朱舒靖，秦惠珍，許愛祝，鄧麗麗，劉世勇，蔣 強，柴勝豐**

(1.廣西壯族自治區(qū)中國科學院廣西植物研究所，廣西植物功能物質(zhì)研究與利用重點實驗室，廣西桂林 541006；2.廣西師范大學生命科學學院，廣西桂林 541006；3.廣西雅長蘭科植物國家級自然保護區(qū)管理中心，廣西百色 533209)

西藏虎頭蘭(CymbidiumtracyanumL.Castle)又稱黃蟬蘭、大花虎頭蘭，為蘭科蘭屬多年生草本植物。野生資源主要分布在廣西西南部、四川西南部、貴州西南部、云南和西藏東南部[1]。西藏虎頭蘭屬于附生蘭花，靠根附著在樹干或巖石上生長，根部常暴露在空氣中，對空氣濕度的要求較高，喜歡日溫差大的環(huán)境條件[2]。因生境特殊，野生資源少，該物種已被列入《國家重點保護野生植物名錄》。西藏虎頭蘭花大，花色艷麗，香氣襲人，花期長達40多天，觀賞價值頗高，深受國人青睞[3,4]。因具有較高的觀賞價值，近幾十年來西藏虎頭蘭遭到人為毀滅性采挖，其生態(tài)環(huán)境被破壞，種群數(shù)量急劇減少，受到巨大生存威脅[5]，因此，開展西藏虎頭蘭的野生資源引種栽培顯得尤為重要。目前，關于西藏虎頭蘭的研究主要集中在組織培養(yǎng)與快繁[6,7]、花香成分分析[8]等方面，而關于西藏虎頭蘭光合特性方面的研究較少?？锩例g等[9]研究發(fā)現(xiàn)，西藏虎頭蘭中存在環(huán)式電子，該環(huán)式電子傳遞的激發(fā)程度高，有助于西藏虎頭蘭在強光下進行光保護。Li等[10]發(fā)現(xiàn)西藏虎頭蘭的光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)對低溫-光脅迫比光系統(tǒng)Ⅰ(PSⅠ)更敏感。在長期低溫脅迫下,循環(huán)電子流(CEF)對西藏虎頭蘭PSⅠ和PSⅡ的光保護有利。而關于西藏虎頭蘭在不同光照強度下的生長狀況及光合特性未見相關報道。本研究以西藏虎頭蘭為研究對象，期望通過探究西藏虎頭蘭在不同光照強度下的生長狀況及光合特性，揭示其對不同光照強度的適應性，為西藏虎頭蘭的合理栽培與有效保護提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地位于廣西植物所桂林植物園蘭科植物種質(zhì)資源圃(25°05′27″N，110°18′03″E)，氣候屬中亞熱帶季風區(qū)，冬冷夏熱，年均氣溫19.2℃。1月為最冷月，平均氣溫約8.2℃；7月為最熱月，平均氣溫約28.4℃。極端最高氣溫40℃，極端最低氣溫-5.5℃[11]。年相對濕度78.0%，具有明顯的干濕季。

1.2 試驗材料及處理

選擇生長健壯、苗齡為2 a的西藏虎頭蘭植株，株高為(25.15±0.23) cm、分株基徑(1.25±0.11) cm、冠幅(22.52±0.30) cm。西藏虎頭蘭稍喜陰，但在陽光直射的地方也能生長良好[12]。根據(jù)該特性，本研究通過搭建遮蔭棚設置4種光照處理：8%、20%、45%和100%全光照，8%光照強度為對照。除光照強度不同外，其余栽培管理一致。6月初將長勢基本一致的苗木放置于不同遮蔭棚下，每種處理6盆。3個月后對西藏虎頭蘭在不同光照強度下的光合日變化、光響應曲線、葉綠素含量和生長指標等進行測定，每種處理重復3次。由于西藏虎頭蘭幼苗不耐強光，100%光照強度下的植株全部死亡，因此未測定這一處理下的光合指標。

1.3 方法

1.3.1 生長指標測定

使用游標卡尺對不同光照條件下的植株生長指標進行測定，測量指標包括株高、分株基徑、冠幅和最大葉長，每個指標重復3次，記錄每次測量數(shù)據(jù)。

1.3.2 葉綠素含量的測定

取無病蟲害且健康完整的葉片0.1 g，剪碎后放入25 mL試管中，加入95%乙醇10 mL，避光浸泡24 h，待葉片全部變?yōu)榘咨珪r取上清液5 mL，乙醇定容至25 mL，以95%乙醇為空白對照進行比色測定。采用紫外可見分光光度計Alpha 1502(上海譜元儀器有限公司)分別測定波長470 nm、649 nm、665 nm時的吸光度，計算葉綠素a (Chl a)、葉綠素b (Chl b)、類胡蘿卜素(Car)的含量及Chl a/Chl b、Car/Chl (a+b)。每個處理3次重復，記錄每次測定含量。

1.3.3 光合日變化的測定

選擇晴朗天氣，于8:00-17:00，利用Li-6400便攜式光合作用儀(Li-Cor,Lincoln,Nebraska,USA)的自然光葉室，測定不同光照強度下西藏虎頭蘭的光合指標和環(huán)境因子日變化，測定參數(shù)包括空氣CO2濃度(Ca)、光合有效輻射(PAR)、空氣相對濕度(RH)和空氣溫度(Ta)、凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)和胞間CO2濃度(Ci)等。每個光照強度取同一葉位的無病蟲害且健康完整的葉片進行測量，重復3次，記錄每次測定數(shù)據(jù)。

1.3.4 光響應曲線的測定

光響應曲線采用Li-6400便攜式光合儀LED紅藍光源葉室測定，測定時間為9：00-11：30，選擇每株葉片中段成熟、無病蟲害的葉片進行測量。光照強度從大到小依次設置為1 200 μmol·m-2·s-1、1 000 μmol·m-2·s-1、800 μmol·m-2·s-1、600 μmol·m-2·s-1、400 μmol·m-2·s-1、200 μmol·m-2·s-1、150 μmol·m-2·s-1、100 μmol·m-2·s-1、75 μmol·m-2·s-1、50 μmol·m-2·s-1、20 μmol·m-2·s-1、0 μmol·m-2·s-1；使用CO2鋼瓶控制CO2濃度為400 μmol·m-2·s-1，測量前將葉片置于600 μmol·m-2·s-1光照強度下進行誘導，每個光照強度重復3次，記錄每次測量數(shù)據(jù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016對生長指標、光合色素含量、光合日變化、光響應曲線參數(shù)等進行初步分析，采用SPSS軟件進行Pearson相關性分析和顯著性分析，用最小顯著性差異性法(LSD法)進行多重比較。采用葉子飄的光合計算軟件4.1.1雙曲線修正模型對光響應曲線進行擬合[12]，并得出光補償點(LCP)、光飽和點(LSP)、表觀量子效率(AQY)、暗呼吸速率(Rd)、最大凈光合速率(Pmax)等參數(shù)。使用Origin 2021a進行相關圖表制作。

2 結果與分析

2.1 主要環(huán)境因子日變化規(guī)律

由圖1可知，3組光照強度處理下的光合有效輻射日變化曲線均為“單峰”型，峰值出現(xiàn)在12：30，45%光照強度PAR最大，為470.68 μmol·m-2·s-1；20%光照強度次之，為285.68 μmol·m-2·s-1；對照(8%光照強度)的PAR最小，為175.74 μmol·m-2·s-1?？諝釩O2濃度(Ca)在上午8：00最高，隨后下降并稍有波動，Ca大小總體上表現(xiàn)為對照>20%光照強度>45%光照強度。3組光照強度處理下的Ta均于15：30出現(xiàn)最高峰，隨后呈下降趨勢；Ta大小表現(xiàn)為45%光照強度>20%光照強度>對照。3組光照強度下RH整體變化與Ta相反，基本呈“V”型變化。

圖1 環(huán)境因子日變化過程

2.2 光照強度對虎頭蘭生長指標的影響

由表1可知，西藏虎頭蘭在不同光照強度下的生長量不同，其中在20%光照強度下的西藏虎頭蘭各生長指標均處于最佳狀態(tài)，其株高和冠幅均顯著高于45%光照強度(P<0.05)，但與對照處理差異不顯著(P>0.05)；20%光照強度下分株基徑和最大葉長顯著高于其他2個光照強度處理(P<0.05)。不同光照強度處理下西藏虎頭蘭生長狀況如圖2所示，可以明顯看到20%光照強度下西藏虎頭蘭長勢最好，對照次之，45%光照強度長勢最差，葉片出現(xiàn)枯萎現(xiàn)象。

表1 不同光照強度對西藏虎頭蘭生長的影響

Left:8% light intensity;middle:20% light intensity;right:45% light intensity

2.3 光照強度對西藏虎頭蘭光合色素含量的影響

由表2可知，葉片Chl a、Chl b和Car含量均隨著光照強度的增加而顯著下降(P<0.05)，與對照相比，20%光照強度的Chl a、Chl b和Car含量分別下降36.14%、35.29%、18.75%，45%光照強度的Chl a、Chl b和Car含量分別下降68.67%、70.59%、56.25%。隨著光照強度的增加，Chl a/Chl b在各處理間無顯著差異，Car/Chl (a+b)隨著光照強度的增加而增加，這有助于減少西藏虎頭蘭葉片對光能的吸收，減輕強光造成的損害。

表2 不同光照強度下西藏虎頭蘭光合色素含量

2.4 光照強度對西藏虎頭蘭光合日變化的影響

西藏虎頭蘭Pn日變化如圖3(a)所示，對照和20%光照強度下的Pn日變化曲線呈“單峰”型，峰值出現(xiàn)在11：00，分別為0.84 μmol·m-2·s-1和1.16 μmol·m-2·s-1，隨后Pn呈下降趨勢。45%光照強度的Pn日變化曲線呈“雙峰”型，表現(xiàn)出光合“午休”現(xiàn)象，峰值分別出現(xiàn)在9：30和15：30，其大小分別為0.43 μmol·m-2·s-1和0.38 μmol·m-2·s-1，前一個峰值大于后一個峰值。8%、20%、45%光照強度下西藏虎頭蘭的日均凈光合速率分別為0.55 μmol·m-2·s-1、0.78 μmol·m-2·s-1和0.23 μmol·m-2·s-1，可見20%光照強度下西藏虎頭蘭光合作用能力最強。

西藏虎頭蘭Tr和Gs的日變化規(guī)律分別如圖3(b)和圖3(c)所示，對照和20%光照強度下的Tr和Gs日變化曲線基本呈“單峰”型，均在11：00出現(xiàn)峰值，變化趨勢基本一致；45%光照強度下的Tr和Gs日變化曲線呈“雙峰”型，峰值分別出現(xiàn)在9：30和15：30。在8%、20%、45%光照強度下，西藏虎頭蘭日均Tr分別為0.19 μmol·m-2·s-1、0.15 μmol·m-2·s-1、0.17 μmol·m-2·s-1，對照的Tr最大，表明其蒸騰失水能力最強。西藏虎頭蘭日均Gs大小為20%光照強度(0.003 7 μmol·m-2·s-1)>對照(0.003 6 μmol·m-2·s-1)>45%光照強度(0.003 0 μmol·m-2·s-1)。

圖3 光合日變化

西藏虎頭蘭Ci日變化曲線如圖3(d)所示，對照和20%光照強度下的Ci日變化曲線與Pn日變化曲線相反，早晚的Ci處于較高水平，整體趨勢為先下降后上升，呈“V”型曲線，在11：00出現(xiàn)谷值。45%光照強度下的Ci的變化趨勢為“W”型，在9：30和15：30出現(xiàn)谷值。

從表3可以看出，對照的西藏虎頭蘭Pn與Ci呈顯著負相關(r=-0.809)、與PAR呈極顯著正相關(r=0.883)，表明影響Pn的主要因素是Ci與PAR，其中PAR的影響更為顯著。在20%光照強度下，Pn與Gs呈顯著正相關(r=0.858)、與Ci呈顯著負相關(r=-0.868)、與Tr呈顯著正相關(r=0.816)，Gs與Tr呈極顯著正相關(r=0.975)，Ta與RH、Ca呈極顯著負相關(r=-0.990，r=-0.896)，Ca與RH呈極顯著正相關(r=0.878)，表明在一定的光照條件下，Pn同時受到自身多個光合指標因素的影響，而光合指標也受到環(huán)境因素的影響。在45%光照強度下，Pn主要受到PAR的影響(r=0.850)，Ta對Gs產(chǎn)生顯著影響(r=-0.758)，Ci也受到PAR的影響(r=-0.786)。

表3 光合指標與環(huán)境因子相關性分析

2.5 光照強度對光響應曲線的影響

從表4可知，45%光照強度與20%光照強度、對照的光補償點(LCP)具有顯著性差異，而20%光照強度的LCP與對照無顯著性差異。20%光照強度下西藏虎頭蘭的LCP最低，為8.86 μmol·m-2·s-1。不同光照強度下西藏虎頭蘭的光飽和點(LSP)具有顯著性差異，20%光照強度的LSP為607.67 μmol·m-2·s-1，顯著高于對照(424.03 μmol·m-2·s-1)和45%光照強度(220.37 μmol·m-2·s-1)，表明光照強度過低(對照)和過高(45%)都削弱了西藏虎頭蘭對光的利用能力。表觀量子效率(AQY)越高，植株對弱光利用能力越強。本研究中，20%光照強度下的AQY顯著高于對照與45%光照強度，說明在20%光照強度下的西藏虎頭蘭對弱光的利用效率最高。在3組不同光照強度下，20%光照強度下的西藏虎頭蘭的暗呼吸速率(Rd)最小，僅為0.18 μmol·m-2·s-1。由圖4可知，不同光照強度下西藏虎頭蘭的光響應曲線變化趨勢基本一致。最大凈光合速率(Pmax)由大到小順序為20%光照強度>8%光照強度>45%光照強度。20%與45%光照強度下的Pmax與對照相比分別升高115.56%和下降31.85%(表4)，表明適當增大光照強度有利于提高西藏虎頭蘭光合作用的能力，而過高光照強度會使西藏虎頭蘭光合作用受到一定程度抑制。

表4 不同光照強度下西藏虎頭蘭光響應曲線參數(shù)比較

圖4 不同光照強度對凈光合速率的影響

3 討論

植物的生長狀況反映了其對環(huán)境的適應能力[13]，當環(huán)境對其生長不利時，植物的生長會受到不同程度的影響。葉片是植物光能的直接受體，一般情況下，隨著光照強度的減弱，植物會通過增大葉長、葉寬來增加葉面積以適應弱光條件[14,15]。當光照不能滿足植物生長需求時，植物會將光合作用產(chǎn)生的有機物優(yōu)先分配于其地上部分，使植株地上部分優(yōu)先生長，使得植物能獲得更多的光能[16]。本研究結果表明，對西藏虎頭蘭進行適當遮蔭處理，能促進其生長，這是植株對弱光環(huán)境的適應性表現(xiàn)[17]，此結果與李雨霏等[18]對青錢柳的研究結果一致，不同遮蔭處理在其他植物樹高和葉長的研究中也有相同的發(fā)現(xiàn)，如珠子參和半夏生[19,20]。

葉綠素是植物捕獲光能量子和傳遞能量的光合色素，其值高低反映植物光合作用和光吸收作用的強弱[21]。有研究認為，植物在弱光照強度下，為能捕獲更多的光量子，通常會通過增加葉綠素含量來適應弱光條件[22]。葉綠素b在弱光環(huán)境能吸收藍紫光進行光合作用，因此當植物生長在弱光環(huán)境時，可通過增加單位面積葉綠素(a+b)的含量，尤其是增加葉綠素b的含量來適應弱光環(huán)境[23]。本研究結果表明，隨著光照強度的減弱，葉綠素(a+b)和葉綠素b含量均顯著升高，各處理間差異顯著，在8%光照強度下達到最大值，說明西藏虎頭蘭在弱光環(huán)境下，通過增加葉綠素含量來增強光照的吸收和適應弱光環(huán)境。葉綠素a/b是反映植物光合作用能力大小的指標，其值越低，說明對光照的利用能力越強[24]。本研究中葉綠素a/b隨著光照強度的增加，表現(xiàn)為先減少后增加，其中20%光照強度下的葉綠素a/b達到最小值，表明西藏虎頭蘭在20%光照強度下對光的利用能力最強，此結果與王建華等[25]對連翹的研究結果一致。

光合作用是植物在生長發(fā)育中重要且復雜的一個過程，光合作用受到植物自身內(nèi)部因素如蒸騰速率、氣孔導度、胞間二氧化碳濃度等的影響，同時也受外界因素如空氣相對濕度、空氣溫度、空氣二氧化碳濃度和光合有效輻射的影響[26]。對照和20%光照強度下的Pn日變化基本相似，呈“單峰”型曲線，隨著PAR逐漸增高，Pn增大，在11：00達到最大值，隨后迅速下降，未出現(xiàn)光合“午休”現(xiàn)象，在同一PAR下，Pn大小表現(xiàn)為20%光照強度>對照，表明過低的光照強度會使西藏虎頭蘭的光合能力受到限制，這與夏嬋等[27]對赤皮青岡幼苗的研究結果一致。在45%光照強度下的西藏虎頭蘭由于午間溫度和PAR過高，Pn日變化呈“雙峰”型曲線，出現(xiàn)光合“午休”現(xiàn)象。45%光照強度與對照、20%光照強度相比，日均Pn最低，表明過高的光強可能會對西藏虎頭蘭的光合細胞造成破壞，產(chǎn)生光抑制，導致凈光合速率降低，對植株的生長產(chǎn)生影響，出現(xiàn)植株矮小、葉片面積過小的現(xiàn)象。這與高秋美等[28]對多花黃精的研究結果一致。

光照強度對植物的形態(tài)建成和生長具有重要意義，同時也影響著植物的光合指標[29]。LCP和LSP反映植物需光特性和需光量，LSP越高，表明植物能利用更高強度的光照進行光合作用[30]。西藏虎頭蘭在不同光照強度下的LSP和LCP存在顯著性差異，但LSP均在607.67 μmol·m-2·s-1及以下，表現(xiàn)出耐陰植物的特點[31]。

4 結論

本研究結果表明，西藏虎頭蘭能通過調(diào)整其光合生長特性來適應不同的光照強度。西藏虎頭蘭在20%光照強度下其株高、冠幅和基徑等生長指標最佳，表明20%光照強度下西藏虎頭蘭的長勢最好。此外，西藏虎頭蘭在20%光照強度下的光補償點最低，光飽和點、表觀量子效率和最大凈光合速率最高，表明20%光照強度下西藏虎頭蘭光合作用能力最強。由此可見，20%光照強度為西藏虎頭蘭的適宜生長光照強度。因此在西藏虎頭蘭栽培繁殖過程中，注意遮蔭的同時也應該提供一定的光照來促進西藏虎頭蘭的生長。