弱光對不同品種莧菜葉片抗氧化物質的影響

邵玲

（肇慶學院生命科學學院，廣東肇慶526061）

弱光對不同品種莧菜葉片抗氧化物質的影響

邵玲

（肇慶學院生命科學學院，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的變化.結果表明：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；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.作為一種優質蔬菜，它富含氨基酸、脂肪酸和微量元素等營養物質，被譽為“補血菜”、“長壽菜”.而莧菜作為經濟動物等的飼料也有很高的利用價值，且其葉、種子和根均可入藥，是一種菜、糧、藥兼用之品.根據其莖、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的弱光逆境，是指環境中的光強持久或短時間顯著低于光飽和點,但不低于限制其生存的最低光照強度時的光環境[3].弱光是不利于植物生長發育的主要環境因素之一[4].近年來，設施栽培的廣泛應用及早春連續陰雨天等不良環境條件，常常會造成光照強度的大幅減弱.較弱的光照會造成莧菜徒長與光合能力的下降；如光照強度長時間顯著低于其光飽和點，則所產生的弱光脅迫將嚴重影響到莧菜的生長發育，最終導致產量和品質的下降.有關莧菜的分類、栽培及光合特性等方面已有一些研究報道[4－5]，但對于弱光條件下，不同莧菜品種生長、生理特性的報道尚不多見.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生和清除的代謝平衡被打破而導致活性氧的積累.植物細胞的葉綠體、線粒體和質膜等均是活性氧產生的主要場所，活性氧的積累將導致相應細胞亞顯微結構的破壞[6].然而，植物在長期的進化過程中，形成了由酶和非酶物質組成的自由基清除系統，可以及時清除代謝過程中產生的活性氧，維持有機體正常的生理功能.進行植物天然產物研究的學者認為，從植物中提純的酚類物質、類胡蘿卜素和黃酮等在體外具有較強的抗氧化性能[7].然而，目前涉及活體植物體內抗氧化物質與弱光脅迫關系的相關報道并不多，根據其體外的抗氧化性質，可以推測這些物質可能會在植物體內發揮作用，但這需要實驗證據予以證實.

本實驗以葉片表型對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含量的變化及其總抗氧化能力的差異，以探討抗氧化物質在弱光脅迫下的生理作用.

1 材料與方法

1.1 實驗材料和處理

莧菜（Amaranthus tricolor L.）種子(綠葉莧和花紅莧)購于市場，由南海市大瀝江志清種子公司生產，在肇慶學院生物園盆栽種植后用于實驗.當植株生長至2～3片真葉(約15 d苗齡)時，將莧菜植株分成2組，一組進行正常光照處理（CK），另一組置于2層黑紗網的大棚中進行遮蔭處理（光照強度約為對照的30%～40%）.每組處理20盆，常規管理.處理過程中按實驗要求取第4位葉片為材料，進行相應指標的測定.

1.2 測定方法

1.2.1 總酚和類黃酮測定

總酚、類黃酮的測定參照Tukumoto等[8]的方法，用體積分數為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(下同)，分別測定提取液在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數為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，按相關性公式計算類胡蘿卜素的含量，單位為μg·g－1.

1.2.3 莧菜紅素的測定

莧菜紅素含量測定參考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后取上清液進行OD538的測定，莧菜紅素以OD538·200 mg－1的相對值表示.

1.2.4 總抗氧化能力測定

參照彭長連等[11]的方法測定葉片的總抗氧化能力.稱取0.1 g葉片，在體積分數為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.

所有數據測定均重復3次，用SPSS統計分析軟件分析數據間的顯著性差異.

2 結果與分析

2.1 弱光脅迫對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的抗氧化物質.從表1可見，弱光逆境下2種莧菜總酚含量與相應的正常光照植株對比差異并不明顯，相同弱光脅迫天數內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，并且在脅迫過程中其含量呈上升趨勢，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到與正常光照下相似的水平.據此推測類黃酮在莧菜植株體內的生物合成受環境光照變化的影響.

2.2 弱光脅迫對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在它具有清除活性氧自由基的能力.由圖1可見，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.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2種莧菜葉片類胡蘿卜素含量的影響

2.3 弱光脅迫對2種莧菜葉片莧菜紅素含量的影響

莧菜紅素是區別綠色與紅色莧菜的主要特征色素.由表2可見，弱光處理前(即15 d苗齡時)花紅莧的莧菜紅素含量大約是綠葉莧的2.6倍.經弱光脅迫及恢復處理后，與自然光照的植株對比，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光照的進程而呈現出明顯的遞減與遞增的波型變化曲線.弱光處理第15天時其含量僅為對照的37%，但恢復光照6 d后其含量則上升為對照的91%.結合弱光脅迫下自由基產生的理論學說，推測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活性氧的猝滅過程.

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2種莧菜葉片總抗氧化能力的影響

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

3 討論與結論

究竟什么是弱光，植物生理學上還沒有嚴格的定義.黃衛東等[3]認為，環境光強持久或短時間顯著低于光飽和點，但不低于限制其生存的最低光照強度時的光環境，稱為弱光逆境.本文中所說的弱光即指該定義.相對強光而言，目前有關弱光對植物影響的報道主要集中在形態可塑性方面,而對于植物在弱光條件下的生理代謝特點則研究較少[3，13]，涉及活體植物體內抗氧化物質與弱光逆境的相關報道則更為鮮見.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生過剩，活性氧代謝失調.植物對自由基的清除能力與細胞內抗氧化酶的活性和抗氧化物質的水平相關.有學者認為，植物的酚類物質、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[8].

類黃酮與總酚是一類存在于植物體內清除活性氧的抗氧化物質.較多研究表明，生物類黃酮均具有較強的抗氧化能力[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，還參與執行光能傳遞和物質轉化，具有抗光敏化作用及猝滅自由基等重要的生理生態功能，保護生物免受不利環境因素的傷害[15].本實驗中，弱光脅迫下2種莧菜總酚含量與相應的自然光照對比差異不明顯，相同弱光脅迫天數內2個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，在脅迫過程中其含量呈上升趨勢.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到與正常光照下相近的水平.同時，弱光也導致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.

莧菜紅素是一種由酮類和醌類衍生出來的次生代謝物質，貯存于植物細胞的液泡中.Cai Yun等[16]從莧科提取純化出7種甜菜素，并檢測它們清除DPPH·的功能，結果表明，所有的甜菜素均具有很強的抗氧化功能.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節，從而減少脅迫引起的氧化傷害.本實驗顯示，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.分析其原因可能有2個方面：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減少；二是弱光脅迫下，活性氧產生和清除的代謝平衡被打破而導致活性氧的積累.王長泉等[18]對從鹽地堿蓬葉片提取的甜菜紅素進行體外抗氧化實驗，得出甜菜紅素的降解可能與過氧化氫的清除有關之結論.結合上述論證，推測本實驗中花紅莧在弱光脅迫下葉中莧菜紅素含量的降低與體內氧自由基的清除相關.

植物對自由基的清除能力可以表示其抗氧化性的強弱.本實驗中，脅迫前2種莧菜葉片對自由基DPPH·的清除率相近；隨處理時間的延長，花紅莧總抗氧化能力維持較高的水平，恢復自然光照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的情況，再結合弱光脅迫和恢復過程中花紅莧莧菜紅素的波型變化情況，我們認為，莧菜紅素是花紅莧植株體內較為重要的抗氧化物質.

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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

（責任編輯：陳靜）

2010－06－24

肇慶學院自然科學基金資助項目(201001)

邵玲(1973－)，女，廣東四會人，肇慶學院生命科學學院副教授，碩士.