復種連作對太子參光合作用的影響
來源： http:/// 類別：實用技術 更新時間：2013-02-19 閱讀次
【本資訊由中國糧油儀器網(wǎng)提供】 在福建“柘參”產(chǎn)區(qū)主要通過水稻與太子參輪作來緩解這一嚴重問題，但長期采用這種輪作模式也就成為所謂的復種連作，仍會導致太子參產(chǎn)量明顯降低。而且受柘榮山區(qū)地理條件的限制，稻參輪作也不能大面積實施，更不能滿足當前太子參日益增高的需求量，太子參連作障礙依然是限制太子參產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問題，嚴重影響著柘榮太子參的產(chǎn)業(yè)化和可持續(xù)發(fā)展。本研究旨在比較太子參產(chǎn)量和品質(zhì)的形成過程中連作栽培和稻參輪作的影響，為解決太子參連作障礙提供參考，為建立高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)太子參栽培技術體系提供理論依據(jù)。
以柘參2號品種為材料，2008年7月在福建柘榮太子參規(guī)范化栽培生產(chǎn)基地，采收太子參后于同一地塊上設計試驗組和對照組，小區(qū)試驗，小區(qū)面積各為250m2，重復3次。參照林光美等方法，種太子參施農(nóng)家肥和復合肥，整地后做畦起壟，壟長10m，寬80cm，壟高25cm，在壟上開溝，深約12cm。條播太子參，行距15cm，株距4cm，下種量為150kghm–2。
試驗組為“太子參-休閑-太子參”連作栽培模式，采收太子參后于夏秋季休閑(2008年8月至11月)，再于2008年11月22日栽培太子參；對照組為“太子參-水稻-太子參”輪作栽培模式，采收太子參后于夏秋季栽培水稻，后于2008年11月22日栽培太子參。經(jīng)正常田間管理，于2009年2月22日出苗后測定光合生理指標。于2009年7月3日采收連作和輪作太子參，測定產(chǎn)量和品質(zhì)指標。選擇晴朗無云天氣10：00~12：00，用光合有效輻射記錄儀測定太子參倒二葉葉片中部的光合作用特征指標，采用內(nèi)置光源，設定光強為800mmolm–2s–1測定。同期采用SPAD-502測定儀測定連作與輪作太子參倒二葉的葉綠素含量。取連作與輪作太子參倒二葉葉片中部，暗適應20min后，參照彭愛紅等的方法，以人參皂苷Rb1為標準溶液，在紫外分光光度計上測定560nm的吸光度。配制葡萄糖標準液，通過蒽酮顯色反應繪制標準曲線。將采集的太子參樣品按上述實驗方法處理后，沸水蒸餾提取太子參多糖，經(jīng)蒽酮顯色反應后測定吸光度，按回歸方程計算樣品中多糖含量。在采收期(2009年6月20日)采集輪作和連作太子參，應用石蠟包埋切片法制備太子參根部和葉片超薄切片，經(jīng)固定、脫水、包埋、脫蠟后，以1%番紅和二甲苯染色，在CFX-908顯微鏡數(shù)碼新視窗組合CX21型普通光學顯微鏡顯微攝像系統(tǒng)中觀察兩組太子參根部和葉片顯微結(jié)構(gòu)的差異，所選放大倍數(shù)為40(物鏡)×10(目鏡)。與稻參輪作相比，連作太子參葉片葉綠素相對含量(SPAD)顯著降低，差異極顯著(P<0.01)，葉片凈光合速率(Pn)也顯著(P<0.05)降低。連作太子參葉綠素熒光動力學參數(shù)中的最大熒光(Fm)、可變熒光(Fv)、Kautsky效應最大熒光(Fp)、穩(wěn)態(tài)非光化學猝滅系數(shù)(NPQ_Lss)等指標也相應降低，呈顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)差異。其余葉綠素熒光動力學指標如初始熒光(Fo)、最大量子產(chǎn)額(QY_max)、穩(wěn)態(tài)連續(xù)熒光產(chǎn)額(Ft_Lss)、穩(wěn)態(tài)最小熒光(Fo_Lss)、穩(wěn)態(tài)最大熒光(Fm_Lss)，穩(wěn)態(tài)光化學猝滅(qP_Lss)、穩(wěn)態(tài)光系統(tǒng)II量子產(chǎn)額(QY_Lss)在重茬太子參葉片中比輪作的均有所降低。說明太子參連作的自毒作用導致光合作用系統(tǒng)破壞，這是太子參連作導致最終產(chǎn)量和品質(zhì)下降的生理原因。
植物光合作用是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動的基礎，也是生物固碳的最主要方式，反應了植物適應和改善環(huán)境的能力，是植物生理學、生理生態(tài)學中研究的熱點問題。張重義等研究認為氣孔關閉和葉綠素含量的下降是最初引起重茬地黃葉片光合速率降低的重要原因，而隨著重茬植株逆境脅迫時間的延長，葉肉細胞的超微結(jié)構(gòu)開始受到損傷，這加劇了中后期重茬作物光合速率的降低。吳鳳芝等通過外源添加實驗發(fā)現(xiàn)，苯丙烯酸對黃瓜幼苗的葉綠體、線粒體等細胞的超微結(jié)構(gòu)具有明顯的破壞作用，從而影響Chl的合成，降低植株光合能力。本研究發(fā)現(xiàn)連作太子參葉綠素初始熒光(Fo)與稻參輪作條件下的差異不顯著，即其光系統(tǒng)II反應中心處于完全開放時的熒光產(chǎn)量差異不顯著；但進一步分析發(fā)現(xiàn)輪作太子參與連作太子參光化學猝滅系數(shù)(qP)即其PSII天線色素吸收的光能用于光化學電子傳遞的份額基本相同，但輪作太子參非光化學猝滅系數(shù)(NPQ)即PSII天線色素吸收的光能以熱的形式耗散掉的部分卻高于連作太子參。由此推測，連作導致太子參光合作用系統(tǒng)紊亂，特別是破壞了光合系統(tǒng)中的保護機制，使PSII天線色素吸收的卻不能用于光合的熱量在葉部累積，進而對太子參造成傷害。
人參皂苷Rb1和多糖被用作太子參品質(zhì)評價的重要指標。許茜等研究認為，采用超聲法提取的總皂苷得率明顯高于用索氏提取法及水煮煎法的。秦民堅等報道人工栽培太子參多糖含量均高于野生太子參。本研究采用超聲提取研究結(jié)果顯示，輪作太子參人參皂苷Rb1含量明顯高于連作太子參。而后采用蒽酮比色法測定太子參多糖含量也發(fā)現(xiàn)，太子參連作會導致其品質(zhì)急劇下降。這也與人參、西洋參、三七、地黃等其他藥用植物連作障礙研究結(jié)果一致，即連作導致藥用植物產(chǎn)量和品質(zhì)下降。進一步對太子參田間產(chǎn)量性狀研究認為，太子參分根數(shù)減少和根重降低是太子參產(chǎn)量下降的主要因素之一。連作條件下，太子參葉片和根部細胞密度下降。這可能與光合生理所顯示結(jié)果相一致，這也可能是連作所導致太子參早衰死亡在細胞水平的一種表現(xiàn)形式。另外，葉片細胞發(fā)育畸形或葉片失綠也必然導致太子參光合效率降低，降低太子參對物質(zhì)和能量的同化效率，最終導致太子參產(chǎn)量和品質(zhì)下降。
連作導致太子參產(chǎn)量和藥用成分(太子參多糖和人參皂苷)明顯下降。連作破壞了太子參光合系統(tǒng)中的保護機制，使非光化學猝滅系數(shù)(NPQ)顯著降低，造成PSII天線色素吸收的熱量既不能用于光合也不能被耗散掉，而在葉部累積引起光合作用紊亂，還進一步引起葉部和根部細胞密度下降，及葉部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)畸形，最終導致太子參光合速率下降。分根數(shù)減少和根重降低成為太子參減產(chǎn)的主要因素之一。
以柘參2號品種為材料，2008年7月在福建柘榮太子參規(guī)范化栽培生產(chǎn)基地，采收太子參后于同一地塊上設計試驗組和對照組，小區(qū)試驗，小區(qū)面積各為250m2，重復3次。參照林光美等方法，種太子參施農(nóng)家肥和復合肥，整地后做畦起壟，壟長10m，寬80cm，壟高25cm，在壟上開溝，深約12cm。條播太子參，行距15cm，株距4cm，下種量為150kghm–2。
試驗組為“太子參-休閑-太子參”連作栽培模式，采收太子參后于夏秋季休閑(2008年8月至11月)，再于2008年11月22日栽培太子參；對照組為“太子參-水稻-太子參”輪作栽培模式，采收太子參后于夏秋季栽培水稻，后于2008年11月22日栽培太子參。經(jīng)正常田間管理，于2009年2月22日出苗后測定光合生理指標。于2009年7月3日采收連作和輪作太子參，測定產(chǎn)量和品質(zhì)指標。選擇晴朗無云天氣10：00~12：00，用光合有效輻射記錄儀測定太子參倒二葉葉片中部的光合作用特征指標，采用內(nèi)置光源，設定光強為800mmolm–2s–1測定。同期采用SPAD-502測定儀測定連作與輪作太子參倒二葉的葉綠素含量。取連作與輪作太子參倒二葉葉片中部，暗適應20min后，參照彭愛紅等的方法，以人參皂苷Rb1為標準溶液，在紫外分光光度計上測定560nm的吸光度。配制葡萄糖標準液，通過蒽酮顯色反應繪制標準曲線。將采集的太子參樣品按上述實驗方法處理后，沸水蒸餾提取太子參多糖，經(jīng)蒽酮顯色反應后測定吸光度，按回歸方程計算樣品中多糖含量。在采收期(2009年6月20日)采集輪作和連作太子參，應用石蠟包埋切片法制備太子參根部和葉片超薄切片，經(jīng)固定、脫水、包埋、脫蠟后，以1%番紅和二甲苯染色，在CFX-908顯微鏡數(shù)碼新視窗組合CX21型普通光學顯微鏡顯微攝像系統(tǒng)中觀察兩組太子參根部和葉片顯微結(jié)構(gòu)的差異，所選放大倍數(shù)為40(物鏡)×10(目鏡)。與稻參輪作相比，連作太子參葉片葉綠素相對含量(SPAD)顯著降低，差異極顯著(P<0.01)，葉片凈光合速率(Pn)也顯著(P<0.05)降低。連作太子參葉綠素熒光動力學參數(shù)中的最大熒光(Fm)、可變熒光(Fv)、Kautsky效應最大熒光(Fp)、穩(wěn)態(tài)非光化學猝滅系數(shù)(NPQ_Lss)等指標也相應降低，呈顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)差異。其余葉綠素熒光動力學指標如初始熒光(Fo)、最大量子產(chǎn)額(QY_max)、穩(wěn)態(tài)連續(xù)熒光產(chǎn)額(Ft_Lss)、穩(wěn)態(tài)最小熒光(Fo_Lss)、穩(wěn)態(tài)最大熒光(Fm_Lss)，穩(wěn)態(tài)光化學猝滅(qP_Lss)、穩(wěn)態(tài)光系統(tǒng)II量子產(chǎn)額(QY_Lss)在重茬太子參葉片中比輪作的均有所降低。說明太子參連作的自毒作用導致光合作用系統(tǒng)破壞，這是太子參連作導致最終產(chǎn)量和品質(zhì)下降的生理原因。
植物光合作用是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動的基礎，也是生物固碳的最主要方式，反應了植物適應和改善環(huán)境的能力，是植物生理學、生理生態(tài)學中研究的熱點問題。張重義等研究認為氣孔關閉和葉綠素含量的下降是最初引起重茬地黃葉片光合速率降低的重要原因，而隨著重茬植株逆境脅迫時間的延長，葉肉細胞的超微結(jié)構(gòu)開始受到損傷，這加劇了中后期重茬作物光合速率的降低。吳鳳芝等通過外源添加實驗發(fā)現(xiàn)，苯丙烯酸對黃瓜幼苗的葉綠體、線粒體等細胞的超微結(jié)構(gòu)具有明顯的破壞作用，從而影響Chl的合成，降低植株光合能力。本研究發(fā)現(xiàn)連作太子參葉綠素初始熒光(Fo)與稻參輪作條件下的差異不顯著，即其光系統(tǒng)II反應中心處于完全開放時的熒光產(chǎn)量差異不顯著；但進一步分析發(fā)現(xiàn)輪作太子參與連作太子參光化學猝滅系數(shù)(qP)即其PSII天線色素吸收的光能用于光化學電子傳遞的份額基本相同，但輪作太子參非光化學猝滅系數(shù)(NPQ)即PSII天線色素吸收的光能以熱的形式耗散掉的部分卻高于連作太子參。由此推測，連作導致太子參光合作用系統(tǒng)紊亂，特別是破壞了光合系統(tǒng)中的保護機制，使PSII天線色素吸收的卻不能用于光合的熱量在葉部累積，進而對太子參造成傷害。
人參皂苷Rb1和多糖被用作太子參品質(zhì)評價的重要指標。許茜等研究認為，采用超聲法提取的總皂苷得率明顯高于用索氏提取法及水煮煎法的。秦民堅等報道人工栽培太子參多糖含量均高于野生太子參。本研究采用超聲提取研究結(jié)果顯示，輪作太子參人參皂苷Rb1含量明顯高于連作太子參。而后采用蒽酮比色法測定太子參多糖含量也發(fā)現(xiàn)，太子參連作會導致其品質(zhì)急劇下降。這也與人參、西洋參、三七、地黃等其他藥用植物連作障礙研究結(jié)果一致，即連作導致藥用植物產(chǎn)量和品質(zhì)下降。進一步對太子參田間產(chǎn)量性狀研究認為，太子參分根數(shù)減少和根重降低是太子參產(chǎn)量下降的主要因素之一。連作條件下，太子參葉片和根部細胞密度下降。這可能與光合生理所顯示結(jié)果相一致，這也可能是連作所導致太子參早衰死亡在細胞水平的一種表現(xiàn)形式。另外，葉片細胞發(fā)育畸形或葉片失綠也必然導致太子參光合效率降低，降低太子參對物質(zhì)和能量的同化效率，最終導致太子參產(chǎn)量和品質(zhì)下降。
連作導致太子參產(chǎn)量和藥用成分(太子參多糖和人參皂苷)明顯下降。連作破壞了太子參光合系統(tǒng)中的保護機制，使非光化學猝滅系數(shù)(NPQ)顯著降低，造成PSII天線色素吸收的熱量既不能用于光合也不能被耗散掉，而在葉部累積引起光合作用紊亂，還進一步引起葉部和根部細胞密度下降，及葉部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)畸形，最終導致太子參光合速率下降。分根數(shù)減少和根重降低成為太子參減產(chǎn)的主要因素之一。
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