金花茶组(Camellia Sect.Chrysantha)为山茶科(Theaceae)山茶属(Camellia)植物，多为常绿灌木或小乔木，高可达3-4 m，是国家二级重点保护野生植物和世界珍稀观赏植物^{[1, 2]}。山茶属植物的花瓣颜色多为红色、白色或复合色。20世纪60年代初，金花茶首次被发现，其花瓣金黄油润，如上薄腊，形态优美，是唯一开黄色花朵的山茶属植物。金花茶的观赏价值和市场开发潜力极高，但种质资源十分有限，因此被誉为“茶族皇后”“植物界大熊猫”。广西是金花茶分布的中心，主要分布地在防城港、扶绥、凭祥等县市，广西因此又被誉为金花茶的故乡^{[3, 4]}。金花茶具有较高的药用价值，其含有茶多糖、氨基酸、茶多酚以及皂苷类等多种活性成分，此外，金花茶提取物具有抗肝癌、抗肿瘤和降血脂等作用^[5-8]。

光照是影响植物生存的重要环境因子，是植物存储物质和能量的重要来源之一。通过研究濒危植物的光合生理特性，可判断植物的生长发育情况，为种群恢复和保护提供理论依据^[9]。濒危植物与光环境之间的关系已被广泛关注^{[10, 11]}。木兰(Magnolia liliflora)、毛果木莲(Manglietia ventii)幼苗夏季易受光胁迫，适当遮阴能提高其光合速率^{[12, 13]}; 崖柏(Thuja sutchuenensis)在较高光照条件下有较好的光合性能，遮阴过度会因光照不足影响植株正常生长^[14]。目前，关于金花茶组植物光合特性方面已有一些研究。杨期和等^[15]对金花茶(C.nitidissima)光合生理特性的研究结果表明，夏季幼苗光合作用有午休现象，较喜热，光饱和点和补偿点较低，是典型的阴生植物；金花茶在80%遮阴处理下叶片中的氮素和光合色素含量最高，净光合速率(P_n)最大。毛瓣金花茶(C.pubipetala)能忍受一定程度的强光(50%光照强度)，在迁地保护时可选择相对开敞的环境^[10]。越南多毛金花茶(C.hirsuta)适宜在20%-30%光照强度下生长^[11]。这些研究结果为濒危植物的保护与种群恢复提供了重要理论依据。

虽然金花茶组植物均为生长在林下的阴生植物，但其光需求特性及对不同光照强度的适应性仍存在差异。以往多对单个金花茶物种进行光合特性的研究，还缺乏相似材料、不同物种在相同环境下光合特性的比较研究，也没有从光合特性角度去分析不同金花茶物种生境差异的原因。为此，本研究通过搭建遮阴网，模拟不同光照强度，探究四季花金花茶(C.perpetua)、淡黄金花茶(C.flavida)和东兴金花茶(C.tunghinensis)在不同光照强度下的光合生理特性和生长状况，分析3种金花茶对不同光照强度的适应性，拟为其人工繁育、种群恢复及迁地保护等提供理论依据，也为其生境差异的原因提供部分解释。

试验地位于广西桂林市雁山区广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所。海拔175 m，属中亚热带季风气候区，年平均气温19.2 ℃，最热月平均气温28.4 ℃，最冷月平均气温7.7 ℃，年平均降水量1 854.8 mm (降水量多集中于4-8月，占全年降水量的73%)，年平均日照时数1 680 h，年平均相对湿度82%^[16]。试验地气候温和，雨量充沛，适合金花茶组植物的生长。

选取生长状况良好、长势基本一致且无病虫害的四季花金花茶、淡黄金花茶和东兴金花茶3年生扦插苗为试验材料，3种金花茶苗高为45-50 cm。光照强度设置参考柴胜丰等^[10]的方法，利用黑色尼龙搭建遮阴棚，光照强度分别设置为8%、20%、45%和100%(无遮阴)。将3种金花茶幼苗种植于内径30 cm、深25 cm的塑料花盆中，栽培基质为林下表层土壤，每盆1株，每个处理10盆。将3种金花茶幼苗在8%光照强度的遮阴棚中恢复生长1个月后，于5月中旬将每个处理幼苗分别放置于4个遮阴棚中，定期浇水施肥，统一管理模式，9月中旬进行光合生理指标的测定。因3种金花茶在秋冬季抽稍，于翌年3月中旬进行生物量的测定。由于东兴金花茶在100%光照强度下叶片脱落并逐渐死亡，因此没有进行该处理各试验指标的测定。

于2022年9月16日(晴天)08:30-12:30，用Li-6400XT便携式光合系统(美国Li-Cor公司)进行光合-光响应曲线的测定。选取植株顶部健康完整的成熟叶片，在400 μmol·m^-2·s^-1下诱导30 min以激活光合系统，设置光照强度梯度为1 500、1 200、1 000、800、600、400、200、100、50、20、0 μmol·m^-2·s^-1。以光量子通量密度(PPFD)为横轴、净光合速率(P_n)为纵轴绘制光合-光响应曲线(P_n-PPFD曲线)，依据Bassman等^[17]的方法拟合P_n-PPFD曲线方程：P_n=P_max(1-C₀ e^ΦPPFD/P_max)，其中P_max为最大净光合速率，即光合能力，C₀为度量弱光下净光合速率趋于0的指标，Φ为弱光下光化学量子效率。通过适合性检验，若拟合效果良好，则可用下式计算光补偿点(LCP)：LCP=P_maxln(C₀)/Φ，假定P_n达到P_max的99%的PPFD为光饱和点(LSP)，则LSP=P_max ln(100 C₀)/Φ。表观量子效率(AQY)为0-50 μmol·m^-2·s^-1光照强度范围内净光合速率与光照强度直线方程的斜率。每个处理测定3株，每株测定1片叶子。

将试验苗木于当天晚上移入室内黑暗环境中，次日凌晨用Mini-Imaging-PAM-2100调制叶绿素荧光成像系统(德国WALZ公司)测定叶片的叶绿素荧光参数。先用测量光(强度为0.1 μmol·m^-2·s^-1)测定初始荧光F_o，随后用饱和光6 000 μmol·m^-2·s^-1脉冲(脉冲时间0.8 s)激发产生最大荧光(F_m)。用光化光(强度为200 μmol·m^-2·s^-1)诱导荧光动力学曲线，测定叶片光适应下的最小荧光(F′_o)、最大荧光(F′_m)和稳定荧光(F_s)，并由Wincontrol-3软件计算光系统Ⅱ(PSⅡ)最大光化学效率(F_v/F_m, 其中F_v为可变荧光)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)和光合电子传递速率(ETR)。每个处理测定6株，每株测定1片叶子。

选取3-5片成熟度与测量方位一致、健康且完整的叶片进行光合色素指标测定。用95%乙醇提取叶片的光合色素，分别在665、649、470 nm波长下测定提取液的吸光值，按照参考文献[18]计算叶绿素总量(Chl)、叶绿素a (Chl a)、叶绿素b (Chl b)、类胡萝卜素(Car)含量、叶绿素a与叶绿素b的比值(Chl a/Chl b)、叶绿素与类胡萝卜素的比值(Chl/Car)，每个处理重复3次。

在试验结束后，每个处理取5株幼苗，洗净晾干后用枝剪将根、茎、叶分开放于信封袋，置于80 ℃烘箱烘干至恒重后，取出分别测定根生物量、茎生物量、叶生物量和总生物量，记录数据。

利用Excel 2016进行数据统计，采用SPSS 20.0进行方差分析，并用Duncan法进行多重比较，绘图采用Sigma plot 12.5。

3种金花茶生长地环境因子日变化如图 1所示。在100%光照强度下，光合有效辐射(PAR)最大值出现在14:30左右，为1 408.40 μmol·m^-2·s^-1；在45%光照强度下，PAR最大值为670.12 μmol·m^-2·s^-1；在20%和8%光照强度下，PAR最大值均在250 μmol·m^-2·s^-1以下。空气温度(T_a)和空气湿度(RH)均受到PAR的影响，T_a变化趋势与PAR基本一致，而RH变化趋势与PAR相反。

图 1 3种金花茶生长地环境因子日变化 Fig.1 Daily variation of environmental factors in the growing areas of three yellow Camellia species

图选项

四季花金花茶和东兴金花茶PPFD在0-200 μmol·m^-2·s^-1时，其P_n呈指数式上升；当PPFD在200-400 μmol·m^-2·s^-1时，P_n缓慢上升；当PPFD大于400 μmol·m^-2·s^-1时，P_n基本保持不变。淡黄金花茶在20%和100%光照强度下的P_n变化趋势与四季花金花茶和东兴金花茶P_n变化趋势基本一致。在8%和45%光照强度下，淡黄金花茶PPFD在0-150 μmol·m^-2·s^-1时，其P_n呈指数式上升；在150-200 μmol·m^-2·s^-1时，P_n上升缓慢，后趋于平衡(图 2)。不同光照强度环境下3种金花茶的光合-光响应曲线随光照强度的变化趋势基本一致，但P_n大小存在差异：四季花金花茶P_n表现为8%>20%>45%>100%，淡黄金花茶P_n表现为20%>8%>45%>100%，东兴金花茶P_n表现为20%>8%>45%。

图 2 不同光照强度处理下3种金花茶光合-光响应曲线 Fig.2 Photosynthetic-light response curves of three yellow Camellia species under different light intensity treatments

图选项

四季花金花茶的P_max随着光照强度的增加而表现出逐渐下降的趋势，100%光照强度下的P_max显著低于其他3个处理(P＜0.05)，而其他3个处理间无显著差异(P>0.05)(表 1)。淡黄金花茶和东兴金花茶的P_max随着光照强度的增加则表现为先升高后降低的趋势，两者均在20%光照强度下达到最大值。四季花金花茶的LSP随着光照强度的增加而升高，100%光照强度下的LSP为457.01 μmol·m^-2·s^-1，显著高于8%光照强度下的LSP(386.50 μmol·m^-2·s^-1)(P＜0.05)；淡黄金花茶和东兴金花茶的LSP随着光照强度的升高表现为先升高后降低的趋势，两者均在20%光照强度下达到最大值。3种金花茶的LCP均随着光照强度的增加而升高。四季花金花茶和东兴金花茶的AQY随着光照强度的增加呈下降趋势。与8%光照强度下的AQY (0.039 4 mol·mol^-1)相比，四季花金花茶在100%光照强度下的AQY (0.023 6 mol·mol^-1)显著下降(P＜0.05)；淡黄金花茶在20%(0.042 4 mol·mol^-1)下的AQY则显著高于8%光照强度(0.028 1 mol·mol^-1)(P＜0.05)。淡黄金花茶的AQY随光照强度的升高呈先升高后降低趋势，在20%光照强度下AQY达到最大值。在20%光照强度下，东兴金花茶的P_max(3.870 μmol·m^-2·s^-1)显著高于四季花金花茶(3.352 μmol·m^-2·s^-1)(P＜0.05)，而淡黄金花茶的P_max(3.525 μmol·m^-2·s^-1)与两者之间无显著差异(P>0.05)。

3种金花茶叶绿素荧光参数如表 2所示。随着光照强度的增加，四季花金花茶F_o表现为先增大后减小，但各处理间无显著差异(P＞0.05)；F_m在8%光照强度有最大值、F_v/F_m则表现为逐渐下降的趋势，100%光照强度的F_m(1 200.67)和F_v/F_m(0.716)显著低于其他3个处理(P＜0.05)，而其他3个处理间无显著差异(P＞0.05)。四季花金花茶ΦPSⅡ和ETR均随着光照强度的增加呈先升高后降低的趋势，20%光照强度下最大(分别为0.611和51.37)，100%光照强度下最小(分别为0.445和37.20)，100%光照强度下的ΦPSⅡ和ETR显著低于其他3个处理(P＜0.05)；淡黄金花茶45%光照强度下的F_m、F_v/F_m(分别为1 464.00和0.755)和100%光照强度下的F_m、F_v/F_m(分别为1 095.33和0.677)显著低于8%光照强度下的F_m、F_v/F_m(分别为1 893.33和0.807)和20%光照强度下的F_m、F_v/F_m(分别为1 815.00、0.787)；东兴金花茶F_m、F_v/F_m、ΦPSⅡ和ETR随光照强度的增加均表现为下降趋势，45%光照强度下的F_v/F_m(0.730)、ΦPSⅡ(0.463)和ETR (36.76)显著低于其他2个处理。

随着光照强度的增加，3种金花茶叶片Chl a、Chl b、Chl和Car含量均逐渐下降(表 3)。3种金花茶叶片Chl a/Chl b值随着光照强度的增加表现为先降低后升高的趋势，在20%光照强度下最低，100%光照强度最高(除东兴金花茶在45%光照强度最高外)。3种金花茶的Car/Chl值均随着光照强度增加而升高，45%和100%光照强度下的Car/Chl值显著高于8%光照强度和20%光照强度(东兴金花茶的Car/Chl值在45%光照强度下最高)(P＜0.05)。在20%光照强度下，3种金花茶叶片Chl含量大小表现为东兴金花茶(1.935 mg·g^-1 FW)>四季花金花茶(1.309 mg·g^-1 FW)>淡黄金花茶(0.996 mg·g^-1 FW)。

随着光照强度的增加，3种金花茶根生物量、茎生物量、叶生物量和总生物量均表现为先增加后降低趋势(表 4)。不同光照强度下四季花金花茶的茎生物量、叶生物量和总生物量均表现为45%>20%>8%>100%，45%光照强度下的根生物量(14.51 g)、茎生物量(15.37 g)、叶生物量(10.72 g)和总生物量(40.61 g)均显著高于其他3个处理(P＜0.05)，而100%光照强度下的叶生物量(4.44 g)显著低于其他处理(P＜0.05)。不同光照强度下淡黄金花茶的茎生物量、叶生物量和总生物量表现为20%>45%>8%>100%；20%光照强度下的总生物量显著高于8%和100%光照强度(P＜0.05)，100%光照强度下的总生物量显著低于其他处理(P＜0.05)。东兴金花茶的茎生物量、叶生物量和总生物量表现20%>8%>45%，20%光照强度下的总生物量显著高于45%光照强度(P＜0.05)，而后两者间无显著差异(P>0.05)。

了解植物的光合特征参数，可以更直观地了解植物在光合作用过程中的光化学效率^[19]。P_max是判断植物潜在光合作用能力的重要指标^[20]。本研究中，3种金花茶在相对较高光照强度处理下的P_max显著低于低光照强度处理(P＜0.05)，这与对金丝李(Garcinia paucinervis)、堇叶紫金牛(Ardisia violacea)等植物的研究结果基本一致^{[21, 22]}。长时间的高光照强度照射可能会引起PSⅡ反应中心结构的破坏，降低Rubiso酶活性，导致吸收过量的光源成为应激源并增加活性氧(ROS)，增加光呼吸和暗呼吸，从而导致光合速率下降^{[23, 24]}。四季花金花茶在8%-45%光照强度范围内的P_max基本保持稳定，而淡黄金花茶和东兴金花茶在45%光照强度下的P_max显著低于20%光照强度，表明四季花金花茶能较好地适应低光照至中等光照环境，而淡黄金花茶和东兴金花茶对低光照环境适应能力更强。LCP和LSP是判断植物对光的利用范围，通常情况下，LSP越高，说明植物对强光的利用能力越强；LCP越低，说明植物在弱光环境下对光的利用能力越强^[25]。本研究中，随着光照强度的增加，四季花金花茶的LSP逐渐升高，表明四季花金花茶能通过提高LSP来部分适应高光照强度，其光合特性随光照强度的变化有一定的可塑性^[24]，这与对老鸦瓣(Amana edulis)的研究结果一致^[26]。淡黄金花茶和东兴金花茶的LSP随光照强度增加表现为先升高后降低的趋势(20%光照强度下最大)，表明这2种金花茶对高光照强度的适应能力较差^[27]，这与王晓冰等^[28]对大百合(Cardiocrinum giganteum)的研究结果基本一致。AQY是光合作用中光能转化的指标之一，其值通常为0.02-0.05，值越高，植物在相应弱光下转换利用光能的效率就越高^[29]。本研究中，四季花金花茶和淡黄金花茶在100%光照强度下的AQY值显著低于其他光照强度，东兴金花茶在45%光照强度下的AQY值最低，表明生长在高光照强度下的3种金花茶对光的利用能力减弱。在8%光照强度下，东兴金花茶有最大的AQY和最小的LCP，表明其在低光照强度下对弱光的利用效率提高，更适应弱光环境^[30]。光合特性的研究结果与3种金花茶的野生种群分布地生境一致，四季花金花茶分布于石山中上部，喜相对开敞的遮阴环境；淡黄金花茶分布于石山山坳或山坡中下部，喜阴或半阴环境；东兴金花茶分布于土山中部沟谷或水沟旁荫蔽度较高的林下，喜阴湿环境；3种金花茶对不同生境的偏好可能与其光合能力大小及对不同光照强度的适应性有一定关系。

叶绿素荧光与光合作用反应密切相关，叶绿素荧光参数能有效反映植物光能捕获效率^[31]。初始荧光(F_o)是叶片暗适应后光系统Ⅱ反应中心全部开放时的荧光水平，最大荧光产量(F_m)反映了PSⅡ的电子传递情况，ΦPSⅡ体现了实际光化学效率。本研究中，四季花金花茶和淡黄金花茶的F_o随着光照强度的增加基本表现出先升高后降低的趋势，这与义安油茶(Camellia oleifera var.‘nhge an’)、西洋杜鹃(Rhododendron hybridum)随着光照强度的增加F_o逐渐升高的结果不同^{[32, 33]}，可能是这两种金花茶对100%光照强度适应能力比义安油茶、西洋杜鹃弱。在弱光下植物会通过提高PSⅡ活性来抵御弱光胁迫，在高光照强度下F_o降低可能是类囊体膜受到损害，PSⅡ反应中心受到伤害或发生不可逆失活造成的^[34]。在未受到外界环境条件影响的情况下，F_v/F_m值一般为0.75-0.85^{[35, 36]}。本研究结果显示，3种金花茶F_v/F_m值随着光照强度的增加逐渐降低，与吴飞燕等^[37]对石栎(Lithocarpus glaber)的研究结果类似。四季花金花茶在100%光照强度下、淡黄金花茶在45%和100%光照强度下、东兴金花茶在45%光照强度下的F_v/F_m值均显著低于其他处理，表明高光照强度可能破坏了PSⅡ结构，降低了3种金花茶PSⅡ光能转化效率，使光合速率下降。四季花金花茶的F_v/F_m值在8%-45%光照强度下无显著差异，表明其对中等光照强度有一定的适应性，这与P_max的变化一致。四季花金花茶和淡黄金花茶的ETR和ΦPSⅡ均在20%光照强度下达到最大值，东兴金花茶在8%光照强度下达到最大值，表明在相应低光照强度下，ΦPSⅡ光能转化效率更高，吸收的光能更多地被用于光化学途径^[38]。3种金花茶中，东兴金花茶对低光照环境的适应性更好。

叶绿素含量的高低可作为植物耐强弱光能力的重要指标。在一定的光照强度范围内，叶绿素含量随着光照强度的增加而减小^[39]。本研究中，3种金花茶随着光照强度的增加，叶绿素含量逐渐降低，这与前人研究结果基本一致^[40-42]。随着光照强度的增加，3种金花茶Chl a/Chl b值先降低后升高，最低值出现在20%光照强度，在相对弱光下叶绿素b的含量升高，有利于植物捕获更多光能用于合成有机物，促进植物生长^{[25, 43]}。3种金花茶Car与Chl含量均随光照强度的增加而减少，而Car/Chl值表现为上升趋势，这是由于Car稳定性高于Chl。在高光照条件下，Car的增加能保护植物的光合结构，避免Chl光氧化遭到破坏^[24]，这是其对强光胁迫的一种光保护调节机制。

光是控制植物生长发育的关键环境因子，影响着植物的生长和分布^[44]。一般情况下，光照可以促进植物的光合作用，有利于幼苗生物量的积累，但幼苗生物量的积累存在一个最佳光照强度范围，如光照强度过高，幼苗生物量积累则会受到抑制，导致生物量下降^[45]。本研究中，四季花金花茶在45%光照强度、淡黄金花茶与东兴金花茶在20%光照强度下的根、茎、叶生物量及总生物量均高于其他光照强度，这与朱成豪等^[16]和易伟坚等^[46]的研究结果一致。适当增加光照强度能促进金花茶的生长发育，光照过高或过低均不利于生物量的积累。3种金花茶中，四季花金花茶喜中等光照环境，而淡黄金花茶和东兴金花茶偏好低光照环境。

四季花金花茶、淡黄金花茶和东兴金花茶在8%和20%光照强度下有较高的P_max、AQY、F_m、F_v/F_m、ΦPSⅡ、ETR和Chl含量，以及较低的LCP，其对低光照环境有较好的适应性，其中东兴金花茶对低光照环境的适应性更强。3种金花茶对高光照环境的适应性存在一定差异，四季花金花茶对于强光的耐受性更强，淡黄金花茶次之，东兴金花茶最弱。在本研究中，四季花金花茶喜45%光照强度，而淡黄金花茶和东兴金花茶偏好20%光照强度。3种金花茶的光合特性符合其野生种群分布地的光环境特征。