弱光对不同品种苋菜叶片抗氧化物质的影响

邵玲

（肇庆学院生命科学学院，广东肇庆526061）

弱光对不同品种苋菜叶片抗氧化物质的影响

邵玲

（肇庆学院生命科学学院，广东肇庆526061）

以绿叶苋和花红苋为材料，研究了2种苋菜叶片在弱光逆境下部分抗氧化物质的变化.结果表明：弱光胁迫下，2种苋菜叶片总酚含量相近；绿叶苋叶中类黄酮和类胡萝卜素的生成量均大于花红苋，苋菜红素含量明显下降；两者总抗氧化能力均随弱光处理而下降，但花红苋的降幅较绿叶苋小且维持在较高水平，恢复自然光照有利于2种苋菜总抗氧化能力的回升.

弱光胁迫；苋菜；抗氧化物质；总抗氧化能力

0 前言

苋菜（Amaranthus tricolor L.）属苋科，为一年生草本植物.作为一种优质蔬菜，它富含氨基酸、脂肪酸和微量元素等营养物质，被誉为“补血菜”、“长寿菜”.而苋菜作为经济动物等的饲料也有很高的利用价值，且其叶、种子和根均可入药，是一种菜、粮、药兼用之品.根据其茎、叶的颜色可将苋菜分为红叶苋、绿叶苋和花红苋3大类[1].其中，花红苋和红叶苋的根、茎、叶中富含一种由酮类和醌类衍生的次生代谢产物——苋菜红素，该色素与花色素苷（anthocyanins）有所不同，属于甜菜素类中甜菜红素(betacyanins)亚型的生物色素[2].

光照不足即通常所说的弱光逆境，是指环境中的光强持久或短时间显著低于光饱和点,但不低于限制其生存的最低光照强度时的光环境[3].弱光是不利于植物生长发育的主要环境因素之一[4].近年来，设施栽培的广泛应用及早春连续阴雨天等不良环境条件，常常会造成光照强度的大幅减弱.较弱的光照会造成苋菜徒长与光合能力的下降；如光照强度长时间显著低于其光饱和点，则所产生的弱光胁迫将严重影响到苋菜的生长发育，最终导致产量和品质的下降.有关苋菜的分类、栽培及光合特性等方面已有一些研究报道[4－5]，但对于弱光条件下，不同苋菜品种生长、生理特性的报道尚不多见.弱光胁迫下，植物遭受胁迫伤害的主要特征之一是活性氧产生和清除的代谢平衡被打破而导致活性氧的积累.植物细胞的叶绿体、线粒体和质膜等均是活性氧产生的主要场所，活性氧的积累将导致相应细胞亚显微结构的破坏[6].然而，植物在长期的进化过程中，形成了由酶和非酶物质组成的自由基清除系统，可以及时清除代谢过程中产生的活性氧，维持有机体正常的生理功能.进行植物天然产物研究的学者认为，从植物中提纯的酚类物质、类胡萝卜素和黄酮等在体外具有较强的抗氧化性能[7].然而，目前涉及活体植物体内抗氧化物质与弱光胁迫关系的相关报道并不多，根据其体外的抗氧化性质，可以推测这些物质可能会在植物体内发挥作用，但这需要实验证据予以证实.

本实验以叶片表型对比明显的绿叶苋和花红苋为材料，比较2种苋菜叶片在弱光逆境下抗氧化物质含量的变化及其总抗氧化能力的差异，以探讨抗氧化物质在弱光胁迫下的生理作用.

1 材料与方法

1.1 实验材料和处理

苋菜（Amaranthus tricolor L.）种子(绿叶苋和花红苋)购于市场，由南海市大沥江志清种子公司生产，在肇庆学院生物园盆栽种植后用于实验.当植株生长至2～3片真叶(约15 d苗龄)时，将苋菜植株分成2组，一组进行正常光照处理（CK），另一组置于2层黑纱网的大棚中进行遮荫处理（光照强度约为对照的30%～40%）.每组处理20盆，常规管理.处理过程中按实验要求取第4位叶片为材料，进行相应指标的测定.

1.2 测定方法

1.2.1 总酚和类黄酮测定

总酚、类黄酮的测定参照Tukumoto等[8]的方法，用体积分数为1%的盐酸甲醇溶液提取总酚和类黄酮，提取液用岛津UV－2550紫外分光光度计(下同)，分别测定提取液在280 nm和325 nm的吸收值，直接用（A280·100 mg－1）与（A325·100 mg－1）表示总酚与类黄酮的水平.

1.2.2 类胡萝卜素含量测定

类胡萝卜素含量采用丙酮浸提法[9].称取0.05 g叶片加入少许体积分数为90%的丙酮研磨成匀浆，移入试管中再用丙酮溶液定容至15 mL，在4℃的温度下以8 kg的力离心15 min，作380～700 nm吸收光谱扫描，按相关性公式计算类胡萝卜素的含量，单位为μg·g－1.

1.2.3 苋菜红素的测定

苋菜红素含量测定参考Stintzing等[10]的方法.称取0.2 g叶片加入少许甲醇研磨成匀浆后移入试管中，在4℃下以12 kg的力离心10 min，弃上清液，连续3次.所得沉淀用15 mL纯水浸提30 min，再次离心15 min后取上清液进行OD538的测定，苋菜红素以OD538·200 mg－1的相对值表示.

1.2.4 总抗氧化能力测定

参照彭长连等[11]的方法测定叶片的总抗氧化能力.称取0.1 g叶片，在体积分数为50%的乙醇冰浴下迅速研磨成匀浆，置于10 kg力下离心10 min，取上清液测定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总抗氧化性.

所有数据测定均重复3次，用SPSS统计分析软件分析数据间的显著性差异.

2 结果与分析

2.1 弱光胁迫对总酚和类黄酮含量的影响

总酚和类黄酮是一类存在于植物体内的抗氧化物质.从表1可见，弱光逆境下2种苋菜总酚含量与相应的正常光照植株对比差异并不明显，相同弱光胁迫天数内两苋菜品种总酚含量相近.类黄酮含量的变化明显大于总酚，并且在胁迫过程中其含量呈上升趋势，胁迫15 d后绿叶苋类黄酮的含量与花红苋相比差异极显著(P＜0.01)；但逆境解除后，两苋菜品种类黄酮含量又恢复到与正常光照下相似的水平.据此推测类黄酮在苋菜植株体内的生物合成受环境光照变化的影响.

2.2 弱光胁迫对2种苋菜叶片类胡萝卜素含量的影响

植物叶片中的类胡萝卜素除可以吸收和传递光能外，还可以稳定叶绿素分子，防止其自身氧化或被光破坏[12].类胡萝卜素的抗氧化性主要表现在它具有清除活性氧自由基的能力.由图1可见，在弱光处理中2种苋菜叶片类胡萝卜素的含量均呈上升趋势.胁迫15 d后，绿叶苋和花红苋的类胡萝卜素含量与弱光处理前相比分别为胁迫前的1.9倍和1.4倍，显示在弱光胁迫下绿叶苋类胡萝卜素的合成量大于花红苋.

图1弱光处理对2种苋菜叶片类胡萝卜素含量的影响

2.3 弱光胁迫对2种苋菜叶片苋菜红素含量的影响

苋菜红素是区别绿色与红色苋菜的主要特征色素.由表2可见，弱光处理前(即15 d苗龄时)花红苋的苋菜红素含量大约是绿叶苋的2.6倍.经弱光胁迫及恢复处理后，与自然光照的植株对比，绿叶苋的叶中苋菜红素含量均变化不大；但花红苋叶中的苋菜红素含量随弱光和恢复光照的进程而呈现出明显的递减与递增的波型变化曲线.弱光处理第15天时其含量仅为对照的37%，但恢复光照6 d后其含量则上升为对照的91%.结合弱光胁迫下自由基产生的理论学说，推测花红苋叶片中苋菜红素可能较活跃地参与了弱光胁迫下植株体内活性氧的猝灭过程.

2.4 弱光胁迫下2种苋菜总抗氧化能力的变化情况

图2弱光处理对2种苋菜叶片总抗氧化能力的影响

植物叶片对有机自由基DPPH·清除率的大小是评价植物总抗氧化能力的指标.从图2可见，胁迫前2种苋菜叶片对有机自由基DPPH·的清除率相近.随着处理时间延长，花红苋总抗氧化能力维持较高的水平，恢复光照6 d时2种苋菜DPPH·的清除率基本保持一致，显示在弱光的环境下，绿叶苋叶片的总抗氧化能力整体上低于花红苋.

3 讨论与结论

究竟什么是弱光，植物生理学上还没有严格的定义.黄卫东等[3]认为，环境光强持久或短时间显著低于光饱和点，但不低于限制其生存的最低光照强度时的光环境，称为弱光逆境.本文中所说的弱光即指该定义.相对强光而言，目前有关弱光对植物影响的报道主要集中在形态可塑性方面,而对于植物在弱光条件下的生理代谢特点则研究较少[3，13]，涉及活体植物体内抗氧化物质与弱光逆境的相关报道则更为鲜见.本文中，笔者以2种不同叶色的苋菜为材料，比较2种苋菜叶片在弱光胁迫下部分抗氧化物质含量的变化及其总抗氧化能力的差异，以探讨苋菜红素在弱光胁迫下可能的生理作用.

逆境中植物遭受胁迫伤害的主要特征之一是自由基产生过剩，活性氧代谢失调.植物对自由基的清除能力与细胞内抗氧化酶的活性和抗氧化物质的水平相关.有学者认为，植物的酚类物质、类胡萝卜素、类黄酮和苋菜红素等均是一些体外效果明显的抗氧化物质[8].

类黄酮与总酚是一类存在于植物体内清除活性氧的抗氧化物质.较多研究表明，生物类黄酮均具有较强的抗氧化能力[14].类胡萝卜素属于萜类化合物，除了赋予各种生物绚丽的色彩，以及作为光合作用的辅助色素之外，还参与执行光能传递和物质转化，具有抗光敏化作用及猝灭自由基等重要的生理生态功能，保护生物免受不利环境因素的伤害[15].本实验中，弱光胁迫下2种苋菜总酚含量与相应的自然光照对比差异不明显，相同弱光胁迫天数内2个苋菜品种总酚含量差异不大，类黄酮含量的变化明显比总酚活跃，在胁迫过程中其含量呈上升趋势.弱光胁迫15 d后，绿叶苋类黄酮的含量与花红苋相比差异极显著，胁迫解除后两苋菜品种类黄酮含量又恢复到与正常光照下相近的水平.同时，弱光也导致2种苋菜类胡萝卜素含量的明显增加，甚至相同胁迫天数下绿叶苋类胡萝卜素的合成量比花红苋大.由此可推断类黄酮与类胡萝卜素可能参与了弱光胁迫下苋菜叶片的抗氧化反应.

苋菜红素是一种由酮类和醌类衍生出来的次生代谢物质，贮存于植物细胞的液泡中.Cai Yun等[16]从苋科提取纯化出7种甜菜素，并检测它们清除DPPH·的功能，结果表明，所有的甜菜素均具有很强的抗氧化功能.闫留华[17]等的研究表明∶甜菜红素可能作为一种非酶促抗氧化剂参与氧自由基水平的调节，从而减少胁迫引起的氧化伤害.本实验显示，弱光逆境下绿叶苋叶中苋菜红素的含量变化不大，而花红苋叶中苋菜红素的含量则呈明显的递减趋势.分析其原因可能有2个方面：一是弱光下，由于光合速率降低，光合作用生成的糖类少，故生成的苋菜红素含量也相应减少；二是弱光胁迫下，活性氧产生和清除的代谢平衡被打破而导致活性氧的积累.王长泉等[18]对从盐地碱蓬叶片提取的甜菜红素进行体外抗氧化实验，得出甜菜红素的降解可能与过氧化氢的清除有关之结论.结合上述论证，推测本实验中花红苋在弱光胁迫下叶中苋菜红素含量的降低与体内氧自由基的清除相关.

植物对自由基的清除能力可以表示其抗氧化性的强弱.本实验中，胁迫前2种苋菜叶片对自由基DPPH·的清除率相近；随处理时间的延长，花红苋总抗氧化能力维持较高的水平，恢复自然光照6 d后2种苋菜DPPH·的清除率基本保持一致.综合弱光胁迫下花红苋叶片类黄酮和类胡萝卜素的合成量较绿叶苋少，但其总抗氧化能力却比绿叶苋强的情况，再结合弱光胁迫和恢复过程中花红苋苋菜红素的波型变化情况，我们认为，苋菜红素是花红苋植株体内较为重要的抗氧化物质.

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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

（责任编辑：陈静）

2010－06－24

肇庆学院自然科学基金资助项目(201001)

邵玲(1973－)，女，广东四会人，肇庆学院生命科学学院副教授，硕士.