缺素處理對山楂根系黃酮代謝的影響

摘要：以2a生山楂(Crataegus pinnatifida Bge)為試材，研究水培條件下缺素處理對山楂根系分泌液和山楂根系中黃酮總量及單體黃酮種類的影響。結果表明，缺氮、缺磷處理能夠提高根系分泌液中的總黃酮含量，但是差異不顯著。缺鋅處理的山楂根系中的黃酮種類最多，為5種已知黃酮成分，即牡荊素鼠李糖苷、蘆丁、牡荊素、金絲桃苷、槲皮素。對照、缺磷、缺鉀、缺鈣、缺鎂、缺鐵中只檢測到3種已知黃酮成分，即蘆丁、金絲桃苷、槲皮素。缺氮檢測到2種已知黃酮成分，即金絲桃苷和槲皮素。在缺鎂、缺鋅與缺鐵處理的山楂根系分泌液中，均檢測到5種已知黃酮成分。而對照、缺氮、缺磷、缺鉀、缺鈣處理只檢測到少數幾種已知黃酮成分，且含量相對偏低。在山楂的黃酮調控方面，適當的進行缺素處理能夠增加黃酮的總量或種類。

關鍵詞：山楂；根系；缺素；黃酮

中圖分類號：S661.5

文獻標識碼：A

文章編號：1009-9980(2010)03-363-05

根系次生代謝物的產生主要取決于植物的種類及基因型，然而在很大程度上又受到周圍環境因素的影響和制約。因而在植物生長發育過程中，養分狀況對植物的生長產生各種各樣的影響甚至脅迫。前人在早期做過一些缺素處理對黃酮代謝的影響，但不夠深入具體。如Butler等在測定N、P、K對紅車軸草中異黃酮的影響時，發現其他元素不變，缺磷明顯的增加異黃酮含量。在紅車軸草缺乏N和P時，芒柄花黃素和金雀異黃酮的含量增加一倍。當紅車軸草植物不給Zn時，所有3個異黃酮的含量在前29d是增加的，但最后減少至對照以下。本試驗采用連續收集方法，利用高效液相檢測不同處理在不同時期的黃酮總量和單體黃酮種類。為揭示黃酮代謝與營養的關系，以及人工調控提供依據。

1 材料和方法

1.1 材料與處理

試驗于2008年6月8日至7月8日在沈陽農業大學果樹基地溫室內進行。以2a生盆栽山楂苗為試驗材料。選生長勢一致山楂苗每3株分別移至裝有缺氮(No-N)、缺磷(No-P)、缺鉀(No-K)、缺鈣(No Ca)、缺鎂(No-Mg)、缺鋅(No-Zn)、缺鐵(No-Fe)的Hoaglands培養液小桶中培養，3次重復。以全素Hoaglands培養液為對照。其中缺氮處理去除硝酸鉀、硝酸鈣、磷酸銨，加入適量的磷酸二氫鉀和氯化鈣；缺磷處理去除磷酸銨，加入氯化銨；缺鉀處理去除硝酸鉀加入氯化鉀；缺鈣處理去除硫酸鈣加入適量的硫酸鎂：缺鎂處理去除硫酸鎂加入適量硫酸鈣：缺鋅處理去除硫酸鋅加入適量的硫酸鎂；缺鐵處理去除硫酸亞鐵加入適量的硫酸鎂。植株于Hoaglands營養液水培15d后(為保證營養充足其間每3d更換營養液1次)，每3d收集1次根系分泌液，共收集5次，用于黃酮的測定。收集第5次根系分泌液的同時，取根系用于黃酮總量的測定。其間利用增氧機，隔60min通氣60min，以防根系窒息。所收集根系分泌液立即過樹脂柱，后低溫保存以備上液相測單體黃酮之需。而所采根系立即高溫殺青、烘干測糖、蛋白質和黃酮。

1.2 數據統計與分析

所得數據用DPS數據統計軟件進行統計分析，Duncan’s新復極差法進行顯著性檢驗，Excel繪圖軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 缺素處理對根系分泌液中黃酮總量與單體成分含量的影響

2.1.1 缺素對山楂根系分泌液中黃酮總量的影響各缺素處理對根系分泌液中總黃酮的影響見圖1。No-Ca、No-Mg、No-Zn與No-Fe處理山楂根系分泌液中總黃酮含量高于對照達到顯著水平。而No-N、No-P處理的黃酮含量與CK差異不顯著。No-K處理的黃酮含量低于對照且差異顯著。

2.1.2 缺素處理對山楂根系分泌液中單體黃酮成分及含量的影響

由表1可見，礦物營養的缺乏不僅會增加根分泌物的總量。而且還會影響到根分泌物的組成成分及其比例。缺鉀處理黃酮總量低于對照。缺磷處理總量與對照成顯著差異。但黃酮種類多于對照。No-Mg，No-Zn，No-Fc在黃酮總量上比對照顯著增高，差異顯著。在種類上也比對照多，均檢測到5種已知黃酮成分。

2.2 缺素處理對山楂根系中黃酮成分及含量的影響

2.2.1 缺素處理對山楂根系中黃酮成分的影響由表2可知，不同缺素處理根系內的黃酮成分、含量與種類不同，除No-Zn處理外，各缺素處理與對照根系中均未檢測出牡荊素鼠李糖苷與牡荊素。No-N處理根系內檢測到2種黃酮成分，分別為金絲桃苷與槲皮素，而CK、No-p、No-K、No-Ca、No-Mg與No-Fe處理根系內均檢測到3種黃酮成分，蘆丁、金絲桃苷與槲皮素。各處理根系內單體黃酮總量不同，其中No-Zn處理根系內單體黃酮總量最高，且與其他處理差異顯著，其次為No-Ca處理。

2.2.2 缺素處理對山楂根系中總黃酮含量的影響缺素影響山楂根系中總黃酮含量，由圖2可知，根系中總黃酮含量為No-P>No-N>No-Mg>No-Zn>No-K>No-Fe>CK>No-Ca，除No-Ca處理與CK間差異不顯著外，各處理間差異均達顯著水平(P<0.05)。

2.3 缺素處理對山楂根系苯丙氨酸解氨酶(PAL)和多酚氧化酶(PPO)活性的影響

黃酮類化合物在植物體內的合成屬于莽草酸代謝途徑，PAL是此反應途徑的起始酶和限速酶。礦質營養對山楂根系PAL酶活性的影響見圖3，各處理PAL活性為No-P>No-N>No-Mg>No-Fe>No-Ca>CK>No-K>No-Zn，CK與No-Ca、No-K、No-Zn處理差異不顯著，而與其他處理問差異均達顯著水平。各處理PPO酶活性為No-Mg>No-K>No-Zn>No-p>No-Fe>CK>No-N>No-Ca，僅No-Mg與No-Ca處理間差異顯著，其他處理間差異均不顯著(P<0.05)。

3 討論

研究表明，植物的營養狀況影響次生代謝，然而，沒有簡單而明了的機制來解釋營養脅迫和生長之間的關系。王洋等研究表明，高山紅景天根中紅景天苷的合成與積累需要適宜的氮素營養，過高過低都不利，而且在自然條件下紅景天苷含量與土壤的有機質含量、pH值以及氮素、磷素、鉀素營養均有密切聯系。已有研究報道，番茄和擬南芥幼苗、紫花苜蓿根系中黃酮含量隨氮素水平提高而下降。用不同濃度硝酸銨處理離體蕎麥幼苗的第一片子葉和下胚軸，隨氮素處理濃度的提高，蕎麥離體器官中黃酮含量均出現下降。高氮降低蘋果葉片中黃酮含量。這些研究結果皆表明適當的營養脅迫有利于黃酮總量的增加，但具體是哪個環節的哪種黃酮有所增加，即黃酮在營養脅迫時的機理研究報道甚少。本實驗是在前人研究的基礎上，對這一生理現象做出的進一步探討。研究表明低氮利于維持植物體內較高的黃酮含量。試驗No-N處理所檢測到黃酮種類多于對照，而總黃酮含量高于對照，但沒有達到顯著水平。試驗No-P處理在前4次只檢測到少量的黃酮，而在最后1次卻檢測到大量黃酮，此數據有待進一步研究。

黃酮類化合物在植物體內的合成屬于莽草酸代謝途徑，PAL是此反應途徑的起始酶和限速酶㈣。已有研究報道，番茄葉片PAL基因表達和酶活性會受到低氮脅迫的誘導，由此導致葉片黃酮含量提高，高氮水平下蘋果葉片黃酮含量下降，PAL活性降低，參與黃酮合成的其他酶活性沒有明顯變化：高氮水平下青花菜PAL活性也會降低，從而使抗逆性下降：供氮水平對不同植物PAL活性的影響效果不一致。研究表明，No-N、No-P、No-Mg和No-Fe處理山楂根系中黃酮含量隨PAL酶活性的升高而升高，表明缺素處理誘導了根系PAL酶活力，導致根系黃酮含量升高，此結果與低氮誘導黃酮化合物的合成相一致。不同缺素處理對根系PPO活性的影響較小，表明黃酮類化合物氧化代謝途徑受缺素處理影響較小。

研究表明，不同缺素處理山楂根系分泌液中黃酮成分含量不同，No-Mg、No-Zn和No-Fe處理山楂根系總黃酮含量及檢測到的黃酮成分均高于No-N、No-P、No-K和No-Ca處理和對照。不同的收集時間所得到的黃酮的種類也是不同的。植物體內Mg、zn和Fe等微量元素含量很少，但是它們是許多生理過程的活化劑和許多酶的重要組成部分，在植物體的生命活動過程中起著十分重要的作用，其含量的變化可引起植物代謝活動的變化。微量元素可通過促進細胞生長來增加植物體內的黃酮類化合物含量。研究表明，微量元素與氨基酸等對毛狀根生長和次生代謝產物合成也有不同影響。

4 結論

植物在所需的大量元素N、P缺乏的條件下，根系分泌的黃酮總量與對照雖有差異但不顯著，而種類略有差異；植物在所需的大量元素K缺乏的條件下根系分泌的黃酮總量低于對照并達到顯著水平：植物所需的微量元素Ca、Mg、Zn、Fe的缺乏，卻導致根系分泌的黃酮在總量上高于對照并達到顯著水平。在種類上也多于對照。因此在山楂的黃酮調控方面，適當的進行缺素處理能夠增加黃酮的總量或種類。