唐文婷，劉 曉，房敏峰，岳 明

（西北大學西部資源生物與現(xiàn)代生物技術教育部重點實驗室，陜西 西安 710069）

平流層臭氧的損耗可導致到達地球表面的太陽紫外線-B（UV-B，波長280～315 nm）輻射量增加，對人類健康和生態(tài)系統(tǒng)造成較大的危害。UV-B輻射能夠對植物的光合器官、DNA、蛋白質及質膜造成生理損傷，并且能夠使植物的生長發(fā)育和形態(tài)特征改變（如植株矮化、葉面積減小及生物量降低等）[1]。在長期的進化過程中，植物本身已形成了應對 UV-B輻射的保護機制，如增加體內黃酮類化合物含量以屏蔽UV-B輻射、通過增強抗氧化系統(tǒng)的抗氧化能力來減輕UV-B輻射造成的活性氧自由基損傷等[2]。

迄今為止，國內外研究人員已對近千種植物對UV-B輻射的響應進行了研究，研究對象以農作物和自然生態(tài)系統(tǒng)中的關鍵物種為主，對藥用植物等資源植物的研究較少。目前，有少數研究小組就UVB輻射對藥用植物的影響進行了相關研究和分析，其目的是借助UV-B輻射調控藥用植物的生長并提高有效成分的含量[3-4]。

黃芩（ScutellariabaicalensisGeorgi）為唇形科（Labiatae）黃芩屬（ScutellariaL.）多年生草本植物，為常用中藥材之一，藥用歷史悠久，為國家三級保護野生藥用植物[5]。黃芩以根入藥，主要有抗菌、抗炎、免疫調節(jié)、解熱鎮(zhèn)痛、調節(jié)血脂和抗艾滋病病毒等功效[6]。近年來，隨著臨床用量的增加，黃芩野生資源銳減，栽培黃芩成為藥材黃芩的主要來源[5]。筆者對增強UV-B輻射條件下栽培黃芩幼苗的生長及生理生化指標的變化進行了研究，以期探討增強UVB輻射對黃芩幼苗生長及生理代謝的影響。

1 材料和方法

1.1 材料

實驗于2009年7月至9月進行，供試黃芩種子購于陜西商州黃芩栽培基地。選擇飽滿健康的黃芩種子播種于直徑28 cm、高10 cm的泥盆中，栽培基質為細砂和營養(yǎng)土（體積比2∶1）的混合基質；出苗后待幼苗生長至6片真葉時移入直徑10 cm、高8.6 cm的塑料營養(yǎng)缽中，以沙壤土為栽培基質，每缽定植2株幼苗；移栽幼苗置于蔭蔽環(huán)境下生長1周后移入515HD型人工氣候室（美國 A-Plus公司生產）中進行培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為光照時間12h·d-1、光照強度250μmo l·m-2·s-1、晝夜溫度分別為25℃和20℃，栽培期間定時澆水。待幼苗苗齡為61 d時隨機選取長勢一致的植株進行實驗。

1.2 方法

1.2.1 UV-B處理方法 2009年9月，將黃芩幼苗分為處理組（UV-B）和對照組（CK）2組（各組樣本量均為24盆48株），均置于室內培養(yǎng)架上進行培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為室溫，以日光燈（功率30W，波長765nm）為光源進行光照，光照時間10h·d-1。其中，處理組同時采用UV-B燈（40W，波長313 nm，北京電光源研究所生產）進行增強UV-B輻射處理，連續(xù)輻照7d，每天輻照時間為10：00至16：00。輻照時將處理組幼苗置于燈管正下方，用紫外輻照計（北京師范大學光電儀器廠生產）測定此處的UV-B（波長297nm）輻照度為11.8μW·cm-2。為避免干擾，輻照時用厚度0.13mm醋酸纖維素膜（美國 Grafix公司生產）濾掉少量UV-C。

1.2.2 測定方法 UV-B輻照處理7d后取樣，分別測定處理組和對照組黃芩幼苗的生長指標（株高和單株干質量）和各項生理生化指標。各指標均重復測定3次，結果取平均值。

在UV-B處理組及對照組中隨機選取黃芩幼苗各3株，分別測定株高和單株干質量，其中，單株干質量為植株在60℃條件下干燥72h后稱取的恒質量。

在UV-B處理組及對照組中隨機采集不同幼苗的葉片進行各項生理生化指標的測定。參照A rnon[7]的方法測定光合色素含量；參照 Giannopo litis等的氮藍四唑（NBT）光化還原法[8]測定SOD活性，以抑制50％的 NBT光化還原為1個酶活力單位（U）；參照陳建勛等的愈創(chuàng)木酚法[9]測定 POD活性和CAT活性，其中，POD活性以470 nm處的吸光度1m in增加0.01為1個酶活力單位（U），CAT活性以240 nm處的吸光度1m in減少0.01為1個酶活力單位（U）；采用2，6-二氯酚靛酚比色法[10]測定抗壞血酸（ASA）含量；采用茚三酮比色法[11]測定游離脯氨酸含量；參照邱楓等[12]和 Zucker[13]的方法提取并測定苯丙氨酸解氨酶（PAL）的活性，以1 mL酶液于290 nm處的吸光度1 h變化0.01為1個酶活力單位；采用 Sangtarash等[14]的方法測定紫外吸收物含量，以1 g樣品在波長300 nm處的吸光值代表紫外吸收物的相對含量；參照 Predieri等[15]的方法測定MDA含量。

1.3 數據處理

使用 Excel2007軟件對實驗數據進行統(tǒng)計和分析，采用單因素方差分析方法對處理組和對照組間的差異顯著性進行分析。

2 結果和分析

2.1 UV-B輻射對黃芩幼苗生長的影響

經過UV-B輻射7d后，黃芩幼苗的株高和單株干質量與對照組差異不大，處理組和對照組黃芩幼

苗的平均株高分別為8.3和8.1cm；單株平均干質量分別為0.027和0.026g。差異顯著性分析結果表明，UV-B處理組黃芩幼苗的平均株高和單株平均干質量與對照組均沒有顯著差異，表明UV-B輻射對黃芩幼苗的生長影響不明顯。

2.2 UV-B輻射對黃芩幼苗生理生化指標的影響

2.2.1 對黃芩幼苗光合色素含量的影響 經過7d的UV-B輻射后黃芩幼苗光合色素含量的變化見表1。由表1可見，與對照組相比，經UV-B輻射7d的黃芩幼苗葉片的葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素及類胡蘿卜素含量均極顯著降低，而葉綠素a/b的比值以及類胡蘿卜素/總葉綠素的比值則分別顯著或極顯著提高。

2.2.2 對其他生理生化指標的影響 UV-B輻射對黃芩幼苗葉片抗氧化酶（SOD、POD和 CAT）活性、苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性以及抗壞血酸（ASA）含量、游離脯氨酸含量、紫外吸收物相對含量和MDA含量的影響見表2和表3。

表1 UV-B輻射（11.8μW·cm-2）對黃芩幼苗葉片光合色素含量的影響1）Table1 Effect of UV-Bradiation（11.8μW·cm-2）on photosyn thetic pigmentcon ten t in leaves of Scu tella ria ba ica lensis Georg i seed lings1）

表2 UV-B輻射（11.8μW·cm-2）對黃芩幼苗葉片一些酶活性的影響1）Table2 Effect of UV-Brad ia tion（11.8μW·cm-2）on som e enzym e activ ities in leaves of Scu tella ria baica lensis Georg iseed lings1）

經過UV-B輻射7d后，黃芩幼苗葉片中的CAT和 POD活性均極顯著高于對照組（P＜0.01），SOD活性則比對照組略高，但差異不顯著（P＞0.05）；UV-B處理組黃芩葉片的ASA和游離脯氨酸含量均顯著高于對照組（P＜0.05），PAL活性和紫外吸收物相對含量均低于對照組但差異不顯著（P＞0.05），而MDA含量卻略高于對照組而且差異也不顯著（P＞0.05）。

從實驗結果看，經過UV-B輻射后，黃芩幼苗葉片POD和CAT活性增強、ASA和游離脯氨酸含量升高，表明UV-B輻射條件下黃芩幼苗的抗氧化能力增強，從而能更有效地抵御UV-B導致的氧化損傷；經過UV-B輻射后黃芩幼苗葉片中MDA含量與對照組差異不顯著，表明UV-B輻射沒有加劇黃芩幼苗葉片的膜質過氧化程度，顯示出黃芩幼苗能夠耐受一定強度的 UV-B輻射。此外，經過UV-B輻射后，黃芩幼苗葉片中的PAL活性和紫外吸收物相對含量均沒有顯著變化，表明11.8μW·cm-2UV-B輻照7d對黃芩幼苗葉片中黃酮類化合物等的合成沒有刺激作用。

表3 UV-B輻射（11.8μW·cm-2）對黃芩幼苗葉片中某些生理活性成分的影響1）Table3 Effect of UV-Brad ia tion（11.8μW·cm-2）on som e physiolog ica l active com pounds in leaves of Scu tella ria baica lensis Georg iseed lings1）

3 討論和結論

研究結果顯示，經過11.8μW·cm-2UV-B輻照7d后，黃芩幼苗葉片的葉綠素 a、葉綠素 b、總葉綠素及類胡蘿卜素含量均極顯著降低，而葉綠素 a/b比值以及類胡蘿卜素/總葉綠素的比值則分別顯著或極顯著提高。根據以往的研究結果推測：UV-B輻射后，葉綠素含量的降低可能是葉綠素光氧化和（或）葉綠素合成受到抑制的結果[16]；葉綠素 a/b比值的顯著升高是由于葉綠素 b對UV-B輻射的敏感程度大于葉綠素 a[17]。有研究表明，UV-B輻射菜豆（PhaseolusvulgarisL.）和大麥（HordeumvulgareL.）幼苗后，相對于葉綠素含量的下降，類胡蘿卜素的損失則相對較小，說明植物的葉綠素合成途徑可能比類胡蘿卜素的合成途徑更容易受到 UV-B輻射的影響[17]。也有研究者認為[16]，UV-B輻射條件下類胡蘿卜素與葉綠素比值的升高表明植物自身能形成有效的保護機制，避免 UV-B輻射對重要的代謝器官和代謝過程的嚴重損傷。作者的研究結果與以上研究結果一致，表明在 UV-B輻射條件下類胡蘿卜素可能對黃芩幼苗具有一定的保護作用。

UV-B輻射能夠誘導植物體內產生活性氧和自由基，從而導致質膜、核酸和蛋白質的損傷，并誘導植物的抗氧化系統(tǒng)對此產生相應的響應，然而，UV-B輻射對植物抗氧化酶活性的影響是不同的。本實驗中，經過11.8μW·cm-2UV-B輻照7d后黃芩幼苗葉片中的 POD和 CAT活性顯著高于對照，SOD活性與對照差異不顯著；Santos等[18]的研究結果表明，在UV-B輻射條件下，馬鈴薯（SolanumtuberosumL.）葉中過氧化氫酶（CAT）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）和過氧化物酶（POD）活性均增加；而黃少白等[19]的研究結果顯示，19.1 kJ·m-2·d-1UV-B輻射能顯著抑制水稻（OryzasativaL.）2個品種葉片內的 CAT和SOD活性；陳拓等[20]的實驗結果則顯示，在增強 UV-B輻射條件下，小麥（TriticumaestivumL.）葉片中的CAT、原卟啉原氧化酶（PPOX）及 APX活性均明顯升高，但 SOD活性幾乎不受影響。綜合分析后認為，經過UV-B輻射后，不同植物的抗氧化酶活性變化差異可能與2種因素有關：一是與所選植物種類本身的特性有關[21]，包括體內抗氧化酶活性水平、生長狀態(tài)以及遺傳特性等；二是與 UV-B輻照度和輻照時間等實驗條件的差異有關。

抗壞血酸（ASA）是植物體內主要的抗氧化物之一，用13 kJ·m-2·d-1UV-B輻照14 d后水稻葉片中的ASA含量升高[22]，與 ASA的抗氧化作用有關。游離脯氨酸是植物體內的滲透調節(jié)物質之一，可以直接參與氧自由基（ROS）的淬滅反應，具有保護植物的潛力，在低強度UV-B輻射條件下，植物體內的游離脯氨酸含量升高[23]。本實驗中，經過11.8μW· cm-2UV-B輻照7d后黃芩幼苗葉片中 ASA和游離脯氨酸含量均顯著高于對照組，表現(xiàn)出為抵抗UV-B輻射傷害黃芩體內代謝系統(tǒng)所做出的應激反應。

研究結果表明，經過11.8μW·cm-2UV-B輻照7d后黃芩幼苗葉片中的苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性降低，且紫外吸收物相對含量也同時降低，但均與對照組無顯著差異。一般認為，在UV-B輻射條件下，不同植物體內紫外吸收物含量均增加，但紫外吸收物含量的變化存在種內及種間差異，其積累受植物基因型、生活型、生態(tài)型和環(huán)境因子的調節(jié)[24]。Kinnunen等[25]的研究結果表明，UV-B輻射降低了蘇格蘭松（PinussylvestrisL.）幼葉中UV-B吸收物質的含量，并且推測植物只有在需要且必須有防護作用時才會制造大量的UV-B吸收色素。紫外吸收物主要包括酚類化合物（如黃酮類化合物）以及烯萜類化合物（如類胡蘿卜素、樹脂等），其中，黃酮類化合物最主要。PAL是合成黃酮類化合物的一個關鍵酶，其活性變化可能導致黃酮類化合物含量的變化。本實驗中，紫外吸收物相對含量的降低可能主要與 PAL活性的降低有關。這一結果也顯示，用11.8μW·cm-2UV-B輻照7d不能促進黃芩幼苗葉片中總黃酮的積累，因此，若采用這一方法提高黃芩體內總黃酮的含量，必須對 UV-B輻照度及輻照時間進行深入細致的比較研究。

陳嵐等[26]的研究結果顯示，在溫室條件下，采用0.4～0.6 W·m-2的 UV-B連續(xù)照射小白菜（Brassicacampestrisssp.chinensisMakino）7d，各處理組小白菜的鮮質量和株高均與對照無顯著差異；另有研究表明，在一定的強度范圍內紫外線照射對植物的生長發(fā)育無顯著抑制作用，但具有控制植株徒長、縮短節(jié)間長度、增加分枝數量和促使葉片變厚等效應[27]。本研究中，經過UV-B輻射后黃芩幼苗的株高和單株干質量與對照組差異不大，也驗證了這一觀點。說明11.8μW·cm-2UV-B輻照7d對黃芩幼苗生長沒有明顯的抑制作用。

綜上所述，黃芩幼苗能夠通過自身的抗氧化系統(tǒng)有效地減輕一定強度（11.8μW·cm-2）UV-B輻射產生的氧化損傷，減少 UV-B輻射對其生長發(fā)育的影響，從而對UV-B輻射表現(xiàn)出一定的耐受能力。

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