光在植物生长发育中具有重要作用，不仅能影响植物体内的光合碳同化过程，而且还能为植物的生长提供不可或缺的能量（Wit et al.，2016）。光强在影响植物光合作用的同时，可通过光合色素的改变来调节植物的生长发育，使植物更好地适应外界环境变化（史莹莹，2020）。光合作用是植物生长发育的基础，遮阴可降低叶面及土壤温度，增加土壤水分含量，促进植物的光合作用，以及有机物的积累（陈佩等，2010）。随着光强减弱，植物一般会通过增加叶绿素含量、降低光补偿点和呼吸消耗、提高量子效率的策略以增加自身对弱光环境的适应能力（王亚楠等，2020）。随着城市化进程的推进，城市建筑密度增加，布局呈现多样化趋势，使得城市荫蔽环境增加、光环境更加复杂，因此研究植物对光的响应机制对营造生态城市有着现实意义（于盈盈等，2015）。

毛茛科（Ranunculaceae）植物多为一年至多年生草本，在世界范围内分布广泛，主要集中于温带、寒温带等地，中国有42属720种，大多种属分布于西南山地（刘慧杰和谢磊，2016；穆赢通等，2022）。毛茛科植物花色鲜艳、形态多变，观赏价值极高，部分植物已成功应用于园林绿化中，因其含有多种化学成分而具有很高的药用价值（胡露洁和杨朝东，2015）。目前，有关毛茛科植物的研究主要集中于资源调查和药用价值方面，部分植物具有一定的耐热性及抗旱能力，而有关耐阴性的研究相对较少（莫健彬和蒋昌华，2022；张丽娟等，2022）。对青藏高原高寒草甸的3种毛茛科植物研究发现，遮阴处理下，矮金莲花（Trollius farreri）、钝裂银莲花（Anemone obtusiloba）及露蕊乌头（Aconitum gymnandrum）可以通过较少营养生长，减少花数等策略适应弱光环境（孟金柳，2010）。毛茛（Ranunculus japonicus）、华东唐松草（Thalictrum fortunei）和卵瓣还亮草（Delphinium anthriscifolium var. savatieri）为毛茛科3种草本植物，其株型优美，花色艳丽，叶翠繁茂且早春开花，具有极高的园林应用前景，不仅可以丰富早春城市植物景观、增加本土特色，而且还能带来较大的经济及社会效益。目前，对毛茛、华东唐松草和卵瓣还亮草的研究主要集中于成分研究（郑威，2006）、植物资源调查（肖海明等，2019）、叶绿体基因组及系统发育（王媛媛等，2020）等方面，对其在耐阴性方面的研究尚未展开，不利于其在城市园林中的应用。

鉴于此，本研究以野外移植的毛茛、华东唐松草和卵瓣还亮草植株为研究对象，通过遮阴胁迫后对植物叶绿素含量、光合响应参数及叶绿素荧光特性的测定，以及主成分分析法和隶属函数分析法，拟探讨以下问题：（1）3种毛茛科植物在不同光照下各自的响应策略；（2）不同遮阴强度下，3种毛茛科植物对光照适应性的差异；（3）3种毛茛科植物耐阴性的比较。以期筛选耐阴性较强的毛茛科植物，为其在国内的应用与推广提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地位于南京林业大学国家园林实验教学示范中心（118 °49′ E、32 °05′ N），该区地处长江下游，属亚热带季风气候，年平均气温16℃，年平均降水量1 034 mm。2021年1月初，将毛茛、华东唐松草和卵瓣还亮草（均为南京紫金山移植）植株移植进塑料花盆（直径21 cm、高18 cm）中，每盆栽植2棵，种植土壤为园土与营养土的混合基质（比例为2∶1）。将材料放置于南京林业大学园林教学示范中心内缓苗，期间保持水肥条件一致，排除其他无关变量的影响。

1.2 试验设计

选用透光率不同的遮阴网搭设遮阴棚，遮阴网规格为3 m × 1.5 m × 1.5 m（长 × 宽 × 高），间距为5 m。根据前人研究结果，设置5个光照水平：全光照（CK，1 500~1 600 μmol·m^-2·s^-1）、30%遮阴程度（T1，1 000~1 100 μmol·m^-2·s^-1）、50%遮阴程度（T2，700~750 μmol·m^-2·s^-1）、70%遮阴程度（T3，400~450 μmol·m^-2·s^-1）和90%遮阴程度（T4，100~120 μmol·m^-2·s^-1）（田琳琳等，2019）。每个处理设置3个重复，每个重复处理15盆，3种植物共计675盆，试验于2021年3月1日开始。基于预试验结果，遮阴40 d时，毛茛科部分植物生长受到严重抑制。因此，于遮阴35 d的上午8:00采集新鲜叶片测定叶绿素含量，上午9:00—11:00测定光响应曲线及叶绿素荧光参数。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 叶绿素含量测定

从各处理中随机选取生长良好的3株幼苗，选取植株主枝从上至下第3至第5枚生长基本一致且健康完整的叶片，将叶片洗净、剪碎、混匀。参考李合生（2020）的方法取样品0.05 g放入10 mL离心管内，加入80%的丙酮10 mL，置于4℃冰箱黑暗提取，每隔6 h振荡一次，浸泡至叶片变白，使用Lambda365紫外分光光度计（美国PerkinElmer公司），分别在663、646、470 nm下测定吸光度。

1.3.2 光合-光响应参数测定

从各处理中随机选取生长良好的3株幼苗，叶片选取标准与叶绿素含量测定标准一致，于上午 9:00—11:00（晴朗无风天气），使用CIRAS-3型便携式光合仪（美国PP-system公司）进行参数测定。通过控制红蓝光LED光源，设置不同的光合有效辐射（photosynthetically active radiation，PAR）梯度：1 800、1 600、1 400、1 200、1 000、800、600、400、200、100、50、25、0 μmol·m^-2·s^-113个光照强度，测定不同PAR下植物的净光合速率（net photosynthetic rate，P_n），利用叶子飘的双曲线修正模型拟合各遮阴处理下3种植物的光响应曲线，计算出最大净光合速率 （maximum net photosynthetic rate，P_max）、光饱和点（light saturation point，LSP）、光补偿点（light compensation point，LCP）、表观量子效率（apparent quantum yield，AQY）和暗呼吸速率（dark respiration rate，R_d）。测定时，CO₂ 浓度为 380~420 μmol·mol^-1，叶室温度为25℃，光合有效辐射为1 200 μmol·mol^-2·s^-1，叶室湿度为80 %。每个指标重复测定3次，结果取平均值。

1.3.3 叶绿素荧光参数测定

从各处理中随机选取生长良好的3株幼苗，叶片选取标准同叶绿素含量测定标准一致，于上午 9:00—11:00（晴朗无风天气），使用Handy PEA 植物效率分析仪（英国Hansatech Instrument公司）进行参数测定。测定前，避开主叶脉夹住叶片，暗适应20 min后，移开叶夹，直接测定，对相关荧光参数进行分析。每个指标重复测定3次，结果取平均值。

1.4 数据处理

使用Excel2010软件整理数据，使用SPSS 25.0软件进行数据分析，运用PEAPlus软件解析叶绿素荧光参数。参照罗耀等（2013）和史莹莹（2020）的方法，使用主成分分析和隶属函数法对3种毛茛科植物的耐阴性进行评价。

耐阴系数α=70%遮阴率下各指标测定值/对照组测定值；

$\text{隶属函数:}u\left(X_i\right)=\left(X_i-X_{\text{min}}\right)/\left(X_{max}-X_{min}\right)\text{;}$

$\text{权重:}{W}_i=P_i/\sum _{i=1}^n{P}_i\text{;}$

$\text{综合评价值:}D=\sum _{i=1}^n\left[u\left(X_i\right)\times W_i\right]$。

式中: X_i表示第i个综合指标; X_min表示第i个综合指标里的最小值; X_max表示第i个指标里的最大值; W_i表示第i个综合指标在所有综合指标中所占比重; P_i表示第i个综合指标的贡献率; D值表示植物在遮阴环境下用综合指标评价得到的耐阴性综合评价值。将隶属函数值进行累加并取平均数，根据平均隶属函数值综合评价3种植物的耐阴能力。

2 结果与分析

2.1 遮阴对3种毛茛科植物叶片叶绿素含量的影响

由图1可知，随遮阴程度加深，毛茛、华东唐松草和卵瓣还亮草各处理组叶绿素a（Chl a）、叶绿素b（Chl b）、叶绿素（a+b）[Chl（a+b）]和类胡萝卜素（carotenoid，Car）含量均高于对照组且总体呈现递增趋势。3种植物在上述指标中的整体排序均为华东唐松草＞卵瓣还亮草＞毛茛，其中毛茛各组间均有显著差异，华东唐松草和卵瓣还亮草处理组均与对照组形成显著差异。3种植物的叶绿素a/b（Chl a/Chl b）含量随胁迫程度加深而下降，其中华东唐松草和卵瓣还亮草各处理组与对照组之间的差异性显著。

2.2 遮阴对3种毛茛科植物叶片光合响应参数的影响

由图2可知，3种毛茛科植物的光响应曲线均呈“抛物线形”。当PAR低于400 μmol·m^-2·s^-1时，3种植物的净光合速率（P_n）随光合有效辐射增加快速升高；当PAR介于400~800 μmol·m^-2·s^-1时，上升速度变缓慢；当PAR超过800 μmol·m^-2·s^-1时，P_n的变化趋势大致都趋于平缓甚至下降。

由表1可知，3种植物的表观量子效率（AQE）均随光照强度减弱呈先上升后下降的趋势。毛茛和华东唐松草的AQE在T1处理下达到最大值，卵瓣还亮草在T2处理下达到最大值。毛茛和卵瓣还亮草最大净光合速率（P_max）随光照强度减弱呈先升后降的变化趋势，华东唐松草的P_max随光照强度减弱呈下降趋势。此外，3种毛茛科植物的光饱和点（LSP）、光补偿点（LCP）、暗呼吸速率（R_d），LSP和LCP均随遮阴程度增加逐渐下降，并在T4处理下达到最小值，与CK处理之间的差异显著。

2.3 遮阴对3种毛茛科植物叶片叶绿素荧光参数的影响

2.3.1 对快速叶绿素荧光参数的影响

由表2可知，3种毛茛科植物的初始荧光（original fluorescence，F_o）变化趋势一致，均随遮阴程度增加先下降后上升。3种植物的最大荧光（maximal fluorescence，F_m）、可变荧光（variable fluorescence，F_v）、PSⅡ最大光化学效率（maximal photochemical efficiency of PSⅡ，F_v/F_m）和PSⅡ潜在活性（potential activity of PSⅡ，F_v/F_o）值随遮阴程度增加呈先上升后下降的趋势，基本都在T3环境下达到最大值且与CK之间的差异显著。

2.3.2 对能量分配比率的影响

由图3可知，随光照强度减弱，3种植物热耗散的量子比率（quantum ratio of heat dissipation，φDo）先下降后上升且在T3处理下出现最低值，分别比CK处理下降了17.10%、18.04%和20.10%；在T4处理下呈上升趋势，但均低于全光照环境。3种毛茛科植物的电子传递量子产额（electron transport quantum yield，φEo）均随遮阴程度增加先上升后下降。3种植物均在T3处理下达到最大值，分别比CK处理升高了17.31%、31.10%和8.71%。

2.3.3 对PSⅡ反应中心活性参数的影响

由图4可知，3种毛茛科植物单位反应中心吸收的光能（light energy absorbed per unit reaction center，ABS/RC）均随遮阴程度增加先上升后下降。毛茛和卵瓣还亮草在T3处理下达到最大值，华东唐松草在T2处理下出现最大值，分别比CK处理升高了17.02%、8.04%和29.19%。

3 种毛茛科植物单位反应中心耗散掉的能量（energy dissipated per unit reaction center，DIo/RC）随遮阴程度增加先下降后升高。毛茛和卵瓣还亮草在T3处理下出现最小值，华东唐松草在T2处理下达到最小值，分别比CK处理显著下降了30.47%，24.86%和26.74%。

3 种毛茛科植物单位反应中心所捕获的光能（light energy captured per unit reaction center，TRo/RC）随遮阴程度增加先上升后下降。毛茛在T2处理下达到最大值，华东唐松草和卵瓣还亮草在T3处理下达到最大值，分别比CK处理升高了5.24%、19.30%和5.12%。

3 种毛茛科植物单位反应中心用于传递电子的能量（energy used to transfer electrons per unit reaction center，ETo/RC）随遮阴程度增加先升后下降。毛茛在T2处理下达到最大值，华东唐松草和卵瓣还亮草在T3处理下达到最大值，比CK处理显著升高了10.54%、33.22%、22.85%。

2.3.4 对光合性能指数的影响

光合性能指数（photosynthetic performance index，PIabs）是以吸收光能为主的性能指数，能够反映光反应中心的活性变化和功能状况；综合性能指数（comprehensive performance index，PItotal）表示能量转化效率随胁迫程度增加程度。由图5可知，3种植物的PIabs先上升后下降。毛茛和卵瓣还亮草在T3处理下达到最大值，分别比CK处理显著升高了74.08%、42.63%。华东唐松草在T2处理下达到最大值，比CK处理显著升高了82.83%。PItotal随遮阴程度增加先上升后下降，毛茛、华东唐松草和卵瓣还亮草分别在T3和T2处理下达到最大值，分别比CK处理显著升高了48.80%、87.94%和37.41%。

2.4 3种毛茛科植物耐阴性综合评价

本试验选取了20项指标进行耐阴性的综合分析，采用主成分分析将20个指标转化为相互独立的4个综合变量，其累计贡献率达91.474%；第一主成分包括Chl a、Chl b、Chl（a+b）、Car、F_m、F_v、F_v/F_m、F_v/F_o、φDo、φEo、TRo/RC、PIabs，贡献率达44.909%；第二大主成分包括 Chl a/b、AQY、F_o、DIo/RC，贡献率达22.468%；第三大主成分包括 φEo、ABS/RC、PItotal，贡献率达 15.755%；第四大主成分包括R_d，贡献率达8.342%（表3）。4个指标的综合权重分别为0.491、0.246、0.172和0.091。根据D值的大小，3种毛茛科植物中的耐阴能力的综合得分分别为0.091、0.804、0.420（表4）。

3 讨论和结论

3.1 遮阴对3种毛茛科植物叶片叶绿素含量的影响

光合色素作为植物光合作用的载体，能够吸收、传递和转换光能以及影响植物的生长（金雅琴等，2011）。叶绿素的含量反映植物捕获和吸收光能的能力，类胡萝卜素（Car）则具有光破坏防御和光量子捕获的功能，两者皆能影响植物在逆境中的适应能力（刘宝等，2011；曾祥艳等，2021）。本研究中，3种毛茛科植物的叶绿素a（Chl a）、叶绿素b（Chl b）、叶绿素总量[Chl（a+b）]和Car总量随遮阴程度增加呈上升趋势，说明植物通过增加叶绿素含量增加对光能的捕捉，从而适应弱光环境，同时通过增加类胡萝卜素的含量以避免多余的吸收能量对光合系统造成伤害，从而保护光合机构（Bell &Danneberger，1999；Lichtenthaler et at.，2007）。此外，华东唐松草的Chl a和Chl（a+b）含量在90%遮阴环境下呈下降趋势，这说明过度遮阴降低其对弱光的适应能力从而减少光合色素的合成。Chl a/b低是植物具有耐阴性的表现（赵顺等，2014）。本研究中，3种植物的Chl a/b皆呈下降趋势，说明该植物通过提高叶绿素b的含量增强对光能的利用能力，这与郑雪燕等（2022）和梁永富等（2019）对粗肋草（Aglaonema commutatun）和多花黄精（Polygonatum cyrtonema）的耐阴性研究结果一致。

3.2 遮阴对3种毛茛科植物叶片光合响应参数的影响

表观量子效率（AQY）反映叶片在弱光情况下的光合能力，其值越大说明植物利用弱光的能力越强（杨丽婷等，2022）。本研究中，3种毛茛科植物的AQY值均随遮阴程度增加先上升后下降，毛茛和华东唐松草在30%遮阴处理下、卵瓣还亮草在50%遮阴处理下的AQY值达到最大值，说明在适度遮阴的环境下3种毛茛科植物对弱光环境具有适应性，通过增加光量子效率来抵抗外界光照减弱，提升光合作用对弱光的利用效率，并且分别在30%和50%的遮阴度下对光的利用能力最强。植物的最大净光合速率（P_max）反映植物叶片的最大光合能力，较高的P_max值意味着植物在光环境中可以将光能较大限度地转为化学能，进行较大限度的光合作用，以满足低光环境下植株的正常生长（Sharp et al.，1984；李冬林等，2019）。3种植物的P_max值分别在30%遮阴程度、全光照处理下达到最大值，说明3种植物能在全光照或适度遮阴处理下进行较大限度的光合作用，从而有利于自身营养物质的积累，与王振兴等（2012）对闽楠（Phoebe bournei）幼树的研究结果一致。植物光饱和点 （LSP） 和光补偿点（LCP）的高低直接反映植物对弱光的利用能力，是植物耐阴性评价的重要指标，植物的LCP低表明其在弱光环境下顺利进行光合作用，有机物质向正向增长；LSP低则表明植物光合速率随光量子通量的增大很快达到最大效率（张哲等，2013）。本研究中，3种植物的LSP及LCP随着光照的减弱呈下降趋势，表明其能在较低光强下进行最大效率光合作用，从而提高有机物积累，提供其生存生长的能量需求（刘慧民等，2012）。一般情况下，暗呼吸速率（R_d）随着光照强度的降低而降低，这有利于光合速率降低时干物质积累保持相对稳定（王振兴等，2012），本研究中3种毛茛科植物通过降低暗呼吸速率来减少碳损耗。

注: CK、T1、T2、T3、T4分别为全光照、30%、50%、70%、90%遮阴程度。表中数据均为平均值±标准偏差。不同小写字母表示在 0.05 水平上处理间差异显著。下同。

Note: CK, T1, T2, T3, T4 are full sunlight, and 30%, 50%, 70%, 90% shade degrees. The data in the table were $\stackrel{-}{x}\pm s$. Different lowercase letters indicate significant differences among treatments at 0.05 level. The same below．

3.3 遮阴对3种毛茛科植物叶片叶绿素荧光特性的影响

初始荧光（F_o）反映植物荧光耗散及热耗散能量的情况，逆境条件下，F_o的增加表明植物叶片类囊体膜受到损害，PSⅡ反应中心失活或被破坏（梁芳等，2010；黄秋娴等，2015）。3种植物_Fo值分别在90%、70%遮阴处理下出现上升，说明过度遮阴使PSⅡ反应中心受到了不可逆破坏或可逆失活。最大荧光（F_m）则能够反映植物PSⅡ反应中心电子传递的潜力，3种植物在遮阴处理下F_m值先上升后下降，并在70%的遮阴环境下有最大值，说明在70%的遮阴环境下3种电子传递效率处于较佳状态，而过度的遮阴使其光合作用减弱（杜澜等，2019）。逆境条件下，F_v/F_m和F_v/F_o的上升反映植物增加光合色素将光能转化为化学能的速度和效率，为碳同化积累更多的能量，改善植物叶片的光合功能（刘悦秋等，2007）。3种植物的F_v/F_m和F_v/F_o值随遮阴程度增加先上升后下降，基本都在70%遮阴处理下达到最大值，说明其在弱光下都有一定适应能力，其值下降说明植物难以承受弱光环境，这与梁文华等（2018）和田琳琳等（2019）对金叶风箱果（Physocarpus opulifolius‘Lutein’）和玻璃苣（Borago officinalis）的研究结果一致。

在遮阴环境下，热耗散的量子比率（φDo）减小，说明了植物用于热耗散的量子比率降低，电子传递量子产额（φEo）增加，表明植物用于电子传递的量子比率升高，本研究中除90%遮阴度外，φDo呈下降趋势，φEo呈上升趋势，表明3种植物除过度遮阴外可以通过调节PSⅡ反应中心的能量分配比例来实现对周围环境变化的适应性（贾浩等，2015）。单位反应中心吸收的光能（ABS/RC）、单位反应中心所捕获的光能（TRo/RC）和单位反应中心用于传递电子的能量（ETo/RC）反映了PSⅡ反应中心QA在可还原状态时的活性，随遮阴程度增加逐渐增大，3种植物几乎都在70%遮阴环境下达到了最大值，说明在合适的遮阴环境下其叶片具备相对较高的能量利用率（黄秋娴等，2015）。3种植物的单位反应中心耗散掉的能量（DIo/RC）均随遮阴程度增加先减小后增加且在全光照环境下达到最大值，说明强光下这3种植物通过热耗散机制耗散了体内过剩的光能，从而达到保护光反应系统的目的，适度的遮阴可以使叶片有效减少热耗散的能量损失，而过度遮阴会使用于热耗散的光能增加（Wilson et al.，2006；田琳琳等，2019）。光合性能指数（PIabs）、综合性能指数（PItotal）代表以吸收光能为基础的性能参数，表示能量转化效率，可直接影响植株在不利环境中的生长生存状态（Yusuf et al.，2011）。3种植物的PIabs、PItotal值随光照强度的下降先上升后下降，说明适度遮阴可以促进高效率地捕获光能和电子传递，并且大部分捕获的光能可传递到末端电子受体，提高能量转化率（刘颖娇，2015）。

3.4 3种毛茛科植物耐阴性综合评价

主成分分析法结合隶属函数对多个指标进行综合评价，能够弥补单个指标进行评价的片面性。本研究讨论了遮阴胁迫下3种毛茛科植物光合指标的变化情况，并且将各项指标换算成耐阴系数。利用主成分分析法将各项指标转换成4个主要成分，4个主要成分总贡献率达91.474%，能够反映绝大部分信息，并且以D值大小作为评价植物耐阴性大小依据，D值越大，植物耐阴性越强。结果表明，3种毛茛科植物耐阴性强弱排序为华东唐松草（0.804）＞卵瓣还亮草（0.420）＞毛茛（0.091），其中华东唐松草耐阴性最强，适合应用于光照强度较低的环境。

4 结论

综上所述，3种毛茛科植物在光照强度降低的情况下，会调整叶绿素含量、光合响应参数及叶绿素荧光特性，从而适应光环境的变化，但不同植物展现的适应性有所差别。因此，本研究通过对3种植物的各项指标对其进行主成分分析，并结合隶属函数分析法对其进行综合评价。结果表明，华东唐松草的耐阴性最强，其推广栽培的弱光环境较为广泛，可应用于郁闭度较低的林下空地、建筑背阴处、城市立交桥下等环境中，其余两种植物耐阴能性较弱，园林中推广栽培范围应适当缩小。因此，应科学地考虑3种毛茛科植物不同光照处理下光合特性的差异，并具体分析种植环境的光照强度，以实现其在园林中的推广和应用。

参考文献