增补UV-B辐射对菥蓂生理特性及次生代谢产物的影响

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2022.06.018

植物研究 ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (6): 1079-1087.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2022.06.018

增补UV-B辐射对菥蓂生理特性及次生代谢产物的影响

黄志慧¹^,², 张一宁¹^,², 李娜娜¹^,², 郑宝江¹^,³, 张玉红¹^,²()

^1.东北林业大学森林植物生态学教育部重点实验室，哈尔滨 150040
^2.黑龙江省林源活性物质生态利用重点实验室，哈尔滨 150040
^3.东北林业大学生命科学学院，哈尔滨 150040

收稿日期:2021-11-24 出版日期:2022-11-20 发布日期:2022-11-22
通讯作者: 张玉红 E-mail:pzhangyh@126.com
作者简介:黄志慧（1993—），女，硕士研究生，主要从事药用植物生理生态学研究。
基金资助:
科技基础资源调查专项课题(2019FY100502-3)

Responses of Supplemental UV-B Radiation to Physiological Properties and Secondary Metabolites of Thlaspi arvense

Zhihui HUANG¹^,², Yining ZHANG¹^,², Nana LI¹^,², Baojiang ZHENG¹^,³, Yuhong ZHANG¹^,²()

^1.Key Laboratory of Forestry Plant Ecology of Ministry of Education，Northeast Forestry University，Harbin 150040
^2.Heilongjiang Provincial Key Laboratory of ecological utilization of Forestry-based active substances，Harbin 150040
^3.College of Life Science，Northeast Forestry University，Harbin 150040

Received:2021-11-24 Online:2022-11-20 Published:2022-11-22
Contact: Yuhong ZHANG E-mail:pzhangyh@126.com
About author:HUANG Zhihui（1993—），female，master student，mainly engaged in physiological ecology of medicinal plant.
Supported by:
Special project of scientific and technological basic resource survey(2019FY100502-3)

摘要/Abstract

摘要：

为了解药用植物菥蓂（Thlaspi arvense）在紫外线（UV-B）辐射增强下生长及响应规律，以2月龄菥蓂幼苗为研究对象，在自然光照基础上人工增补3.26 μW·cm^-2（T1）和9.78 μW·cm^-2（T2）2种不同辐射强度处理，以自然光照下生长的菥蓂幼苗为对照，研究菥蓂幼苗中光合指标和叶绿素荧光参数、光合色素（叶绿素a和b）含量、渗透调节物质（丙二醛、可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸）含量、抗氧化酶（超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化氢酶）活性和总黄酮、总酚和黑芥子苷等次生代谢产物含量对不同UV-B辐射强度的响应。结果表明：2种辐射强度下净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间二氧化碳摩尔分数、最大荧光（F_m）、PSⅡ最大光化学效率（F_v/F_m）和PSⅡ潜在光化学效率（F_v/F_o）均随辐射强度增大而降低；叶绿素a和叶绿素b、可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸等渗透调节物质、超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化氢酶活性、总酚和黑芥子苷等次生代谢产物含量均随辐射时间增加呈现先增加后降低的趋势，而总黄酮含量则呈逐渐增加的趋势，在辐射未期与对照差异显著（P＜0.05）。根据研究结果综合分析，在不同辐射强度下，菥蓂通过提高总黄酮和总酚含量的合成、可溶性蛋白和可溶性糖的积累，以及叶绿素含量、超氧化物岐化酶、过氧化物酶和抗坏血酸过氧化氢酶活性的增加，抵抗紫外胁迫对其造成的影响，进而菥蓂表现一定的抗性和对逆境环境的适应性，这为菥蓂抗逆性培育和进一步利用提供理论基础。

关键词: 菥蓂, UV-B辐射, 生理特性, 次生代谢产物

Abstract:

In order to understand the growth rule of the medicinal plant Thlaspi arvense under the enhanced ultraviolet（UV-B） radiation， the 2-months-old seedlings of T. arvense were taken as materials， two different radiation intensities were supplemented artificially with 3.26 μW·cm^-2（T1） and 9.78 μW·cm^-2（T2） on the basis of natural light， and the T. arvense grown under natural light as the control， to investigate the response of various physiological indicators and secondary metabolites to different UV-B radiation intensities， such as photosynthetic indicators and chlorophyll fluorescence parameters， photosynthetic pigments（chlorophyll a and b） content， osmotic adjustment substances（malondialdehyde， soluble protein， soluble sugar and proline） content， activity of antioxidant enzymes（SOD， POD， CAT and APX）， and the content of total flavonoids， total phenols and sinigrin. The results showed： net photosynthetic rate， stomatal conductance， transpiration rate， intercellular CO₂ concentration， maximum fluorescence（F_m）， PSⅡ maximum photochemical efficiency（F_v/F_m） and Potential Photochemical Efficiency of PSⅡ at Two Radiation Intensities（F_v/F₀） and other chlorophyll fluorescence parameters decreased with the increasing of radiation intensity respectively. However， the chlorophyll a and chlorophyll b， osmotic adjustment substances， such as soluble protein， soluble sugar and proline， superoxide dismutase（SOD）， peroxidase（POD）， catalase（CAT） and ascorbate catalase（APX）， total phenols and sinigrin firstly increased and then decreased with the increase of radiation time， while the total flavonoids content gradually increased， which was significantly different（P＜0.05） from the control in the late radiation period. According to the comprehensive analysis of the research results， under different radiation intensities， T. arvense might improve the synthesis of total flavonoids and total phenols， the accumulation of soluble protein and soluble sugar， and the content of chlorophyll， and the activity of superoxide dismutase and peroxidase and catalase increased， to resist the influence of ultraviolet stress， and then showed the resistance and the adaptability to the stress environment of adversity. The results provided a theoretical basis for breeding and further utilization of T. arvense.

Key words: Thlaspi arvense, UV-B radiation, physiological characteristics, secondary metabolites

中图分类号:

S567.9

黄志慧, 张一宁, 李娜娜, 郑宝江, 张玉红. 增补UV-B辐射对菥蓂生理特性及次生代谢产物的影响[J]. 植物研究, 2022, 42(6): 1079-1087.

Zhihui HUANG, Yining ZHANG, Nana LI, Baojiang ZHENG, Yuhong ZHANG. Responses of Supplemental UV-B Radiation to Physiological Properties and Secondary Metabolites of Thlaspi arvense[J]. Bulletin of Botanical Research, 2022, 42(6): 1079-1087.

图/表 6

表1

表2

图1

图2

图3

图4

参考文献 30

1	杨扬，焦宏彬，刘洋，等.UV-B辐射对神农香菊光合作用的影响［J］.东北林业大学学报，2017，45（1）：30-32.
	YANG Y， JIAO H B， LIU Y，et al.Effects of UV-B on photosynthesis in Dendranthema indicum var.aromaticum ［J］.Journal of Northeast Forestry University，2017，45（1）：30-32.
2	祁虹，段留生，王树林，等.全生育期UV-B辐射增强对棉花生长及光合作用的影响［J］.中国生态农业学报，2017，25（5）：708-719.
	QI H， DUAN L S， WANG S L，et al.Effect of enhanced UV-B radiation on cotton growth and photosynthesis［J］.Chinese Journal of Eco-Agriculture，2017，25（5）：708-719.
3	黄勇，周冀衡，郑明，等.UV-B对烟草生长发育及次生代谢的影响［J］.中国生态农业学报，2009，17（1）：140-144.
	HUANG Y， ZHOU J H， ZHENG M，et al.Effect of UV-B on growth and development and secondary metabolism of flue-cured tobacco［J］.Chinese Journal of Eco-Agriculture，2009，17（1）：140-144.
4	周新明.UV-B辐射增强对葡萄叶片光合生理及总酚含量的影响［D］.杨凌：西北农林科技大学，2007.
	ZHOU X M.The effects of enhanced Ultraviolet-B radiation on photosynthetic physiology and total hydroxybenzene in the leaves of grapevine［D］.Yangling：Northwest A & F University，2007.
5	刘英，于雪莹，于莉莉，等.UV-B辐射下不同树龄杜仲叶片光合及部分生理特性的变化［J］.东北林业大学学报，2020，48（6）：42-46，50.
	LIU Y， YU X Y， YU L L，et al.Changes of photosynthetic and physiological characteristics in Eucommia ulmoides oliver leaves of different tree ages under UV-B radiation［J］.Journal of Northeast Forestry University，2020，48（6）：42-46，50.
6	褚润，陈年来，韩国君，等.三种UV-B辐射强度下香蒲的生长和抗氧化状况［J］.湿地科学，2020，18（1）：32-39.
	CHU R， CHEN N L， HAN G J，et al.Growth and antioxidant status of Typha orientalis under 3 kinds of UV-B radiation intensities［J］.Wetland Science，2020，18（1）：32-39.
7	李锦馨，张阁，马燕，等.UV-B辐射胁迫对药用植物次生代谢产物的影响研究进展［J］.河南农业科学，2018，47（5）：1-7.
	LI J X， ZHANG G， MA Y，et al.Research progress on impacts of enhanced UV-B radiation on medicinal plants' secondary metabolites［J］.Journal of Henan Agricultural Sciences，2018，47（5）：1-7.
8	卢克欢，苏贝贝，郭双，等.UV-B辐射对颠茄氮代谢及次生代谢产物含量的影响［J］.中国生物化学与分子生物学报，2017，33（10）：1062-1069.
	LU K H， SU B B， GUO S，et al.Effects of UV-B on the activities of nitrogen metabolism and secondary metabolites of Atropa belladonna ［J］.Chinese Journal of Biochemistry and Molecular Biology，2017，33（10）：1062-1069.
9	中国科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志：第33卷［M］.北京：科学出版社，1987：80．
	Editorial Committee of The Flora of China，Chinese Academy of Sciences.Flora of China：Volume 33［M］.Beijing：Science Press，1987：80.
10	国家药典委员会.中华人民共和国药典：一部［M］. 2020年版.北京：中国医药科技出版社，2020：321.
	Chinese Pharmacopoeia Commission.Pharmacopoeia of the People’s Republic of China：Vol.1［M］.2020 Edition.Beijing：China Medical Science Press，2020：321.
11	ZHAO R， WEI M X， SHI G Y，et al.One-pot process for simultaneously obtaining oil and sinigrin from field pennycress（Thlaspi arvense） seeds using microwave-assisted biphasic extraction［J］.Industrial Crops and Products，2021，166：113483.
12	JIANG M Y， ZHANG J H.Effect of abscisic acid on active oxygen species，antioxidative defence system and oxidative damage in leaves of maize seedlings［J］.Plant and Cell Physiology，2001，42（11）：1265-1273.
13	高俊凤.植物生理学实验指导［M］.北京：高等教育出版社，2006.
	GAO J F.Experimental guidance for plant physiology［M］.Beijing：Higher Education Press，2006.
14	ZHANG J X， KIRKHAM M B.Antioxidant responses to drought in sunflower and Sorghum seedlings［J］.New Phytologist，1996，132（3）：361-373．
15	付立忠，赵利梅，刘骞，等.氮素形态对三叶青块根主要化学成分含量及抗氧化活性的影响［J］.中国药学杂志，2021，56（8）：633-639.
	FU L Z， ZHAO L M， LIU Q，et al.Effects of nitrogen forms on main phytochemical content and antioxidant activity in root tubers of Tetrastigma hemsleyanum ［J］.Chinese Pharmaceutical Journal，2021，56（8）：633-639.
16	陈玉，周旻，伍丽萍，等.HPLC测定菥蓂子中的黑芥子苷［J］.华西药学杂志，2012，27（1）：94-95.
	CHEN Y， ZHOU M， WU L P，et al.Determination of sinigrin in Thlaspi arvense by HPLC［J］.West China Pharmaceutical Journal of Pharmaceutical Sciences，2012，27（1）：94-95.
17	JORDAN B R.Rieview：molecular response of plant cells to UV-B stress［J］.Functional Plant Biology，2002，29（8）：909-916.
18	王海霞，刘文哲.UV-B辐射增强对喜树叶片色素含量和形态结构的影响［J］.中国农学通报，2011，27（5）：209-213.
	WANG H X， LIU W Z.Effects of enhanced UV-B radiation on leaf morphology and structure and pigment contents of Camptotheca acuminata ［J］.Chinese Agricultural Science Bulletin，2011，27（5）：209-213.
19	张雅梅，茹广欣，肖梦雨，等.干旱胁迫对泡桐幼苗生长和叶绿素荧光参数的影响［J］.中南林业科技大学学报，2021，41（6）：22-30.
	ZHANG Y M， RU G X， XIAO M Y，et al.Influence of drought stress on the growth and chlorophyll fluorescence of Paulownia seedling［J］.Journal of Central South University of Forestry & Technology，2021，41（6）：22-30.
20	张玉红，陈路瑶，刘彤，等.增补UV-B辐射对药用植物黄檗幼苗生长及光合生理影响［J］.中国农学通报，2018，34（4）：76-82.
	ZHANG Y H， CHEN L Y， LIU T，et al.The growth and photosynthetic physiological responses of Phellodendron amurense seedlings under supplementary UV-B radiation［J］.Chinese Agricultural Science Bulletin，2018，34（4）：76-82.
21	卢克欢，刘兴，杨怡，等.UV-B胁迫下Ca²⁺对颠茄生理特性与次生代谢产物的调控研究［J］.作物学报，2018，44（10）：1527-1538.
	LU K H， LIU X， YANG Y，et al.Effect of exogenous Ca²⁺ on physiological characteristics and secondary metabolites accumulation of Atropa belladonna L.seedlings under UV-B stress［J］.Acta Agronomica Sinica，2018，44（10）：1527-1538.
22	回嵘，李新荣，赵锐明，等.UV-B辐射对生物结皮层藓类植物生理生化指标的影响［J］.干旱区地理，2014，37（6）：1222-1230.
	HUI R， LI X R， ZHAO R M，et al.Effects of enhanced UV-B radiation on physiological and biochemical indexes of moss from biological soil crusts［J］.Arid Land Geography，2014，37（6）：1222-1230.
23	徐子棋，张瑜，杨献坤.吉林省西部菊芋品质及耐盐碱性优选研究［J］.森林工程，2019，35（6）：6-15.
	XU Z Q， ZHANG Y， YANG X K.Optimization research of quality and saline-alkaline resistance of Helianthus tuberosus L.species in the Western Jilin Province［J］.Forest Engineering，2019，35（6）：6-15.
24	孟凡来，郭华春.不同甘薯品种抗UV-B辐射增强的效应分析［J］.中国农业气象，2019，40（5）：293-300.
	MENG F L， GUO H C.Effect analysis of anti-UV-B enhancement of two sweet potato cultivars［J］.Chinese Journal of Agrometeorology，2019，40（5）：293-300.
25	杨璐，赵天宏.UV-B辐射增强对大豆根系活性氧代谢及抗氧化系统的影响［J］.华北农学报，2018，33（5）：174-180.
	YANG L， ZHAO T H.The effect of enhanced UV-B radiation on soybean root’s activate oxygen metabolism and antioxidative system［J］.Acta Agriculturae Boreali-Sinica，2018，33（5）：174-180.
26	刘学良，姚俊修，刘翠兰，等.7个接骨木无性系苗木对盐胁迫的生理响应与评价［J］.中南林业科技大学学报，2021，41（1）：37-44，79.
	LIU X L， YAO J X， LIU C L，et al.Physiological response and evaluation of 7 clones of Sambucus williamsii during seedling stage to salt damage stress［J］.Journal of Central South University of Forestry & Technology，2021，41（1）：37-44，79.
27	DWIVEDI R， SINGH V P， KUMAR J，et al.Differential physiological and biochemical responses of two Vigna species under enhanced UV-B radiation［J］.Journal of Radiation Research and Applied Sciences，2015，8（2）：173-181.
28	阎秀峰，王洋，李一蒙.植物次生代谢及其与环境的关系［J］.生态学报，2007，27（6）：2554-2562.
	YAN X F， WANG Y， LI Y M.Plant secondary metabolism and its response to environment［J］.Acta Ecologica Sinica，2007，27（6）：2554-2562.
29	孟祥才，王喜军.活性氧促进道地药材质量形成的假说及其探讨［J］.中草药，2011，42（4）：799-804．
	MENG X C， WANG X J.Postulate about active oxygen improving quality of genuine Chinese medicinal materials and its exploration［J］.Chinese Traditional and Herbal Drugs，2011，42（4）：799-804．
30	THOMAS T T D， PUTHUR J T.UV-B priming enhances specific secondary metabolites in Oryza sativa（L.） empowering to encounter diverse abiotic stresses［J］.Plant Growth Regulation，2020，92（2）：169-180.

荧光参数 Fluorescence parameters	处理 Treatment
荧光参数 Fluorescence parameters	CK	T1	T2
初始荧光 F_o	0.48±0.02a	0.51±0.05a	0.49±0.02a
最大荧光 F_m	2.41±0.04c	1.68±0.13b	1.42±0.06a
最大光合效率 F_v/F_m	0.80±0.01c	0.70±0.01b	0.65±0a
潜在光化学效率 F_v/F₀	4.06±0.25c	2.32±0.08b	1.87±0.02a
非光化学猝灭系数 Q_NP	0.45±0.03a	0.59±0.03b	0.62±0.01b
光化学猝灭系数 Q_p	0.80±0.01c	0.67±0.01b	0.54±0.04a
电子传递速率 R_ET	28.70±1.28c	23.57±1.24b	19.87±1.56a

[1]	庄舒尧, 许恒博, 胡骁彧, 戴上, 张彦妮. 盐碱胁迫对彩叶矾根‘银扇’幼苗生长和生理特性的影响[J]. 植物研究, 2023, 43(4): 520-530.
[2]	盖庆岩, 王紫莹, 付玉杰, 焦骄, 王慧梅, 鹿瑶, 刘婧, 富锦先, 徐晓杰, 姚兰. UV-B辐射对84K杨酚酸类化合物积累及其生理生化的影响[J]. 植物研究, 2021, 41(6): 878-887.
[3]	金荷仙, 沈徐悦, 陈蓉蓉, 吴振, 申亚梅, 张冬梅. NaCl胁迫对白玉兰形态及生理特性的影响[J]. 植物研究, 2021, 41(4): 596-603.
[4]	史森, 苗娜, 史羽桐, 王慧梅. 蔗糖对84K杨树组培继代苗生长及生理特性的影响[J]. 植物研究, 2021, 41(1): 74-78.
[5]	李冬林, 金雅琴, 崔梦凡, 黄琳曦, 裴文慧. 遮荫对香果树叶片生理特性及叶肉细胞超微结构的影响[J]. 植物研究, 2020, 40(1): 29-40.
[6]	及利, 韩姣, 王芳, 王君, 宋笛, 张丽杰, 祁永会, 杨雨春. 干旱胁迫对不同土壤基质下核桃楸幼苗的生理特性的影响[J]. 植物研究, 2019, 39(5): 722-732.
[7]	徐明远, 王谦博, 郭盛磊, 王莹威, 李凤霞, 刘佳, 唐中华, 王振月. 培育年限对刺五加主要药用活性成分的影响[J]. 植物研究, 2019, 39(2): 303-309.
[8]	范艳敏, 党士坤, 王文杰, 王慧梅. 碳源、生长素及诱导子对木豆不定根生长和次生代谢产物合成的影响[J]. 植物研究, 2018, 38(3): 391-398.
[9]	达清璟, 陈学林, 马文兵, 张亥贤. 外源水杨酸对总状绿绒蒿种子萌发及生理特性的影响[J]. 植物研究, 2017, 37(6): 835-840.
[10]	曲丹；王慧梅*；任洁. 碳源对迷迭香悬浮培养细胞的生长、迷迭香酸积累及抗氧化酶活性的影响[J]. 植物研究, 2015, 35(4): 623-627.
[11]	李敏;曲丹;于海娣;王慧梅*. 木豆毛状根生长特性及相关生理生化指标研究[J]. 植物研究, 2014, 34(3): 339-342.
[12]	孟庆焕;祖元刚;郭晓瑞;段喜华;*. 外源NO对增补UV-B辐射下兴安落叶松幼苗叶片光合色素和叶绿素荧光特性的影响[J]. 植物研究, 2013, 33(2): 181-185.
[13]	魏小丽;郑娜;李晓阳;韩榕*. 增强UV-B辐射对拟南芥叶肉细胞蛋白的影响[J]. 植物研究, 2013, 33(2): 186-190.
[14]	赵法;赵晓英*;靳万贵;董正武. 乌鲁木齐周边3种野生灌木对干旱胁迫的响应[J]. 植物研究, 2010, 30(6): 692-696.
[15]	安旭亮;韩榕*. He-Ne激光对小麦ROP GTPase经增强UV-B辐射造成的损伤的修复研究[J]. 植物研究, 2010, 30(6): 725-730.

增补UV-B辐射对菥蓂生理特性及次生代谢产物的影响

Responses of Supplemental UV-B Radiation to Physiological Properties and Secondary Metabolites of Thlaspi arvense

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 6

参考文献 30

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价