不同濃度ALA對紅豆杉幼苗光合特性的影響

張玉豪，姚素梅，2*，孟 麗，鄧 哲

（1．河南科技學院生命科技學院，河南 新鄉 453003；2．河南科技學院新科學院，河南 新鄉 453003）

紅豆杉是紅豆杉屬植物的通稱，為我國一級珍稀瀕危保護植物。紅豆杉具有很好的藥用價值，其主要成分紫杉醇能夠抑制腫瘤細胞的繁殖和遷移，對多種晚期癌癥具有顯著的療效［1］。另外，紫杉醇對糖尿病、風濕性關節炎等多種疾病也有著一定的治療效果［1-2］。植物生長調節物質的研究和應用在作物栽培學上具有十分重要的意義，對農業生產做出了巨大貢獻［3-4］。5-氨基乙酰丙酸（5-aminolevulinicacid，簡稱ALA）是四氫吡咯的前綴化合物，對生物體合成葉綠素起著決定性作用［5］。ALA可以顯著提升植株的著色、增加凈光合速率、提高產量并改善果實的外觀品質和食用品質［6-9］，噴施適宜適量濃度的ALA還能明顯提高植物的抗冷性和耐鹽性［10-11］，因此ALA被人們稱為新型的植物生長調節劑［12］。

紅豆杉具有很好的藥用價值和保健作用，但紅豆杉對其生長的環境條件要求高，野生紅豆杉天然分布區較狹窄，天然種群資源十分有限，開展紅豆杉馴化栽培技術研究是解決保護、恢復及利用該種群的關鍵途徑。合理施肥可以促進紅豆杉生長，提高紫杉醇含量［13］。研究發現，施用ALA促進了植物生長發育，提高了品質［14-17］，但該類研究大多集中在農作物和園藝作物上，尚未見將ALA應用于紅豆杉的相關報道。本試驗通過向紅豆杉幼苗噴施不同濃度的ALA來探究其對紅豆杉幼苗光合特性和生長狀況的影響，開展南太行野生紅豆杉種苗馴化栽培技術研究，為保護南太行野生紅豆杉種質資源，擴大種群規模，提供理論依據和實施參數。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2016～2018年在河南科技學院藥用植物栽培實驗室進行，該實驗室在室外建造大棚栽培紅豆杉幼苗，大棚用遮陽網做遮陰處理，并定期噴水，創造紅豆杉適宜的生長環境。試驗配制了適合紅豆杉生長的土壤環境，其中紅豆杉幼苗盆栽所用土的成分是稻殼∶土∶雞糞=3∶3∶1。試驗選取生長狀況相同且良好的紅豆杉幼苗盆栽25盆并將其分成5組，每5盆一組，向其中4組紅豆杉幼苗分別噴施10、20、40、60 mg/L的ALA，另一組噴施等量的清水做對照處理，每3 d噴施1次，連續噴施2次。待生長一定時間后測量紅豆杉幼苗各生長指標和光合特性。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 光合參數測定

選擇晴朗天氣，在測定日的9：00～11：00采用Licor-6400型便攜式光合測定儀測定紅豆杉幼苗葉片的凈光合速率（Pn），氣孔導度（Gs），胞間二氧化碳濃度（Ci），蒸騰速率（Tr）等光合參數，由于紅豆杉是喜陰作物并且葉片較窄，氣孔導度偏低，用標準葉室測量誤差較大，因此本試驗采用紅藍光源葉室進行測量。測量時，將樣品室CO2濃度設置為400 μmol/mol，光合有效輻射（PAR）強度設置為1 100 μmol/（m2·s），以這種略高的強度的光刺激紅豆杉幼苗葉片氣孔導度的增大，有利于光合參數更準確的測定。由于紅豆杉葉片很窄且小，夾取葉片時同時夾取4片葉片，4片葉片并齊平行并與樣品室垂直且葉片不能重疊。等Licor-6400型便攜式光合測定儀上a行各參數穩定，b行ΔCO2值波動幅度＜0.5μ mol/mol，Pn值穩定到小數點后一位，且不再向一個方向變化，c行參數在正常參數范圍，即 0＜Gs＜1，Ci＞0，Tr＞0，此時記錄數據。

1.2.2 光響應曲線測定

采用Li-6400型便攜式光合作用測定儀測定凈光合速率（Pn），氣孔導度（Gs），胞間二氧化碳濃度（Ci），蒸騰速率（Tr）等光合參數。使用LED紅藍光源葉室測定不同光照強度下紅豆杉幼苗凈光合速率的大小。夾取葉片時同樣是夾取4片葉片，4片葉片并齊平行并與樣品室垂直且葉片不能重疊，將PAR從高到低設定為1 800、1 500、1 200、1 000、800、500、200、100、80、40，和 0 μmol/（m2·s） 共 11 個強度，CO2濃度設定為400 μmol/mol。在晴好天氣條件下，使用開放氣路于9:00～11:00進行光響應曲線的測定。

采用Michaelis-Menten方程（式1）對光響應曲線進行模擬：

式中，PAR為光合有效輻射，α為表征光合作用最大光能轉化率的表觀初始量子效率，Pmax為潛在最大光合速率，Rd 為暗呼吸。用葉子飄的光合計算2.5模擬軟件擬合得到光響應曲線光合特征參數α、Pmax、Rd、LSP、LCP。

1.2.3 生長狀況的測量

紅豆杉幼苗噴施不同濃度ALA一段時間后，待不同處理的紅豆杉幼苗在生長狀況上出現明顯差異后測量其株高、地莖、冠幅、葉面積指數等生長狀況并做記錄。

苗高的測量：從地面為始到植株頂端的距離，記為 h（cm）。

地徑的測量：在距離地面高度10 cm處測得植株株干直徑，記為r（mm）。

冠幅的測量：分別測量植株南北與東西的寬度，取其平均值，記為P（cm）。

葉面積指數（LAI）的測量：采用LAI2200冠層分析儀測量。以組為單位測量紅豆杉幼苗的冠層，設置3個重復，每個重復為ABBBBB，記錄LAI值。

1.3 資料分析方法

利用Excel 2013軟件對數據進行處理和繪圖，并采用SAS統計軟件包中的ANOVA過程對數據進行分析。

2 結果與分析

2.1 噴施不同濃度的ALA對紅豆杉幼苗葉片光合參數的影響

2.1.1 噴施不同濃度的ALA對紅豆杉幼苗葉片凈光合速率的影響

紅豆杉的光合速率是紅豆杉能量和物質轉化的重要因素，由圖1可知：向紅豆杉幼苗噴施10、20、40、60 mg/L的ALA，與對照相比紅豆杉幼苗的凈光合速率均有提升，經方差分析得知各不同濃度處理之間的凈光合速率具有顯著性差異，由此可知：在試驗濃度范圍內，噴施20 mg/L濃度的ALA對紅豆杉幼苗葉片的凈光合速率的提升最為顯著。

圖1 不同ALA濃度對紅豆杉幼苗葉片光合速率的影響

2.1.2 噴施不同濃度的ALA對紅豆杉幼苗葉片氣孔導度的影響

氣孔導度直接影響著光合速率，氣孔導度增大有利于植物葉片進行氣體交換從而促進光合速率的增大。由圖2可知：向紅豆杉幼苗噴施10、20、40、60 mg/L的ALA，與對照相比紅豆杉幼苗葉片的氣孔導度均增大，且經方差分析得出除噴施10、60 mg/L濃度的紅豆杉幼苗葉片的氣孔導度之間沒有顯著性差異之外，其余各組之間均有顯著性差異，且噴施20 mg/L ALA的紅豆杉幼苗葉片的氣孔導度最大。由此可知，在試驗濃度范圍內，噴施20 mg/L的ALA對紅豆杉幼苗葉片的氣孔導度的增大最為顯著。

圖2 不同ALA濃度對紅豆杉幼苗葉片氣孔導度的影響

2.1.3 噴施不同濃度的ALA對紅豆杉幼苗葉片胞間CO2濃度的影響

CO2是光合作用的反應底物，胞間CO2濃度對植物光合作用的生理生化過程起著決定性作用。由圖3得知：向紅豆杉幼苗噴施10、20、40、60 mg/L的ALA，與對照相比紅豆杉幼苗葉片的胞間CO2濃度沒有顯著性差異。

圖3 不同ALA濃度對紅豆杉幼苗葉片胞間CO2濃度的影響

2.1.4 噴施不同濃度的ALA對紅豆杉幼苗葉片蒸騰速率的影響

植物蒸騰速率的大小能夠反映出光合速率的大小，由圖4可知：向紅豆杉幼苗噴施10、20、40、60 mg/L的ALA，與對照相比紅豆杉幼苗葉片的蒸騰速率均有明顯增大，經方差分析得知除了20和40 mg/L濃度的ALA處理之間沒有顯著性差異之外，其余各組處理之間均有顯著性差異。由此得知：在試驗濃度范圍內，噴施20 mg/L的ALA對紅豆杉幼苗葉片蒸騰速率的增大最為顯著。

圖4 不同ALA濃度對紅豆杉幼苗葉片蒸騰速率的影響

2.2 噴施不同濃度的ALA對紅豆杉幼苗葉片光響應曲線的影響

從圖5可以看出，5種處理的紅豆杉幼苗的光響應曲線趨勢基本一致，且5種處理的Pn在PAR＜400μ mol（/m2·s）時隨PAR的增大快速增加，隨后增速明顯放慢，之后趨于穩定。其中20 mg/L處理的紅豆杉幼苗的Pn值最大，噴施清水的紅豆杉幼苗的Pn值最小。由表1得知，噴施20 mg/L濃度ALA的紅豆杉幼苗Pmax最大，其光飽和點（LSP）表觀量子效率（AQE）也最高，光補償點（LCP）和暗呼吸速率（Rd）相對較低，表明噴施20 mg/L濃度ALA使紅豆杉幼苗對光強的利用范圍變廣，光能利用效率變高，呼吸消耗減少。其余處理之間與對照相比Pmax也有增加，但增加不大。

圖5 噴施不同濃度的ALA的紅豆杉幼苗葉片的光響應擬合曲線

表1 不同濃度處理下紅豆杉幼苗的光響應曲線擬合參數

因此得知：在試驗濃度范圍內，噴施20 mg/L濃度ALA對紅豆杉幼苗葉片光響應曲線擬合參數的提升最為顯著。

2.3 噴施不同濃度的ALA對紅豆杉幼苗生長狀況的影響

ALA作為一種植物生長調節劑，其影響植物的光合作用最終會體現在植物的生長狀況上。由表2可知：向紅豆杉幼苗噴施20 mg/L濃度的ALA最能提高紅豆杉幼苗的株高、冠幅和葉面積指數，但地徑差異不顯著，原因可能是紅豆杉幼苗生長緩慢，試驗處理時間短，地徑變化還不太明顯。但從整體來說，在試驗濃度范圍內，向紅豆杉幼苗噴施20 mg/L濃度的ALA可以促進紅豆杉幼苗的生長發育。

表2 噴施不同濃度的ALA對紅豆杉幼苗生長狀況的影響

3 討論

通過本次試驗可以看出，不同濃度的ALA能夠顯著影響紅豆杉幼苗的光合特性和生長發育。噴施適宜適量的ALA能夠顯著提高紅豆杉幼苗葉片的凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率，從而改善紅豆杉幼苗的生長狀況。

由試驗研究可知，向紅豆杉幼苗葉片噴施適宜適量濃度的ALA能夠增大紅豆杉幼苗葉片的氣孔導度，從而促進了葉片的氣體交換速率和蒸騰速率，最終導致葉片光合速率的增大。光響應曲線對認識植物光化學反應過程中的光化學效率具有重大的意義，Pmax能夠直接反應植物的光合能力，Lsp和Lcp的高低能夠反映植物對光照強度的利用范圍［18］；AQE是植物吸收，轉換和利用光能能力的指標，該值越高表明植物利用光能的能力越強。向紅豆杉幼苗葉片噴施適宜適量濃度的ALA增大了紅豆杉幼苗的Pmax、Lsp、AQE，降低了紅豆杉幼苗葉片的Lsp和Rd，說明噴施適宜適量濃度的ALA能夠增大紅豆杉幼苗葉片吸收、轉換和利用光能的能力及對光照強度的利用范圍，從而增大了紅豆杉幼苗葉片的光合能力。其中，在試驗濃度范圍內，噴施20 mg/L的ALA對紅豆杉葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、蒸騰速率（Tr）的提升和光響應曲線擬合參數的影響最為明顯，效果最好。

光合作用產生的有機物的積累最終會體現在植株的生長狀況上［19］，植物葉片的凈光合速率與植物的生長發育呈正相關。在試驗濃度范圍內，噴施20 mg/L ALA處理對紅豆杉幼苗葉片凈光合速率提高的幅度最大，從而促進紅豆杉幼苗生長的效果最顯著。

4 結論

向紅豆杉幼苗噴施10、20、40、60 mg/L的ALA，與對照相比，這些處理均提升了紅豆杉幼苗葉片的凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率，從而改善了植株的生長狀況，影響了紅豆杉幼苗葉片的光響應曲線擬合參數，但對葉片胞間二氧化碳濃度的影響不太顯著。結果顯示：在試驗濃度范圍內，噴施20 mg/L的ALA對紅豆杉幼苗凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率及生長狀況的提升效果最為顯著；對紅豆杉幼苗的光合特征參數的影響也最為顯著，在20 mg/L濃度處理下的紅豆杉幼苗葉片的最大凈光合速率、光飽和點和表觀量子效率得到顯著提高，同時光補償點和暗呼吸速率有所降低，從而促進了紅豆杉幼苗的生長。因此，在紅豆杉幼苗的馴化栽培中，可以向紅豆杉幼苗噴施20 mg/L濃度的ALA來提高紅豆杉幼苗葉片的光合能力，改善植株的生長狀況。