弱光對(duì)不同品種莧菜葉片抗氧化物質(zhì)的影響

邵玲

（肇慶學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，廣東肇慶526061）

弱光對(duì)不同品種莧菜葉片抗氧化物質(zhì)的影響

邵玲

（肇慶學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，廣東肇慶526061）

以綠葉莧和花紅莧為材料，研究了2種莧菜葉片在弱光逆境下部分抗氧化物質(zhì)的變化.結(jié)果表明：弱光脅迫下，2種莧菜葉片總酚含量相近；綠葉莧葉中類黃酮和類胡蘿卜素的生成量均大于花紅莧，莧菜紅素含量明顯下降；兩者總抗氧化能力均隨弱光處理而下降，但花紅莧的降幅較綠葉莧小且維持在較高水平，恢復(fù)自然光照有利于2種莧菜總抗氧化能力的回升.

弱光脅迫；莧菜；抗氧化物質(zhì)；總抗氧化能力

0 前言

莧菜（Amaranthus tricolor L.）屬莧科，為一年生草本植物.作為一種優(yōu)質(zhì)蔬菜，它富含氨基酸、脂肪酸和微量元素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，被譽(yù)為“補(bǔ)血菜”、“長(zhǎng)壽菜”.而莧菜作為經(jīng)濟(jì)動(dòng)物等的飼料也有很高的利用價(jià)值，且其葉、種子和根均可入藥，是一種菜、糧、藥兼用之品.根據(jù)其莖、葉的顏色可將莧菜分為紅葉莧、綠葉莧和花紅莧3大類[1].其中，花紅莧和紅葉莧的根、莖、葉中富含一種由酮類和醌類衍生的次生代謝產(chǎn)物——莧菜紅素，該色素與花色素苷（anthocyanins）有所不同，屬于甜菜素類中甜菜紅素(betacyanins)亞型的生物色素[2].

光照不足即通常所說(shuō)的弱光逆境，是指環(huán)境中的光強(qiáng)持久或短時(shí)間顯著低于光飽和點(diǎn),但不低于限制其生存的最低光照強(qiáng)度時(shí)的光環(huán)境[3].弱光是不利于植物生長(zhǎng)發(fā)育的主要環(huán)境因素之一[4].近年來(lái)，設(shè)施栽培的廣泛應(yīng)用及早春連續(xù)陰雨天等不良環(huán)境條件，常常會(huì)造成光照強(qiáng)度的大幅減弱.較弱的光照會(huì)造成莧菜徒長(zhǎng)與光合能力的下降；如光照強(qiáng)度長(zhǎng)時(shí)間顯著低于其光飽和點(diǎn)，則所產(chǎn)生的弱光脅迫將嚴(yán)重影響到莧菜的生長(zhǎng)發(fā)育，最終導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)的下降.有關(guān)莧菜的分類、栽培及光合特性等方面已有一些研究報(bào)道[4－5]，但對(duì)于弱光條件下，不同莧菜品種生長(zhǎng)、生理特性的報(bào)道尚不多見(jiàn).弱光脅迫下，植物遭受脅迫傷害的主要特征之一是活性氧產(chǎn)生和清除的代謝平衡被打破而導(dǎo)致活性氧的積累.植物細(xì)胞的葉綠體、線粒體和質(zhì)膜等均是活性氧產(chǎn)生的主要場(chǎng)所，活性氧的積累將導(dǎo)致相應(yīng)細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)的破壞[6].然而，植物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中，形成了由酶和非酶物質(zhì)組成的自由基清除系統(tǒng)，可以及時(shí)清除代謝過(guò)程中產(chǎn)生的活性氧，維持有機(jī)體正常的生理功能.進(jìn)行植物天然產(chǎn)物研究的學(xué)者認(rèn)為，從植物中提純的酚類物質(zhì)、類胡蘿卜素和黃酮等在體外具有較強(qiáng)的抗氧化性能[7].然而，目前涉及活體植物體內(nèi)抗氧化物質(zhì)與弱光脅迫關(guān)系的相關(guān)報(bào)道并不多，根據(jù)其體外的抗氧化性質(zhì)，可以推測(cè)這些物質(zhì)可能會(huì)在植物體內(nèi)發(fā)揮作用，但這需要實(shí)驗(yàn)證據(jù)予以證實(shí).

本實(shí)驗(yàn)以葉片表型對(duì)比明顯的綠葉莧和花紅莧為材料，比較2種莧菜葉片在弱光逆境下抗氧化物質(zhì)含量的變化及其總抗氧化能力的差異，以探討抗氧化物質(zhì)在弱光脅迫下的生理作用.

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和處理

莧菜（Amaranthus tricolor L.）種子(綠葉莧和花紅莧)購(gòu)于市場(chǎng)，由南海市大瀝江志清種子公司生產(chǎn)，在肇慶學(xué)院生物園盆栽種植后用于實(shí)驗(yàn).當(dāng)植株生長(zhǎng)至2～3片真葉(約15 d苗齡)時(shí)，將莧菜植株分成2組，一組進(jìn)行正常光照處理（CK），另一組置于2層黑紗網(wǎng)的大棚中進(jìn)行遮蔭處理（光照強(qiáng)度約為對(duì)照的30%～40%）.每組處理20盆，常規(guī)管理.處理過(guò)程中按實(shí)驗(yàn)要求取第4位葉片為材料，進(jìn)行相應(yīng)指標(biāo)的測(cè)定.

1.2 測(cè)定方法

1.2.1 總酚和類黃酮測(cè)定

總酚、類黃酮的測(cè)定參照Tukumoto等[8]的方法，用體積分?jǐn)?shù)為1%的鹽酸甲醇溶液提取總酚和類黃酮，提取液用島津UV－2550紫外分光光度計(jì)(下同)，分別測(cè)定提取液在280 nm和325 nm的吸收值，直接用（A280·100 mg－1）與（A325·100 mg－1）表示總酚與類黃酮的水平.

1.2.2 類胡蘿卜素含量測(cè)定

類胡蘿卜素含量采用丙酮浸提法[9].稱取0.05 g葉片加入少許體積分?jǐn)?shù)為90%的丙酮研磨成勻漿，移入試管中再用丙酮溶液定容至15 mL，在4℃的溫度下以8 kg的力離心15 min，作380～700 nm吸收光譜掃描，按相關(guān)性公式計(jì)算類胡蘿卜素的含量，單位為μg·g－1.

1.2.3 莧菜紅素的測(cè)定

莧菜紅素含量測(cè)定參考Stintzing等[10]的方法.稱取0.2 g葉片加入少許甲醇研磨成勻漿后移入試管中，在4℃下以12 kg的力離心10 min，棄上清液，連續(xù)3次.所得沉淀用15 mL純水浸提30 min，再次離心15 min后取上清液進(jìn)行OD538的測(cè)定，莧菜紅素以O(shè)D538·200 mg－1的相對(duì)值表示.

1.2.4 總抗氧化能力測(cè)定

參照彭長(zhǎng)連等[11]的方法測(cè)定葉片的總抗氧化能力.稱取0.1 g葉片，在體積分?jǐn)?shù)為50%的乙醇冰浴下迅速研磨成勻漿，置于10 kg力下離心10 min，取上清液測(cè)定525 nm的吸收值.以清除二苯基苦基苯肼（DPPH·）自由基的百分率表示其總抗氧化性.

所有數(shù)據(jù)測(cè)定均重復(fù)3次，用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件分析數(shù)據(jù)間的顯著性差異.

2 結(jié)果與分析

2.1 弱光脅迫對(duì)總酚和類黃酮含量的影響

總酚和類黃酮是一類存在于植物體內(nèi)的抗氧化物質(zhì).從表1可見(jiàn)，弱光逆境下2種莧菜總酚含量與相應(yīng)的正常光照植株對(duì)比差異并不明顯，相同弱光脅迫天數(shù)內(nèi)兩莧菜品種總酚含量相近.類黃酮含量的變化明顯大于總酚，并且在脅迫過(guò)程中其含量呈上升趨勢(shì)，脅迫15 d后綠葉莧類黃酮的含量與花紅莧相比差異極顯著(P＜0.01)；但逆境解除后，兩莧菜品種類黃酮含量又恢復(fù)到與正常光照下相似的水平.據(jù)此推測(cè)類黃酮在莧菜植株體內(nèi)的生物合成受環(huán)境光照變化的影響.

2.2 弱光脅迫對(duì)2種莧菜葉片類胡蘿卜素含量的影響

植物葉片中的類胡蘿卜素除可以吸收和傳遞光能外，還可以穩(wěn)定葉綠素分子，防止其自身氧化或被光破壞[12].類胡蘿卜素的抗氧化性主要表現(xiàn)在它具有清除活性氧自由基的能力.由圖1可見(jiàn)，在弱光處理中2種莧菜葉片類胡蘿卜素的含量均呈上升趨勢(shì).脅迫15 d后，綠葉莧和花紅莧的類胡蘿卜素含量與弱光處理前相比分別為脅迫前的1.9倍和1.4倍，顯示在弱光脅迫下綠葉莧類胡蘿卜素的合成量大于花紅莧.

圖1弱光處理對(duì)2種莧菜葉片類胡蘿卜素含量的影響

2.3 弱光脅迫對(duì)2種莧菜葉片莧菜紅素含量的影響

莧菜紅素是區(qū)別綠色與紅色莧菜的主要特征色素.由表2可見(jiàn)，弱光處理前(即15 d苗齡時(shí))花紅莧的莧菜紅素含量大約是綠葉莧的2.6倍.經(jīng)弱光脅迫及恢復(fù)處理后，與自然光照的植株對(duì)比，綠葉莧的葉中莧菜紅素含量均變化不大；但花紅莧葉中的莧菜紅素含量隨弱光和恢復(fù)光照的進(jìn)程而呈現(xiàn)出明顯的遞減與遞增的波型變化曲線.弱光處理第15天時(shí)其含量?jī)H為對(duì)照的37%，但恢復(fù)光照6 d后其含量則上升為對(duì)照的91%.結(jié)合弱光脅迫下自由基產(chǎn)生的理論學(xué)說(shuō)，推測(cè)花紅莧葉片中莧菜紅素可能較活躍地參與了弱光脅迫下植株體內(nèi)活性氧的猝滅過(guò)程.

2.4 弱光脅迫下2種莧菜總抗氧化能力的變化情況

圖2弱光處理對(duì)2種莧菜葉片總抗氧化能力的影響

植物葉片對(duì)有機(jī)自由基DPPH·清除率的大小是評(píng)價(jià)植物總抗氧化能力的指標(biāo).從圖2可見(jiàn)，脅迫前2種莧菜葉片對(duì)有機(jī)自由基DPPH·的清除率相近.隨著處理時(shí)間延長(zhǎng)，花紅莧總抗氧化能力維持較高的水平，恢復(fù)光照6 d時(shí)2種莧菜DPPH·的清除率基本保持一致，顯示在弱光的環(huán)境下，綠葉莧葉片的總抗氧化能力整體上低于花紅莧.

3 討論與結(jié)論

究竟什么是弱光，植物生理學(xué)上還沒(méi)有嚴(yán)格的定義.黃衛(wèi)東等[3]認(rèn)為，環(huán)境光強(qiáng)持久或短時(shí)間顯著低于光飽和點(diǎn)，但不低于限制其生存的最低光照強(qiáng)度時(shí)的光環(huán)境，稱為弱光逆境.本文中所說(shuō)的弱光即指該定義.相對(duì)強(qiáng)光而言，目前有關(guān)弱光對(duì)植物影響的報(bào)道主要集中在形態(tài)可塑性方面,而對(duì)于植物在弱光條件下的生理代謝特點(diǎn)則研究較少[3，13]，涉及活體植物體內(nèi)抗氧化物質(zhì)與弱光逆境的相關(guān)報(bào)道則更為鮮見(jiàn).本文中，筆者以2種不同葉色的莧菜為材料，比較2種莧菜葉片在弱光脅迫下部分抗氧化物質(zhì)含量的變化及其總抗氧化能力的差異，以探討莧菜紅素在弱光脅迫下可能的生理作用.

逆境中植物遭受脅迫傷害的主要特征之一是自由基產(chǎn)生過(guò)剩，活性氧代謝失調(diào).植物對(duì)自由基的清除能力與細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶的活性和抗氧化物質(zhì)的水平相關(guān).有學(xué)者認(rèn)為，植物的酚類物質(zhì)、類胡蘿卜素、類黃酮和莧菜紅素等均是一些體外效果明顯的抗氧化物質(zhì)[8].

類黃酮與總酚是一類存在于植物體內(nèi)清除活性氧的抗氧化物質(zhì).較多研究表明，生物類黃酮均具有較強(qiáng)的抗氧化能力[14].類胡蘿卜素屬于萜類化合物，除了賦予各種生物絢麗的色彩，以及作為光合作用的輔助色素之外，還參與執(zhí)行光能傳遞和物質(zhì)轉(zhuǎn)化，具有抗光敏化作用及猝滅自由基等重要的生理生態(tài)功能，保護(hù)生物免受不利環(huán)境因素的傷害[15].本實(shí)驗(yàn)中，弱光脅迫下2種莧菜總酚含量與相應(yīng)的自然光照對(duì)比差異不明顯，相同弱光脅迫天數(shù)內(nèi)2個(gè)莧菜品種總酚含量差異不大，類黃酮含量的變化明顯比總酚活躍，在脅迫過(guò)程中其含量呈上升趨勢(shì).弱光脅迫15 d后，綠葉莧類黃酮的含量與花紅莧相比差異極顯著，脅迫解除后兩莧菜品種類黃酮含量又恢復(fù)到與正常光照下相近的水平.同時(shí)，弱光也導(dǎo)致2種莧菜類胡蘿卜素含量的明顯增加，甚至相同脅迫天數(shù)下綠葉莧類胡蘿卜素的合成量比花紅莧大.由此可推斷類黃酮與類胡蘿卜素可能參與了弱光脅迫下莧菜葉片的抗氧化反應(yīng).

莧菜紅素是一種由酮類和醌類衍生出來(lái)的次生代謝物質(zhì)，貯存于植物細(xì)胞的液泡中.Cai Yun等[16]從莧科提取純化出7種甜菜素，并檢測(cè)它們清除DPPH·的功能，結(jié)果表明，所有的甜菜素均具有很強(qiáng)的抗氧化功能.閆留華[17]等的研究表明∶甜菜紅素可能作為一種非酶促抗氧化劑參與氧自由基水平的調(diào)節(jié)，從而減少脅迫引起的氧化傷害.本實(shí)驗(yàn)顯示，弱光逆境下綠葉莧葉中莧菜紅素的含量變化不大，而花紅莧葉中莧菜紅素的含量則呈明顯的遞減趨勢(shì).分析其原因可能有2個(gè)方面：一是弱光下，由于光合速率降低，光合作用生成的糖類少，故生成的莧菜紅素含量也相應(yīng)減少；二是弱光脅迫下，活性氧產(chǎn)生和清除的代謝平衡被打破而導(dǎo)致活性氧的積累.王長(zhǎng)泉等[18]對(duì)從鹽地堿蓬葉片提取的甜菜紅素進(jìn)行體外抗氧化實(shí)驗(yàn)，得出甜菜紅素的降解可能與過(guò)氧化氫的清除有關(guān)之結(jié)論.結(jié)合上述論證，推測(cè)本實(shí)驗(yàn)中花紅莧在弱光脅迫下葉中莧菜紅素含量的降低與體內(nèi)氧自由基的清除相關(guān).

植物對(duì)自由基的清除能力可以表示其抗氧化性的強(qiáng)弱.本實(shí)驗(yàn)中，脅迫前2種莧菜葉片對(duì)自由基DPPH·的清除率相近；隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)，花紅莧總抗氧化能力維持較高的水平，恢復(fù)自然光照6 d后2種莧菜DPPH·的清除率基本保持一致.綜合弱光脅迫下花紅莧葉片類黃酮和類胡蘿卜素的合成量較綠葉莧少，但其總抗氧化能力卻比綠葉莧強(qiáng)的情況，再結(jié)合弱光脅迫和恢復(fù)過(guò)程中花紅莧莧菜紅素的波型變化情況，我們認(rèn)為，莧菜紅素是花紅莧植株體內(nèi)較為重要的抗氧化物質(zhì).

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Effect of Antioxidative Materials in Leaves of Different Amaranth Cultivars(Amaranthus tricolor L.)under Low Light

SHAOLing
(College of Life Sciences,Zhaoqing University,Zhaoqing,Guangdong 526061,China)

Changes in the content of antioxidants material were investigated in leaves of‘Red flower’and‘Green leaf’cultivars of Amaranthus tricolor L.under low light.The content of total phenol was similar in the two cultivars after low light stress.However,the‘Green leaf’cultivar accumulated more flavonoid and carotenoid than that in the‘Red flower’cultivar.Moreover,the content of amaranth decreased under low light stress and the‘Red flower’showed a rapid decreasing rate compared with the‘Green leaf’.Total antioxidative capability dropped in the two cultivars and the‘Green leaf’had a rapid decreasing rate while the‘Red flower’maintained a high level antioxidative capability.The total antioxidative capability in both cultivars increased to some extentwhenreturnedbackto the natural illumination.

low-lightstress;Amaranthus tricolor L.;antioxidative materials;total antioxidantcapacity

Q945.78

A

1009－8445（2010）05－0043－05

（責(zé)任編輯：陳靜）

2010－06－24

肇慶學(xué)院自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(201001)

邵玲(1973－)，女，廣東四會(huì)人，肇慶學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院副教授，碩士.