全 文 ：黄芩植株光合特性初步研究
刘金花,李 佳,张永清*
(山东中医药大学,山东 济南 250355)
摘 要:目的 研究黄芩植株光合特性及其生理生态影响因子,为确定合理栽培措施提供参考。方法 利用 CIR2
AS ) 1 便携式光合作用测定仪测定日中不同时段、不同光子通量密度( PPFD)下的净光合速率( Pn)及部分生理生
态因子变化。采用灰色关联分析确定黄芩植株 Pn与生态因子间的关联度。结果 黄芩植株不同部位叶片 Pn 为
中部叶片> 基部叶片> 顶部叶片,光饱和点为1 302 Lmol/ ( m2 # s) ,光补偿点为 1011 5 Lmol/ ( m2 # s) ;日 Pn 变化
呈双峰曲线,有典型的光合/ 午休0现象; Pn 与气孔导度(Gs)密切相关( r= 01 88, P < 01 05)。结论 PPFD 和空气湿
度是影响黄芩 Pn 的主要生态因子。
关键词:黄芩;光合特性;生态因子
中图分类号: R2821 2 文献标识码: A 文章编号: 025322670( 2009)0620961204
Photosynthetic characteristics of Scut ellariae baicalensis
LIU Jin2hua, LI Jia, ZHANG Yong2qing
( College of Pharmacy, Shandong University of Traditional Chinese Medicine, Jinan 250355, China)
Abstr act : Objective To discuss the factor that affected the photosynthetic characterist ics, physiologi2
cal and ecological pr operty of Scutellar iae ba ica lensis, and pr ovide the reference for choosing reasonable
cultural measurement1 Methods The net photosynthet ic rates ( Pn) and some physiological and ecological
factors were measur ed with CIRAS ) 1 in different time and differ ent photosynthet ic photon flux density
( PPFD)1 The correlat ion between Pn and ecological factor was done by grey corr elat ion analysis1 Results
Pn changed with the par ts that leaves seated in the plant , the middle leaves > the basal leaves > the ter2
minal leaves, light saturat ion point was 1 302 Lmol/ (m2 # s) , light compensation point was 1011 5 Lmol/
(m2 # s) ; T he diurnal change trend of Pn showed a double peak cur ve, pr esent ing a typical phenomenon of
/ photosynthesis midday depression01 There was a close correlat ion between Pn and stomatal conductance
(Gs) ( r= 01 88, P < 01 05)1 Conclusion PPFD and air humidity are main ecological factor that affects Pn
of S1 baica lensis1
Key words: Scutel lar ia eba ica lensis Geor gi; photosynthet ic characteristics; ecological factor
黄芩为唇形科植物黄芩 Scutel la ria baica lensis
Georgi的干燥根部, 可清热燥湿、泻火解毒、凉血、
止血、除热安胎[ 1] ,属于大宗常用中药材之一。因功
效卓著、临床应用范围广,其市场需求量逐年大幅度
增加,仅靠有限的野生资源已经远远不能满足需要,
所以有关黄芩的人工栽培研究逐步深入。光合作用
是植物药材产量和品质形成的基础,是评价药用植
物生产能力的重要指标。目前, 有关黄芩植株光合
生理生态特性方面的研究报道很少,许多问题有待
深入探讨。本实验研究了黄芩植株的光合特性及其
与生理生态因子之间的关系, 旨在为确定合理的栽
培措施、实现规范化种植提供理论依据。
1 材料与方法
11 1 材料: 2007年 4 月 10日, 取山东省日照市援
康生态农业有限公司黄芩规范化种植基地(莒县库
山乡)培育的一年生小苗进行盆栽,常规管理。待植
株进入花期后,经山东中医药大学周凤琴教授鉴定
为唇形科植物黄芩 S1 ba icalensis Georgi。
11 2 仪器: CIRAS ) 1 便携式光合作用测定仪 (英
国 PP2Systems公司) ; UV ) 754紫外可见分光光度
计(上海分析仪器厂) ;石英比色皿(江苏宜兴万石石
英玻璃器件厂)。
#961#中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 40 卷第 6 期 2009 年 6 月
* 收稿日期: 2008210225 基金项目:山东省农业良种工程重大课题( 2008LZ013202) ;山东省自主创新重大科技专项计划项目( 2006GG1109078)。作者简介:刘金花( 1979) ) ,女,山东汶上县人,山东中医药大学中药学专业 2008级博士研究生,研究方向为中药资源与中药材质量控制。
* 通讯作者 张永清 T el: 13969053200 E2mail: zyq622003@126. com
11 3 方法:试验在山东中医药大学药用植物栽培实
验室进行。
11 31 1 叶绿素提取及测定:分别取基部叶片(茎基
部 3~ 5节上着生的叶片)、中部叶片(茎中部叶片)
和顶部叶片(茎顶端 3~ 5 节上着生的叶片)。用丙
酮提取法提取后, 在分光光度计上于 663、646 nm
波长下比色,计算叶绿素的量[ 2]。
11 31 2 净光合速率( Pn)光响应曲线测定:自然光
下人工控制光强,用不同层数的纱布控制照射到叶
室的光强度, 每改变一个光强, 等待 CO2 差值稳定
后存储测定结果, 然后再改变至另一光强。根据不
同光强下的 Pn,绘制 Pn对光量子通量密度( PPFD)
的响应曲线。
11 31 3 叶片 Pn与 PPFD的日变化测定: 2007年 5
月 12日(晴天无风) , 自 7: 00~ 17: 00每隔 1 h 测 1
次,每次选择 3个植株,每植株选择中部 3个成熟叶
片进行测定,取其平均值。由于黄芩植株叶片较小,
无法充满光合作用系统叶室, 测定前选择生长部位
相同、大小一致、完全展开的成熟叶片挂牌标记, 叶
面积用纸称质量法测定, 然后把测定数据输入光合
作用系统,系统根据叶面积大小自动计算出所测叶
片 Pn等数据。
测定指标包括叶片 Pn1Lmol/ m2 # s2、PPFD
1Lmol/ (m2 # s)2、气孔导度1Gs, mmol/ (m2 # s)2、
大气 CO2 浓度 ( Ca, Lmol/ mol)、空气相对湿度
(RH , % )、大气温度( Ta, e )等。
11 31 4 灰色关联分析:设参考数列为 x0 ,比较数列
为 x i , i= 1, 2, , , n,且 x0c= [ x0c(1) , x0c(2) , , , x0c
( n) ] ; x ic= [ x ic(1) , x ic( 2) , , , x ic ( n) ]。x0c数列为
光合速率( x0 )序列均值化处理后的生成数列; x ic
( i= 1, 2, , , n)为相应 x i 序列的生成数列。依据灰
色关联分析法, 得 x0c与x ic在第k 点的关联系数:
Ni ( k)= ( v min+ p @v max ) / ( v ik+ p @v max ) (1)
式中v ik 为差值, 表示 x0 数列与 x i 数列在第 i 点的绝对
值; v max为二级最大差, 表示在一级最小差的基础上, x 0 数
列与 x i 数列对应点差值中的最大值。v min为二级最小差, p
为分辨系数,一般取 p= 01 5。
综合各时刻的关联系数, 得彼此比较数列 x ic与
参考数列x 0c的关联度:
ri = 1/ n2Ni ( k) ( k= 1~ n) ( 2)
由 r i 依大小排成序列, 根据排列序次即可确定
各比较数列对参考数列影响程度的重要性。
2 结果与分析
21 1 不同叶位叶片叶绿素的量及 Pn:经测定,黄芩
植株不同叶位叶片中的叶绿素的量及其 Pn见表 1。
表 1 黄芩植株不同叶位叶片叶绿素量及 Pn( x ? s)
Table 1 Contents of chlorophyll and Pn of leaves seated
in different par ts of S1 baicalensis (x ? s)
部 位 叶绿素/ ( mg # g
- 1 )
a b a+ b
净光合速率/
(Lmol # m- 2 # s- 1 )
基部叶片 01 11? 01 03 01 03 ? 01 01 01 14 ? 01 04 161 2 ? 01 64
中部叶片 01 15? 01 02 01 04 ? 01 00 01 19 ? 01 02 191 8 ? 01 92
顶部叶片 01 10? 01 04 01 03 ? 01 01 01 13 ? 01 05 151 1 ? 01 41
植株叶片光合能力与其叶绿素量之间有着密切
的关系。表 1结果显示, 黄芩植株叶片光合能力随
其叶绿素量增加而增强,经统计分析,二者具明显正
相关,相关系数为01 998 0( P< 01 05)。黄芩植株不
同叶位叶片叶绿素量以中部叶片最高, 所以其光合
能力也最强,其基部与上部叶片叶绿素量较低, 其光
合能力也较低,总体趋势是:中部叶片> 基部叶片>
顶部叶片。
21 2 叶片 Pn的光响应:通过调节 PPFD,测定叶片
Pn的相应变化,得到黄芩植株叶片 Pn 的光响应曲
线,结果见图 1。
图 1 黄芩叶片 Pn光响应曲线
Fig1 1 PPFD Response curve of Pn in leaves of S1 baicalensis
图 1结果显示,随着 PPFD的增加,黄芩植株叶
片 Pn不断升高,当 PPFD达到1 200 Lmol/ (m2 # s)
时, Pn达到最大值, 为 15 Lmol CO2 / ( m2 # s)。根
据光响应曲线, 计算出其光饱和点为1 302 Lmol/
(m2 # s) , 光补偿点为 1011 5 Lmol/ (m2 # s)。从光
饱和点和光补偿点可以推断,黄芩属于阳生植物,在
其生长发育过程中需要较强的光照。
21 3 叶片 Pn 与 PPFD 的日变化:经测定, 黄芩植
株叶片 Pn与 PPFD的日变化情况见图 2。
图 2 结果显示, 黄芩植株叶片在全光照条件下
的 Pn日变化呈双峰曲线状。第一个高峰出现在
1 1 : 0 0, 其Pn达到2 01 2Lmol/ ( m2 # s ) , 此时的
#962# 中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 40 卷第 6 期 2009 年 6 月
图 2 黄芩植株叶片 Pn 与 PPFD的日变化
Fig1 2 Diurna l changes in Pn and PPFD
in leaves of S1 ba icalensis
PPFD为1 306 Lmol/ ( m2 # s)。此后, 随着 PPFD
的增加, Pn开始下降, 至下午 14: 00时,其 Pn 迅速
下降到 91 4 Lmol/ ( m2 # s) ,为一天中的最低值, 此
时的 PPFD为1 554 Lmol/ ( m2 # s) , 出现了所谓的
/午休0现象。/午休0之后, 随着 PPFD下降, Pn 略
有回升, 在 15: 30 时出现第二个高峰, 其 Pn 达到
151 2 Lmol/ (m2 # s)。
21 4 叶片 Gs与 Pn的关系:黄芩植株叶片的 Gs日
变化与其 Pn变化之间的关系见图 3。
图 3 黄芩植株叶片 Pn 与 Gs的日变化
Fig1 3 Diurnal changes in Pn and Gs
in leaves of S1 ba ica lensis
图 3结果显示, 黄芩植株叶片 Gs的日变化与
Pn日变化相似,也呈双峰曲线型。经统计分析, 二
者之间具有显著正相关 ( r= 01 880 0, P< 01 05)。
/午休0现象的出现主要是由气孔关闭、CO2 浓度降
低所导致的。
215 叶片 Pn与生态因子的灰色关联分析:为探讨各
种生态因子对黄芩植株叶片 Pn的影响, 将测定的有
关数据代入公式( 1)和( 2) ,计算得到生态因子之间的
关联度,并将其排序,结果见表2。
表 2 黄芩植株叶片 Pn 与生态因子间的关联度及其排序
Table 2 Correlation and sequence between S1 baicalensis
leaves Pn and ecologica l factor s
生态因子 关联度 关联序次
大气 CO2 浓度 01 576 5 4
光子通量密度 01 714 6 1
空气湿度 01 685 1 2
大气温度 01 684 0 3
表 2结果显示, 与黄芩植株叶片 Pn 关系最密
切的生态因子是 PPFD,其后依次是空气湿度、大气
温度和大气 CO2浓度。
3 讨论
31 1 黄芩植株叶片叶绿素的量与其光合作用的关
系:植物的光合作用是在叶绿体中进行的。研究结果
显示,黄芩植株叶片的 Pn 与其叶绿素的量成正比。
植株不同部位叶片的 Pn表现为中部叶片> 基部叶
片> 顶部叶片。其原因在于顶部叶片属于幼嫩叶片,
其叶绿素的量低,并且有一部分叶绿体结构还不完
全,光合酶活性也相当低,所以其光能的转化效率低;
中部叶片属于壮龄期,不仅叶绿素量高, 而且叶绿体
的结构都已高度分化形成,光合酶活性也大大增强,
所以其光合速率达到叶片一生中的最大值;基部叶片
进入衰老期,气孔阻力和叶肉细胞阻力增强,限制了
二氧化碳的供应,叶绿体逐渐解体,叶绿素量与酶活
性降低,因而光合能力逐渐减弱。
31 2 黄芩植株对光照的适应性:植物叶片的光饱和
点与光补偿点反映了植物对光照条件的要求,一般
情况下光饱和点和光补偿点均较低者属于耐阴植
物,反之属于阳生植物。光补偿点较低、光饱和点较
高的植物对光环境的适应性较强;而光补偿点较高、
光饱和点较低的植物对光照的适应性较弱。研究结
果表明,黄芩植株的光饱和点较高, 而光补偿点较
低,说明黄芩为典型的阳生植物,对光照的适应性较
强,强光和弱光均可有效利用。所以栽培黄芩时宜
选择光照充足地块,并适当加大种植密度,可以达到
提高药材产量的目的。
31 3 黄芩植株叶片的光合/午休0现象:植物光合作
用是一个非常复杂的生理过程, 叶片光合速率与自
身因素和环境因子密切相关。在自然条件下,黄芩
Pn日变化呈明显双峰曲线, 出现光合/午休0现象。
Gs是指植物气孔传导 CO2 和水气的能力, 植物通
过改变气孔的开度等方式来控制与外界的 CO2 和
水汽交换,从而调节光合速率和蒸腾速率,以适应不
同的环境条件[ 3]。根据 Farquhar 理论判断[ 4] ,黄芩
Pn中午降低是由于气孔限制引起的, 大气 CO2 浓
#963#中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 40 卷第 6 期 2009 年 6 月
度是影响 P n的主要环境因子。黄芩植株出现光合
/午休0现象时, 光照强度变化不是很大,光强可能不
是导致光合速率中午降低的直接原因, 但它是引起
日气温和湿度等变化的主要因素,从而间接地影响
光合作用。
31 4 黄芩 Gs与 Pn 的关系:植物的光合作用受气
孔调节与非气孔调节的共同影响,但在不同的植物
中其作用不等[ 5]。本研究表明,黄芩叶片气孔阻力
在一天中呈现规律性变化,并且同步同向对应着 Pn
的日变化,两者之间呈极显著正相关,表明黄芩植株
Pn与气孔调节是密切相关的。
31 5 黄芩植株 Pn与生态因子的灰色关联分析:本
研究表明, PPFD、空气湿度是影响黄芩植株 Pn 的
主要生态因子。由于 PPFD依赖于自然条件的变
化,不易控制,而空气湿度则可以通过技术措施加以
改变。因此生产上在 7~ 8月高温干旱季节应加强
黄芩田间水分管理, 合理灌溉, 增加土壤水分,提高
空气相对湿度,以提高叶片光合能力,增加光合作用
日同化量。同时在有条件地区推广喷灌技术,创造
人工小气候,从而减少或避免/午休0现象的出现,为
药材产量的提高奠定基础。
参考文献:
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广东土牛膝HPLC指纹图谱的研究
张 军1 ,张晓琦2 ,汤 毅3* ,林雪颖1 ,邓鲲鹏1
( 11 广州中医药大学新药开发研究中心,广东 广州 510405; 21 暨南大学中药及天然药物研究所, 广东 广州 510632;
31 广州中大创新公司,广东 广州 510070)
摘 要:目的 采用 H PLC法对广东土牛膝进行指纹图谱研究, 为广东土牛膝药材质量控制提供依据。方法 实
验采用 Kromasil C18柱( 250 mm @41 6 mm, 5 Lm) , 以乙腈2水为流动相梯度洗脱, 体积流量 11 0 mL/ min, 柱温 25
e ,检测波长 230 nm。结果 建立广东土牛膝药材 H PLC指纹图谱,确定 13 个共有峰,确定其相对保留时间和相
对峰面积。结论 在选定的条件下所建立的指纹图谱为广东土牛膝药材质量控制提供依据。
关键词:广东土牛膝; HPLC指纹图谱;泽兰素
中图分类号: R2821 7 文献标识码: A 文章编号: 025322670( 2009)0620964204
Fingerprint of Eupatorium chinense by HPLC
ZHANG Jun1 , ZHANG Xiao2qi2 , TANG Yi3 , LIN Xue2ying1 , DENG Kun2peng1
( 11 New Drug R& D Center, Guangzhou Universit y of T raditional Chinese Medicine, Guangzhou 510405, China;
21 Institute of Chinese Mater ia Medica and Natural Products, Jinan U niversit y, Guangzhou 510632, China;
31 Guangzhou Zhongda Innovation Company, Guangzhou 510070, China)
Abstr act: Objective To establish the HPLC finger print of Eup ator ium chinense1 Methods The ana2
lysis was performed on a Kromasil C18 column ( 250 mm@41 6 mm, 5 Lm) with acetonit rile2water as mobile
phase in a gr adient mode1 The flow rate was 11 0 mL/ min1 The column temperature was 25 e and the de2
tect ion wavelength was 230 nm1 Results The fingerprint of E1 chinense with common 13 peaks was estab2
l ished1 The relat ive r etent ion t ime and the ranges of relat ive area of the common peaks were determined1
Conclusion The established fingerpr int could be used for the quality control of E1 chinense1
Key words: Eupa tor ium chinense L1 ; HPLC fingerprint ; eupar in
#964# 中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 40 卷第 6 期 2009 年 6 月
* 收稿日期: 2008209218 作者简介:张 军( 1971 ) ) ,男,山东淄博人,副研究员、硕士,研究方向为中药新药药学研究。
T el : (020) 39358519 E2mail: zh jxsh@yahoo1 com1 cn
* 通讯作者 汤 毅 T el: 13352816718 E2mail: t igertang@21cn1 com