贺安娜， 苏 蕾， 伍贤进*， 全碧玉， 李远超

（1．怀化学院生物与食品工程学院；2.民族药用植物资源研究与利用湖南省重点实验室；3.湘西药用植物与民族植物学湖南省高校重点实验室，湖南怀化 418008）

我国黄精属（Polygonatum）有30多个种，《中华人民共和国药典I部》规定该属的黄精（Polygonatum sibiricum）、多花黄精（Polygonatum cyrtonema）和滇黄精（Polygonatum kingianum）作为药材黄精的3种基原植物，其肥厚的根状茎是主要食用和药用部位，有补气养阴、健脾、润肺、益肾等功效[1].研究发现，黄精富含黄精多糖、黄精低聚糖、类固醇皂苷、黄酮苷、蒽醌类等化合物，具有降血糖、降血脂、提高免疫力的作用，在新药研制和保健品开发等方面具有广阔的发展前景[2-3].近年，随着大健康产业的不断发展，市场对黄精资源的需求越来越大，价格也在逐年攀升，黄精栽培的研究也悄然盛行，对黄精属植物的光合作用研究已有众多报道.如党康等比较了黄精、滇黄精、多花黄精的气体交换及荧光特性，发现多花黄精净光合速率最高，黄精其次，滇黄精最低[4]；袁名安等对多花黄精光合作用的日变化进行了测定，得出光量子密度是影响多花黄精净光合速率的主要环境因子[5]；李迎春等研究了多花黄精的生长及光合特性，认为多花黄精在弱光环境下利用蓝光的能力强，具有很好的耐荫特征，同时对光环境的适应性也较宽[6]；欧亚丽等研究结果表明，遮阴可显著降低黄精的蒸腾速率，提高水分利用率[7]；骆绪美等研究认为，多花黄精为中性草本植物，长梗黄精、黄精、玉竹为中偏阳性草本植物[8]；骆绪美等对多花黄精、长梗黄精、黄精的光合生理生态特性进行了研究，发现其净光合速率都呈单峰曲线，其中多花黄精对强光的利用率要大于其他两种植物[9].由以往的研究可知，多花黄精和黄精对种植环境的要求有所不同，多花黄精有很好的耐阴性，黄精则属偏阳草本，但对两种黄精属植物光合能力的描述有不同见解，可能是测定时期和环境不同导致，因此需对不同区域在同一时期中两种植物的光合作用进行比较.

黄精属的自然分布范围较广，主产于我国华东、中南等地，滇黄精自然产区为云南等高原地区，作为基原植物的多花黄精和黄精多分布于低海拔山区，湖南的新晃县和溆浦县是黄精属植物自然分布密集地区，也是种植的主要产区之一，种植的种主要为《中华人民共和国药典》规定的黄精和多花黄精.不同地区种植的黄精种源不同，其生物产量、成分含量及药效均有较大差异[10]，栽培时对种源的选择及栽种方法也值得详细探索.本文对新晃及溆浦两个产地种植的黄精和多花黄精的形态指标及光合特性进行测定，为该类地区种植黄精的种源选择提供参考依据.

1 材料与方法

1.1 实验材料及种植

实验地选在湖南新晃晃州镇及湖南溆浦沿溪乡，种植地分别为光照良好无遮荫的田间和山地.实验材料经伍贤进教授鉴定为黄精（Polygonatum sibiricum）和多花黄精（Polygonatum cyrtonema），材料于 2017年 11月种植于大田中，注意种植地水肥、虫害管理的一致性.2019年7月进行测定.

1.2 实验方法

1.2.1 气体交换参数测定

在天气晴朗的上午8：00-10：00，随机取生长良好的植株，在主茎上选择朝向一致的完全叶，使用Li-6400便携式光合仪（美国Li-COR）测定黄精属两种植物的光合参数，记录净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间 CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）以及水分利用率（WUE）.每组材料随机测10片叶.

1.2.2 叶绿素荧光参数测定

在天气晴朗的上午8：00-9：30，随机选取植株，选择生长良好朝向一致的叶片，用锡箔纸包裹进行遮光处理，暗适应30 min后，使用Li-6400便携式光合仪测定原初荧光（Fo）及暗适应下最大荧光（Fm），标记好所测定的叶片，在自然光照下活化30 min，再使用Li-6400便携式光合仪，设定光量子密度为 1 000 μmol·m-2·s-1，测定稳态荧光产量（Fs）、最大荧光（Fm'）及最小荧光（Fo'）.PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）、光下开放的PSII反应中心的激发能捕获效率（Fv'/Fm'）、电子传递速率（ETR）、PSⅡ电子传递量子产率（ФPSⅡ）、光化学猝灭系数（qP）、非光化学猝灭系数（qN）等叶绿素荧光相关参数，计算公式为：qP=（Fm'-Fs）/（Fm'-Fo'）；qN=（Fm-Fm'）/（Fm-Fo）；ΦPSⅡ=（Fm'-Fs）/Fm'；ETR=PPFD（1 000 μmol·m-2·s-1）×ΦPSⅡ×0.84×0.5.每组材料随机测5片叶.

1.2.3 叶绿素含量测定

随机采摘生长良好的叶片，避开主脉剪碎，称取0.2 g左右，加95%的乙醇研磨提取叶片色素，分别在665nm、649nm和470nm波长下测定吸光值，根据公式Ca=13.95 A665-6.88A649Cb=24.96A649-7.32A665，CT=Ca+Cb，Cx，c=（1000 A470-2.05Ca-114.8Cb）/248计算出色素总浓度，并依据所使用的单位植物组织（鲜重）以及稀释的倍数和定容的体积，计算出色素的含量（mg/g）.每个材料3组平行实验.

1.2.4 形态指标测定

对两个栽培地的材料分别测定其株高（茎基部到地上部分最高叶片处的垂直高度）、茎粗（主茎基部离地面1 cm处的直径）、单株叶片数、单株叶面积（单株所有叶片的面积总和）、地上部分重量、根茎重量（干重和鲜重）、根茎体积、根茎含水量.每种材料取10株.

1.2.5 数据统计

测得的数据均使用Excel以及SPSS进行处理和分析.

2 结果与分析

2.1 叶片气体交换参数比较

多花黄精的净光合速率（Pn）很低，尤其是新晃的仅1.15 μmol·m-2·s-1，黄精的 Pn 显著高于多花黄精（表 1）；多花黄精的胞间二氧化碳浓度（Ci）显著高于黄精，蒸腾速率（Tr）及水分利用率（WUE）都是黄精显著高于多花黄精.溆浦种植的黄精及多花黄精的Pn分别为5.82 μmol·m-2·s-1和 2.65 μmol·m-2·s-1，都显著高于新晃栽培地；两种材料在同一个栽培地的气孔导度（Gs）没表现出显著差异，但两种材料种植在溆浦的气孔导度均显著高于新晃；多花黄精及黄精在溆浦栽培地的Gs比新晃栽培地的高 0.041 μmol·m-2·s-1和 0.044 μmol·m-2·s-1，差异达显著水平；Ci、Tr、WUE也都是溆浦地区的高，其中Tr及WUE值均达显著差异.

表1 两个栽培地多花黄精与黄精气体交换参数比较

2.2 叶绿素荧光参数比较

两个栽培地种植的黄精，叶绿素荧光参数中的Fv/Fm、Fv/Fo、qP、ΦPSⅡ、ETR 值均高于多花黄精（表 2），其中新晃栽培地黄精的 Fv/Fm、Fv/Fo、qP、ΦPSⅡ及 ETR值分别比多花黄精的高25.6%、56.4%、29.5%、54.2%、51.3%，差异达显著水平，说明此时黄精叶片PSⅡ反应中心的光能捕获效率高，电荷分离和电子传递速率快，能够为暗反应的光合碳同化阶段积累更多能量，有利于碳同化的高效运转和有机物的积累[11]，qN反映了植物热耗散能力的变化，热耗散有利于防御光抑制的破坏，对光合机构起到自我保护作用[12]，黄精的qN低于多花黄精，表明了它们的叶片通过热耗散的部分较少，提高了光化学猝灭能力，能充分利用所捕获的光能，提高光合利用能力.两个栽培地相比，溆浦栽培地种植的多花黄精的 Fv/Fm、Fv/Fo、qP、ΦPSⅡ及 ETR 分别比新晃的高25.3%、56.6%、27.7%、43.0%及43.3%，溆浦栽培地种植黄精的 qP、ΦPSⅡ及 ETR比新晃的高 27.2%、13.7%及19.1%，差异都达显著水平.

2.3 叶绿体色素含量比较

叶绿素是光合作用中最重要和最有效的色素，其含量能反映植物特别是光合机构生理状况的一个基本指标[13]，表示了植物将光能转化为化学能能力的大小.新晃和溆浦黄精的总叶绿素含量分别为2.41 mg·g-1和2.28 mg·g-1，类胡萝卜素含量分别为 0.493 mg·g-1和 0.386 mg·g-1，均显著高于多花黄精（表 3）.两个栽培地相比，新晃多花黄精的总叶绿素含量比溆浦的高33.0%，类胡萝卜素含量高20.2%，差异均达显著水平.

表2 两个栽培地多花黄精与黄精叶绿素荧光参数比较

表3 两个栽培地多花黄精与黄精叶绿体色素含量比较

表4 两个栽培地多花黄精与黄精植株形态比较

2.4 植株形态比较

黄精与多花黄精在形态上差别较大，新晃及溆浦栽培地黄精的株高分别为152 cm和163 cm，显著高于81.0 cm和90.6 cm的多花黄精（表4），黄精叶4-6片轮生，多花黄精叶互生，因此即使多花黄精的单叶面积大于黄精，单株总叶面积也显著低于黄精.多花黄精的根状茎体积、鲜重、干重均显著低于黄精，其中新晃栽培地黄精根状茎的干重为56.5 g，比该地区多花黄精的重21.0 g.两种植物的地上茎粗及地上鲜重在不同地区差别较大，黄精在新晃地区茎粗及地上鲜重分别为9.22 mm和70.6 g，均高于多花黄精，但在溆浦却只有7.33 mm和45.1 g，都要低于多花黄精；新晃栽培地的两种黄精的株高都低于溆浦地区，但多花黄精及黄精的根状茎鲜重、干重、体积都高于溆浦.

3 讨论与结论

植物光合作用是植物生产过程中物质积累与生理代谢的基本过程，也是分析环境因素影响植物生长和代谢的重要手段[14].有研究表明黄精为偏阳性草本，多花黄精为中性草本植物，高温强光可引起多花黄精体内超氧阴离子聚集[15]，中度遮阴条件下多花黄精可通过调节抗氧化系统以适应环境[16].本实验测得的光合速率表明，溆浦黄精＞新晃黄精＞溆浦多花黄精＞新晃多花黄精，即黄精的光合速率高于多花黄精，与党康等人的研究结果有差异[4]，这可能是本实验中均采用大田全日照种植，黄精适应高温强光的能力强于多花黄精，生育时期也比多花黄精长，测定时期正是黄精的盛长期，但多花黄精因受高温强光的影响叶片出现发黄早衰现象，因此该环境下黄精的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、水分利用率都要高于多花黄精.

叶绿素荧光参数的变化可以有效地衡量植物受害程度和光合潜能高低，是研究植物光合生理与逆境胁迫关系的理想探针[17].本实验中新晃栽培地种植黄精的qP、ΦPSⅡ、ETR、Fv/Fm、Fv/Fo值在四个处理中最高，说明该地区种植的黄精叶片光系统II反应中心的光能捕获效率最高，具有较强的光合电子传递能力和防御光抑制、光氧化能力，使更多的太阳能用于光化学反应，用以提高叶肉细胞的光合作用能力[18].比较两种药材的表现也可知，黄精的 Fv/Fm、Fv/Fo、qP、ΦPSⅡ、ETR 值高于多花黄精，黄精中的叶绿素含量也显著高于多花黄精，即黄精的光合能力强于多花黄精，与文中测定的气体交换参数规律符合.

高等绿色植物有机物的积累都通过光合作用进行，作物的光合能力大小可直接影响其产量，对于药用植物而言，光合作用的强弱也可直接或间接影响药用成分含量[19].两个栽培地种植的黄精，其根状茎体积、鲜重、干重都显著高于多花黄精，综合光合作用结果可知，与多花黄精相比，黄精能耐受强光的能力更强，对光能的利用能力更大，药用部位——根状茎的体积、重量也都高于多花黄精.因此，光合作用的测定可以作为黄精药材种植的重要评估手段.

通过对两个栽培地的两种黄精属植物光合特性及生物形态指标测定可知，黄精生长状态良好，光合能力与产量等性状更优良，可作为湖南地区的优良种植种.不同栽培地相比，溆浦种植的多花黄精及黄精净光合速率、水分利用率等光合生理表现比新晃栽培地要好，但该地区种植的材料地上部分发达，新晃栽培地种植的根状茎产量更高，这应该是种植地小气候差异导致.