UV-B 輻射對(duì)生菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

聶鑫，趙長江，李響，聶海洋，王嶺，楊升，朱廣石

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，大慶 163319）

植物是光合自養(yǎng)型有機(jī)體，因此必須不斷適應(yīng)環(huán)境條件的變化[1]。地表UV-B 輻射強(qiáng)度的加劇，使得UV-B 輻射作為脅迫因子將導(dǎo)致植物適應(yīng)環(huán)境的機(jī)制發(fā)生改變。UV-B 輻射對(duì)植物的影響具有累積效應(yīng)，輻射時(shí)間越長，對(duì)植物的影響也就越大。植物通過自身一系列生理代謝活動(dòng)的變化，適應(yīng)或抵抗環(huán)境中UV-B 輻射的變化[2]。通常情況下，UV-B 輻射對(duì)植物有強(qiáng)烈的負(fù)面效應(yīng)，例如導(dǎo)致蛋白質(zhì)損傷、膜脂變化和葉綠體損傷等。

植物在受到UV-B 輻射傷害后，在生長過程及營養(yǎng)品質(zhì)和生理代謝反面也會(huì)產(chǎn)生極大的不同，并通過自身的應(yīng)激性來適應(yīng)UV-B 輻射[3]。大量的科學(xué)研究表明，植物通過紫外照射后，抗逆性明顯增強(qiáng)，尹明安等[4]指出蘋果經(jīng)過UV-B 輻射后，果實(shí)的抗病能力明顯提高。厲維江等[5]通過對(duì)葡萄進(jìn)行低劑量紫外輻射的處理，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)藏期明顯增加且不易腐爛，從而達(dá)到延長果蔬保鮮期的目的。紫外線處理能提高果蔬的苯丙氨酸解氨酶、多酚氧化酶活性，增加總酚含量；提高超氧化物歧化酶、過氧化物酶活性，降低活性氧含量，減少丙二醛積累，從而保護(hù)膜結(jié)構(gòu)完整性，進(jìn)而提高果蔬的抗病性[6]。因此通過UV-B 輻射提高生菜品質(zhì)是可行并有實(shí)際意義的。

1 材料與方法

1.1 材料

供試生菜（lactucis）品種為美國大速生（American rapid growth）。該品種生長速度快，生育期45 d 左右，品質(zhì)甜脆，無纖維，不易抽薹；耐寒性強(qiáng)，適合北方露地和保護(hù)地周年生產(chǎn)。

1.2 植物種植及處理

挑選大小一致、飽滿、無破損生菜種子，直接播種到含有吸水飽和的育苗土壤基質(zhì)的小花盆中，每盆均勻播種5 粒種子，于生人工氣候室行培育。培養(yǎng)條件為，白天25 ℃，14 h，夜間18 ℃，10 h。當(dāng)幼苗生長到兩片真葉兩片子葉時(shí)進(jìn)行UV-B 輻照處理。

UV-B 輻照處理所用紫外線燈管為UV-B 313（美國）。處理裝置參照實(shí)驗(yàn)室前期處理高粱幼苗的方法[7]，即紫外燈管安裝在可調(diào)高度的培養(yǎng)架上，并用醋酸纖維膜包裹燈管（濾除UV-C 波段輻射）。通過UV-B 輻射計(jì)測定，調(diào)節(jié)輻照劑量為40 μw·cm-2。將兩片真葉兩片子葉的生菜放置在燈管正下方進(jìn)行照射處理，輻照處理時(shí)間分別為2、4、6、8 h，以未進(jìn)行UV-B 照射的正常植株作為對(duì)照。輻照處理結(jié)束后，轉(zhuǎn)移到人工氣候室恢復(fù)生長，分別于恢復(fù)3、5、10、15 d 進(jìn)行表型和光合指標(biāo)的測定，同時(shí)取樣用液氮速凍后冷凍，用于各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)的測定。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 生長相關(guān)指標(biāo)測定

（1）鮮重（產(chǎn)量）測定

對(duì)4 個(gè)不同UV-B 處理時(shí)長且分別恢復(fù)3、5、10、15 d 的生菜，以及相應(yīng)的對(duì)照，共20 個(gè)處理植物進(jìn)行取樣測定地上部鮮重，每個(gè)處理至少3 個(gè)重復(fù)。

（2）株高和根長測定

對(duì)4 個(gè)不同UV-B 劑量處理且分別恢復(fù)3、5、10、15 d 的生菜，以及相應(yīng)的對(duì)照，共20 個(gè)處理植物進(jìn)行取樣，測定株高和根長，每個(gè)處理至少3 個(gè)重復(fù)。

（3）胞間CO2濃度測定

使用SPAD502 儀（日本柯尼卡美能達(dá)公司）和Li-6400XTR 光合儀（美國Li-COR 公司）對(duì)4 個(gè)不同UV-B 劑量處理且分別恢復(fù)3、5、10、15 d 的生菜，以及相應(yīng)的對(duì)照，共20 個(gè)處理的植物，選擇第二片全展葉進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測定，每個(gè)處理至少重復(fù)10次。其中光合儀測定時(shí)葉室CO2濃度為400 μL·L-1，光強(qiáng)約為800 mmol·m-2·s-1，溫度為25 ℃±2 ℃。

1.3.2 品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)測定

（1）維生素C 含量的測定

將生菜樣品放入研缽中，加入20 mL 1%鹽酸迅速研磨成漿，用1%鹽酸溶液沖洗轉(zhuǎn)入100 mL 容量瓶定容，用力搖勻并放置5 min，然后過濾。取10 mL濾液，用微量滴定管以2，6-二氯酚標(biāo)準(zhǔn)液滴定至粉紅色，保持1 min 不退色，記下2，6-二氯酚用量。提取樣品的混合酸液及其還原物質(zhì)還原能力的校正值；取1%鹽酸和1%草酸各10 mL 混合，用同樣的染料溶液滴定至粉紅色為止，從試驗(yàn)溶液的滴定材料中，減去酸液滴定值即為所測材料的實(shí)際滴定值[8]。

（2）可溶性蛋白質(zhì)含量的測定

稱取葉片鮮樣0.5 g，加2 mL 蒸餾水研磨成勻漿，轉(zhuǎn)移到離心管中，再加6 mL 蒸餾水洗滌研體，洗滌液轉(zhuǎn)入同一離心管，靜置0.5～1 h，再4 000 r·min-1離心20 min，將上清液轉(zhuǎn)入10 mL 容量瓶中，用蒸餾水定容至刻度，即為待測液。另取3 支10 mL 試管，吸取待測液0.1 mL，放入試管中，加5 mL 考馬斯亮藍(lán)，充分混合，放2 min 后于595 nm 下進(jìn)行比色[9]。

（3）類黃酮含量的測定

稱取新鮮葉片0.5 g，加10 mL 酸性甲醇溶液（甲醇、水、鹽酸體積比為79∶20∶1），室溫下研磨；于55 ℃水浴中提取30 min。3 000 r 離心10 min，定容至10 mL，用分光光度計(jì)在波長300 nm 處比色測定類黃酮含量[10]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采 用EXCEL2010 和DPS9.2、Multi Experiment Viewer 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 UV-B 輻射對(duì)生菜產(chǎn)量的影響

如圖1 所示，UV-B 輻射處理2、4、6 和8 h 等4個(gè)處理，在處理后UR3、UR5、UR10 和UR15 d 時(shí)生菜產(chǎn)量變化趨勢基本一致，即隨著處理時(shí)間的延長，生菜產(chǎn)量不斷下降，但處理間差異的顯著性不同。在UR3 d 和UR5 d 區(qū)間，4 個(gè)處理間生菜鮮重差異顯著性相同，其中U4、U6 和U8 與對(duì)照U0 比較鮮重降低顯著，U2 與U0、U4 與U2、U6 與U4 處理間差異不顯著，表明該恢復(fù)期生菜鮮重的降低是由增強(qiáng)的UV-B輻射直接造成的；然而UR10 d 和UR15 d 區(qū)間4 個(gè)處理間生菜鮮重差異顯著不盡相同，也與UR3 d 和UR5 d 期鮮重變化顯著性不同。UR10 d 時(shí)，U2 與U4處理鮮重?zé)o顯著差異，但是與U0、U6、U8 間差異顯著；U4 在整個(gè)試驗(yàn)過程中呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢，隨著恢復(fù)時(shí)間的增加，U4 與U0 之間的差距逐漸縮小，這也印證了我們?cè)囼?yàn)的初衷，在較少減產(chǎn)或不減產(chǎn)的前提下提高生菜的營養(yǎng)含量。UR15 d 時(shí)，U0 與U2、U4 間差異不顯著，U0 與U6、U8 之間的差異顯著，其中U4 和U6 間差異不顯著，U6 和U8 間差異不顯著。這個(gè)階段生菜生長速度較快，各處理之間的差異逐漸變小，表明生菜進(jìn)入輻射傷害的恢復(fù)期。

圖1 不同UV-B 處理生菜鮮重變化Fig.1 Fresh weight of lettuce at different UV-B treatment

縱觀4 個(gè)UV-B 處理在不同恢復(fù)期產(chǎn)量情況，研究結(jié)果表明增強(qiáng)的UV-B 輻射雖然會(huì)對(duì)生菜的產(chǎn)量在早期造成一定的影響，但是隨著恢復(fù)時(shí)間的增加，如U2 和U4 處理恢復(fù)15 d，這種影響將會(huì)越來越小，或者說合適劑量UV-B 處理可以在不影響產(chǎn)量的前提下，提高抗病蟲性的同時(shí)改善其營養(yǎng)保健品質(zhì)。

2.2 UV-B 輻射對(duì)生菜株高的影響

株高從側(cè)面可以反映出生菜的生長狀態(tài)，株高是植物形態(tài)學(xué)調(diào)查工作中最基本的指標(biāo)之一，其定義為從植株基部至主莖頂部即主莖生長點(diǎn)之間的距離。如圖2 所示，UV-B 輻射處理2、4、6 和8 h 等4個(gè)處理，在處理后恢復(fù)UR3、UR5、UR10 和UR15 d時(shí)生菜株高變化趨勢基本一致，與生菜鮮重變化趨勢相似；隨著處理時(shí)間的延長，生菜株高不斷下降，4個(gè)輻射處理的4 個(gè)恢復(fù)時(shí)間差異的顯著性不同。在經(jīng)過UV-B 輻射處理恢復(fù)UR3 d 后，除U0 與U2、U2與U4、U6 與U8 的處理間差異不顯著外，其余不同輻射處理間的生菜株高差異顯著?；謴?fù)UR5 d 和UR10 d 情況下，不同處理間生菜株高差異更加明顯，處理劑量分組情況更加清晰。所以，結(jié)合鮮重的結(jié)果，大致可以將供試UV-B 劑量分為兩大類，U2 和U4 相近組，U6 和U8 相近組。表明生菜對(duì)U2 和U4劑量響應(yīng)的機(jī)制可能相近?；謴?fù)UR15 d 的情況，不同處理間生菜株高的差異與恢復(fù)UR3 d 株高差異趨勢基本一致，恢復(fù)前期和末期不同處理間生菜株高變化趨勢一致，表明生菜對(duì)UV-B 響應(yīng)的恢復(fù)基本穩(wěn)定，U2、U4 和U6 處理能進(jìn)行不同程度的恢復(fù)，U8傷害較重難以恢復(fù)。

圖2 不同UV-B 處理生菜株高變化Fig.2 Height of lettuce at different UV-B treatment

縱觀4 個(gè)UV-B 處理在不同恢復(fù)期株高情況，研究結(jié)果表明增強(qiáng)的UV-B 輻射雖然會(huì)對(duì)生菜的株高產(chǎn)生不同程度的抑制，但是隨著恢復(fù)時(shí)間的增加，如U2 處理恢復(fù)15 d，這種影響將會(huì)越來越小。

2.3 UV-B 輻射對(duì)生菜根長的影響

如圖3 所示，UV-B 輻射處理2、4、6 h 和8 h 等4 個(gè)處理，在處理后UR3 d、UR5 d、UR10 d 和UR15 d時(shí)生菜根長變化趨勢基本一致，隨著處理時(shí)間的延長，生菜根長不斷下降，4 個(gè)輻射處理在4 個(gè)恢復(fù)時(shí)間差異的顯著性不同。而且，生菜根長對(duì)UV-B 輻照處理響應(yīng)變化趨勢與其株高的變化趨勢基本一致。在經(jīng)過UV-B 輻射處理UR3 d 后，與未處理對(duì)照相比，U2、U4、U6、U8 等4 個(gè)處理間差異顯著，表明供試不同劑量UV-B 輻照對(duì)生菜根長產(chǎn)生明顯的影響。與UR3 d 比較，UR5 d 時(shí)U4 和U6、U6 和U8 處理間差異不顯著；UR10 d 時(shí)U0、U2 與U4 間，U2、U4 和U6 間差異不顯著；15d 時(shí)，U0、U2 與U4 間，U4 與U6，U6 與U8 間差異不顯著，上述結(jié)果表明不同UVB 輻照處理在不同恢復(fù)時(shí)間得到不同程度的恢復(fù)，而且根長的恢復(fù)要比株高的恢復(fù)效果明顯。另外在實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，UV-B 輻射不僅影響著生菜的根長，還對(duì)生菜的須根數(shù)以及根的粗度有著很大的影響。

圖3 不同UV-B 處理生菜根長變化Fig.3 Root length of lettuce at different UV-B treatment

2.4 UV-B 輻射對(duì)生菜胞間CO2 濃度的影響

如圖4 所示，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中生菜經(jīng)過UV-B輻射后，細(xì)胞間CO2濃度隨著輻射時(shí)間的增加而不斷增加，它與其他的光合數(shù)據(jù)正好相反，與UV-B 輻射呈正相關(guān)趨勢。經(jīng)過UV-B 輻射后UR3 d 的U0、U2、U4、U6、U8 的細(xì)胞間CO2濃度存在著明顯差異，呈現(xiàn)出上升趨勢且效果較為顯著。UR5 d 的U0、U2、U4、U6、U8 間仍然存在著差異。UR10 d 的生菜中，趨勢與UR5 相一致。UR15 d 的時(shí)候差異性進(jìn)一步降低，其中U0、U2 之間基本無差異，U4 與U6 間差異不顯著，U8 與其他各處里之間差異顯著。

圖4 不同UV-B 處理生菜胞間CO2 濃度變化Fig.4 Cell CO2 concentration of lettuce at different UV-B treatment

從圖中可以看出，隨著UV-B 輻射的增加，生菜的胞間CO2濃度明顯呈上升趨勢，這種趨勢一直貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，但是不同的是，UR5 d 開始，一直到UR15 d，這種差異逐漸變小，這說明在經(jīng)過UV-B 輻射經(jīng)過一段時(shí)間的恢復(fù)后，生菜的胞間CO2濃度差異逐漸變小，植株的表象形態(tài)趨于相同，但是經(jīng)過UV-B 輻射時(shí)間較長的U8 與其他處理間還存在這明顯的差異。細(xì)胞間CO2濃度升高會(huì)導(dǎo)致光合速率的降低，這與我們上面的光合速率試驗(yàn)結(jié)果相吻合。

2.5 UV-B 輻射對(duì)生菜可溶性蛋白含量的影響

如圖5 所示，隨著輻射劑量（時(shí)間）的增加，生菜葉可溶性蛋白含量在4 個(gè)不同恢復(fù)期均呈先上升再下降的趨勢，處理間差異顯著。在UR15 d 時(shí)U6 和U8 處理下降幅度最大；在UR10 d 時(shí)U2 和U4 處理生菜可溶性蛋白含量增加幅度最大，而且此時(shí)期U6和U8 處理也與其他恢復(fù)期低于對(duì)照不同，顯著高于對(duì)照。UR3 d 與UR5 d 各處理之間的差異性顯著，在UR3 d 時(shí)U2 的可溶性蛋白含量最高，但是從UR5 d開始到UR15 d 結(jié)束，U4 的可溶性蛋白含量最高。

圖5 不同UV-B 處理生菜可溶性蛋白變化Fig.5 Soluble protein of lettuce at different UV-B treatment

2.6 UV-B 輻射對(duì)生菜維生素C 含量的影響

維生素C（L-抗壞血酸）為酸性己糖衍生物，是高等動(dòng)物與其他少數(shù)生物的必需營養(yǎng)素。如圖6 所示，經(jīng)過UV-B 輻照處理后，在4 個(gè)不同恢復(fù)期生菜樣品葉片中維生素C 的含量呈現(xiàn)增加后下降的變化趨勢；而且隨著輻射時(shí)間（劑量）的增加，生菜維生素C 含量的變化效果越發(fā)顯著。其中，U2 和U4 誘導(dǎo)生菜維生素C 含量在UR10 d 和UR15 d 時(shí)顯著增加；除UR10 d 的U6 處理外，U6 和U8 處理致使供試4個(gè)恢復(fù)期內(nèi)生菜維生素C 含量顯著降低。表明在低于U4 劑量處理時(shí)，維生素C 可能作為抗氧化劑用來清除UV-B 輻照產(chǎn)生的活性氧，在高劑量情況下收到顯著抑制?？v觀整個(gè)試驗(yàn)過程，U4 的維生素C 含量在UR3 d、UR5 d、UR10 d 和UR15 d 時(shí)均為最高值，這與隨著UV-B 輻射的增加類黃酮含量增加的趨勢不同。在UR3 d、UR5 d、UR10 d 和UR15 d 的4個(gè)恢復(fù)期U2 和U4 處理生菜維生素C 含量較對(duì)照顯著增加，U6 和U8 處理維生素C 含量顯著降低，這表明U2 和U4 劑量UV-B 輻照有助于增加生菜的維生素C 含量，U6 和U8 降低了生菜的維生素C 含量。

圖6 不同UV-B 處理生菜維生素C 變化Fig.6 Vitamin C of lettuce at different UV-B treatment

2.7 UV-B 輻射對(duì)生菜類黃酮含量的影響

類黃酮（Flavonoids）是植物重要的一類次生代謝產(chǎn)物，它以結(jié)合態(tài)（黃酮苷）或自由態(tài)（黃酮苷元）形式存在于水果、蔬菜、豆類和茶葉等許多食源性植物中。如圖7 所示，隨著輻射時(shí)間的增加，UR3 d、UR5 d、UR10 d、UR15 d 的生菜葉片中類黃酮含量呈上升的趨勢，與對(duì)照相比，U4、U6 和U8 處理導(dǎo)致生菜類黃酮顯著增加，U2 增量不顯著。這也印證了試驗(yàn)設(shè)想，通過UV-B 輻射可以增加生菜的次生代謝物含量，從而增加了類黃酮的含量。而且U2 和U4、U6 和U8處理間不顯著，表明供試劑量UV-B 輻照對(duì)于生菜類黃酮誘導(dǎo)可大致被劃分為兩種劑量組。U2 和U4與對(duì)照相比類黃酮含量提升較小，U6 和U8 與對(duì)照相比類黃酮含量提升較多，這表明UV-B 輻射與類黃酮含量呈正相關(guān)的趨勢，但是一定也會(huì)存在臨界點(diǎn)，當(dāng)UV-B 輻射進(jìn)一步提升時(shí)，類黃酮含量會(huì)因?yàn)樯苏w生長指標(biāo)的降低而降低，這也是以后要進(jìn)行探討和研究方向。

圖7 不同UV-B 處理生菜類黃酮變化Fig.7 Flavonoids of lettuce at different UV-B treatment

3 討論

試驗(yàn)研究表明，隨著UV-B 輻射量的升高，鮮重和表型指標(biāo)都有不同程度的降低[11]，從試驗(yàn)結(jié)果來看，各處理在恢復(fù)不同天數(shù)后的株高仍然存在很大的差異，這說明UV-B 輻射對(duì)于生菜表形指標(biāo)的影響很大[12]。而且，UV-B 輻射量越大生菜受到傷害就越嚴(yán)重，這與安黎哲、侯扶江等[13-14]的研究結(jié)果基本一致。但是從試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)過UV-B 輻射照射后，生菜通過一定時(shí)間的恢復(fù)，各項(xiàng)表形指標(biāo)都有所恢復(fù)[15-20]，但與未經(jīng)過UV-B 輻射處理的生菜還是存在差距，但是這種差距隨著恢復(fù)時(shí)間的增加而不斷變小[21-23]。

由于生菜在經(jīng)過UV-B 輻射后，各項(xiàng)生長指標(biāo)受到嚴(yán)重影響，與煙草經(jīng)過UV-B 輻射現(xiàn)象相似，葉片變的枯萎嚴(yán)重的甚至出現(xiàn)生長緩慢的現(xiàn)象，為將UV-B 輻射技術(shù)可以投入到正常的生產(chǎn)實(shí)踐中去，對(duì)影響生菜產(chǎn)量的鮮重進(jìn)行了仔細(xì)的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)生菜在經(jīng)過UV-B 輻射處理后，隨著恢復(fù)時(shí)間的增加，與未經(jīng)過UV-B 輻射處理生菜的鮮重差距逐漸減少，在恢復(fù)15 d 后，U0 與U2、U4 的鮮重差距極小，這也表明其產(chǎn)量受到的影響隨著恢復(fù)時(shí)間的增加也會(huì)逐漸降低，所以，通過UV-B 輻射改善生菜營養(yǎng)品質(zhì)的觀點(diǎn)是完全可行的，通過UV-B 輻射不僅可以提高生菜的營養(yǎng)品質(zhì)，也可以通過恢復(fù)最大限度的降低產(chǎn)量損失。

試驗(yàn)旨在通過UV-B 輻射處理誘導(dǎo)類黃酮和維生素C 等特殊營養(yǎng)，同時(shí)保證其他品質(zhì)指標(biāo)不受影響或最低限度的受到影響，由于照射時(shí)長為2、4、6、8 h，中間相差2 h，單從試驗(yàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果來看，生菜在經(jīng)受強(qiáng)度為40 μw·cm-2的UV-B 輻射4 h 的時(shí)候?yàn)樽罾硐胄Ч?，可是由于中間間隔2 h，不知道在4 h 這個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)是已經(jīng)開始下降還是依然處于上升狀態(tài)，找到這個(gè)“閥值”是日后繼續(xù)探索的目的?？傊甎V-B輻射對(duì)生菜的影響還與光照、水分、溫度、濕度等一些環(huán)境因素密切相關(guān)，因此，研究還需進(jìn)一步深入。

4 結(jié)論

嘗試解析不同時(shí)長UV-B 輻射對(duì)生長階段的生菜所產(chǎn)生的影響得出如下結(jié)論：在經(jīng)過UV-B 輻射照射2、6、4、8 h 后，生菜的鮮重、株高、根長均有不同程度的變化。隨著UV-B 輻射劑量的增加，對(duì)生菜的損傷越大且各處理間的差異顯著，生菜的生長受到了明顯的影響。類黃酮?jiǎng)t是經(jīng)過UV-B 輻射照射的時(shí)間越長，其含量越高，雖然在經(jīng)過3～15 d 的恢復(fù)后，各處理之間的差異不斷縮小，但是仍然保持隨著UV-B 輻射時(shí)間的增加而含量增加的趨勢，這表明UV-B 輻射對(duì)類黃酮的誘導(dǎo)具有劑量的依賴性。維生素C 則與其他碳氮產(chǎn)物一樣呈現(xiàn)出先上升再下降的趨勢，在4 h 時(shí)維生素C 的含量最高。最后，從生菜的產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)兼顧的角度考慮，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出40 μw·cm-2UV-B 輻射處理4 h 可以用于棚室綠色保健生菜栽培。