光對(duì)植物黃酮類化合物的影響研究進(jìn)展

潘俊倩+佟曦然+郭寶林

[摘要]黃酮類化合物是植物中普遍存在的一類次生代謝產(chǎn)物，對(duì)植物自身起著非常重要的作用，光保護(hù)和抗氧化是主要作用，因此光照對(duì)黃酮類化合物的生物合成的影響十分顯著。該研究從光強(qiáng)和光質(zhì)2個(gè)方面綜述了近年來光照對(duì)植物中黃酮類化合物含量的影響，以及簡要概述了光作用于黃酮代謝上游關(guān)鍵酶苯丙氨酸解氨酶（PAL）和查爾酮合酶（CHS）的特點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞]黃酮類化合物； 光強(qiáng)； 光質(zhì)； 苯丙氨酸解氨酶； 查爾酮合酶

[Abstract]As an important secondary metabolites of medicinal plant， flavonoids plays a very important role on itself including light protection and antioxidant. Light is one of the important environmental factors which impacts the secondary metabolites of plant and has a significant impact on biological synthesis of flavonoids. This paper reviews the recent progress of the effects of light on flavonoids on the plants focusing from light intensity and light quality， and summarizes briefly functions of the phenylalanine ammonia lyase （PAL） in plant secondary metabolism and the upstream key enzyme chalcone synthase （CHS） in flavonoid biosynthetic pathway.

[Key words]flavonoids； light intensity； light quality； PAL； CHS

doi：10.4268/cjcmm20162103

光是植物生命活動(dòng)中最重要的環(huán)境因子之一，它不但是植物生長發(fā)育的能量來源，而且作為信號(hào)因子調(diào)控植物的生長發(fā)育。光同樣對(duì)大多數(shù)植物次生代謝產(chǎn)物的合成產(chǎn)生影響。黃酮類化合物（flavonoids）是廣泛存在植物中的一類重要的次生代謝產(chǎn)物，本文從光強(qiáng)和光質(zhì)2個(gè)方面綜述了近年來光對(duì)植物黃酮類化合物的影響，并對(duì)光照下黃酮類化合物合成途徑的分子機(jī)制進(jìn)行簡要概述。

1 黃酮類化合物及其生物合成途徑

黃酮類化合物（flavonoids）指2個(gè)具有酚羥基的苯環(huán)（A環(huán)和B環(huán)）通過一個(gè)三碳鏈相互連結(jié)而成的一系列化合物。可分為下列幾類：黃酮（flavone）、黃酮醇（flavonol）、黃烷酮（二氫黃酮，flavanone，dihydroflavone）、黃烷酮醇（二氫黃酮醇，flavanonol，dihydroflavonol）、異黃酮（isoflavone）、異黃烷酮（二氫異黃酮，isoflavanone）、查爾酮（chalcone）、橙桐（aurone）、黃烷（flavan）、黃烷醇（flavanol）、黃烷-3，4-二醇（flavan-3，4-diol）、花青素（anthocyanidin）等。黃酮類化合物在植物生長發(fā)育過程中行使著十分重要的生理功能，如花青素主要呈現(xiàn)花、果實(shí)和葉片的顏色。黃酮醇類可以促進(jìn)花粉萌發(fā)和花粉管生長，異黃酮類可以有效地限制外源微生物的生長，在生物間相互作用中擔(dān)任重要角色等^[1-2]。它們共同具有抵御紫外線、抗菌、拒食、引誘昆蟲、抗氧化等方面的功能。其中抵御紫外線和抗氧化功能是與光照直接相關(guān)的。

黃酮類化合物的生物合成途徑在植物次生代謝中研究得較為透徹，其代謝途徑見圖1。

黃酮類在植物細(xì)胞中的合成主要是在細(xì)胞質(zhì)中合成、在不同的膜系統(tǒng)間進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，有囊泡介導(dǎo)和膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)2個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)假說，最后貯存在液泡中^[4]。在各種細(xì)胞、組織和器官均發(fā)現(xiàn)黃酮類化合物的分布，集中分布的部位可能是合成部位、功效部位，也可能只是貯存部位，但細(xì)胞、組織、器官間的轉(zhuǎn)運(yùn)尚沒有報(bào)道^[5]。

2 光強(qiáng)對(duì)黃酮類化合物的影響

光對(duì)植物花青素合成的作用和調(diào)控已有學(xué)者進(jìn)行過歸納總結(jié)^[6]。本文著重于總結(jié)近年來植物中其他黃酮類化合物隨光強(qiáng)的變化。光強(qiáng)實(shí)驗(yàn)研究多采用熒光燈或遮陰網(wǎng)等方式設(shè)置不同的光強(qiáng)梯度。

Koyama等^[7]研究了赤霞珠葡萄Vitis vinifera幼果發(fā)育不同時(shí)期光照處理對(duì)黃酮類化合物合成的影響。對(duì)照組幼果完全暴露在日光下，第2組為從開花期開始用避光盒一直遮陰到處理結(jié)束，第3組為從開花期開始用避光盒遮陰14 d，隨后一直處于日光暴露下直到處理結(jié)束。處理17 d的結(jié)果是：對(duì)照組黃酮醇的含量分別是第2組和第3組的6.7，2倍； 處理49 d的結(jié)果是，對(duì)照組黃酮醇的含量分別是第2組和第3組的6，1.7倍。Ferreres等^[8]研究光強(qiáng)對(duì)長春花Catharanthus roseus中黃酮類化合物的影響，結(jié)果表明：高光強(qiáng)下槲皮素-3-O-（2，6-二-O-鼠李糖基）半乳糖苷、山柰酚-3-O-（2，6-二-O-鼠李糖基）半乳糖苷、山柰酚-3-O-（2，6-二-O-鼠李糖基）半乳糖基-7-O-六碳糖苷含量分別比低光強(qiáng)升高了90.7%，98.9%，60.9%。Tattini等^[9]使得女貞Ligustrum vulgare一年生植株在6月第3周生長在100%，35%，6%自然光照下（存在紫外線），研究表明隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)葉肉細(xì)胞中槲皮素和木犀草素衍生物的積累增多，處理2個(gè)月后100%光照下，女貞葉中，槲皮素3-O-蕓香糖苷的濃度分別是35%，6%光強(qiáng)下的1.5，23倍，木犀草素7-O-葡萄糖苷分別是1.2，14倍。Agati 等^[10]研究發(fā)現(xiàn)女貞一年生植株在紫外線不存在時(shí)（用鋁箔紙去除），處理6周后，100%光照下，女貞葉中槲皮素3-O-葡萄糖苷和木犀草素7-O-葡萄糖苷的濃度分別是30%光照下的7倍和4倍。Deng 等^[11]以青錢柳Cyclocarya paliurus 20 d齡實(shí)生苗為材料，采用光強(qiáng)度分別為100%，50%，15%的太陽輻照處理3個(gè)月，結(jié)果表明，100%光照下，山柰酚的含量分別為50%，15%光強(qiáng)下的4.3，6.2倍，槲皮素的含量分別是3.5，4.6倍，異槲皮苷的含量分別是3.6，8.4倍，可以看出各黃酮化合物的含量隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而升高。上述研究表明，這些植物體內(nèi)黃酮類化合物的含量隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)，其含量也會(huì)逐漸升高。在上述所有研究中，涉及多個(gè)化合物時(shí)，它們對(duì)光強(qiáng)的響應(yīng)是一致的，但是梁瓊等^[12]用遮陰方法研究光強(qiáng)對(duì)陰生植物箭葉淫羊藿Epimedium sagittatum中幾種黃酮類成分的影響，雖然發(fā)現(xiàn)這幾種具有相同母核結(jié)構(gòu)的化合物對(duì)光照的強(qiáng)度處理的響應(yīng)有所不同，但是其4種化合物總含量在高光強(qiáng)下較高。高光強(qiáng)為200～650 μmol·m^-2·s^-1，低光強(qiáng)為60～160 μmol·m^-2·s^-1。不同光環(huán)境種植4年后發(fā)現(xiàn)朝藿定A和B（epimedin A，B）的含量高光強(qiáng)同低光強(qiáng)相比高出215.7%，269.2%，而淫羊藿苷（icariin）和朝藿定C（epimedin C）卻比低光強(qiáng)下低16.2%，78.6%。高光強(qiáng)下這4種化合物總含量比低光強(qiáng)下增加了22.2%。同樣，在Neugart等^[13]對(duì)溫室中強(qiáng)光400 μmol·m^-2·s^-1和弱光100 μmol·m^-2·s^-1下甘藍(lán)Brassica oleraceavar.sabellica葉中黃酮類化合物的變化，得到了類似的研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)處理12周后，強(qiáng)光處理下，雖然槲皮素葡萄糖苷類化合物增加，山柰酚葡萄糖苷類化合物含量降低，但是強(qiáng)光下總黃酮的含量比弱光下高出了23.9%。

可是在關(guān)于銀杏的研究中，得到的結(jié)論有所不同。朱燦燦等^[14]發(fā)現(xiàn)在生長初期，遮陰有利于銀杏葉中黃酮的積累，而在快速生長期和生長末期，全光照反而有利于其積累。以二年生銀杏苗為材料，從當(dāng)年4月份進(jìn)行不同的光處理，第1組是自然光照，第2，3，4組處理的光照強(qiáng)度分別為全光照的80%，60%，40%，分別在當(dāng)年5，6，7，8，9，10月份采集葉片測定其中黃酮類化合物槲皮素、山柰酚以及異鼠李素含量，發(fā)現(xiàn)槲皮素和山柰酚結(jié)果一致，表現(xiàn)為在5月份時(shí)，隨著光強(qiáng)的減弱，含量先下降后上升，第2，3組低于第1組，而第4組高于第1組。6月份之后，則表現(xiàn)出第1組含量均大于其他遮陰組。而異鼠李素，在5—8月，第1組含量均大于其他遮陰組，而在9—10月，不同光照之間沒有差異。總黃酮醇苷在5月份第4組含量高于第1組，在6—10月，1組含量均大于其他遮陰組。何丙輝等^[15]發(fā)現(xiàn)遮陰有利于銀杏葉中黃酮的積累。他將銀杏Ginkgo biloba四年生苗分成3組，進(jìn)行不同的光照處理2個(gè)月，第1組是自然光照，第2，3組處理的光照強(qiáng)度分別為全光照的71%，51.5%。結(jié)果第3組槲皮素、蘆丁含量分別是第1組的4.14，3.06倍。第2組槲皮素、蘆丁含量分別是1組的1.14，1.41倍。關(guān)于銀杏的2種不同的結(jié)果，可能跟植株年齡以及生長期有關(guān)。

總之，對(duì)于大多數(shù)植物，隨著光強(qiáng)的增加，其體內(nèi)黃酮類化合物的含量也增加。需要說明的是：上述的研究報(bào)道中不少是采用了在室外進(jìn)行自然光加遮蔭調(diào)節(jié)光強(qiáng)度的方法，這種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)由于未考慮紫外光的作用，可能導(dǎo)致結(jié)果的解讀存在一定的偏差。

3 光質(zhì)對(duì)黃酮類化合物的影響

光質(zhì)對(duì)植物的生長發(fā)育至關(guān)重要，它除了作為一種能源控制光合作用，還作為一種觸發(fā)信號(hào)影響植物的生長（稱為光形態(tài)建成）。光信號(hào)被植物體內(nèi)不同的光受體感知，即光敏素、藍(lán)光/近紫外光受體（隱花色素）、紫外光受體。不同光質(zhì)觸發(fā)不同光受體，進(jìn)而影響植物的光合特性、生長發(fā)育、抗逆和衰老以及植物的次生代謝活動(dòng)等。

3.1 可見光中不同波段的光對(duì)黃酮類化合物的影響 研究者采用熒光燈或者不同顏色的濾光膜來獲得一定波段的光，進(jìn)而研究不同光質(zhì)對(duì)黃酮類化合物的影響，發(fā)現(xiàn)可見光中，一般來說，短波段光（如藍(lán)光）促進(jìn)而長波段光（如紅光）抑制黃酮類化合物的積累。

Thwe等^[16]用不同波長的LED燈處理芽長為2 cm苦蕎Fagopyrum tataricum苗：紅色（660 nm），藍(lán)色（470 nm）以及對(duì)照白色，光強(qiáng)均為50 μmol·m^-2·s^-1，在處理2，4，6，8，10 d后，HPLC測定苦蕎芽中蘆丁、矢車菊素3-O-蕓香糖苷的含量，發(fā)現(xiàn)芽中最大蘆丁含量出現(xiàn)在藍(lán)光處理4 d后，是紅光和白光處理的1.16，1.05倍，這時(shí)矢車菊素3-O-蕓香糖苷的含量藍(lán)光下是紅光和白光10.7，2.7倍，而矢車菊素3-O-蕓香糖苷的含量最大出現(xiàn)在藍(lán)光處理10 d后，是紅光和白光處理的10.63，2.83倍，這時(shí)，蘆丁含量藍(lán)光下是紅光和白光的1.1，1倍。文中對(duì)黃酮代謝途徑中基因的表達(dá)量進(jìn)行測定的結(jié)果表明，藍(lán)光主要通過促進(jìn)黃酮合成上游基因的表達(dá)，有利于苦蕎芽中黃酮類化合物的積累。Ouzounis等^[17]研究補(bǔ)充藍(lán)光（400～500 nm）光強(qiáng)和光照時(shí)間對(duì)綠色萵苣Lactuca sativa cv. “Batavia”和紅色萵苣L. sativa cv. “Lollo Rossa”2種萵苣的影響，實(shí)驗(yàn)將剛剛長出2～3片新葉的2種萵苣放在5種光環(huán)境下進(jìn)行培養(yǎng)，Ⅰ組為對(duì)照組（不補(bǔ)充藍(lán)光），Ⅱ組為早上6：00—8：00補(bǔ)充45 μmol·m^-2·s^-1的藍(lán)光（1B 06-08），Ⅲ組為從晚上9：00到第2天6：00補(bǔ)充45 μmol·m^-2·s^-1的藍(lán)光（1B 21-08），Ⅳ組為從下午5：00到下午7：00補(bǔ)充80 μmol·m^-2·s^-1的藍(lán)光（2B 17-19），Ⅴ組為從下午5：00到下午7：00補(bǔ)充45 μmol·m^-2·s^-1的藍(lán)光（1B 17-19）。處理2月后，HPLC測量葉中矢車菊素-3-O-6-丙二酰葡萄糖苷，槲皮素葡萄糖醛酸苷，槲皮素丙二酰葡萄糖苷含量，發(fā)現(xiàn)綠色萵苣中，各類化合物在不同處理下幾乎沒有差異。而在紅色萵苣中，Ⅳ組和Ⅴ組光照時(shí)間一致，光強(qiáng)不同，同對(duì)照相比，Ⅳ組和Ⅴ組中以上各化合物的含量分別是1組的1.11，1.16；1.31，1.21；1.31，1.23倍，說明增強(qiáng)藍(lán)光光強(qiáng)可以促進(jìn)黃酮的積累。Ⅱ，Ⅲ，Ⅴ組光強(qiáng)一致，光照時(shí)間不一樣，同對(duì)照相比，Ⅱ，Ⅲ，Ⅴ組以上各化合物的含量分別是Ⅰ組的1.13，1.11，1.16；1.53，1.31，1.21；1.62，1.38，1.23倍。說明在黎明前補(bǔ)充藍(lán)光，增強(qiáng)藍(lán)光光強(qiáng)可以顯著增加紅色萵苣中黃酮類化合物的含量，而綠色萵苣中沒有此現(xiàn)象，可能是因?yàn)榧t色萵苣中花青素含量高，其合成上游基因表達(dá)較高的緣故。

綜上，已有的結(jié)果表明，當(dāng)研究部位為葉時(shí)，短波段光如藍(lán)光促進(jìn)黃酮類化合物的積累，長波段光如紅光抑制其積累。而關(guān)于光質(zhì)對(duì)植物根中黃酮類化合物的影響研究較少。

3.2 紫外線輻射對(duì)黃酮類化合物的影響 紫外線占據(jù)了7%的太陽光，它刺激植物產(chǎn)生不同的反應(yīng)。通常來說，紫外線輻射分為3個(gè)波段：UVC（200～280 nm），UVB（280～320 nm），UVA（320～400 nm）。每個(gè)波段有不同的能量和不同的生態(tài)顯著性。其中，UVA和UVB穿透能力較強(qiáng)，它們可以穿透臭氧層到平流層，因此可能會(huì)損害植物。植物抗UV輻射的能力，或適應(yīng)UV輻射增強(qiáng)的能力，大多數(shù)與其所含的黃酮類化合物如黃酮、黃酮醇、花青素等對(duì)紫外線的吸收有關(guān)。研究表明，在紫外線輻射下植物體內(nèi)黃酮類化合物的含量升高。Arcas^[18]發(fā)現(xiàn)酸橙Citrus aurantium在經(jīng)過紫外線輻射后，柚皮苷，橘皮素，川陳皮素，橙黃酮的含量增加。Ramakrishna等^[19]發(fā)現(xiàn)在大麥Hordeum vulgare中，增加UVB輻射黃酮類化合物增加。UVB輻射還可以增強(qiáng)挪威云杉Picea aspoerata中黃酮醇胺的濃度^[20]。UV（300～400 nm）使得白樺Betula platyphylla樹和葡萄葉產(chǎn)生黃酮醇^[21]，等等。這些黃酮類化合物起著紫外線濾過的作用，從而保護(hù)相關(guān)組織免受損害。Daniel等^[22]研究UVC照射下與不照射（對(duì)照）下黑豆Phaseolus vulgaris發(fā)了芽的種皮里面的黃酮成分含量情況，發(fā)現(xiàn)UVC照射下，在 5，10，15，20 h 后，種皮中楊梅黃酮、楊梅黃酮-3-O-葡萄糖苷含量分別是對(duì)照組的0.8，1.27；1，1.4；1.63，3.6；1.01，1倍。槲皮素、槲皮素-3-O-葡萄糖苷含量分別是對(duì)照的1，2.17；1.95，2；1.5，2；1.17，2.14倍。山柰酚，山柰酚-3-O-葡萄糖苷的含量分別是對(duì)照的2.5，4；2，2.4；5.6，1.96；3.01，1倍。UVC照射顯著提高了黑豆中黃酮類化合物的含量。Kolb等^[23]發(fā)現(xiàn)紫外線輻射可以促使葡萄中槲皮素和山柰酚衍生物的含量增加。將在缺乏紫外線的溫室中遮陰培養(yǎng)的葡萄放在室外3個(gè)不同的光照條件（Ⅰ， Ⅱ， Ⅲ）下培養(yǎng)7 d，Ⅰ是可見光+UVA+UVB，Ⅱ是可見光+UVA，Ⅲ是可見光，HPLC測定黃酮化合物的含量。同Ⅰ組相比，Ⅱ組、Ⅲ組總紫外線輻射分別減少了2%，10%。結(jié)果表明：在室外培養(yǎng)第7天，I組槲皮素衍生物和山柰酚衍生物含量分別是Ⅱ組和Ⅲ組的2，2.8和3，4倍。從紫外線強(qiáng)度以及所含化合物含量的變化可以看出UVB所起的作用大于UVA。Ryan等 [24]使野生型矮牽牛Mitchell petunia 3種株系生長在3種環(huán)境下，3種株系為MP（野生）、LC（將玉米黃酮調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)入用于提高花青素含量的轉(zhuǎn)基因株系）、AFLS（可以構(gòu)建反義黃酮醇合成酶，降低黃酮醇含量的轉(zhuǎn)基因株系），3種環(huán)境為正常周圍環(huán)境、缺乏UVB（-UVB）環(huán)境和增加了25%UVB（+UVB）輻射的環(huán)境，HPLC測定3種株系葉中總黃酮醇的含量。結(jié)果表明：在處理第29天，對(duì)于3種株系，從-UVB到+UVB，幼葉中總黃酮醇的含量不斷增大，UVB誘導(dǎo)總黃酮醇的含量增加了50%。在第39天，MP和LC幼葉中總黃酮醇的含量增加了100%，250%，而在AFLS中變化不明顯。隨著處理時(shí)間增長老葉總黃酮醇含量一直變化不大，直到第53天，3種株系老葉在+UVB處理下總黃酮醇含量微微增加。Tang等^[25]研究UVB輻射對(duì)一年生黃芩葉中各種黃酮類化合物的影響，Ⅰ組為正常生長環(huán)境（對(duì)照），Ⅱ組為低光強(qiáng)UVB組（L-UVB，313 nm，15 μmol·m^-2·s^-1），Ⅲ組為高光強(qiáng)UVB組（H-UVB，313 nm，42 μmol·m^-2·s^-1），處理135 d后，發(fā)現(xiàn)葉片中，Ⅱ組、Ⅲ組均沒有顯著提高黃芩苷和鳶尾苷的含量，而Ⅲ組野黃芩苷的含量是Ⅰ組和Ⅱ組的1.22，1.65倍。說明，UVB輻射可促進(jìn)黃芩葉中部分黃酮含量。對(duì)于葡萄、矮牽牛、黃芩來說，當(dāng)紫外線輻射強(qiáng)度逐漸增大時(shí)，植物體內(nèi)黃酮類化合物的含量會(huì)不斷增加。強(qiáng)紫外線輻射有利于其體內(nèi)黃酮類化合物的積累。

對(duì)于苦蕎來說，紫外線缺乏和紫外線增強(qiáng)下其體內(nèi)黃酮類化合物的含量呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。Kreft等^[26]研究UVB對(duì)苦蕎蘆丁積累的影響，Ⅰ組為UVB增強(qiáng)組（模擬17%的臭氧損耗）；Ⅱ組為UVB減少組（使用聚酯薄膜定位在植物80 cm以上完全切斷UVB）；對(duì)照組為正常輻射。結(jié)果表明：不管在植株的葉、莖和花中，對(duì)照組中測得的蘆丁含量都是最高的。在葉、莖和花中，對(duì)照組測得的蘆丁濃度分別是Ⅰ組和Ⅱ組的1.4，1.2；2，1.5；1.2，1.04倍。表明增加或者減少UVB輻射，蘆丁的含量都會(huì)下降。

當(dāng)紫外線輻射強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)（從紫外線缺乏、弱紫外線、正常環(huán)境紫外線到強(qiáng)紫外線），隨著紫外線輻射強(qiáng)度的增加，不同植物中黃酮類化合物的含量對(duì)紫外線的響應(yīng)不同。從已有的研究結(jié)果來看，光質(zhì)對(duì)于藥用植物中黃酮類化合物的影響比較復(fù)雜。由于臭氧層的衰竭，到達(dá)地球表面的紫外輻射越來越多。紫外輻射可以刺激植物體內(nèi)光保護(hù)機(jī)制的形成以及光形態(tài)建成從而使得植物可以抵御外界環(huán)境壓力。近些年，越來越多的人報(bào)道紫外輻射對(duì)次生代謝機(jī)制的影響，特別是黃酮類化合物。研究者通過討論黃酮類化合物在光保護(hù)中的功能，除了直接吸收紫外線外，強(qiáng)調(diào)其清除活性氧（ROS）的能力，也備受關(guān)注，并且提出了一個(gè)模型，即黃酮類在多余的光脅迫下含量增加可以清除過氧化氫和產(chǎn)生單線態(tài)氧，從而避免了程序性細(xì)胞死亡^[27]。

4 光對(duì)黃酮類化合物影響的機(jī)制研究

光對(duì)植物體內(nèi)黃酮類化合物的影響應(yīng)該是光照調(diào)控了黃酮合成的酶基因的表達(dá)，如苯丙氨酸解氨酶 （PAL）、肉桂酸-4-羥基化酶 （C4H）、4-香豆酸輔酶A連接酶（4CL）、查爾酮合成酶 （CHS）、查爾酮異構(gòu)酶 （CHI）、黃烷酮-3-羥化酶（F3H）和黃酮醇合成酶（FLS）等的含量和活性提高，從而增加黃酮類化合物含量。最近，Zoratti等^[28]對(duì)水果中光調(diào)控黃酮合成的分子機(jī)制著重從轉(zhuǎn)錄因子如MYB類調(diào)控基因表達(dá)等方面進(jìn)行了詳細(xì)總結(jié)。PAL活性主要受紫外光調(diào)節(jié)，CHS基因表達(dá)產(chǎn)生mRNA也受到藍(lán)光、紫外光的調(diào)節(jié)，對(duì)光的響應(yīng)較其他酶顯著，因此本研究就光照下植物中黃酮類化合物合成途徑中關(guān)鍵酶PAL和CHS的變化進(jìn)行總結(jié)。

4.1 光對(duì)黃酮類化合物合成途徑中PAL的影響 PAL廣泛存在于各種植物和少數(shù)微生物中，是植物體內(nèi)黃酮類化合物等次生代謝產(chǎn)物的關(guān)鍵酶和限速酶。光強(qiáng)和光質(zhì)會(huì)對(duì)植物體內(nèi)PAL活性以及基因的表達(dá)產(chǎn)生影響。光誘導(dǎo)同黑暗條件相比可以促進(jìn)植物體內(nèi)PAL活性以及基因表達(dá)的升高，對(duì)不同植物來說，隨著光強(qiáng)變化，PAL活性變化不一致。藍(lán)光誘導(dǎo)PAL活性升高，紅光則起抑制作用。Pacheco等^[29]在研究不同光強(qiáng)及光質(zhì)對(duì)樹胡椒葉片中PAL活性的影響，120 d后發(fā)現(xiàn)全光照的50%，70%的處理下PAL活性幾乎沒有差異，是全光照下的2.5倍。而藍(lán)色遮陰網(wǎng)處理下是紅色遮陰網(wǎng)處理下的3.06倍。說明，遮陰以及藍(lán)光處理有利于PAL活性增加。趙德修等^[30]研究光強(qiáng)及光質(zhì)對(duì)水母雪蓮Saussurea medusa愈傷組織中黃酮合成及PAL活性的影響，選用了0，20，30，60，90 μmol·m^-2·s^-1的不同光強(qiáng)進(jìn)行連續(xù)光照培養(yǎng)，結(jié)果顯示隨著光強(qiáng)的增加，PAL活性升高，當(dāng)光照為60 μmol·m^-2·s^-1時(shí)，PAL活性是暗培養(yǎng)的4.4倍。同黑暗條件相比，其他光照條件下黃酮含量較高。不同光質(zhì)下（60 μmol·m^-2·s^-1）連續(xù)光照培養(yǎng)16 d發(fā)現(xiàn)藍(lán)光誘導(dǎo)PAL活性升高，而紅光條件下PAL活性比黑暗下低得多。

4.2 光照對(duì)黃酮類化合物合成途徑中CHS的影響 CHS是黃酮類化合物生物合成的第一個(gè)步驟催化丙二酰基輔酶A的3個(gè)乙酸基和對(duì)羥苯丙烯酰輔酶的一個(gè)乙酸基的縮合，產(chǎn)生查爾酮，并釋放3個(gè)CO₂。它是一個(gè)相對(duì)分子質(zhì)量為42～45 kDa的二聚體，具有2個(gè)獨(dú)立的活性中心，其功能結(jié)構(gòu)域由Cys164，His303，Asn336，Phe215組成。光強(qiáng)和光質(zhì)對(duì)植物體內(nèi)CHS的活性以及基因的表達(dá)產(chǎn)生影響。一般情況下隨著光強(qiáng)的增大植物體內(nèi)CHS活性升高。Leyva等^[31]以擬南芥葉片為材料發(fā)現(xiàn)在光強(qiáng)增大時(shí)植物體內(nèi)花青素含量增高，并且以葡萄糖醛酸酶活性的變化為指標(biāo)證實(shí)了CHS作為苯丙烷類代謝的關(guān)鍵酶其CHS基因的表達(dá)是上調(diào)的。短波段光如藍(lán)光、紫外光等可以促進(jìn)CHS基因的表達(dá)。對(duì)擬南芥的研究表明紫外線、藍(lán)光均能刺激CHS基因的表達(dá)，使得查爾酮合酶增加，進(jìn)而使黃酮含量增加^[32-33]。同樣，F(xiàn)uglevand等在擬南芥突變體中也發(fā)現(xiàn)了紫外光和藍(lán)光共同誘導(dǎo)可以使得CHS基因轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)，從而使得CHS基因表達(dá)增強(qiáng)^[34-36]。

綜上，已有的研究主要從植株和組培物方面進(jìn)行光照對(duì)PAL和CHS的研究，但迄今為止，關(guān)于光對(duì)植物黃酮類化合物生物合成途徑中其他酶的研究較少，需要以后對(duì)多種植物進(jìn)行深入研究。

5 討論與展望

綜上，光強(qiáng)和光質(zhì)都對(duì)藥用植物的次生代謝產(chǎn)物黃酮類化合物的積累產(chǎn)生影響。光強(qiáng)對(duì)于不同植物黃酮類化合物的影響不同，隨著光強(qiáng)的增大多數(shù)植物黃酮類化合物含量增加。光質(zhì)影響的一般情況是短波段的光可以促進(jìn)黃酮物質(zhì)的積累，長波段的光抑制黃酮物質(zhì)的積累，但是目前的研究主要是集中在對(duì)葉、果實(shí)器官的研究，而對(duì)根中黃酮類化合物的研究較少，這應(yīng)該得到關(guān)注，因?yàn)楹芏喑Ｓ盟幱弥参锏闹饕幱貌课皇歉?，如黃芩、甘草，這也可能是較為復(fù)雜的問題，根對(duì)光照響應(yīng)的生理和次生代謝可能是直接的，也可能是間接的，次生代謝產(chǎn)物也可能在地上部分合成后轉(zhuǎn)移到根，雖然器官間黃酮類化合物的轉(zhuǎn)移尚無直接的證據(jù)，本研究沒有涉及地下器官影響的研究文獻(xiàn)。

紫外線對(duì)植物中黃酮類化合物影響的研究是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，一般認(rèn)為，紫外輻射的增強(qiáng)可誘導(dǎo)植物產(chǎn)生較多的黃酮等紫外吸收物質(zhì)，增強(qiáng)抗氧化能力，減少紫外輻射對(duì)植物自身的傷害。目前主要集中在UVB對(duì)植物黃酮類影響的研究，而UVA和UVC對(duì)植物中黃酮物質(zhì)的研究較少。研究表明，藍(lán)光和紫外光可以調(diào)節(jié)關(guān)鍵酶基因的表達(dá)，如促進(jìn)次生代謝關(guān)鍵酶苯丙氨酸解氨酶（PAL）和黃酮代謝上游關(guān)鍵酶查爾酮合酶（CHS）等酶的合成。迄今黃酮類成分合成的下游酶基因與光的關(guān)系的研究較少。

除了上述所述尚待深入的方面，目前的多數(shù)研究對(duì)植物材料的處理僅限于很短時(shí)間，最長的是采用UVB輻射黃芩葉135 d，對(duì)于多數(shù)藥用植物來說，從種植到采收往往是一段很長的過程，因此研究長期光照對(duì)植物黃酮類化合物的影響，不僅可以探索植物在整個(gè)生長期的需光特性，同時(shí)也為最后提高產(chǎn)量提供一定的理論指導(dǎo)。而且研究光強(qiáng)作用的時(shí)候，室外的自然光包括了紫外線，遮陰手段不僅減弱了光強(qiáng)，同時(shí)也減弱了紫外線，不能區(qū)別可見光和紫外光各自的作用。

今后研究光對(duì)黃酮類化合物作用可以考慮在下列方面開展。光對(duì)于同一種植物不同器官黃酮類化合物積累，包括根；研究具有不同穿透能力的長波段UVA和短波段UVC對(duì)植物中黃酮類化合物的影響；強(qiáng)光對(duì)黃酮類化合物的影響；光對(duì)植物整個(gè)生長過程的黃酮化合物積累各個(gè)過程期的影響；光對(duì)黃酮類化合物合成途徑中下游基因以及酶作用的研究以及了解黃酮在植物體內(nèi)的功能機(jī)制，如抗氧化的機(jī)制。此外需要注意的是，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)化，可以在室內(nèi)采用LED芯片光源實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)以及光質(zhì)的精準(zhǔn)控制。最后，在研究清楚一系列光強(qiáng)及光質(zhì)等對(duì)植物整個(gè)生長期生長以及黃酮類化合物含量的影響后，就可以在生產(chǎn)上針對(duì)植物不同生長期的需光特性，采用調(diào)光設(shè)計(jì)，定向和最大量獲得黃酮類化合物的產(chǎn)量，并揭示黃酮類化合物生物合成與光這一環(huán)境因子相互作用的內(nèi)部規(guī)律。

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[責(zé)任編輯 呂冬梅]