全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2014, 50 (1): 56~6056
收稿 2013-10-08　　修定 2013-11-21
资助 湖南省教育厅项目(12C0843)和民族药用植物资源研究与
利用湖南省重点实验室开放项目(HHUW2011-64)。
* 通讯作者 (E -ma i l : l i ang juan8242@163 .com; Te l :
15874592599)。
不同土壤水分条件对七叶一枝花光合特性及有效成分皂苷含量的影响
梁娟1, 2, *, 郭泽宇1, 叶漪1
1 怀化学院生命科学系, 湖南怀化418000; 2 民族药用植物资源研究与利用湖南省重点实验室, 湖南怀化418000
摘要: 采用盆栽土壤水分胁迫试验方法, 分析不同土壤水分含量(5.78%~21.32%)对珍稀濒危药用植物七叶一枝花(Paris
polyphylla)光合特性和主要有效成分皂苷积累的影响, 以期为人工栽培中水分的管理提供依据。结果表明, 随着水分胁迫
的加剧, 叶绿素含量、最大净光合速率(Amax)和光饱和点(LSP)逐渐下降, 而光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(Rd)逐渐升高; 根茎
体内总皂苷含量则随土壤水分含量的降低先增加后降低, 当土壤含水量为12.44%时皂苷含量最大(11.95%)。可见水分胁
迫不利于七叶一枝花的光合作用, 但适度水分胁迫可提高其皂苷含量。因此, 人工栽培七叶一枝花时, 前期需提供较充足
水分以满足其营养生长, 后期则可进行适当的水分胁迫, 以提高皂苷含量。
关键词: 七叶一枝花; 水分胁迫; 光合特性; 皂苷含量
Effects of Different Soil Moisture Conditions on Photosynthetic Characteristics
and Effective Content of Saponin of Paris polyphylla
LIANG Juan1, 2, *, GUO Ze-Yu1, YE Yi1
1Department of Life Sciences, Huaihua University, Huaihua, Hunan 418000, China; 2Key Laboratory of Hunan Province of Study
and Utilization of Ethnic Medicinal Plant Resources, Huaihua, Hunan 418000, China
Abstract: Using pot experiment of soil water stress, the photosynthetic characteristics and effective content of
the endangered Paris polyphylla with the treatments of different soil moisture conditions (5.78%–21.32%) were
studied, which could provide basis for water management in artificial cultivating. Results showed with the in-
tensification of water stress, the chlorophyll content, maximum net photosynthetic rate and light saturation point
decreased gradually, while the light compensation point and dark respiration rate increased. The total saponin
content in rootstalk first increased and then decreased with the decreasing of soil water content, and the saponin
content was the highest (11.95%) when the soil moisture content was 12.44%. It meant that water stress was not
conductive to the photosynthesis of Paris polyphylla, but moderate drought conditions could increase the con-
tent of saponin. So we can maintain certain moisture at the vegetative growth stage of Paris polyphylla, while
in the later period we can make appropriate drought treatment to increase the content of saponin.
Key words: Paris polyphylla; water stress; photosynthetic characteristics; saponin content
七叶一枝花, 又名蚤休、重楼, 百合科重楼属
多年生草本植物, 属华中珍稀濒危植物(王诗云等
1995), 生长于海拔700~1 100 m地带的山谷、溪涧
边、阔叶林下阴湿地, 喜在凉爽、阴湿、水分适
度的环境中生长, 喜斜射或散光, 忌强光直射, 属
典型的阴性植物。七叶一枝花以根茎入药, 主要
用于治疗各种疮毒、痈疽和毒蛇咬伤等(边洪荣等
2002)。现代药理研究表明, 七叶一枝花具有止
血、镇静镇痛、免疫调节、抗肿瘤、抗炎、抗菌
抑菌和抑制精子活性等作用, 有着巨大的药用价
值, 而皂苷是其发挥药用价值的主要有效成分(汤
海峰等1998; 张嫚等2011)。七叶一枝花的利用以
野生资源为主, 随着需求量日益增加, 野生资源逐
渐匮乏, 人工栽培是解决七叶一枝花供需矛盾和
保护野生资源的有效途径。
目前关于七叶一枝花人工栽培的研究不多,
且仅停留在人工栽培条件下的选地、遮阴、施
肥、病虫害防治等简单田间管理上 (田启建等
2010; 王英等2011), 尚无栽培技术的整体和深入研
究, 而关于不同生态因子对七叶一枝花生理特性
梁娟等: 不同土壤水分条件对七叶一枝花光合特性及有效成分皂苷含量的影响 57
影响的研究更是未见报道。水分是中药材生长发
育的必要条件之一, 对中药材的产量和质量影响
较大(柯用春等2005; 郭巧生等2010)。本实验采用
盆栽控水法, 研究不同水分条件对七叶一枝花光
合特性和主要有效成分皂苷含量的影响, 探讨适
宜其生长和皂苷积累的水分条件, 为人工栽培七
叶一枝花时水分的科学管理提供依据。
材料与方法
1 材料与处理
5月初将长势均一的七叶一枝花 ( P a r i s
polyphylla Sm.)野生植株栽入到上口径21 cm, 下口
径14 cm, 高19 cm的花盆中, 基质为壤土, 每盆3.5
kg, 各盆农艺管理一致。6月初选取25盆移进温室
内, 并随机分为5组, 每组5盆。统一饱和灌溉后采
取每隔一个星期对其中一组停止供水, 其余组继
续正常浇水的方法控制各处理的土壤水分, 于最
后一组(即正常对照组)最后一次浇水3 d后进行光
合特性和有效成分含量皂苷的测定。
2 土壤含水量的测定
土壤含水量的测定采用烘干法, 不同水分处
理组土壤含水量取第一天及最后一天土壤含水率
的平均值(张桂清2008)。各处理组的土壤含水量
分别为21.32% (对照)、15.50% (处理I)、12.44%
(处理II)、9.02% (处理III)、5.78% (处理IV), 即土
壤含水量从对照到处理IV依此递减。
3 叶绿素含量的测定
随机选取长势基本一致的、健康的叶片, 参
照Arnon法(Arnon 1949), 95%乙醇提取叶绿素, 用
紫外可见分光光度计(DU-800, USA)测定叶片叶绿
素含量。
4 光合特性的测定
利用LI-6400便携式光合测定系统(LI-COR,
USA)自带的自动测定程序测定光合-光强曲线(Pn-
PAR)。测定前, 首先让被测叶片在自然荫棚光强下
适应2 h, 于上午9:00~11:30进行测定。温度与CO2浓
度采用自然条件, 光强(PAR)为0、20、50、100、
200、300、500、700、1 000、1 200、1 400、1 600
和2 000 μmol·m-2·s-1, 共13个梯度, 由仪器配备的红蓝
光源(6400-02B LED光源)产生。根据Pn-PAR曲线的
初始斜率(PAR<250 μmol·m-2·s-1)计算出表观量子效
率(AQY)。参照Bassman和Zwier (1991)的方法计算
光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)及最大净光合速率
(Amax)等。
选择无云天气, 在上午10:00进行不同土壤水分
处理的七叶一枝花瞬时光合特性的测定。每个处理
分别选用3盆材料, 每盆选3片叶, 取平均值。记录瞬
时净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、
胞间CO2浓度(Ci)等。
5 皂苷含量的测定
采用香草醛-冰醋酸-高氯酸紫外显色测定七
叶一枝花根茎中总皂苷含量。皂苷含量标准曲线
的方程为: Y=0.0002X－0.0038, 其中X为皂苷含量
(μg·μL-1), Y为吸光值/560 nm。
计算方法: 样品皂苷含量(%)=(C×V总)/(W×V测
×106)×100。其中C为在标准曲线上查到的皂苷含
量(μg·μL-1), V总为提取液总体积(mL), V测为测定时
提取体积(mL), W为样品重量(g), 106为样品重量单
位由g换算成μg的倍数。
6 数据分析
所有数据均通过Exce l进行整理 , 并利用
SPSS13.0统计分析软件进行分析和处理。
实验结果
1 光合色素含量比较
不同水分胁迫下, 七叶一枝花叶绿素a (Chla)、
叶绿素b (Chlb)及叶绿素总量(Chla+b)差异显著(表
1)。从处理I到处理IV, 即随着水分胁迫的加剧,
Chla、Chlb、Chla+b呈明显下降趋势, 表明水分胁
迫降低了七叶一枝花叶片叶绿素含量。对照组(土
壤水分为21.32%) Chla、Chlb、Chla+b低于处理I
和处理II, 而高于处理III和IV。
2 光合特性比较
水分胁迫处理下, 七叶一枝花的光合速率先
随光强的增强而增加, 然后下降; 但相同光强不同
水分胁迫下七叶一枝花的光合速率存在一定差异,
即随着水分胁迫的加剧, 光合速率逐渐下降(图
1)。通过Pn-PAR曲线方程及相应方程计算发现, 水
分胁迫导致七叶一枝花叶片的光饱和点、最大净
光合速率及表观量子效率均出现了不同程度的下
降, 而光补偿点、暗呼吸速率则出现了不同程度
的升高(表2)。与正常供水比较, 处理I~IV最大光
植物生理学报58
合速率分别下降了8.12%、18.65%、38.17%、
48.53%, 说明水分胁迫不利于七叶一枝花的光合
作用。总的来说, 七叶一枝花的光饱和点与光补
偿点均比较低, 例如对照处理下, 七叶一枝花的光
饱和点和补偿点分别为523和14.13 μmol·m-2·s-1。
不管是哪种水分处理, 七叶一枝花在强光下都出
现了不同程度的光抑制, 水分胁迫越严重, 越容易
出现光抑制, 说明七叶一枝花适宜生长在阴生的
环境中。
随着土壤含水量降低, 七叶一枝花瞬时净光
合速率(图2-A)、蒸腾速率(图2-B)、气孔导度(图
表1 不同水分条件下七叶一枝花叶片光合色素含量比较
Table 1 Comparison of chlorophyll content of Paris polyphylla under different water conditions
水分条件 叶绿素a含量/mg·g-1 叶绿素b含量/mg·g-1 叶绿素a/b 总叶绿素含量/mg·g-1
CK 1.01±0.05b 0.50±0.04b 2.03±0.27a 1.50±0.04b
I 1.26±0.03a 0.67±0.10a 1.88±0.41b 1.92±0.05a
II 1.14±0.09a 0.56±0.01b 2.04±0.30a 1.70±0.04a
III 0.85±0.10c 0.44±0.08c 1.93±0.40a 1.28±0.06c
IV 0.57±0.04d 0.33±0.06c 1.73±0.44b 0.90±0.03c
同列小写字母表示在0.05水平差异显著, 表2同此。
图1 不同水分条件下七叶一枝花叶片光响应曲线
Fig.1 Light response curves of Paris polyphylla under
different water conditions
表2 不同水分条件下七叶一枝花叶片光合参数
Table 2 Photosynthetic parameters of Paris polyphylla under different water conditions
水分条件
最大光合速率 光饱和点 光补偿点 暗呼吸速率
表观量子效率α
Amax /μmol·m
-2·s-1 LSP/μmol·m-2·s-1 LCP/μmol·m-2·s-1 Rd /μmol·m
-2·s-1
CK 5.79±0.48a 523±51a 14.13±1.38c –1.43±0.14c 0.082±0.02a
I 5.32±0.45a 515±48a 15.34±1.45c –1.26±0.13b 0.071±0.02b
II 4.71±0.43b 506±47a 18.51±1.75b –1.20±0.12b 0.068±0.02b
III 3.58±0.32c 478±43a 18.76±1.81b –1.12±0.12a 0.065±0.01b
IV 2.98±0.25c 235±24b 19.22±1.87a –1.05±0.10a 0.051±0.01c
2-C)呈逐渐降低趋势, 且各处理间差异显著, 而胞
间CO2浓度(图2-D)逐渐升高, 但各处理间变化不明
显)。轻度干旱时(处理I和II), 净光合速率分别下
降到对照的84.10%和74.20%; 当出现中度干旱时
(处理III), 净光合速率下降到对照的59.72%; 而当
出现严重水分亏缺时(处理IV), 净光合速率下降明
显, 仅达到正常供水的22.61%。土壤水分含量为
5.78%, 即过度水分胁迫时, 植株已枯萎接近死亡,
气孔几乎关闭, 蒸腾作用很弱, 蒸腾速率、净光合
速率都很低, 进一步说明水分胁迫不利于七叶一
枝花光合作用。
3 根茎皂苷含量比较
不同水分处理下, 根茎体内皂苷含量随土壤
水分胁迫的加深先增加后降低, 在处理II (水分含
量12.44%)时达到最高, 为11.95%, 但当含水量过低
时, 即出现过度水分胁迫时, 皂苷含量较低, 为
5.4% (图3)。可见, 土壤水分对七叶一枝花根茎体
内有效成分皂苷影响较大, 适度干旱有利于其主
要有效成分皂苷的积累。
讨　　论
1 不同水分处理对七叶一枝花叶片光合特性的影响
有研究表明, 水分胁迫可使植物叶绿素含量
梁娟等: 不同土壤水分条件对七叶一枝花光合特性及有效成分皂苷含量的影响 59
降低, 在水分过饱和的条件下, 即土壤渍水也会导
致植株叶绿素含量降低(肖宜安2001), 主要原因可
能是干旱胁迫使叶绿体片层中的Chla/b-蛋白复合
体合成受到抑制(Albert等1977), 或者与水分胁迫
导致叶绿体发生膜质过氧化而产生的破坏作用有
关(蒋明义等1994)。本研究中, 处理I~IV, 随着水
分胁迫的加剧, Chla、Chlb、Chla/b、Chla+b含量
均下降。而对照组, 即水分相对饱和的条件下, 七
叶一枝花叶片叶绿素含量略有降低, 可能是由于
水分过量会引起根系产生大量的乙醇、乙烯等,
使细胞分裂素(CTK)降低, 从而导致叶绿素含量的
减少(杨燕等2005)。但总的来说, 水分胁迫不利于
七叶一枝花叶绿素的形成, 对其光合作用将有显
著的抑制作用。
植物光补偿点和光饱和点的高低直接反映了
植物对弱光的利用力, 是植物耐荫性评价的重要
指标(刘悦秋等2007)。总的来说, 不同水分处理下
七叶一枝花的光补偿点与光饱和点均偏低, 在强
光下出现光抑制, 尤其当受到水分胁迫时, 更容易
出现光抑制。说明七叶一枝花利用全日光照的强
光能力不强, 对较强光环境的适应性不好, 适合在
弱光下生长, 这与其喜阴的生态习性是完全吻合
的。随着水分胁迫的加剧, 七叶一枝花的最大净
光合速率、瞬间净光合速率、表观量子效率均降
低, 该变化规律与七叶一枝花叶片叶绿素变化基
本一致, 说明水分胁迫不利于植株的光合作用, 不
利于植株地上部分的生长, 七叶一枝花适合生长
在较为潮湿的生境中。
2 不同水分处理对七叶一枝花根茎皂苷含量的影响
次生代谢产物是药用植物的主要有效成分,
其合成和积累是在相关基因的基础上, 一定的环
境条件诱导作用的结果, 生境条件变化将引起次
生代谢产物含量的变化, 且一定的环境胁迫有利
图2 不同水分条件下七叶一枝花叶片瞬时净光合速率(A)、蒸腾速率(B)、气孔导度(C)和胞间二氧化碳浓度(D)比较
Fig.2 Comparison of net photosynthetic rate (A), transpiration rate (B), stomatal conductance (C) and intercellular carbon dioxide
concentration (D) of Paris polyphylla under different water conditions
图3 不同水分条件下七叶一枝花根茎体内皂苷含量比较
Fig.3 Comparison of total saponin content in rootstalk of
Paris polyphylla under different water conditions
植物生理学报60
于或促进药用植物次生代谢有效成分的积累(黄璐
琦和张瑞贤1997; 黄璐琦和郭兰萍2007; 李霞等
2007; Zobayed等2007)。Bernays (1989)认为植物
体内次生化合物浓度通常与干旱胁迫的程度、发
生时间的长短有关。短时间的干旱胁迫, 可使次
生化合物增加, 长时间的胁迫, 会得到相反的结
果。在适度干旱胁迫下, 植物生长受到限制, 大量
光合产物就在体内积累, 植物便利用这些“过剩”的
光合产物合成含碳次生化合物(Lorio 1986), 所以
在处理II水平下七叶一枝花根茎体内皂苷含量最
大(11.95%), 而后, 随着水分胁迫的加深, 七叶一枝
花叶片光合作用下降, 减少了合成皂苷的原料, 所
以皂苷含量下降。
综上所述, 水分胁迫不利于七叶一枝花的光
合作用, 不利于植株地上部分的生长, 七叶一枝花
适合生长在较为潮湿的环境中, 但适度干旱条件
可提高七叶一枝花体内有效成分皂苷含量。因此
人工栽培时, 在七叶一枝花营养生长期, 需保持土
壤中一定的水分, 以保证其较好地进行光合作用,
但在后期可进行适当的干旱处理, 以提高有效成
分含量。
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