光是植物最必需的资源，对植物的生长、发育和演化具有极其重要的作用，同时又是影响植物形态和生理功能的重要环境因子^[1]。光照强度长时间显著低于植物光饱和点将产生弱光胁迫，影响植物的形态建成和生理生化过程^{[2, 3]}，同时这些变化也对植物适应光照条件变化发挥着重要的功能。在生理上，弱光影响植物最直接的表现是光合作用降低^{[2, 3, 4]}，同时植物激素、抗氧化剂及次生代谢等生理代谢进程也受到明显影响。土壤水分和光照强度是影响植物光合生理过程和植被生长及分布的重要生态因子，两者对植物的光合作用、水分代谢及物质运转等生理活性有重要影响^{[5, 6, 7]}。目前，国内外相关研究大多局限于弱光或水分等单一因子对植株生长发育和生理生态等方面的影响^{[8, 9, 10]}，而关于水分含量和光照强度交互作用对植株幼苗生长发育和生理生态特性影响的研究还少见报道^[11]。

披针叶茴香(Illicium lanceolatum)为中国所特有的传统药用植物^[12]。其所含的莽草酸(Shikimic Acid)具有较强的抗炎、镇痛和抑制血小板聚集、抑制动静脉血栓及脑血栓形成，还可作为抗病毒和抗癌药物的中间体^[12]。披针叶茴香虽有较广的生态幅，但多处于零星分布，加之当前资源掠夺式利用方式，野生资源日渐稀少，其规模引种保护和栽培日益迫切^{[13, 14, 15]}。目前，国内部分省份和企业针对披针叶茴香开展引种栽培，但在幼苗阶段，常因夏季高温需要采取遮荫覆盖或林下套种栽植，使其处于弱光逆境，因此土壤水分条件将直接影响幼苗生长情况。研究认为，弱光和水分胁迫均是影响植株生长发育和光合作用的逆境因素^[16]。同种植物长期生长在不同光照、水分等异质环境下，其表型及生理生态特性会产生不同的响应，出现趋异适应^[17]。研究表明，披针叶茴香位于野生群落林冠层第二层，性喜阴湿，具有极强的耐荫性，土壤水分和光照强度对披针叶茴香生长发育和产量有着直接的影响，有关其水分和光生态适应特点及机制尚未开展深入研究^{[13, 14, 15]}。因此，本文选取不同产地披针叶茴香1年生盆栽幼苗进行不同弱光环境培养试验，通过短期水分胁迫处理探讨不同产地披针叶茴香幼苗抗氧化系统对一定范围弱光环境和水分胁迫双重影响的生理响应，揭示其对弱光胁迫的适应和调节机制，以及水分胁迫在植物忍耐弱光适应性调节过程中发挥的作用，旨在了解弱光胁迫和水分亏缺对披针叶茴香生理特性的影响，以期为披针叶茴香迁地保护、高效栽培的水分和光照管理以及栽培模式选择提供理论依据。

本研究供试材料为4个不同地理产地的披针叶茴香1年生实生苗，根据种子来源地，依次为浙江临安产地(LA)、浙江开化产地(KH)、江西武宁产地(WN)和福建南平产地(NP)(产地地理、气象指标见表 1)。2006年9—10月从各产地分布区野生健壮母株上采集果实，自然晾干后，将其种子分别进行低温砂藏处理(冰箱4 ℃)，并保持湿度；于2007年4月中旬播种，播种苗床10 m×1.0 m，土壤为园土 ∶ 有机肥=2 ∶ 1，平均播种密度189 株/m²；播种苗圃地采用常规管理，在4月播种后立即覆盖稻草，夏季高温期间有遮荫措施(50%郁闭)；4个产地幼苗出苗期间浇水、间苗等条件一致。1年生幼苗生长情况见表 2。

于2008年4月中旬从临安试验苗床选取4个不同产地实生苗(2007年4月中旬播种)，每个产地选取平均植株50株，共计200株，进行常规测定(包括地径、苗高、冠幅、叶片数、叶片性状等)后，将其全部带回移栽于温室盆钵(盆钵尺寸15 cm×10 cm，盆栽土壤为黄心土 ∶ 基质=2 ∶ 1，不施肥)，每盆1株，共计200盆试验备用。管理措施为50%透光率单层遮荫，并进行常规苗期管理(考虑到光照培养试验的单因素设计，盆栽苗未进行施肥处理，只进行定期的浇水)，每隔2d傍晚时间保持1次正常供水，浇透为止。并于2008年5月10日开始采用程控光照培养箱SPX-300I-G(上海博讯仪器公司)进行光照培养试验。根据披针叶茴香幼苗光合作用的特点，设置3个光照培养梯度(Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ 3个光照梯度分别代表 25 umol · m^-2 · s^-1、50 umol · m^-2 · s^-1和75 umol · m^-2 · s^-1的光照强度)进行弱光胁迫试验，光照显著低于其光饱和点(373.5—1574.4 umol · m^-2 · s^-1)，培养条件为温度28 ℃，相对湿度75%，光照时间为白(12 h)/黑(12 h)。每个光照梯度下为4个产地，每个产地6盆，共计72盆。水分胁迫处理之前，光培养期间保证天天正常浇水。在光培养30 d后，即试验前(6月10日)充分浇水，然后在3个不同光照梯度下，分别不同产地选取3株待测苗继续保持正常供水，而另外3株待测苗停止继续浇水，使其自然干旱2 d；然后于6月13日分别针对正常供水和水分胁迫处理的试验苗取样，每次取样均按照产地和光照梯度进行，每个处理下选取代表性叶片2片，测定叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶活性以及可溶性蛋白、丙二醛(MDA)等渗透调节物质的含量，重复测定3次，取平均值。

酶液的提取^[18]：称取叶片0.5 g，加入液氮研磨成粉末状，加入5 mL含有50 mmol/L磷酸缓冲液(pH值=7.0)，1 mmol/L乙二胺四乙酸(Ethylene diamine tetraacetic acid，EDTA) 和2 g/mL聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone，PVP)，匀浆液在低温离心机(4 ℃)中经10 000× g离心40 min，上清液用于测定。 POD活性测定采用愈创木酚法，用⊿A470 · min^-1 · mg^-1蛋白质表示；SOD活性采用氮蓝四唑(Nitroblue tetrazolium，NBT)光化还原法测定，以抑制NBT光化还原50%作为一个酶单位(U)，用U/mg蛋白质。CAT活性测定采用硫代硫酸钠滴定法，以1 min酶解1 mgH₂O₂为一个活力单位表示，用U · mg^-1蛋白质^[18]。可溶性蛋白测定采用考马斯亮蓝染色法；MDA含量测定采用硫代巴比妥酸法^[18]，用μmol/g鲜重表示。

用Spssl0.0统计软件对不同弱光和水分胁迫处理下幼苗抗氧化系统生理指标进行方差分析(P<0.05)，用LSD法对各参数平均数进行显著性检验和多重比较。

作为植物体内的一种保护酶，SOD可以清除体内自由基的过多积累，缓解逆境的伤害^[19]。如图 1所示，弱光环境对4个不同产地幼苗叶片SOD酶活性的影响变化趋势因水分处理不同而不同。正常供水条件下，除NP产地外，LA、WN和KH产地幼苗SOD酶活性随着处理光照增加而呈“先升后降”变化趋势，光处理Ⅱ下的SOD酶活性最高，其中WN产地SOD酶活性在光处理之间差异不显著；NP产地为“先降后升”变化趋势，光处理Ⅰ下酶活性最高。

图 1 两种水分处理下不同产地幼苗SOD、POD抗氧化酶活性变化 Fig. 1 The changes of SOD and POD acitivities of four I. lanceolatum ecotypes seedlings under different drought stress

图选项

经过短期水分胁迫后，幼苗SOD酶活性对弱光处理的胁迫适应性存在明显的产地间差异，与正常供水条件下酶活性变化明显不同。经过水分胁迫后，LA产地幼苗SOD酶活性随着处理光照增强呈缓慢下降后保持稳定，光处理间差异不显著；WN产地SOD酶活性则随着光照增加呈先缓慢后迅速上升的变化趋势，光处理Ⅲ下酶活性最高，显著高于光处理Ⅰ和Ⅱ的(P>0.05)。正常供水下，KH产地SOD酶活性在光处理Ⅰ与光处理Ⅱ和Ⅲ之间差异显著(P<0.05)，光处理Ⅱ和Ⅲ之间不显著；水分胁迫后，SOD酶活性随着光照增加呈“先降后升”趋势，升幅和降幅分别为212.39%和12.69%，其中，光处理Ⅱ下SOD酶活性最低，与光处理Ⅰ和Ⅲ之间差异均显著(P<0.05)。与其余产地明显不同，两种水分处理下，NP产地幼苗SOD酶活性呈“先降后升”变化趋势，水分胁迫后酶活性在光处理Ⅲ下最高。

如图 1所示，正常供水条件下，LA、WN和NP产地幼苗POD酶活性随着处理光照增加呈“先升后降”的趋势，KH产地幼苗呈不断上升趋势。

短期水分胁迫后，不同产地POD酶活性随光照变化差异明显。其中，LA产地幼苗POD酶活性随光照增加的变化趋势虽然同正常水分供给，各光处理POD值明显低于正常供水下的。WN产地幼苗经干旱后POD酶活性随光照增加不断上升，光处理Ⅲ酶活性极显著高于(P<0.01)正常水分条件的(是正常处理的17.17倍)。KH产地POD酶活性在水分胁迫后，随光照增加“先降后升”，各光处理依次为处理Ⅲ>处理Ⅰ>处理Ⅱ；水分胁迫提高KH产地幼苗对光处理Ⅰ的适应性。NP产地幼苗经过水分胁迫后，POD酶活性随光照变化趋势同正常水分供应的，区别在于水分胁迫提高各弱光下NP产地幼苗POD酶活性。

如图 2所示，两种水分处理条件下，4个产地幼 苗CAT酶活性随光照增加具有类似的变化趋势，但酶活性在光照处理之间变异程度受两种水分处理条件的影响。水分胁迫对不同弱光下处理幼苗的协同影响在不同产地之间有差异，表现在经过水分胁迫后，NP产地幼苗CAT酶活性对弱光的适应性增加，即不同光照处理下的酶活性高于正常供水条件下的；水分胁迫提高WN产地幼苗在光处理Ⅱ和Ⅲ的CAT酶活性，水分胁迫下其酶活性对光照更加敏感；提高了KH产地各光处理的酶活性，且在水分胁迫后，增加了对光处理Ⅰ和Ⅲ的敏感性；水分胁迫较小程度提高LA产地幼苗光处理Ⅰ和Ⅲ的酶活性，降低光处理Ⅱ下的酶活性，但水分胁迫后各光处理对酶活性的影响无明显差异，而在充分水分下，LA产地CAT酶活性对光照表现出较高的敏感性。

图 2 两种水分处理下不同产地幼苗CAT抗氧化酶活性变化 Fig. 2 The changes of CAT activity of four I. lanceolatum ecotypes seedlings under different drought stress

图选项

如图 3所示，水分胁迫和正常供水条件下不同产地幼苗可溶性蛋白含量随光照增加的变化趋势相同。两种水分处理下，LA产地幼苗可溶性蛋白含量随光照增加不断上升；水分胁迫后，其含量有所下降，各处理下的含量均比正常水分处理的低。正常水分下，WN产地可溶性蛋白含量随光照增加“先升后降”，水分胁迫后，其含量在各弱光处理之间无明显差异，光处理Ⅱ下含量显著低于正常水分条件的(P<0.05)。不同水分处理下，随着光照增强，KH产地可溶性蛋白含量均表现出“先降后升”趋势；NP产地可溶性蛋白含量均表现出“先升后降”趋势。

图 3 两种水分处理下不同产地幼苗可溶性蛋白、MDA含量的变化 Fig. 3 The changes of soluble protein and MDA contents of four I. lanceolatum ecotypes seedlings under different drought stress

图选项

如图 3所示，不同产地幼苗丙二醛(MDA)含量因水分处理和光照条件不同而不同。其中，LA和WN产地幼苗MDA含量随光照增加的变化趋势不受水分处理影响，均呈现“先升后降”变化趋势。在正常水分下，KH产地MDA含量随着光照增加不断下降；在水分胁迫下，则为“先升后降”。在正常供水下，随着光照增强，NP产地幼苗MDA含量“先降后升”；水分胁迫下，则为“先升后降”；光处理Ⅱ下的NP产地幼苗MDA含量显著大于正常水分条件下的含量(P<0.05)。

近年来的研究表明^{[20, 21]}，逆境下植物产生更多的氧自由基，从而加剧了膜脂过氧化而导致膜系统受损，最终组织受到破坏。SOD、POD和CAT酶则对这些自由基和过氧化物起着清除作用，因此这些酶成为植物在逆境中的保护体系。可溶性蛋白是植物细胞重要的渗透调节物质，其积累量与渗透胁迫强度密切相关^[22]。丙二醛(MDA)是膜脂过氧化的产物，是膜脂过氧化程度的度量，它能强烈地与细胞内各种成分发生反应，因而引起酶和膜的严重损伤，膜电阻及膜的流动性降低，最终导致膜的结构及生理完整性的破坏，其含量的高低一定程度上可表示细胞膜脂过氧化程度和植物对逆境条件的反应强弱，大量的证据表明，逆境胁迫常导致植物MDA含量增加^[23]。

本研究通过弱光和水分胁迫双重试验处理，发现不同产地披针叶茴香幼苗抗氧化酶活性和渗透调节物质含量的变化趋势同样受水分胁迫和弱光条件的双重影响。图 3表明，水分胁迫一定程度可提高WN产地幼苗MDA含量，使得各光处理下含量高于正常水分条件的；水分胁迫同样提高了NP产地幼苗在光处理Ⅱ下的MDA含量；水分胁迫降低了LA产地幼苗MDA含量在光处理之间的差异，使得LA产地幼苗对弱光适应范围增加。但因产地而异，图 3亦表明，水分胁迫反而降低了KH产地幼苗MDA含量，使得其对弱光适应性有所下降，尤其对光处理Ⅲ的适应性。

有学者指出植物抗氧化系统常往往因处理方式等不同存在很大差异，甚至出现相反的趋势^[24]。本研究发现，不同类型抗氧化酶对不同产地披针叶茴香幼苗叶片弱光和水分双重胁迫的响应趋势不同，且存在产地间差异。图 1和2显示，在水分胁迫后，WN产地幼苗CAT酶活性在光处理Ⅱ和Ⅲ下比正常水分条件的明显增加，POD酶活性在光处理Ⅲ下比正常水分条件的显著增加；SOD酶活性在不同光处理下均比正常水分的显著下降；图 3显示MDA含量则各光处理下均显著高于正常水分条件的。这些结果表明水分胁迫激发WN产地幼苗叶片活性氧的产生，导致细胞较明显的过氧化反应，水分胁迫可提高WN产地幼苗对弱光的敏感程度。水分胁迫后，LA产地幼苗SOD和POD酶活性在不同弱光处理下均低于正常水分条件的，CAT酶活性在光处理间差异反而变小；不同光处理下的可溶性蛋白和MDA含量均较正常水分处理的增加；这些结果表明在弱光环境下，给予短期干旱处理可能会降低LA产地幼苗的弱光适应能力。与正常水分条件相比，KH产地幼苗经过水分胁迫后，其SOD、POD和CAT酶活性在光处理Ⅰ下均有显著增加；但其可溶性蛋白和MDA含量较低，水分胁迫可能某种程度上降低其弱光适应性。与其余产地明显不同的是，NP产地幼苗3种酶活性在各光处理下均表现出水分胁迫后的比正常水分下的有所提高，可能短期水分胁迫对提高NP产地幼苗对弱光的利用有重要贡献。

弱光和水分胁迫均是影响植株生长发育和光合作用的逆境因素^[16]。学者研究表明弱光下水分胁迫影响了植株幼苗的光合适应性^[16]；弱光下生长的植株叶片其水分状况发生明显变化，叶片相对含水量增加，蒸腾速率和水分利用效率都下降^[25]，这可能使得植株对水分的需求较正常光照下有所减少。在厚皮甜瓜上的研究亦表明，幼苗基质的适宜含水量与光照强度有关，在较弱的光照条件下则需适当控水，以利于植株的生长^[11]。本研究同样发现，在给予短期水分胁迫后，不同产地披针叶茴香幼苗的抗氧化酶活性在不同弱光光照条件下表现出明显差异，体现了各产地幼苗对弱光环境的胁迫适应性某种程度上受水分胁迫的协同影响，短期水分胁迫一定程度上可通过增加抗氧化酶活性和增加渗透调节物质含量的方式来提高幼苗对不同弱光环境的适应性和自身调节能力，这些研究结果与毛炜光等的研究结果较为一致^[11]。

研究也发现，披针叶茴香幼苗对弱光的适应性虽可通过控制水分条件实现，但调节能力受产地不同影响。水分胁迫后，在光照Ⅰ(25 μmol · m^-2 · s^-1)下，WN产地幼苗3种酶活性和可溶性蛋白含量均为所有产地的最低，但其MDA含量是4个产地中的最高，表明，WN产地幼苗对弱光适应性受水分胁迫的限制性影响。与其不同，LA、KH和NP产地幼苗3种酶活性大小和可溶性蛋白、MDA含量居中等水平，其渗透物质含量大小差异则体现了水分胁迫在提高其幼苗忍耐弱光环境方面的促进作用。

研究表明经过水分胁迫后，不同产地披针叶茴香幼苗弱光适应性差异明显。在相同水分胁迫条件下，4个产地需光性和适应性不同，短期干旱后WN产地更适应25—50 μmol · m^-2 · s^-1范围的弱光环境；LA产地在光照Ⅰ就开始遭受危害；KH和NP产地比较更容易适应光照Ⅱ(50 μmol · m^-2 · s^-1)的弱光环境。这表明，在水分胁迫条件下，LA产地幼苗对弱光和水分双重胁迫的影响最敏感，耐干旱能力较低；KH和NP产地在50 μmol · m^-2 · s^-1的弱光照条件下更适应水分胁迫；WN产地幼苗对弱光适应范围最宽。

本试验亦表明，在水分胁迫下，披针叶茴香幼苗受光照增强的影响远高于正常水分处理下的；在水分充足下，其适应生长的光照范围变宽，受光照影响较小；在水分胁迫下，弱光环境对其幼苗生长影响的程度因产地而异。可知，披针叶茴香幼苗整体较不耐旱，但在弱光生长环境下，适当水分胁迫可提高植株适应能力，缓解栽培过程弱光胁迫带来的生长限制影响。本研究还发现，在水分充足或者胁迫下，披针叶茴香幼苗渗透调节物质如可溶性蛋白、丙二醛含量对光照有较高的敏感性，在适应逆境调节过程中发挥重要作用。

本研究针对4个产地披针叶茴香1年生幼苗进行弱光培养和水分胁迫同步试验，结果从另一个角度证实不同产地披针叶茴香幼苗对弱光光照的不同需求性以及水分胁迫在提高或保持其弱光适应性方面的积极作用，试验结果揭示和阐释了弱光干旱环境下披针叶茴香植株的光生态适应性产地间差异和生理响应机制，研究结论对其迁地保护和人工栽培具有重要的实践应用价值。

(1)研究表明，弱光和水分胁迫协调作用是影响披针叶茴香生长发育的逆境因素，弱光下水分胁迫影响了披针叶茴香幼苗的抗氧化系统和渗透物质含量，适度水分胁迫一定程度提高了植株幼苗弱光适应性。

(2)研究表明，弱光培养条件下经过水分胁迫后，不同产地幼苗间生理特性及其适应性差异明显。在水分胁迫条件下，LA产地幼苗对弱光和水分双重胁迫的影响最敏感，耐干旱能力明显下降；KH和NP产地在50 μmol · m^-2 · s^-1的弱光照条件下较适应水分胁迫；WN产地幼苗对弱光适应范围最宽。

(3)研究揭示了弱光干旱环境下披针叶茴香植株的光生态适应性产地间差异和生理响应机制。在水分充足或者胁迫下，植株幼苗渗透调节物质对光照有较高的敏感性，在适应逆境调节过程中发挥重要作用。