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金花茶组(Camellia sect. Chrysantha)植物1979年由张宏达教授建立[1]，是世界上稀有的珍稀植物组群[2]，因其金黄花朵在山茶科植物中别具一格，观赏性极高，具有较大的市场开发潜力[3-4]。20世纪40年代初被首次发现，引起各个领域专家的关注，其有“植物界的大熊猫”、“植物活化石”等美名[1]。多毛金花茶(Camellia hirsuta Hakoda et Ninh)原产于越南三岛国家自然公园(Tam Dao National Park，TDNP)，位于105°30′~105°47′ E和21°20′~21°32′N之间[5]，小乔木，嫩枝、叶柄、叶片、花柄、萼片、花瓣、花丝、花蕊都密被绒毛，花期冬季至春季，具有极高的观赏价值；其叶片含有多种活性成分且含量极高，具有很好的药用价值[6]。
植物与光照、光质的相互关系一直是植物学研究的热点[7-8]，而对濒危植物与光环境的研究更得到广大学者的重视[9-10]，为濒危植物的种群恢复和保护提供了科学依据。目前，关于金花茶的研究报道多集中在栽培繁育[11-12]、活性成分及药理研究[13-14]、金花茶幼苗和幼树的光合特性[15-17]及干旱胁迫或不同光照强度对金花茶幼苗的影响[18-19]等方面。前期有学者对中国本地金花茶的光合特性进行了研究，结果表明，金花茶属于阴生植物[16-17]，设置10%、25%、50%和100%自然光强对其进行处理，结果发现在50%强光胁迫下，金花茶幼苗的生长就受到抑制[18]，固笔者选取10%、20%、30%、40%、50%的阴生环境对引种的越南多毛金花茶进行处理，探索其对不同的阴生环境的适应性，并首次对越南金花茶的光合特性、光合色素和叶片解剖结构特征变化进行系统分析。与中国本地金花茶相比，引种的越南金花茶活性成分含量高[6]，药用价值高，具有很好的栽培与开发利用价值，探讨越南金花茶的生长规律及其对光照变化的适应能力，为金花茶的进一步引种栽培和繁育提供理论依据。
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试验地设在广西壮族自治区林业科学研究院试验苗圃，地处南宁市北郊(108°21′ E，22°56′ N)，海拔95 m，属亚热带季风气候区，1月平均温度11.8℃以上，7月平均温度27.6℃，5—9月为雨季，月平均降水量大于100 mm，全年平均降水量超过1 347 mm，年平均相对湿度约80%。
多毛金花茶于2015年7月引自越南三岛国家自然保护区，2017年5月上旬，将2年生苗(植株高度为60~65 cm)多毛金花茶分别置于不同光强的环境内生长，通过搭盖不同层数遮荫网达到需要的光照强度10%、20%、30%、40%、50%。选取无云晴天，利用Li-6400便携式光合测定仪的光强探头进行测定，得到如下5个光照处理：9.8%、22.1%、33.3%、45.8%、51.6%。每个光照处理设置2.0 m的间距，避免互相影响，每个处理设置南北向遮荫棚，高1.6 m，宽1.8 m，东西方向接地，南北通透，常规栽培管理。每种光强处理下放置越南多毛金花茶苗10盆(每盆1株)，盆栽植物常规管理，定时浇水，试验时间2个月。
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采用Li-6400便携式光合测定仪对越南多毛金花茶叶片的光合日进程和光响应曲线进行测定。光合日进程测定：选取典型晴天(2017年7月底)，自8：00—18：00，每隔2 h测定1次，每个处理选取长势一致的5株多毛金花茶，测定上数第3~4片功能叶的相关光合参数。光响应曲线测定：选取晴天，测定时间为9：00—12：00，设置0~1 800 μmol·m-2·s-1范围内14个光强梯度，测定前先进行20 min光诱导。
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每个处理取长势一致的5株多毛金花茶，取新鲜叶片(从上面数第3、4片成熟叶片)，去中脉后剪碎混合，乙醇-丙酮1:1混合液提取色素，当叶片完全变白即可测定，测定叶绿素a、b的波长分别为663、645 nm，类胡萝卜素的吸收波长为440 nm[20-21]，叶绿素a和叶绿素b的计算公式为：
叶绿素a浓度(Ca，mg·L-1)：
$ {{C}_{a}}=13.95{{A}_{665}}-6.88{{A}_{649}} $
叶绿素b浓度(Cb，mg·L-1)：
$ {{C}_{b}}=24.96{{A}_{649}}-7.32{{A}_{665}} $
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每个处理取长势一致的3株多毛金花茶，使用指甲油印记法[22]，因多毛金花茶叶片背面有绒毛，需先用小刀轻轻的刮去，然后用显微镜(Leica DM 2500，Germany)在40倍镜下进行观测并拍摄图片。用ImageJ图形处理软件处理图片，统计视野内的所有气孔个数，测量保卫细胞纵轴长和横轴长，计算气孔密度及气孔指数。
$ 气孔指数=气孔密度/\left( 气孔密度+表皮细胞密度 \right) $
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取出气孔测量后的另一半叶片，制作组织切片，用光学显微镜对叶片横切面的切片进行观察，横切时避开主脉，测定叶片厚度、上表皮、栅栏组织、海绵组织和下表皮的大小。每个品种选取5张叶片，每个叶片随机选取6个清晰视野，徒手切片制成临时装片，用显微镜在40倍镜下进行观测，并选取清晰视野拍摄图片。用ImageJ测量导管的长轴和短轴直径，其中，导管直径(Vd)计算公式为：
$ Vd={{(\frac{32{{\left( ab \right)}^{3}}}{{{a}^{2}}+{{b}^{2}}})}^{\frac{1}{4}}} $
式中：a、b分别为导管的长短轴半径。
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光响应曲线的拟合采用非直角双曲线模型[23]，并对光响应曲线的0~100 μmol·m-2·s-1部分进行直线回归，以获得相关光合参数。利用SPSS软件的LSD法进行多重比较并进行方差分析。
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不同光照下，多毛金花茶净光合速率日变化趋势不同。由图 1可看出：20%、30%光照处理为不典型“双峰”曲线，第2峰值不明显；10%光照处理为典型“双峰”曲线，峰值出现在12：00和18：00；40%、50%光照处理的净光合速率呈下降趋势，最大净光合速率出现在8：00。从光合日变化可看出：8：00时40%、50%光照处理的净光合速率高于其他处理，当外界光照增强，40%、50%光照处理的净光合速率直线下降。多毛金花茶叶片日平均净光合速率依次为光照处理30%>20%>50%>40%>10%(P < 0.05)(表 1)。
图 1 不同光照处理对多毛金花茶叶片净光合速率日变化的影响
Figure 1. The effects of diurnal net photosynthetic rate of Camellia hirsutaleaves under different light treatments
表 1 不同光强处理对多毛金花茶叶片光合特性的影响
Table 1. Effect of the photosynthetic characteristics of Camellia hirsuta leaves under different light treatments
光照强度/%
Light intensity净光合速率Pn
Net photosynthetic rate/
(μmol·m-2·s-1)蒸腾速率Tr
Transpiration rate/
(mmol·m-2·s-1)气孔导度Cond
Stomatal conductance/
(mmol·m-2·s-1)胞间CO2浓度Ci
Internal carbon dioxide
concentration/
(μmol·mol-1)蒸汽压亏缺Vpdl
The vapor pressure
deficit/kPa10 1.29±0.13c 0.99±0.15c 0.018±0.01c 268.60±7.98b 5.09±0.25a 20 2.45±0.47a 1.50±0.27a 0.035±0.01a 256.27±5.19c 3.95±0.16c 30 2.50±1.01a 1.65±0.91a 0.035±0.02a 247.67±3.05c 4.09±0.21c 40 2.02±0.35b 1.30±0.38b 0.030±0.02a 284.63±6.28a 4.37±0.47b 50 2.07±0.22b 1.25±0.11b 0.023±0.01b 271.12±10.01b 4.58±0.19b 注：每列不同的小写字母代表不同光照处理之间存在显著性差异(P＜0.05)。
Note: Different small letters in the same column indicated significant differences(P＜0.05). -
从8：00开始，不同光照下，金花茶叶片蒸腾速率开始持续上升，10%、20%、30%处理在16：00时出现典型峰值，40%处理最高点出现在14：00，而50%处理最高点出现在12：00(图 2)。不同光照处理下，日平均蒸腾速率由高到低依次为光照处理30%>20%>40%>50%>10%，30%、20%光照处理与其他处理差异显著(P < 0.05)，30%、20%光照处理显著提高了多毛金花茶叶片的蒸腾速率(表 1)。
图 2 不同光照处理对多毛金花茶叶片蒸腾速率日变化的影响
Figure 2. The effects of diurnal variations of transpiration rate of Camellia hirsuta leaves under different light treatments
10%、40%、50%光照下，蒸腾速率Tr与净光合速率Pn呈负相关(表 2)，导致净光合速率较低的原因之一可能是蒸腾速率低引起的；20%、30%光照处理下，蒸腾速率Tr与净光合速率Pn呈显著正相关。适当的遮荫更利于矿质元素、碳水化合物及水分的运输，所以，蒸腾速率高，从而提高了多毛金花茶的净光合速率。
表 2 不同光强处理下多毛金花茶叶片Pn与其他光合参数间的相关系数
Table 2. The correlation among photosynthetic parameter in Camellia hirsuta leaves under different light treatments
光照强度Light intensity/% 蒸腾速率Tr 气孔导度Cond 胞间CO2浓度Ci 蒸汽压亏缺Vpdl 10 -0.282 0.018** -0.804** -0.366* 20 0.351* 0.416* -0.478* -0.197 30 0.372* 0.285 -0.117 -0.283 40 -0.191 0.436* -0.197 -0.173* 50 -0.210 0.082 -0.078 -0.295 注：*代表显著水平P＜0.05，**代表极显著水平P < 0.01。
Note: * represents a significant differences at 0.05 level, ** represents an extremelysignificant differences at 0.01 level. -
不同光照下，多毛金花茶叶片的气孔导度变化规律基本相同。20%、30%光照处理呈双峰曲线，在10：00和16：00时气孔导度出现峰值；10%、40%、50%光照处理为不典型双峰曲线，在10：00时气孔导度最大(图 3)。表 1表明：20%、30%光照下，多毛金花茶的气孔导度最大，10%光照下的气孔导度最小。各处理的气孔导度与净光合速率均呈正相关，20%、40%光照下，气孔导度与净光合速率呈显著正相关(表 2)。
图 3 不同光照处理对多毛金花茶叶片气孔导度日变化的影响
Figure 3. The effects of diurnal variations of stomatal conductance of Camellia hirsutaleaves under different light treatments
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不同光照下，多毛金花茶胞间CO2浓度变化趋势相似，呈“V”型(图 4)，各处理的胞间CO2浓度最大值出现的时间不同，10%、20%光照下最大值出现在16：00，30%、40%光照处理出现在18：00，50%光照处理出现在14：00。不同光照下, 胞间CO2浓度高低依次为光照处理40%>50%>10%>20%>30%，40%处理与其他处理差异显著(P < 0.05)(表 1)。
图 4 不同光照处理对多毛金花茶叶片胞间CO2浓度日变化的影响
Figure 4. The effects of diurnal variations of internal carbon dioxide concentration of Camellia hirsuta leaves under different light treatments
各处理下多毛金花茶叶片胞间CO2浓度Ci与净光合速率Pn均呈负相关，且光照强度越小，负相关性越显著，10%光照处理下达极显著负相关(P < 0.01)(表 2)。光照越小，到达叶片的有效辐射越小，导致CO2同化率及气孔导度降低，从而使更多的CO2存留在叶片胞间，胞间CO2浓度升高，最终净光合速率降低。
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叶片蒸汽压亏缺日平均值依此为光照处理10%>50%>40%>30%>20%，10%光照处理与其他处理差异显著(P < 0.05)(表 1)。适当的遮荫(20%、30%光照处理)可以降低环境温度和光照强度，空气湿度及土壤含水量增加，进而降低了叶片蒸汽压亏缺，有利于光合作用的进行。由表 2看出：多毛金花茶叶片蒸汽压亏缺与净光合速率呈负相关。所以，10%光照处理不利于多毛金花茶光合作用的进行。
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不同光照下，多毛金花茶叶片光合生理参数的变化(表 3)表明：20%光照下，多毛金花茶叶片的最大净光合速率最大，当光强为50%光照时，最大净光合速率显著降低，10%、30%、40%光照处理间差异不显著。
表 3 不同光强处理对多毛金花茶叶片光合生理参数的影响
Table 3. Effect of different light treatments on photosynthetic parameters of Camellia hirsuta leaves
光照强度
Light
intensity/%最大净光合速率Pnmax
Maximum net photosynthetic rate/
(μmol·m-2·s-1)光饱和点LSP
Light Saturation/
(μmol·m-2·s-1)光补偿点LCP
Light Compensation/
(μmol·m-2·s-1)表观量子效率AQY
Apparent quantum yield /
(μmol·m-2·s-1)暗呼吸速率Rd
Dark Respiration/
(μmol·m-2·s-1)10 3.586±0.056B 106±3.055B 5.07±0.434C 0.055±0.011a 0.279±0.022c 20 4.990±0.173A 115±6.658B 5.63±1.276C 0.064±0.007a 0.364±0.070bc 30 3.891±0.200B 112±5.568B 9.06±0.601B 0.062±0.014a 0.438±0.081b 40 3.968±0.289B 135±6.028A 15.73±1.811A 0.041±0.008b 0.570±0.025a 50 3.018±0.071C 83±2.082C 7.74±0.633B 0.038±0.004b 0.428±0.071b 注：每列不同的大写字母和小写字母代表不同光照处理之间存在极显著性差异和显著性差异(P＜0.01、P＜0.05)。
Note: Different capital and small letters in the same column indicated extremelysignificantandsignificant differences (P＜0.01, P＜0.05).光合生理参数的光饱和点(LSP)和光补偿点(LCP)分别代表着植物叶片对强光和弱光的利用能力[24]，当光照强度从40%降到10%时，多毛金花茶叶片的光饱和点和光补偿点显著降低，表明低于40%光照强度的环境下，随着光照强度的降低，叶片的机构和生理功能发生变化，叶片的需光特性与弱光条件相适应，以降低光饱和点和光补偿点来提高对弱光的利用能力。
20%光照处理的表观量子效率(AQY)最大，与40%、50%光照处理的差异显著(P < 0.05)；30%光照下，表观量子效率为0.062，仅次于20%光照处理，50%光照处理表观量子效率值最低，为0.038。表明在20%、30%光照下，多毛金花茶对弱光的利用能力较强。
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表 4表明：不同光照强度下，多毛金花茶叶片的光合色素含量不同，30%光照下，光合色素的含量最高，其中，叶绿素a、b的含量是其他光照处理的2~3倍；其次，10%、20%光照下光合色素的含量较接近，显著高于40%、50%光照处理。在30%光照下，总叶绿素含量最高，而叶绿素a/b最低，这表明在30%光照下，叶绿素含量主要表现为叶绿素b含量的增加。所以，多毛金花茶叶片在30%光照下更有利于叶绿素b的合成，光合能力得到提高。
表 4 不同光强处理对多毛金花茶叶片光合色素含量的影响
Table 4. Effect of different light treatments on photosynthetic pigmentscontentof Camellia hirsuta leaves
光照强度/%
Light intensity叶绿素a
Chla/(mg·g-1)叶绿素b
Chlb/(mg·g-1)叶绿素(a+b)
Chl(a+b)/(mg·g-1)叶绿素a/b
Chla/b类胡萝卜素
Car/(mg·g-1)叶绿素/类胡萝卜素
Chl(a+b)/Car10 0.69±0.03b 0.32±0.02b 1.01±0.05b 2.12±0.08b 0.18±0.01ab 5.63±0.04b 20 0.68±0.02b 0.26±0.02c 0.94±0.03b 2.63±0.13a 0.17±0.02bd 5.47±0.31b 30 1.27±0.03a 0.67±0.03a 1.94±0.05a 1.91±0.05c 0.21±0.03a 9.33±1.15a 40 0.50±0.03d 0.20±0.02d 0.70±0.05d 2.52±0.10a 0.14±0.02c 5.08±0.36b 50 0.58±0.02c 0.22±0.01d 0.80±0.03c 2.64±0.06a 0.14±0.01cd 5.49±0.42b 注：每列不同的小写字母代表不同光照处理之间差异显著(P＜0.05)。
Note: Different small letters in the same column indicated significant differences(P＜0.05). -
多毛金花茶上下表皮细胞均由单层细胞构成，上表皮细胞厚度与下表皮细胞厚度非常接近(表 5)，主要由含有叶绿体的薄壁细胞构成，分为栅栏组织和海绵组织，栅栏组织紧贴着上表皮细胞，由一层排列紧密的长圆柱状细胞构成(图 5染色深部位)；海绵组织位于栅栏组织下方，细胞形态不规则，排列疏松(图 5)。由表 5可见：随着光照强度的降低，中脉导管直径逐渐增大，叶片厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度呈先增大后降低的趋势。20%光照下，多毛金花茶叶片上表皮细胞厚度、栅栏组织厚度、栅栏组织高度最大，分别比50%光照处理增加了37.18%、50.19%、59.67%；30%光照处理下，叶片厚度、海绵组织厚度最大，比50%光照处理分别增加了49.59%、54.90%，随后略微下降。以上结果表明，20%和30%光照下的多毛金花茶叶片具有更发达的栅栏组织、海绵组织及叶片厚度，这2个处理下的叶片结构可能有利于其对环境的适应且光合能力更强。
表 5 不同光强处理下多毛金花茶叶解剖结构(n=30)
Table 5. Effect of anatomical structure of Camellia hirsuta leaves under different light treatments (n=30)
光照
强度
Light
intensity
/%叶片厚度
Leaf
thickness
/μm上表皮细
胞厚度
Thickness of
upper epidermis
cell/μm下表皮细胞厚度
Thickness
of lower
epidermis
cell/μm中脉导管直径
Diameter of
vessel in
midrib/μm栅栏组织
厚度
Palisade tissue
thickness/μm栅栏组织高度
PT thickness
/μm栅栏组织
宽度
PT breadth
/μm海绵组织厚度
Spongy tissue
thickness/μm栅栏组织
厚度/海绵
组织厚度
PT/ST10 243.59±17.07a 22.69±1.42ab 22.96±3.28a 37.09±3.52a 42.58±5.77a 38.10±7.55b 16.40±1.60a 155.51±7.52b 0.28±0.03a 20 245.31±18.07a 23.76±0.95a 22.87±0.62a 34.51±1.54ab 43.69±4.98a 45.84±6.45a 16.58±0.67a 154.37±20.54b 0.29±0.07a 30 254.42±26.89a 23.59±0.70a 22.55±0.89ab 33.84±6.42b 42.06±5.48a 41.84±4.91a 15.82±1.53a 167.45±18.06a 0.25±0.01b 40 213.97±20.40b 21.42±2.15b 21.22±3.35b 31.06±2.55c 35.88±4.16b 34.88±4.44b 14.19±1.82b 135.06±13.75c 0.27±0.03a 50 170.08±9.24c 17.32±0.23c 16.90±0.09c 25.93±2.84d 29.09±3.39c 28.71±3.12c 13.59±0.44b 108.10±11.86d 0.28±0.05a 注：每列不同小写字母代表不同光照处理之间存在显著性差异(P＜0.05)。
Note: Different small letters in the same column indicated significant differences(P＜0.05).
图 5 不同光强处理下多毛金花茶成熟叶片横切面
Figure 5. Cross section of Camellia hirsuta leaves under different light treatments
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多毛金花茶叶片的下表皮细胞性状不规则，大小不等，气孔仅分布在下表皮上(图 6)，不同光照处理没有改变气孔分布的总体规律，10%、50%光照下气孔密度较大；20%~40%光照下，气孔密度没有明显差异。随着光照强度的增加，气孔纵轴长和横轴长不断增加，10%光照处理与其他处理间差异显著。不同光照处理对气孔指数的影响不大(表 6)。
图 6 不同光强处理下多毛金花茶成熟叶片气孔下表皮的纤维结构特征
Figure 6. Microscopic characteristics of leaf lower epidermis of Camellia hirsuta under different light treatments
表 6 不同光强处理对多毛金花茶气孔发育的影响(n=30)
Table 6. Effect of stomata growth of Camellia hirsuta leaves under different light treatments (n=30)
光照强度/%
Light intensity气孔密度
Stomata density/(个·mm-2)纵轴长
Vertical axes of stomata/μm横轴长
Horizontal axes of stomata/μm气孔指数
Stomata index10 131.63±23.94a 12.09±0.70d 14.17±2.45c 0.14±0.00a 20 70.56±8.11c 14.40±1.05c 17.06±1.67b 0.12±0.00a 30 77.22±11.36c 16.06±2.96b 18.27±3.80ab 0.14±0.02a 40 74.20±7.30c 15.94±0.78b 19.04±0.56a 0.13±0.01a 50 95.64±19.02b 17.86±2.01a 19.71±3.15a 0.14±0.02a 注：每列不同小写字母代表不同光照处理间差异显著(P＜0.05)。
Note: Different small letters in the same column indicated significant differences (P＜0.05). -
植物叶片对环境光强的变化非常敏感并且变异性较大[25-26]，对环境适应的改变主要表现在植物叶片的形态、解剖结构和光合特性等方面[27]。在适当的光照下，植物通过增加叶绿素吸收光能，提高光合速率，而光照不足或者光照过度都会降低其光合作用甚者损伤其光合机构[28]。
本研究发现，当光照强度从50%降到10%时，净光合速率、气孔导度呈先升高后降低的趋势，20%、30%光照处理高于其他处理；胞间CO2浓度呈先降低后升高的趋势，20%、30%光照处理显著低于其他处理；蒸汽压亏缺对光合作用的影响非常明显，可能比高温和强光的影响更大[29]，叶片蒸汽压亏缺增大会导致植物失水，阻碍植物吸收水及矿质元素，当细胞水势下降时又降低了蒸腾速率，光合作用受阻。蒸腾速率影响着植物对矿质元素和水的吸收，当蒸腾速率降低时，光合产物输出减慢，从而抑制了光合作用，降低光合速率[30]，并且叶片蒸汽压亏缺增大会导致植物失水，限制了水和矿质元素的吸收，降低了蒸腾速率，最终光合作用受阻[31]。本研究结果表明，20%、30%光照下，多毛金花茶叶片净光合速率与蒸腾速率呈显著正相关，与蒸汽压亏缺呈负相关，其他处理下净光合速率与蒸腾速率呈负相关。当光照强度从50%降到10%时，蒸腾速率呈先升高后降低的趋势，当光照强度为30%时，蒸腾速率最大，随后降低，当光照强度降到10%时，蒸腾速率降到0.99，降低了40%。因此，过度的遮荫(10%光照处理)会导致多毛金花茶叶片光合能力下降。表观量子效率可以很好的反映叶片的光合能力，在不同光照下，通过光合机构的变化体现植物对光的利用能力，其值越大对弱光的利用能力越强，表明植物吸收与转化光能能力越强[32]。20%、30%光照下，表观量子效率较大，分别为0.064、0.062，说明多毛金花茶在此光照下有一定的耐受性，适宜在此生长。叶片显微结构特征与光合能力的强弱有着重要的联系，栅栏组织厚度可以间接作为判断植物生产力强弱的指标，栅栏组织厚度越大，其光合能力越强[33]，较厚的表皮细胞和发达的栅栏组织通过保持植物内部水分，更有助于植株的生长[34]。本研究中，随着光照强度的降低，叶片厚度及栅栏组织均变大，在10%~30%光照下，多毛金花茶的叶片厚度及栅栏组织均增厚，30%光照下叶片厚度最大，20%光照下栅栏组织厚度最大，与最小值(50%光照处理)相比分别增加了49.59%、50.19%。此外，海绵组织厚度增加，有利于减少光照损失，叶片对光能的利用率提高，有助于维持叶片光合速率[35-36]。30%光照下，海绵组织厚度最大，比50%光照处理，增加了54.90%，说明多毛金花茶在20%、30%光照下，可通过增加叶片厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度等来促进叶片吸收更多的光能，提高光能利用率。气孔是植物叶片与外界空气交换和水分流失的重要通道，是影响植物光合和蒸腾作用的重要因素。本研究发现，在10%、50%光照下，气孔密度较大，但气孔导度较小，蒸汽压亏缺较大，从而降低了蒸腾作用，这种处理下，不利于多毛金花茶叶片进行光合作用。
叶绿素含量的多少影响着叶片的光合能力[37]，闫小莉等[38]研究发现，在适当的光照下，叶绿素b含量增加，可以通过吸收更多的蓝紫光来吸收更多的光能，从而提高光合速率。Zhang等[39]、Huang等[40]发现，在适宜的光照下，植物为了更有效的利用光能，会增加体内叶绿素含量，尤其是叶绿素b的含量，表现为总叶绿素含量增加，而Chla/b比值降低。本研究发现，在30%光照下，总叶绿素含量最高，叶绿素含量的增加主要为叶绿素b含量的增加，所以, 多毛金花茶叶片在30%光照条件下更有利于叶绿素b的合成，在此光照条件下光合能力得到提高。
柴胜丰等[18]研究了10%、25%、50%、100%自然光强对毛瓣金花茶光合生理特性的影响，结果发现，随着光照强度的升高，毛瓣金花茶叶片最大净光合速率、表观量子效率、光饱和点降低，但25%和10%光强差异不显著，光补偿点升高，叶绿素含量降低，而在25%光强下，毛瓣金花茶未发生明显的光抑制，表明毛瓣金花茶在25%光强下也适应生长。本研究结果表明，多毛金花茶的最大净光合速率、表观量子效率最大值出现在20%光照下，与前人研究相近；总叶绿素含量最大值出现在30%光照下，出现差异的原因可能与金花茶不同品种有关。研究发现，多毛金花茶是典型的阴生植物，适宜生长在低光照的环境中。
-
本研究结果表明，40%、50%光照下，越南多毛金花茶光合色素含量变低，气孔导度变小，蒸汽压亏缺变大，降低了蒸腾速率，不利于多毛金花茶进行光合作用。10%光照下，光合有效辐射太低，超过了多毛金花茶对低光照的耐受力，从而抑制了叶片的净光合速率和蒸腾速率。在30%光照下，总叶绿素含量最高，叶绿素a/叶绿素b最低，说明在此条件下，多毛金花茶叶片光合能力得到提高；在20%、30%光照下，其叶片具有更发达的叶片厚度和栅栏组织，气孔密度相对较低，净光合速率、蒸腾速率、气孔导度得到提高，降低了胞间CO2浓度和蒸汽压亏缺，CO2和水蒸气进出气孔阻力变小，光合速率得到有效提高。越南多毛金花茶适宜在20%~30%光照强度的环境下生长。
研究也发现，引种的越南金花茶主要活性成分含量是本地金花茶的2倍多，药用价值极高，具有很好的栽培与开发利用价值，探讨引种的越南金花茶的生长规律及其对光照变化的适应能力，为引种越南金花茶的栽培繁育提供技术支撑，开展金花茶栽培技术和栽培模式研究，探索金花茶高效栽培技术体系，以丰富我国金花茶种质资源库。
越南多毛金花茶的光合特性和叶解剖结构对光照环境的适应
Response of Photosynthesis Characteristics and Leaf Anatomical Structure of Vietnam Camellia hirsuta under Different Light Environment
-
摘要:
目的 以越南多毛金花茶（Camellia hirsuta Hakoda et Ninh）为实验材料，开展不同光照处理对多毛金花茶光合特性、叶解剖结构及光合色素含量的影响研究，为越南金花茶引种栽培和抚育管理提供理论依据。 方法 于2017年5月上旬，将越南多毛金花茶置于不同光照强度（10%、20%、30%、40%、50%，通过覆盖不同层数的遮荫网获得）的遮荫棚内生长，处理时间2个月。 结果 不同光照处理下，多毛金花茶净光合速率日变化趋势不同，20%、30%光照处理显著提高了多毛金花茶叶片净光合速率、蒸腾速率，同时蒸汽压亏缺降低，促进光合作用的进行，达到显著差异（P < 0.05）；在30%光照处理下，光合色素的含量最高，而叶绿素a/b的值最低，30%光照更有利于多毛金花茶叶片中叶绿素b的合成。20%、30%光照处理下的多毛金花茶叶片具有更发达的栅栏组织、海绵组织及更厚的叶片厚度，这2个处理的叶片结构可能有利于其对环境的适应并且光合能力更强。在适当的遮荫条件20%~40%光照处理下，多毛金花茶的最大净光合速率增大。 结论 在20%、30%光照处理下，其叶片具有更发达的叶片厚度和栅栏组织，气孔密度相对较低，净光合速率、蒸腾速率得到提高，胞间CO2浓度和蒸汽压亏缺降低，CO2和水蒸气进出气孔阻力变小，同时在30%光照处理下光合色素的含量最高，说明光合速率得到有效提高。越南多毛金花茶适宜在20%~30%光照强度的环境下生长。 Abstract:Objective Vietnam Camellia hirsuta were used as experimental materials to study the effect of different light treatments on the photosynthetic characteristics and anatomical structure of C. hirsuta in order to provide references for introduction, cultivation and management of the species. Method In early May of 2017, the Vietnam C. hirsuta plants were grown in the shade sheds with different light intensity and the trials lasted for two months. The light intensities of 10%, 20%, 30%, 40%, and 50% were obtained by covering the shading net of different layers. Result The variation trend of the net photosynthetic rate of different light treatments was different. 20% and 30% light intensities significantly improved the net photosynthetic rate and transpiration rate of C. hirsuta, while the vapor pressure deficit decreased (P < 0.05). These results showed the photosynthetic function was promoted. The content of photosynthetic pigments of C. hirsuta leaves were the highest in the 30% light treatment. Furthermore, the total chlorophyll content was the highest, but the chlorophyll a/b was the lowest, which was beneficial to the synthesis of chlorophyll b of C. hirsuta leaves under the 30% light treatment. There were more developed palisade tissue, spongy tissue and thicker blade thickness in C. hirsuta leaves under 20% and 30% light treatments, which promoted its adaptation to the environment and enhanced the photosynthesis. Under the appropriate shade conditions (20%-40% light treatments), the maximum net photosynthetic rate of C. hirsuta increased. Conclusion Under 20% and 30% light treatments, the blade has more developed palisade tissue and thicker leaf thickness, and the stoma density is relatively low. The net photosynthetic and transpiration rate of C. hirsuta leaves are improved. On the contrary, the internal carbon dioxide concentration and vapor pressure deficit of C. hirsute are decreased, which leads to the smaller resistance of CO2 and water vapor in and out of the stomata. At the same time, under 30% light treatment, the total chlorophyll content is the highest. It shows that the photosynthetic rate is improved effectively. It is concluded that C. hirsuta is suitable for growing in the environment with 20%-30% light intensity. -
图 1 不同光照处理对多毛金花茶叶片净光合速率日变化的影响
Figure 1. The effects of diurnal net photosynthetic rate of Camellia hirsutaleaves under different light treatments
图 2 不同光照处理对多毛金花茶叶片蒸腾速率日变化的影响
Figure 2. The effects of diurnal variations of transpiration rate of Camellia hirsuta leaves under different light treatments
图 3 不同光照处理对多毛金花茶叶片气孔导度日变化的影响
Figure 3. The effects of diurnal variations of stomatal conductance of Camellia hirsutaleaves under different light treatments
图 4 不同光照处理对多毛金花茶叶片胞间CO2浓度日变化的影响
Figure 4. The effects of diurnal variations of internal carbon dioxide concentration of Camellia hirsuta leaves under different light treatments
图 5 不同光强处理下多毛金花茶成熟叶片横切面
Figure 5. Cross section of Camellia hirsuta leaves under different light treatments
图 6 不同光强处理下多毛金花茶成熟叶片气孔下表皮的纤维结构特征
Figure 6. Microscopic characteristics of leaf lower epidermis of Camellia hirsuta under different light treatments
表 1 不同光强处理对多毛金花茶叶片光合特性的影响
Table 1. Effect of the photosynthetic characteristics of Camellia hirsuta leaves under different light treatments
光照强度/%
Light intensity净光合速率Pn
Net photosynthetic rate/
(μmol·m-2·s-1)蒸腾速率Tr
Transpiration rate/
(mmol·m-2·s-1)气孔导度Cond
Stomatal conductance/
(mmol·m-2·s-1)胞间CO2浓度Ci
Internal carbon dioxide
concentration/
(μmol·mol-1)蒸汽压亏缺Vpdl
The vapor pressure
deficit/kPa10 1.29±0.13c 0.99±0.15c 0.018±0.01c 268.60±7.98b 5.09±0.25a 20 2.45±0.47a 1.50±0.27a 0.035±0.01a 256.27±5.19c 3.95±0.16c 30 2.50±1.01a 1.65±0.91a 0.035±0.02a 247.67±3.05c 4.09±0.21c 40 2.02±0.35b 1.30±0.38b 0.030±0.02a 284.63±6.28a 4.37±0.47b 50 2.07±0.22b 1.25±0.11b 0.023±0.01b 271.12±10.01b 4.58±0.19b 注：每列不同的小写字母代表不同光照处理之间存在显著性差异(P＜0.05)。
Note: Different small letters in the same column indicated significant differences(P＜0.05).
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表 2 不同光强处理下多毛金花茶叶片Pn与其他光合参数间的相关系数
Table 2. The correlation among photosynthetic parameter in Camellia hirsuta leaves under different light treatments
光照强度Light intensity/% 蒸腾速率Tr 气孔导度Cond 胞间CO2浓度Ci 蒸汽压亏缺Vpdl 10 -0.282 0.018** -0.804** -0.366* 20 0.351* 0.416* -0.478* -0.197 30 0.372* 0.285 -0.117 -0.283 40 -0.191 0.436* -0.197 -0.173* 50 -0.210 0.082 -0.078 -0.295 注：*代表显著水平P＜0.05，**代表极显著水平P < 0.01。
Note: * represents a significant differences at 0.05 level, ** represents an extremelysignificant differences at 0.01 level.
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表 3 不同光强处理对多毛金花茶叶片光合生理参数的影响
Table 3. Effect of different light treatments on photosynthetic parameters of Camellia hirsuta leaves
光照强度
Light
intensity/%最大净光合速率Pnmax
Maximum net photosynthetic rate/
(μmol·m-2·s-1)光饱和点LSP
Light Saturation/
(μmol·m-2·s-1)光补偿点LCP
Light Compensation/
(μmol·m-2·s-1)表观量子效率AQY
Apparent quantum yield /
(μmol·m-2·s-1)暗呼吸速率Rd
Dark Respiration/
(μmol·m-2·s-1)10 3.586±0.056B 106±3.055B 5.07±0.434C 0.055±0.011a 0.279±0.022c 20 4.990±0.173A 115±6.658B 5.63±1.276C 0.064±0.007a 0.364±0.070bc 30 3.891±0.200B 112±5.568B 9.06±0.601B 0.062±0.014a 0.438±0.081b 40 3.968±0.289B 135±6.028A 15.73±1.811A 0.041±0.008b 0.570±0.025a 50 3.018±0.071C 83±2.082C 7.74±0.633B 0.038±0.004b 0.428±0.071b 注：每列不同的大写字母和小写字母代表不同光照处理之间存在极显著性差异和显著性差异(P＜0.01、P＜0.05)。
Note: Different capital and small letters in the same column indicated extremelysignificantandsignificant differences (P＜0.01, P＜0.05).
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表 4 不同光强处理对多毛金花茶叶片光合色素含量的影响
Table 4. Effect of different light treatments on photosynthetic pigmentscontentof Camellia hirsuta leaves
光照强度/%
Light intensity叶绿素a
Chla/(mg·g-1)叶绿素b
Chlb/(mg·g-1)叶绿素(a+b)
Chl(a+b)/(mg·g-1)叶绿素a/b
Chla/b类胡萝卜素
Car/(mg·g-1)叶绿素/类胡萝卜素
Chl(a+b)/Car10 0.69±0.03b 0.32±0.02b 1.01±0.05b 2.12±0.08b 0.18±0.01ab 5.63±0.04b 20 0.68±0.02b 0.26±0.02c 0.94±0.03b 2.63±0.13a 0.17±0.02bd 5.47±0.31b 30 1.27±0.03a 0.67±0.03a 1.94±0.05a 1.91±0.05c 0.21±0.03a 9.33±1.15a 40 0.50±0.03d 0.20±0.02d 0.70±0.05d 2.52±0.10a 0.14±0.02c 5.08±0.36b 50 0.58±0.02c 0.22±0.01d 0.80±0.03c 2.64±0.06a 0.14±0.01cd 5.49±0.42b 注：每列不同的小写字母代表不同光照处理之间差异显著(P＜0.05)。
Note: Different small letters in the same column indicated significant differences(P＜0.05).
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表 5 不同光强处理下多毛金花茶叶解剖结构(n=30)
Table 5. Effect of anatomical structure of Camellia hirsuta leaves under different light treatments (n=30)
光照
强度
Light
intensity
/%叶片厚度
Leaf
thickness
/μm上表皮细
胞厚度
Thickness of
upper epidermis
cell/μm下表皮细胞厚度
Thickness
of lower
epidermis
cell/μm中脉导管直径
Diameter of
vessel in
midrib/μm栅栏组织
厚度
Palisade tissue
thickness/μm栅栏组织高度
PT thickness
/μm栅栏组织
宽度
PT breadth
/μm海绵组织厚度
Spongy tissue
thickness/μm栅栏组织
厚度/海绵
组织厚度
PT/ST10 243.59±17.07a 22.69±1.42ab 22.96±3.28a 37.09±3.52a 42.58±5.77a 38.10±7.55b 16.40±1.60a 155.51±7.52b 0.28±0.03a 20 245.31±18.07a 23.76±0.95a 22.87±0.62a 34.51±1.54ab 43.69±4.98a 45.84±6.45a 16.58±0.67a 154.37±20.54b 0.29±0.07a 30 254.42±26.89a 23.59±0.70a 22.55±0.89ab 33.84±6.42b 42.06±5.48a 41.84±4.91a 15.82±1.53a 167.45±18.06a 0.25±0.01b 40 213.97±20.40b 21.42±2.15b 21.22±3.35b 31.06±2.55c 35.88±4.16b 34.88±4.44b 14.19±1.82b 135.06±13.75c 0.27±0.03a 50 170.08±9.24c 17.32±0.23c 16.90±0.09c 25.93±2.84d 29.09±3.39c 28.71±3.12c 13.59±0.44b 108.10±11.86d 0.28±0.05a 注：每列不同小写字母代表不同光照处理之间存在显著性差异(P＜0.05)。
Note: Different small letters in the same column indicated significant differences(P＜0.05).
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表 6 不同光强处理对多毛金花茶气孔发育的影响(n=30)
Table 6. Effect of stomata growth of Camellia hirsuta leaves under different light treatments (n=30)
光照强度/%
Light intensity气孔密度
Stomata density/(个·mm-2)纵轴长
Vertical axes of stomata/μm横轴长
Horizontal axes of stomata/μm气孔指数
Stomata index10 131.63±23.94a 12.09±0.70d 14.17±2.45c 0.14±0.00a 20 70.56±8.11c 14.40±1.05c 17.06±1.67b 0.12±0.00a 30 77.22±11.36c 16.06±2.96b 18.27±3.80ab 0.14±0.02a 40 74.20±7.30c 15.94±0.78b 19.04±0.56a 0.13±0.01a 50 95.64±19.02b 17.86±2.01a 19.71±3.15a 0.14±0.02a 注：每列不同小写字母代表不同光照处理间差异显著(P＜0.05)。
Note: Different small letters in the same column indicated significant differences (P＜0.05).
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