光合作用是植物生长发育、开花结果的生理生化基础，对树木的生长发育有直接影响^[1]。长叶竹柏(Nageia fleuryi)为罗汉松科(Podocarpaceae)竹柏属(Nageia)常绿乔木，又名桐木树、竹叶球。长叶竹柏主要分布于中国南部地区以及越南、柬埔寨，在我国广东省主要分布于高要、增城、龙门、博罗等地，常散生或零星小片分布于海拔1 000 m的山地林中^[2]。长叶竹柏的木材坚韧、结构致密、纹理直、材质轻软，为制作上等家具、器具、雕刻、建筑等的优良用材；其种子及种仁的含油量丰富，可供食用或工业用^[3]；其树干耸直，树形美观，可作行道树、庭院绿化树种或室内盆栽观赏树种^[4-5]；其枝叶含芳香油且富含纤维^[6-7]，具有抗肿瘤、抗病毒、抗氧化及抗炎活性^[8-9]，因此具有较高的研究价值和良好的开发前景。

优质种苗是提高中药材产量和质量的保证。建立长叶竹柏种苗质量分级标准，有助于规范其种苗市场流通、提升其种苗品质，并推动其标准化栽培生产^[10-12]。长叶竹柏为国家三级重点保护野生植物^[13]，其因材用价值和观赏价值而被人们过度采挖和砍伐利用，导致尚存资源甚少，因此亟须开展规模化人工繁育来有效保护这一物种，并在确保野生物种资源稳定的前提下，通过人工选育技术开发其木材资源，以满足社会需求。目前，长叶竹柏的研究主要集中于化学成分及生物活性^[9]、种子萌发特性^[14]、叶绿体基因组特征及系统发育^[15]等方面，而关于长叶竹柏种苗质量分级标准的研究较少，尤其是对种苗生长潜力具有直接影响的光合特性研究尚未见文献报道。种苗质量分级与光合特性研究紧密相关，光合作用的强弱直接影响着种苗生长，且分级指标与光合作用有关，如冠幅和叶片既会影响光合作用，又是分级的重要指标^[16]。基于此，本研究以长叶竹柏为研究对象，建立其种苗质量分级标准，对比分析其不同等级种苗的光合生理特征，可有效推进长叶竹柏的保护及相关行业大规模产业化进程，旨在为长叶竹柏的标准化育苗和产业化发展提供理论支撑。

1 材料与方法 1.1 试验地概况

试验地位于广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所，海拔180-300 m，全年平均气温19.2 ℃，雨量丰沛、阳光充足，属于中亚热带季风气候^[17]。

1.2 试验材料

选取同一种源、同一树种的1年生长叶竹柏种苗300株，培养土壤为沙壤土，种苗培育在种植袋里，种植袋直径为15 cm、高度为15 cm。

1.3 方法 1.3.1 种苗质量分级测定

采用1年生长叶竹柏300株，测量其种苗的地径、株高、根长、根粗、地上鲜重、地下鲜重、冠幅、叶片数等生长指标。地径：采用游标卡尺测量苗木地径(苗干基部土痕处粗度)。株高：采用卷尺测量自地径至顶芽基部的苗干长度。根长：用卷尺测量自根茎基部到最长根须末端的长度。根粗：用游标卡尺测量根基部的粗度^[18]。用电子秤称量地上鲜重和地下鲜重。冠幅：平均冠幅直径=(东西直径+南北直径)/2，单位为mm。叶片数：通过人工目测方式记录每株幼苗的叶片数目。采用主成分分析、K-均值聚类分析进行成分分析，提取出主成分，并根据结果对种苗进行聚类分析，得到长叶竹柏种苗聚类结果，结合实际情况制定其种苗分级标准。

1.3.2 光合-光响应曲线测定

采用Li-6800XT便携式光合仪(美国LI-COR公司)测定光合-光响应参数，选择在晴朗天气的早上8：00-12:00进行测定，测定时选择完整且无病虫害的叶片。测量前设置红蓝光源，光合有效辐射(PAR)为600 μmol·m^-2·s^-1，对叶片进行15 min的光诱导，直至叶片净光合速率(P_n)稳定。使用开放气路，气体流速设定为500 μmol·s^-1、叶室气压差为0.1 kPa，CO₂由小钢瓶注入系统，稳定浓度为400 μmol·mol^-1，分别设定光照强度为1 800、1 400、1 000、800、600、400、200、100、50、0 μmol·m^-2·s^-1，共10个梯度，每个梯度停留120-180 s。以光量子通量密度(PPFD)为横轴、P_n为纵轴绘制光合-光响应曲线，通过公式(1)拟合曲线。测定的生理生态指标包括P_n、胞间CO₂浓度(C_i)、蒸腾速率(Emm)、气孔导度(gsw)等光合参数。

$ \begin{equation*} P_{\mathrm{n}}=\mathrm{AQY} \frac{1-\beta \mathrm{PPFD}}{1+\gamma \mathrm{PPFD}} \mathrm{PPFD}-R_{\mathrm{d}} \text {, } \end{equation*} $

(1)

式中，AQY为表观量子效率(mol·mol^-1)，β和γ为系数，R_d为暗呼吸速率(μmol·m^-2·s^-1)。

适应性检验显示拟合效果良好，使用公式(2)-(4)分别计算光饱和点(LSP)、最大净光合速率(P_max)、光补偿点(LCP):

$ \mathrm{LSP} =\frac{\sqrt{(\beta+\gamma) / \beta-1}}{\gamma} , $

(2)

$ P_{\max } =\mathrm{AQY}\left(\frac{\sqrt{\beta+\gamma}-\sqrt{\beta}}{\gamma}\right)-R_{\mathrm{d}} , $

(3)

$ ~~~~~~ \mathrm{LCP} = \\ \frac{\mathrm{AQY}-\gamma R_{\mathrm{d}}-\sqrt{\left(\gamma R_{\mathrm{d}}-\mathrm{AQY}\right)^{2}-4 \beta \times \mathrm{AQY} \times R_{\mathrm{d}}}}{2 \alpha \beta} , $

(4)

式中，α为系数。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2016软件对光合-光响应参数进行数据处理，采用叶子飘^[19]的双曲线修正模型对光合-光响应曲线进行分析，并计算AQY、P_max、LSP、LCP和R_d等参数。运用SPSS 26.0软件进行数据处理和分析，采用单因素方差分析进行组间差异性分析^[20]。使用Origin 2024软件对光合特征指数进行分析并将数据进行可视化。

2 结果与分析 2.1 1年生长叶竹柏种苗质量分级 2.1.1 1年生长叶竹柏种苗生长指标测定

1年长叶竹柏种苗的生长指标测定结果如表 1所示。株高3.00-24.00 cm，冠幅1.22-27.50 mm，地径1.13-5.58 cm，叶片数1.00-48.00，根粗0.35-2.75 mm，根长5.06-116.50 cm，地上鲜重2.35-3.75 g，地下鲜重2.16-4.89 g。长叶竹柏变异系数从高到低依次为叶片数＞根粗＞冠幅＞根长＞株高＞地下鲜重＞地径＞地上鲜重。

2.1.2 1年生长叶竹柏种苗主要参数相关性分析

对1年生长叶竹柏种苗的8个生长指标进行相关性分析，结果见表 2。株高与地径、冠幅、叶片数、根长呈极显著正相关(P＜0.01)；地径与根粗呈显著正相关(P＜0.05)，与冠幅、叶片数、根长呈极显著正相关(P＜0.01)；冠幅与叶片数、根长呈极显著正相关(P＜0.01)，与地下鲜重呈极显著负相关(P＜0.01)；叶片数与地下鲜重呈显著负相关(P＜0.05)；根长与地上鲜重呈显著负相关(P＜0.05)；地下鲜重与地下鲜重呈极显著负相关(P＜0.01)。

2.1.3 1年生长叶竹柏种苗主成分分析

1年生长叶竹柏种苗的主成分分析结果见表 3。长叶竹柏的株高、冠幅、地径、叶片数4个指标的主成分累积方差贡献率达100%，第1个主成分(株高)的方差贡献率为66.444%，表明该成分已大体能反映样本的差异。因此，可将“株高”视为代表植株整体生长势的关键综合指标。

2.1.4 1年生长叶竹柏种苗的K-均值聚类分析

对1年生长叶竹柏种苗的株高、地径、冠幅和叶片数进行逐步聚类，结果见表 4。结合相关性与主成分分析结果，确定以株高、地径、冠幅和叶片数4项指标来划分质量等级，通过K-均值聚类分析界定指标范围并适当调整，初步制定长叶竹柏种苗的质量分级标准^[21]，结果见表 5。长叶竹柏种苗被分为Ⅰ级种苗和Ⅱ级种苗两类，其中Ⅰ级种苗株高>17.00 cm，地径>4.01 cm，冠幅>16.33 mm，叶片数>21.00；Ⅱ级种苗株高11.00-17.00 cm, 地径3.44-4.01 cm，冠幅8.04-16.33 mm，叶片数7.00-21.00。若株高、地径、冠幅、叶片数中有一项未达到标准或所有指标中多项未达到标准，则降低一级。Ⅲ级种苗因株高(＜11.00 cm)、地径(＜3.44 cm)、冠幅(＜8.04 mm)、叶片数(＜7.00)等指标未达到Ⅱ级种苗的最低标准，被归类为“不合格”苗，故未列入质量分级标准中。

2.2 1年生长叶竹柏的光合-光响应曲线比较

长叶竹柏种苗的P_n、C_i、Emm、gsw对PPFD的光合-光响应曲线如图 1所示。由图 1(a)可知，1年生各级长叶竹柏种苗的P_n存在明显差异，Ⅰ级种苗显著高于Ⅱ、Ⅲ级种苗。当PPFD为0-400 μmol·m^-2·s^-1时，Ⅰ、Ⅱ级种苗的P_n随着PPFD的增大呈快速上升的趋势，而Ⅲ级种苗呈缓慢上升的趋势。当PPFD为1 000 μmol·m^-2·s^-1时，Ⅰ级种苗达到LSP，而后随着PPFD的增大，P_n保持稳定。当PPFD为600 μmol·m^-2·s^-1时，Ⅱ级种苗达到LSP，而后P_n随着PPFD的增大呈下降趋势；当PPFD为200 μmol·m^-2·s^-1时，Ⅲ级种苗达到LSP，而后P_n随着PPFD的增大保持平稳。由图 1(b)可知，当PPFD为0-100 μmol·m^-2·s^-1时，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级种苗的C_i均随着PPFD的增大而急剧下降；当PPFD为200-800 μmol·m^-2·s^-1时，C_i下降速度逐渐减缓；当PPFD为800-1 000 μmol·m^-2·s^-1时，C_i出现小幅度上升；当PPFD为1 000-1 400 μmol·m^-2·s^-1时，C_i缓慢降低并趋于平稳。由图 1(c)和图 1(d)可知，Ⅰ、Ⅱ级种苗的Emm和gsw均高于Ⅲ级种苗。当PPFD为0-1 800 μmol·m^-2·s^-1时，Ⅰ、Ⅱ级种苗的Emm呈上升趋势，Ⅲ级种苗整体趋于平缓。当PPFD为0-600 μmol·m^-2·s^-1时，Ⅰ级种苗的gsw响应较明显；但当PPFD为1 400-1 800 μmol·m^-2·s^-1时，Ⅰ、Ⅱ级种苗的gsw均呈下降趋势。

2.3 1年生长叶竹柏光合-光响应特征参数的比较

1年生长叶竹柏3个不同等级种苗的光合-光响应参数比较结果见表 6。Ⅰ、Ⅱ级种苗的P_max和LSP均呈显著性差异(P < 0.05)。3个不同等级种苗的LCP均无显著性差异(P＞0.05)。Ⅰ级种苗的R_d、P_max和AQY值最高，其次是Ⅱ级种苗，Ⅲ级种苗最低。

3 讨论 3.1 长叶竹柏种苗质量分级

本研究结合长叶竹柏种苗的生产实际，将株高、地径、冠幅、叶片数、根粗、根长、地上鲜重、地下鲜重等作为质量分级的指标，既直观又容易测量，能有效简化分级流程，具备生产实践的可操作性。长叶竹柏种苗的质量分级结果显示，8个质量指标中，叶片数、根粗、冠幅、根长变异系数较大，显著影响种苗的质量，这与窦全琴等^[22]的研究结果相似。研究表明，种苗质量对移栽成活率、木材质量及产量具有决定性影响^[23]，而且优质种苗往往具有更高的净光合速率和表观量子效率，因此，将株高、地径、冠幅、叶片数等形态指标与光合生理参数共同纳入分级体系，可使长叶竹柏实现高效资源化利用。此外，科学的分级方法是制定苗木质量分级标准的基础。而以往研究在制定分级体系时，通常采用主成分分析与标准差法对种苗进行等级划分^[24-25]，相较于传统的标准差法，聚类分析法在种苗质量分级的研究中展现出更强的系统性与科学性^[26-28]。

本研究仅将长叶竹柏种苗划分为Ⅰ级种苗和Ⅱ级种苗，Ⅲ级种苗的形态参数低于Ⅱ级种苗的最低标准，故不列入质量分级标准中。K-聚类分析显示，Ⅲ级种苗在生长参数上显著低于Ⅰ级和Ⅱ级种苗，主要表现为叶片数量少、冠幅小，导致光能捕获面积受限，有机物合成不足，难以达到优质苗木标准。在实际育苗生产中，Ⅲ级种苗因形态不完善、活力弱，移栽后适应性差、成活率低，常被归“不合格”苗。通过增施有机肥和根据光合特性调节光照进行优化培育后，若仍不达标则需淘汰，以减少资源浪费并提高育苗效率，这种形态指标的差异，反映了其光合特性与形态生长的协同关系。

3.2 长叶竹柏种苗的光合-光响应参数

光合作用显著影响植物的生长与发育进程，通过光合-光响应曲线解析长叶竹柏的光合参数，可系统比较不同等级种苗的光合特性差异。其中，P_max反映植物的光合能力^[29]；AQY体现弱光下的光合转化效率^[30]；LCP与LSP反映植物对光照环境的适应能力，二者差值越大，植株对光环境的适应幅度越大，光合潜能就越高^[31]。本研究结果显示，Ⅰ级种苗的P_max与AQY均高于Ⅱ级种苗; Ⅲ级种苗的P_max为0.187 4 μmol·m^-2·s^-1，低于Ⅰ级种苗；Ⅲ级种苗的LCP达167.709 0 μmol·m^-2·s^-1，高于Ⅰ级种苗(149.607 2 μmol·m^-2·s^-1)和Ⅱ级种苗(101.871 4 μmol·m^-2·s^-1)，表明Ⅲ级种苗在弱光环境下难以维持净光合积累，光能利用效率低。此外，Ⅲ级种苗的R_d为1.144 8 μmol·m^-2·s^-1，显著低于Ⅰ、Ⅱ级种苗，较低的R_d值虽然可以减少同化物消耗以维持基本能量平衡，但长期易导致生长量严重滞后，无法满足正常生长发育需求。这些结果表明光合参数可作为种苗分级的核心生理指标，该发现为建立基于光合特性的种苗评价体系提供了科学依据。

黄国伟等^[32]的研究表明，不同系号楸树(Catalpa bungei)的P_max较高；傅国林等^[33]的研究表明，浙江安息香(Styrax zhejiangensis)幼苗的AQY较高，表明其对弱光环境具有较强的适应性；许祎珂等^[34]的研究表明，不同产地半夏(Pinellia ternata)种源的光合生理参数直接关联到种苗的生长优势和品质表现，上述结果也证实了光合生理参数与种苗质量的紧密联系。

4 结论

本研究结果发现，种苗质量分级标准以株高、地径、冠幅和叶片数为核心指标，1年生长叶竹柏种苗可划分为两个等级，质量分级标准如下: Ⅰ级种苗株高＞17.00 cm，地径＞4.01 cm，冠幅＞16.33 mm，叶片数＞21.00；Ⅱ级种苗株高11.00-17.00 cm，地径3.44-4.01 cm，冠幅8.04-16.33 mm，叶片数7.00-21.00。光合-光响应曲线结果显示，长叶竹柏Ⅰ级种苗的光合能力高于Ⅱ、Ⅲ级种苗，光能利用效率更优。Ⅰ级种苗在P_max和LCP方面表现更优，这与其在形态指标(如株高、地径)上所反映的优势趋势高度一致。Ⅲ级种苗因P_max、R_d和AQY均低于Ⅰ级、Ⅱ级种苗，导致其无法提供充足的物质基础，从而限制了生长潜力。

本研究通过长叶竹柏的形态指标初步确定了其种苗质量分级标准，并结合光合参数更深入地解析形态差异产生的生理原因，这种以光合特性与形态指标为核心的双重分级方法，突破了传统单一形态分级的局限，不仅为长叶竹柏的引种栽培和优质苗木繁育提供了科学依据，其构建的双重分级体系还可推广至其他濒危植物的保护实践中。本研究结果为濒危植物的规范化保护提供了新的思路，同时也为人工栽培环境的光照调控策略优化提供了理论支撑。