性、POD 活性及PRO 含量明显低于100%光照度处理，且均达到显著水平，说明长时间的强光照射造成了广西地不容的逆境环境，在适当的光照度条件下，广西地不容的生长发育较好，减少了对膜系统的伤害。

综上所述，在不同光照度试验中，75%光照度可以为广西地不容植株的生长发育积累更多的光合产物，对其的生长发育有促进作用。本试验可以进一步为研究广西地不容对光调控响应机制提供科学依据，在生产实践中，通过广西地不容植株进行适当遮阴，创造其适宜生长的最佳光环境，光合能力提高，从而有利于获得优质的广西地不容植株，提高广西地不容的产量与质量。