学士论文——光照强度对三七生长特性研究.doc

科类 农学 编号（学号） 20080014 本科生毕业论文光照强度对三七生长特性研究The Effect of Growth Irradiance on Growth Characteristics of Panax notoginseng 徐祥增 指导教师： 陈军文 副教授 云南农业大学 云南 昆明 650201 学 院： 农学与生物技术学院 专 业： 农学 年 级： 20008 级 论文提交日期： 2012年5月5日 答辩日期： 2012年5月13日 答辩委员会主任： 郭华春 教授 云南农业大学2012年5月5日光照强度对三七生长特性研究徐祥增（云南农业大学农学与生物技术学院，昆明，650201）摘 要：【目的】为提高三七产量及其规范化栽培技术提供理论依据。【方法】以生长在光照强度为46.5%全光照（full light, FL）、21.8% FL、9.7% FL、5.1% FL、2.8% FL下的两年生三七为材料，研究不同光照强度对三七生长的影响。【结果】不同光照强度对三七的长势及总生物量的影响较大，适当降低光照强度有利于三七的生长发育，光照太强或太弱则抑制其生长。【结论】光照强度为9.7% FL时三七的长势较好，在生产上七园的光照强度调为9.7%全光照左右有利于三七的增产。关键词：三七；光照强度；形态结构；总生物量；植株生长The Effect of Growth Irradiance on Growth Characteristics of Panax NotoginsengXiang-Zeng Xu (College of Agronomy and Biotechnology, Yunnan Agriculture University, Kunming, 650201, Yunnan, PRC)Abstract: Objective The research aimed to provide reference for increasing the yield of Panax notoginseng and studying its cultivation technology.Method With the two-year-old Panax notoginseng as tested materials, witch growing in the light intensity for 46.5% of full light (full light, FL), 21.8% FL, 9.7% FL, 5.1% FL, 2.8% FL, the effects of different light intensity on the growth of Panax notoginseng were studied.Results The different light intensities on Panax notoginseng have a strong effect on it,s biomass and growth. To reduce the light intensity properly is propitious to it,s growth and development. The light is too strong or too weak were inhibit the growth.Conclusion The suitable light intensity for Panax notoginseng growth was 9.7% of full light. If we adjust the light transmission of the shade shed witch Panax notoginseng growing in, it will be propitious to increase the production.Keywords: Panax notoginseng; Light intensity; Morphological structure; Total biomass; plant growth 光照强度对三七生长特性研究1 前言三七Panax notoginseng(Burk)F.H.Chen 别名田七、金不换、南国神草等，是起源于第三纪古热带山区的古老物种1，与人参、西洋参等同为五加科人参属植物，为典型的阴生C3植物2。三七是我国特有的名贵药材，也是云南最具特色的生物资源，主产于云南文山，其面积和产量都占全国的90%以上，在广西、广东两省也有少量栽培3。三七的整株植株均可入药，除了可活血化瘀、清肿止痛、滋补强壮、补血造血外，还具有抗疲劳、抗炎、抗衰老、抗肿瘤、降血压、降血脂、降血糖等多方面的药理作用，在药品和天然保健品方面均有重要开发价值4。光是太阳的辐射能以电磁波的形式投射到地球的辐射线，是绿色植物的生存条件之一，也正是绿色植物通过光合作用将光能转化为化学能，为地球上的生物提供了生命活动的能源。在生态环境中，光是影响植物生长的重要因子之一，它不仅影响植物的光合作用，调节植物的生长、发育和形态建成，还可影响植物的初生代谢和次生代谢过程5。在自然环境中，光环境随着时间和空间发生变化，如光照强度、光照时间和光谱成分的改变，将对植物产生深刻的影响。对于光照强度的改变，植物体通过改变生物量分配和形态的变化也就是通常所说的形态可塑性来实现适应6。在生产上，根据不同植物间对光照的生态适应性的差异，合理调整植物生长环境中的光照强度，有利于提高作物的产量和品质。三七的药用和裁培历史很悠久，七农们在长期的实践中基本掌握了三七的生长规律，总结出了一些有效的裁培技术，但却对三七科学认知不足。三七对光的反应较为敏锐，传统认为需自然光照的30%才能正常生长发育，故有三七荫棚“三成透光，七成遮荫”的错误说法。在三七产业中，影响三七生长发育、产量、质量等方面的因素较多，例如不同材料搭建的荫棚对三七的生长发育有着很大的影响7，荫棚的透光率也影响着三七病害的发生8等。随着三七产业的蓬勃发展，尼龙网棚的应用使得三七的工业化生产成为可能。崔秀明、李忠义、陈中坚等系统比较了塑料遮阳网与传统荫棚在生产投入、田间小气候、出苗率、存苗率、产量等因素的差异，总结了遮阳网栽培比传统栽培产量提高7%、存苗率提高4.5%、出苗率提高14%的特点，并且防火、节省森林资源、降低了投入资本。同时也发现了遮阳网栽培出现兜风、滴水等弊端，提出了压膜线和人字线的技术措施911。三七遮阳网栽培技术目前已在应用，但仍然有着新的问题出现，还有待进一步的深入探讨研究和改进。目前对三七的科学研究来看，根据所掌握的有关三七的材料显示，在栽培和药理方面的研究报道较多，而对三七生物特性及生理生态方面的报道相对较少，生产中也普遍存在着严重的产量和质量不稳、病虫害猖獗等问题。本实验从形态学上研究三七在不同光照强度下的生态适应，以便于在生产上合理调节荫棚透光度、提高三七的产量及其规范化栽培技术提供科学依据。2 材料与方法2.1 实验地点本研究在云南省文山州砚山县苗乡三七实业有限公司三七科技示范园进行。砚山县位于云南省东南部，东经103º35104º45、北纬23º1823º59之间，海拔1539m。气候温和，夏无酷暑、冬无严寒、春暖夏凉，年降雨量1200mm；年平均气温16，最冷月均温9，最热月均温21，日均温大于10，年积温为5000，全年无霜期300d以上，属于亚热带大陆性季风气候；土壤地质背景为碳酸盐岩与碎屑岩混合型的黄土壤，质地疏松、保水保肥能力强。2.2 实验材料实验材料为用塑料花盆移栽，并置于透光率为46.5%、21.8%、9.7%、5.1%、2.8%的荫棚里生长的两年生三七。实验于2011年1月15日移栽，2011年8月14日进行测定。2.3 实验方法选取个头大小一致、不带病害的一年生三七的根茎，移栽至直径为20cm、深24cm的塑料花盆里，每盆3株。随机置于黑色尼龙遮阳网遮阳的荫棚里，共设五个处理：一层遮阳网（46.5% FL，处理一）；两层遮阳网（21.8% FL，处理二）；三层遮阳网（9.7% FL，处理三）；四层遮阳网（5.1% FL，处理四）；五层遮阳网（2.8% FL，处理五）。每个处理设30个重复，共计150盆。其它条件与大田生产管理相同。实验时全部测量并记录每株三七的株高、茎径、叶片数、分枝数、叶长、叶宽、叶面积；随后全株收获，分为根、茎、叶、花等部分，置于80烘箱中烘至恒重，用电子分析天平称量根、茎、叶、花的质量和总生物量。2.4 生长特性分析株高指三七地上茎基部至复叶柄基部的长度（不含花轴）；茎粗指地上茎基部的直径；叶长、叶宽均指掌状复中叶的长和宽；叶面积以叶长、叶宽、复叶数及叶面积换算系数（0.6347，通过51个叶片测算得出）的乘积表示12；比叶面积（SLA）= 叶面积/叶生物量。数据均采用Excel进行统计和SPSS进行方差分析。3 实验结果与分析3.1 光照强度对两年生三七株高的影响图1 光照强度对两年生三七株高的影响。图中不同的小写字母代表P值 0.05，箱形部分的上、中、下线分别代表所有观察值的第25百分位数、中位数、第75百分位数。Fig.1 Effect of different light intensity on plant height of the two-year-old Panax notoginseng. The different small letters in the figure indicate significant difference(P0.05), and the upper-line, mid-line and the baseline in box-shaped part is represent the 25th percentile, the median and the 75th percentile of the observations.由图1可看出，种植在不同光照强度下的两年生三七，随着光照强度的减弱，株高呈现出先增大后减小的趋势。46.5% FL下的株高与21.8% FL、9.7% FL、5.1% FL下的株高差异显著，与2.8% FL下的株高差异不显著；2.8% FL下的株高与21.8% FL、9.7% FL下的株高差异显著，与其它处理之间的差异不显著。在图1中，当光照强度从46.5% FL降到21.8% FL和9.7% FL时，三七株高明显增高；当光照强度从9.7% FL降到2.8% FL时，其株高又明显降低。此变化可看出，光照强度对三七的株高影响较大，适当减弱光照强度有利于三七植株的增高，但光照过低或过高则不利于其株高的生长。3.2 光照强度对两年生三七茎径的影响 图2 光照强度对两年生三七茎径的影响。图中不同的小写字母代表P值 0.05，箱形部分的上、中、下线分别代表所有观察值的第25百分位数、中位数、第75百分位数。Fig.2 Effect of different light intensity on stem-diameter of the two-year-old Panax notoginseng. The different small letters in the figure indicate significant difference(P0.05), and the upper-line, mid-line and the baseline in box-shaped part is represent the 25th percentile, the median and the 75th percentile of the observations.从图2中可看出，在不同光照强度下生长的两年生三七，茎粗随着光照强度的减弱呈现出先增大后减小的趋势。图中，光照强度从46.5% FL降到21.8% FL时，光强对三七的茎粗没有显著的影响；但光强降到9.7% FL和5.1% FL时，其茎粗与46.5% FL下相比明显增粗；当光强从5.1% FL降到2.8% FL时，其茎粗没有增粗反而减小；21.8%的全光照对三七的茎粗生长没有表现出明显的影响。光照过强或者过弱都影响着三七的茎径，适当的遮阳有利于三七茎径增粗。3.3 光照强度对两年生三七单株叶片数的影响图3 光照强度对两年生三七单株叶片数的影响。图中不同的小写字母代表P值0.05，箱形部分的上、中、下线分别代表所有观察值的第25百分位数、中位数、第75百分位数。Fig.3 Effect of different light intensity on per plant,s leaves number of the two-year-old Panax notoginseng. The different small letters in the figure indicate significant difference (P0.05), and the upper-line, mid-line and the baseline in box-shaped part is represent the 25th percentile, the median and the 75th percentile of the observations.图3中，光强从46.5% FL降到21.8% FL时，三七单株叶片数显著增多；但当光强继续降低时，则对三七的单株叶片数没有明显的影响。光照强度适当的减弱，能促进三七单株叶片数的增加。3.4 光照强度对两年生三七分枝数的影响图4 光照强度对两年生三七分枝数的影响。图中不同的小写字母代表P值 0.05，箱形部分的上、中、下线分别代表所有观察值的第25百分位数、中位数、第75百分位数。Fig.4 Effect of different light intensity on branches of the two-year-old Panax notoginseng. The different small letters in the figure indicate significant difference(P0.05), and the upper-line, mid-line and the baseline in box-shaped part is represent the 25th percentile, the median and the 75th percentile of the observations.两年生三七掌状复叶数（分枝数）通常为2个，但有的也有13个13。图4中，光强从46.5% FL降低到21.8% FL时，三七的分枝数明显增多；其后光强继续降低，三七的分枝数基本没发生变化。从这种变化中可看出，光照强度过强不利于三七掌状复叶的生长。3.5光照强度对两年生三七比叶面积（SLA）的影响图5 光照强度对两年生三七比叶面积（SLA）的影响。图中不同的小写字母代表P值 0.05，箱形部分的上、中、下线分别代表所有观察值的第25百分位数、中位数、第75百分位数。Fig.5 Effect of different light intensity on specific leaf area of the two-year-old Panax notoginseng. The different small letters in the figure indicate significant difference(P0.05), and the upper-line, mid-line and the baseline in box-shaped part is represent the 25th percentile, the median and the 75th percentile of the observations.图5中，随着光照强度的减弱，除了9.7% FL和5.1% FL对三七的比叶面积的影响不显著外，其余各处理间三七的比叶面积都存在着显著性差异。从图中可看出，三七的比叶面积随着光强的减弱呈现出增大趋势。有对辣椒14、苦瓜15等的研究报道，弱光下比叶面积增加是植物耐荫性的一种形态适应性变化，可以增加叶片同化组织对结构组织、输导组织的相对比例，降低单位面积的呼吸速率。3.6 光照强度对两年生三七单株总叶面积的影响图6 光照强度对两年生三七单株总叶面积的影响。图中不同的小写字母代表P值 0.05，箱形部分的上、中、下线分别代表所有观察值的第25百分位数、中位数、第75百分位数。Fig.6 Effect of different light intensity on per plant,s total leaf area of the two-year-old Panax notoginseng. The different small letters in the figure indicate significant difference(P0.05), and the upper-line, mid-line and the baseline in box-shaped part is represent the 25th percentile, the median and the 75th percentile of the observations.实验测定结果表明，随着光照强度的减弱三七单株叶面积也随之增大（图6）。当光强从46.5% FL降到21.8% FL时，单株叶面积的增幅较大；其后，随着光强的减弱，单株叶面积增幅没多大变化，甚至当光强降至2.8% FL时其单株叶面积还呈现出减小的趋势，但减小的幅度并不显著。3.7 光照强度对两年生三七总生物量的影响图7 光照强度对两年生三七总生物量的影响。图中不同的小写字母代表P值 0.05，箱形部分的上、中、下线分别代表所有观察值的第25百分位数、中位数、第75百分位数。Fig.7 Effect of different light intensity on total biomass of the two-year-old Panax notoginseng. The different small letters in the figure indicate significant difference(P0.05), and the upper-line, mid-line and the baseline in box-shaped part is represent the 25th percentile, the median and the 75th percentile of the observations.不同光照强度下两年生三七总生物量的变化见图7。从图中可看出，光照强度的减弱（光强从46.5% FL降至21.8% FL）显著增加三七生物量的积累，但光照过低（2.8% FL）三七的总生物量则显著减少。21.8% FL处理下三七的总生物量显著高于其它处理，2.8% FL处理下三七的总生物量又显著低于其它处理，光强为46.5% FL、9.7% FL和5.1% FL三个处理间三七总生物量的变化并不显著，都介于21.8% FL和2.8% FL两处理间。光照强度的强与弱影响着植物的光合作用，植物的光合速率随着光照强度的增加而增加，当光照强度大于植物的光饱和点时光合速率也将不变，甚至光照强度太大会产生光抑制使得植物光合速率下降，光照强度过强则会损坏叶片组织而使得植物制造有机物的能力下降；光照太弱会使得植物生长缓慢，当光照强度低于植物的光补偿点时，植物就会产生饥饿直至死亡。3.8 光照强度对两年生三七根部和花部的影响图8 光照强度对两年生三七根部和花部外观形态影响。Fig.8 Effect of different light intensity on the roots and flowers morphology of the two-year-old Panax notoginseng.三七的整株植株都能入药，但以其块根为主，块根的大小决定着其经济价值和质量。从图8中可看出，强光照下两年生三七的花茎、花冠、根都比较弱光照下的小；在光强为2.8% FL下的两年生三七的花冠，与其它处理下的花冠相比有着显著变化，小花柄基部的苞片较大，出现这种变化则是由于光强太弱，植物为了生存和发展而展现出对生态环境的适应。4 讨论与结论维管植物的茎是支撑着植物地上部分，并将地下的根茎、根和地上的花序、叶及果实等连接在一起，进行水分溶质及养分的输导。同时，茎中贮存的营养物质能及时的提供开花结实所需。在三七的栽培过程中，光照强度过强或者过弱影响着茎的生长，光照强度过强则三七植株较矮、茎径较小，光照强度较弱三七植株较为纤细，只有在光照强度适宜的情况下，三七植株才能生长得健壮。实验中三七植株形态的变化也出现在对大叶黄杨16、半夏17等的研究报道中，即在遮荫条件下植物最优化对叶片、茎和根的碳投资，对叶片的最优化投资的一个显著变化是单位叶片质量叶面积的提高，这有利于植株在荫蔽环境中接受光能。植物的生长是通过光合作用储存有机物来实现的，光则是植物光合作用的能量来源，光照强度制约着光合速率，因此光照强度对植物的生长发育影响很大，它直接影响植物光合作用的强弱。在一定条件下，随着光照强度的增加，光合作用的强度也相应的增加。但光照强度超过光的饱和点时，光照强度的增加则对光合速率影响不大；光照强度过强时，会破坏原生质，引起叶绿素分解，或者使细胞失水过多而使气孔关闭，造成光合作用减弱，从而形成光抑制。当光照强度低于光饱和点时，植株生长缓慢、长势较差，甚至当光照强度过弱时，植物光合作用制造有机物质比呼吸作用消耗的还少，植物就会停止生长甚至死亡18。图7中各处理间三七总生物量的差异变化，正符合这种变化规律。这说明，只有当光照强度能够满足光合作用的要求时，植物才能正常生长发育。植物长期生长在一定光照条件的生境中，形成相适应的习性。如果光照突然发生较大的改变，常常会对叶片或植株造成伤害。光照突然增加过大，由于太阳辐射的增热效应，会造成对叶片、茎干的灼伤。如果光照突然降低过多，将会导致植物体饥饿死亡19。实验中各处理间三七植株形态的差异是由于光照强度的影响，三七为了生长、维持生存和繁殖，而面对着有限的光合产物只能使得植物采取调整自身株高、茎粗、叶面积等形态结构来配置这些资源，这是三七生态适应性的结果。强光抑制细胞分裂和伸长，对植物的高生长有抑制作用，但组织和器官的分化加快，对枝叶和根的生长有促进作用18；但此次实验与此刚好相反，两年生三七的单株叶片数和分枝数，随着光照强度从46.5% FL降至21.8% FL时有所增加。出现这种现象的原因有可能是由于三七为阴生植物，光照强度太强形成光照胁迫而导致叶片数和分枝数的减少；也有可能是由于光照太强，引发植株体内激素等物质的变化从而影响其分化。综上所述，三七为典型的C3阴性植物，对光照条件要求较为严格，其在较弱光照条件下生长比在强光照下生长良好，但光照过低也不利于植株的生长发育。在强光照（46.5% FL）下，三七植株矮小、茎干较细、单株叶片数和分枝数较少、总生物量较低；在适度遮荫的条件下，三七植株生长旺盛、植株高、叶面积增大、比叶面积比在较强光照下显著增加，有利于其在荫蔽环境中接受光能；但光照较弱（2.8% FL）,三七植株较为瘦弱，积累有机物质的速度较缓慢，植株体内有机物质含量较低。从整个实验过程中三七对光照强度的生态适应性来看，在三层黑色尼龙遮阳网（透光率为9.7% FL）搭建的荫棚里生长的三七长势较好。在生产上，七园的光照强度调为全光照下的9.7%左右有利于植株体内干物质的积累，能提高三七的产量。参考文献1 云南植物研究所. 人参属植物的三萜成分和分类系统、地理分布的关系J. 植物分类学报，1975,13（2）：292 刘丹，崔秀明，王朝梁等. 三七光和特性的初步研究J. 西南农业学报，1992,5（2）：413 陈中坚，曾江，王勇等. 三七种植业现状调查J. 中药材，2002，25(6)：3874 郑光植，杨崇仁. 三七生物学及其应用M北京：科学出版社，19945 李合生，孟庆伟，夏凯等. 现代植物生理学M北京：高等教育出版社，20026 蒋高明主编. 植物生理生态学M. 北京：高等教育出版社，20047 王朝粱，崔秀明. 不同遮荫棚对三七生长发育的影响J. 云南农业科技，1992，3：198 王朝梁，崔秀明. 光照与三七病害的关系J. 云南农业科技，2000, 5:16179 崔秀明，李忠义，王朝梁. 三七专用塑料遮阳网的栽培技术J. 中国中药杂志1999，24(2)：8010 李忠义，陈中坚，任加喜. 遮阳网栽培三七的田间小气候研究J. 人参研究，1999，11(4)：1611 陈中坚，黄云战，吴德光等. 三七药材设施栽培荫棚的结构设计J. 农机化研究，2004，4（7）:848612孙玉琴，王朝梁，陈中坚等. 三七主要农艺性状的相关和通径分析J. 中国中药杂志，2004,1（1）：373913杨兴华. 三七形态和结构的研究J. 云南农大科技，1986,3:62014眭晓雷，张振贤，张宝玺等. 不同基因型辣椒光合及生长特性对弱光的响应J. 应用生态学报，2006,17（10):187715 陶建平，钟章成光照对苦瓜形态可塑性及生物量配置的影响J应用生态学报，2003，14(3)：33616包玉，王志泰. 不同遮阴处理大叶黄杨叶片生理响应J. 安徽农业科学，2009,37（12）：5470547117薛建平，王兴，张爱民等. 遮荫对半夏光合特性的影响J. 中国中药杂志，2008,24（12）:2896290018张立军，梁宗锁主编. 植物生理学M. 北京：科学出版社，200719姜汉侨，段昌群，杨树华等. 植物生态学M. 北京：高等教育出版社，2010致谢天下没有不散的宴席！当论文致谢语写就的那一刻，也标志着我与生活了四年的这所大学即将别离，没有太多的伤感，只有着更多的遗憾，但是过去的不能挽回，我们应该大胆的向前看。这段文字应该像它的标题一样充满着感恩和致谢，感谢四年来在我的成长道路上支持过我、指点过我的人。首先要衷心的感谢我的指导老师陈军文副教授，感谢他在实验过程中的信任和悉心指导，让得我自身能力得以提升；他治学严谨，学识渊博，视野广阔，为我营造了一种良好的学术氛围。置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了明确的学术目标，领会了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法，而且还明白了许多待人接物与为人处世的道理。正是由于陈老师严谨的治学态度、开阔的思维、循循善诱的指导，本文才得以成型。然后还要感谢苗乡三七实业有限公司三七科技示范园所有的工作人员和我的同学。感谢科技园工作人员的热情接待和在实验中为我们提供的方便；感谢瞿晓东、刘石山、王崇英、刘丽美、匡双便、黎荣文、宁伟、张坚梅、王金梅、杨学敏等同学在实验中给予我的帮助；感谢大学四年中陪伴在我身边的同学、朋友，感谢他们对我的支持、鼓励、照顾和帮助，才使得我一次又一次的摆脱苦恼。另外，我还要感谢我的父母。我永远都不会忘记你们的良苦用心和一如既往的支持与鼓励，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们的健康快乐是我最大的心愿。最后，感谢我的母校云南农业大学给了我一个继续深造的机会，让我能继续学习和提高。祝母校蒸蒸日上、永创辉煌！感谢对我倾囊赐教、鞭策鼓励的老师们，诸位恩师的谆谆教诲我将铭记于心。祝恩师们身体健康、家庭幸福！