干旱脅迫對(duì)五爪金龍總黃酮含量的影響

摘要：利用紫外分光光度法探討了干旱脅迫對(duì)入侵植物五爪金龍?bào)w內(nèi)總黃酮含量的影響。結(jié)果表明，五爪金龍莖總黃酮含量最低，且干旱脅迫對(duì)其影響不明顯；根和葉中總黃酮含量較高，而處理３ ｄ葉總黃酮含量要極顯著高于５ ｄ的處理。干旱脅迫對(duì)五爪金龍根和葉總黃酮含量影響較明顯。

關(guān)鍵詞：五爪金龍；干旱脅迫；總黃酮含量

中圖分類(lèi)號(hào)：Ｒ２８４．２文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文章編號(hào)：0439－８114（２０11）08－1677-03

Effects of Water Stress on Flavonoids Content of Invasive Plant Ipomoea cairica

ＷＡＮＧ Ｊｕｎ－ｘｉ１，ＭＡ Ｒｕｉ－ｊｕｎ２，ＺＨＵ ｈｕｉ２，ＺＨＡＯ Ｑｉｎｇ－ｆａｎｇ１

（１． College of Life Sciences， Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００７０，Ｃｈｉｎａ；

２． Department of Biology， Ｈａｎｓｈａｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｏｚｈｏｕ ５２１０４１，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｐｏｍｏｅａ ｃａｉｒｉｃａ ｉｓ ａｎ ｉｎｖａｓｉｖｅ ｗｅｅｄ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ ｈａｒｍｆｕｌ ｔｏ ｎａｔｕｒａｌ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ， ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ ｆｏｒｅｓｔｒｙ ｉｎ Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｃｈｉｎａ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｌｅａｒｎ ｔｈｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｉｎｖａｓｉｖｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ Ｉ． ｃａｉｒｉｃａ， ｔｈｅ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ｔｒｅａｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ＰＥＧ－６０００ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｗａｔｅｒ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｆｌａｖｏｎｏｉｄｓ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｒｏｏｔ， ｓｔｅｍ ａｎｄ ｌｅａｆ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ， ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｂｙ ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｒｙ， ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｏｔａｌ ｆｌａｖｏｎｏｉｄｓ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｓｔｅｍ ｗａｓ ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｒｏｏｔ ａｎｄ ｌｅａｆ． Ｆｌａｖｏｎｏｉｄｓ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ａｌｏｎｇ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ＰＥＧ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ． Ｆｌａｖｏｎｏｉｄｓ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ ａｆｔｅｒ ｔｒｅａｔｅｄ ｆｏｒ ５ ｄａｙｓ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｔｒｅａｔｅｄ ｆｏｒ ３ ｄａｙｓ ｉｎ ｒｏｏｔ ａｎｄ ｓｔｅｍ； ｂｕｔ ｉｎ ｌｅａｖｅｓ， ｉｔ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ ａｆｔｅｒ ３ ｄａｙｓ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ５ ｄａｙｓ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ． Ｔｈｅ ｌｅａｆ ａｎｄ ｒｏｏｔ ｏｆ Ｉ． ｃａｉｒｉｃａ ｗｅｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｌｏｎｇ－ｓｔｅｍ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｉｐｏｍｏｅａ ｃａｉｒｉｃａ； ｗａｔｅｒ ｓｔｒｅｓｓ； ｆｌａｖｏｎｏｉｄｓ ｃｏｎｔｅｎｔ

黃酮泛指兩個(gè)具有酚羥基的苯環(huán)（Ａ－環(huán)與Ｂ－環(huán)）通過(guò)中央三碳原子相互連接而成的一系列化合物，在植物體內(nèi)廣泛存在（藻類(lèi)和真菌除外），通常以黃酮苷的形式存在于植物的根、莖、葉及花的細(xì)胞液泡中，甲基化黃酮通常存在于植物花粉分泌物或者葉表皮蠟質(zhì)層、樹(shù)皮和幼芽中，還有一些以結(jié)晶的形式存在于植物細(xì)胞中［１］。黃酮對(duì)植物具有重要作用，黃酮能夠促進(jìn)豆科植物與固氮菌的互利共生作用［２］；黃酮還具有吸收紫外線(xiàn)的能力，保護(hù)植物免受紫外輻射的損傷［３，４］；Ｋｏｓｋｉｍ?覿ｋｉ等［５］報(bào)道，用兩種致病菌（Ｐａｒａｐｈａｅｏｓｐｈａｅｒｉａ ｓｐ．和Ｂｏｔｒｙｔｉｓ ｃｉｎｅｒｅａ）感染越橘，檢測(cè)到所有的黃酮類(lèi)物質(zhì)合成基因被激活，黃酮類(lèi)物質(zhì)和酚酸的合成和積累顯著增加，其中被Ｂｏｔｒｙｔｉｓ ｃｉｎｅｒｅａ感染的植株黃酮類(lèi)物質(zhì)積累非常明顯。黃酮類(lèi)物質(zhì)對(duì)植物抗干旱脅迫具有重要作用。張成軍等［６］證實(shí)，干旱導(dǎo)致銀杏葉片中黃酮和萜類(lèi)內(nèi)酯含量升高；范敏等研究表明［７］，干旱脅迫促進(jìn)了馬鈴薯黃酮合成基因的表達(dá)，最終使黃酮含量升高，說(shuō)明黃酮參與了馬鈴薯的抗旱反應(yīng)；石進(jìn)校等［８］用干旱脅迫處理淫羊藿，２ ｄ后黃酮含量達(dá)到最高值，說(shuō)明黃酮含量與淫羊藿早期抗旱存在明顯的相關(guān)關(guān)系；葉梅榮等［９］用０．１ ｍｇ／Ｌ的大豆異黃酮噴施干旱處理的油菜幼苗，結(jié)果表明低濃度大豆異黃酮能明顯減輕干旱對(duì)油菜幼苗的危害作用，說(shuō)明黃酮是植物抗干旱脅迫的主要物質(zhì)。

五爪金龍［Ｉｐｏｍｏｅａ ｃａｉｒｉｃａ（Ｌｉｎｎ．）Ｓｗｅｅｔ］為旋花科、番薯屬多年生草質(zhì)藤本植物，纏繞攀緣能力強(qiáng)，原產(chǎn)北美，近年來(lái)迅速蔓延，成為華南地區(qū)僅次于薇甘菊（Ｍｉｋａｎｉａ ｍｉｃｒａｎｔｈａ）的重要入侵雜草［１０］。其入侵導(dǎo)致入侵地植物種群?jiǎn)我唬瑖?yán)重影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。朱慧等［１１］研究了五爪金龍對(duì)與其伴生的４種植物的化感作用，結(jié)果表明，五爪金龍顯著抑制了火炭母草（Ｐｏｌｙｇｏｎｕｍ ｃｈｉｎｅｎｓｅ）、紅花酢漿草（Ｏｘａｌｉｓ ｃｏｒｙｍｂｏｓａ）和雞矢藤（Ｐａｅｄｅｒｉａ ｓｃａｎｄｅｎｓ）的葉綠素合成，對(duì)三葉鬼針草（Ｂｉｄｅｎｓ ｐｉｌｏｓａ）的質(zhì)膜透性和葉綠素含量均有顯著影響；Ｍａ等［１２］從五爪金龍的乙醇提取物中分離得到兩種含量高、活性強(qiáng)的化合物，經(jīng)鑒定，兩種化合物均為黃酮類(lèi)物質(zhì)，說(shuō)明黃酮類(lèi)物質(zhì)是五爪金龍的主要化感物質(zhì)，對(duì)五爪金龍的成功入侵起著重要作用。

植物在外界環(huán)境的脅迫下，會(huì)激活體內(nèi)特定的抗性基因，表達(dá)合成被稱(chēng)為“植保素”的低分子化合物，以抵抗環(huán)境脅迫［１３］。王紫娟等［１４］研究了不同環(huán)境因子對(duì)紫莖澤蘭根系分泌物成分和含量的誘導(dǎo)作用，經(jīng)過(guò)ＬＣ－ＭＣ分析表明，根系分泌物中主要以酮類(lèi)和酯類(lèi)化合物為主，不同環(huán)境中分泌物的成分相似而含量有所變化，其中經(jīng)過(guò)農(nóng)藥處理的紫莖澤蘭具有最強(qiáng)的化感作用；于興軍等［１５］發(fā)現(xiàn)不同環(huán)境中紫莖澤蘭的化感作用與本土植物的相對(duì)多度呈顯著相關(guān)關(guān)系，不同生境中的紫莖澤蘭的化感作用強(qiáng)度存在差異。植物在環(huán)境脅迫下產(chǎn)生并釋放化感物質(zhì)，以渡過(guò)不良環(huán)境，化感作用是植物在進(jìn)化過(guò)程中形成的一種適應(yīng)性機(jī)制［１６］。目前，對(duì)入侵植物對(duì)環(huán)境脅迫的相應(yīng)研究涉及較少，尤其對(duì)五爪金龍與環(huán)境脅迫之間的關(guān)系研究尚未見(jiàn)報(bào)道。為了探討環(huán)境脅迫對(duì)五爪金龍化感物質(zhì)的影響，經(jīng)過(guò)人工模擬干旱脅迫試驗(yàn)，并測(cè)定五爪金龍的主要化感物質(zhì)—黃酮類(lèi)物質(zhì)含量的變化，以了解五爪金龍和水分脅迫之間的關(guān)系。

１材料和方法

１．１材料

供試驗(yàn)用的五爪金龍植株采集于潮州市（２３°４０′２２″Ｎ，１１６°３８′３３″Ｅ）郊區(qū)的自然種群，帶回實(shí)驗(yàn)室扦插培養(yǎng)１周后進(jìn)行處理。

１．２方法

１．２．１干旱脅迫試驗(yàn)預(yù)先配制１／４ Ｈｏｕｇｌａｎｄ＇ｓ 營(yíng)養(yǎng)液，再用市售ＰＥＧ－６０００配制體積分?jǐn)?shù)為５％、１５％和２５％的處理液。向一次性塑料杯（１０ ｃｍ×１５ ｃｍ）中分別加入３０ ｍＬ不同ＰＥＧ－６０００體積分?jǐn)?shù)的處理液，將五爪金龍莖剪成１５～２０ ｃｍ的小段，每段留有２個(gè)節(jié)，每杯插入４株五爪金龍，每２４ ｈ更換培養(yǎng)液１次，一組連續(xù)培養(yǎng)３ ｄ，另一組連續(xù)培養(yǎng)５ ｄ后測(cè)定，每個(gè)處理３次重復(fù)。采集區(qū)分根、莖和葉，室溫晾干，粉碎，參照朱慧等［１１］的方法測(cè)定總黃酮含量。

１．２．２標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)制作精確配置０．１ ｇ／ｍＬ槲皮素標(biāo)準(zhǔn)液，精確吸取０、１．００、２．００、３．００、４．００、５．００ ｍＬ于６只標(biāo)號(hào)的５０ ｍＬ容量瓶中，加入８ ｍＬ的７０％乙醇，５％ ＮａＮＯ２溶液１ ｍＬ，搖勻放置８ ｍｉｎ，再加１０％ Ａｌ（ＮＯ３）３溶液１ ｍＬ，搖勻，再放置６ ｍｉｎ，加４％ ＮａＯＨ溶液 ８ ｍＬ，搖勻放置 １０～２０ ｍｉｎ，以７０％乙醇作參比樣，在 ５１０ ｎｍ 波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度［１７］。以濃度（Ｃ，ｍｇ／ｍＬ）為橫坐標(biāo)，吸光度（Ａ）為縱坐標(biāo)做標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)（圖１），得回歸方程：Ａ＝４．８８５ ７Ｃ＋０．００９ ０， ｒ＝０．９９５ ２。

１．２．３總黃酮提取正交試驗(yàn)參考黃櫻華等［１８］方法，比較提取時(shí)間、提取溫度、超聲波功率、料液比４個(gè)因素對(duì)提取效果的影響， 采用Ｌ９（３４）正交設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)，觀(guān)察各因素對(duì)總黃酮含量提取的影響，因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表１。

１．２．４總黃酮的提取與測(cè)定準(zhǔn)確稱(chēng)取樣品粉末１．００ ｇ，加入３０ ｍＬ ６０％的甲醇，恒溫振蕩２ ｈ （４０℃，１５０ ｒ／ｍｉｎ），超聲波輔助提取３０ ｍｉｎ，過(guò)濾，濾液用６０％甲醇定容至５０ ｍＬ，４℃保存。按照標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的測(cè)定方法，測(cè)定總黃酮含量。計(jì)算總黃酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

１．２．５數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)用ＳＰＳＳ １７．０進(jìn)行Ｄｕｎｃａｎ＇ｓ多重比較（ｎ＝３）和獨(dú)立樣本ｔ檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

２結(jié)果與分析

２．１正交試驗(yàn)結(jié)果分析

正交試驗(yàn)的結(jié)果如表２所示。根據(jù)極差判斷，４個(gè)因素對(duì)總黃酮含量的影響大小依次為提取時(shí)間＞料液比＞提取溫度＞超聲波功率。最優(yōu)提取工藝為Ａ３Ｂ１Ｃ１Ｄ３，即利用６０％甲醇，在３０℃、２００ Ｗ、料液比為１∶４０（W/V，g∶mL，下同）條件下超聲波輔助提取3０ ｍｉｎ。

２．２不同干旱條件對(duì)五爪金龍總黃酮含量的影響

選取水分作為脅迫源，比較不同脅迫水平對(duì)五爪金龍總黃酮含量的影響。圖２、圖３表明，五爪金龍根和葉的總黃酮含量均高于莖部。不同體積分?jǐn)?shù)ＰＥＧ－６０００對(duì)五爪金龍?zhí)幚恚?ｄ后，根和葉中的總黃酮含量均極顯著升高（Ｐ＜０．０１），而莖的總黃酮含量變化幅度不大，但差異亦達(dá)極顯著水平。５％ ＰＥＧ－６０００處理后的總黃酮含量最高，１５％和２５％處理后含量均有所下降。經(jīng)過(guò)５ ｄ的干旱脅迫，根和葉中的總黃酮含量同樣持續(xù)升高，其中５％ ＰＥＧ-6000對(duì)根影響不顯著。

２．３不同ＰＥＧ－６０００處理時(shí)間對(duì)五爪金龍相同部位總黃酮含量的影響

比較ＰＥＧ－６０００分別處理３ ｄ和５ ｄ后的五爪金龍根總黃酮含量變化。用５％ ＰＥＧ－６０００處理５ ｄ后，總黃酮含量與處理３ ｄ的相比有極顯著降低 （Ｐ＜０．０１），而用１５％和２５％ ＰＥＧ－６０００處理５ ｄ的根總黃酮含量極顯著高于同體積分?jǐn)?shù)ＰＥＧ－６０００處理３ ｄ的總黃酮含量（圖４）。處理５ ｄ的莖總黃酮含量均極顯著高于處理３ ｄ的總黃酮含量（圖５）；不同ＰＥＧ－６０００體積分?jǐn)?shù)處理５ ｄ后葉總黃酮含量均極顯著低于處理３ ｄ的總黃酮含量（圖６）。

３結(jié)論與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，干旱脅迫導(dǎo)致五爪金龍?bào)w內(nèi)總黃酮含量比對(duì)照顯著升高，試驗(yàn)結(jié)果與張成軍［６］、蔡娜等［１９］的試驗(yàn)結(jié)論是一致的。經(jīng)３ ｄ處理后，根和葉中總黃酮含量變化為先升后降，說(shuō)明中度和重度干旱導(dǎo)致細(xì)胞的新陳代謝活動(dòng)受到抑制，總黃酮合成量減少，這與楊云富等［２０］的研究結(jié)果相近。經(jīng)過(guò)時(shí)間較長(zhǎng)（５ ｄ）的干旱脅迫后，根和葉的總黃酮含量持續(xù)升高，說(shuō)明五爪金龍已經(jīng)基本適應(yīng)干旱環(huán)境，通過(guò)提高總黃酮合成量，增加五爪金龍的環(huán)境競(jìng)爭(zhēng)能力，渡過(guò)不良環(huán)境。經(jīng)過(guò)對(duì)同一器官不同處理時(shí)間的比較發(fā)現(xiàn)，ＰＥＧ－６０００處理５ ｄ的五爪金龍根和莖中總黃酮含量除根５％ＰＥＧ－６０００處理時(shí)極顯著低于３ ｄ的外，其余均極顯著高于同體積分?jǐn)?shù)處理３ ｄ的，而葉片經(jīng)過(guò)ＰＥＧ－６０００處理５ ｄ的總黃酮含量均極顯著低于同體積分?jǐn)?shù)處理３ ｄ的總黃酮含量，說(shuō)明經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間處理后，根和莖中總黃酮的合成速率要高于葉片中總黃酮的合成速率，即長(zhǎng)時(shí)間干旱脅迫主要抑制了葉片中總黃酮的合成。干旱脅迫導(dǎo)致總黃酮含量的變化，主要是由于干旱脅迫促進(jìn)了細(xì)胞內(nèi)３－二氫黃酮羥化酶和黃酮合成酶基因的表達(dá)［７］。

五爪金龍?jiān)谖覈?guó)主要分布在南方雨量充沛、環(huán)境適宜地區(qū)，通過(guò)干旱脅迫試驗(yàn)可知，其對(duì)水分的依賴(lài)性較強(qiáng)，除了有效積溫等因素外，充足的水分供應(yīng)也是其地理分布和成功入侵的主導(dǎo)因子之一。在缺乏水分的情況下，五爪金龍通過(guò)一系列生理指標(biāo)的變化，最終通過(guò)提高總黃酮含量而主動(dòng)適應(yīng)干旱脅迫，顯示了五爪金龍作為一種入侵植物對(duì)環(huán)境的較強(qiáng)適應(yīng)性。

試驗(yàn)僅從非生物因子－水分的角度對(duì)五爪金龍的生態(tài)習(xí)性做了探討，生物因子（如競(jìng)爭(zhēng)、捕食等）對(duì)五爪金龍生態(tài)學(xué)特性的影響還有待于進(jìn)一步研究。另外，深入了解五爪金龍的抗旱機(jī)理，需要進(jìn)一步進(jìn)行分子生物學(xué)機(jī)制的研究。

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