劉景玲, 齊志鴻, 郝文芳, 張辰露, 劉峰華, 梁宗鎖,*, 劉文婷

1 西北農(nóng)林科技大學(xué), 生命學(xué)院, 楊凌 712100 2 天津天士力現(xiàn)代中藥資源公司, 天津 300402 3 陜西理工學(xué)院, 生物科學(xué)與工程學(xué)院, 漢中 723001

UV-B輻射和干旱對(duì)丹參生長(zhǎng)和葉片中酚酸類(lèi)成分的影響

劉景玲1, 齊志鴻2, 郝文芳1, 張辰露3, 劉峰華2, 梁宗鎖1,*, 劉文婷1

1 西北農(nóng)林科技大學(xué), 生命學(xué)院, 楊凌 712100 2 天津天士力現(xiàn)代中藥資源公司, 天津 300402 3 陜西理工學(xué)院, 生物科學(xué)與工程學(xué)院, 漢中 723001

在3種UV-B輻射強(qiáng)度以及3種干旱的單因子以及復(fù)合作用下，采用盆栽法對(duì)丹參植株生物量、葉面積、株高等形態(tài)指標(biāo)和光合參數(shù)以及葉片中丹酚酸B、迷迭香酸、咖啡酸和丹參素含量的變化進(jìn)行研究。旨在探索西北干旱、半干旱地區(qū)強(qiáng)光和干旱對(duì)丹參生物量和葉片中酚酸類(lèi)含量的影響，為丹參的深入開(kāi)發(fā)利用提供依據(jù)。結(jié)果表明：干旱和UV-B輻射單因子作用均對(duì)丹參生長(zhǎng)指標(biāo)有抑制作用，而對(duì)酚酸積累有促進(jìn)作用；相比于干旱，UV-B輻射的影響更加顯著。UV-B輻射顯著引起植株矮化、葉面積減小、生物量降低、凈光合速率降低以及葉片中酚酸類(lèi)物質(zhì)含量增加，兩種因子復(fù)合作用對(duì)酚酸類(lèi)物質(zhì)積累的效果表現(xiàn)為復(fù)雜的加強(qiáng)或交互抗性作用。兩種因子單獨(dú)和復(fù)合作用處理下，適宜水分和重度UV-B輻射復(fù)合處理(75%T2)最有利于丹參葉片中酚酸類(lèi)物質(zhì)積累。

丹參; UV-B; 干旱; 形態(tài); 丹酚酸B

近些年來(lái)，由于大氣平流層臭氧衰減導(dǎo)致到達(dá)地表的紫外線(xiàn)(主要是280—320 nm的B區(qū)，簡(jiǎn)稱(chēng)UV-B)增強(qiáng)，其通過(guò)作用于蛋白質(zhì)、DNA、膜系統(tǒng)以及光系統(tǒng)Ⅱ，對(duì)植物初生和次生代謝產(chǎn)生顯著影響[1-2]。植物葉片作為主要光合器官直接受到UV-B 輻射，故UV-B 輻射對(duì)葉片以及整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的影響引起各國(guó)科學(xué)家的普遍關(guān)注[3-5]。干旱是影響植物生長(zhǎng)和發(fā)育的主要因子[6-7]。在中國(guó)西北干旱半干旱地區(qū)強(qiáng)光和干旱是常見(jiàn)脅迫因子且常同時(shí)發(fā)生，這兩種因子的復(fù)合作用對(duì)植物的影響成為研究的熱點(diǎn)[7-8]。

丹參(SalviamiltiorrhizaBunge)，唇形科草本植物，作為傳統(tǒng)大宗中藥材，對(duì)心腦血管疾病治療具有明顯功效。其活性成分包括以二萜醌類(lèi)為主的脂溶性化學(xué)成分和以酚酸類(lèi)為主的水溶性化學(xué)成分兩大類(lèi)[9]。丹參根長(zhǎng)期作為藥用部位使用，而生物量占整個(gè)植株很大比例的丹參葉片被當(dāng)作廢料丟棄。但是，近年來(lái)丹參葉片中水溶性酚酸類(lèi)物質(zhì)的抗氧化效果研究逐步引起人們的關(guān)注[10-12]，研究表明丹參藥用水溶性指標(biāo)成分丹酚酸B的抗氧化活性強(qiáng)于維生素C(Vc)和維生素E(VE)[11,13]，且酚酸類(lèi)物質(zhì)在紫外波段(280—350 nm)具有強(qiáng)吸收峰，因此，UV-B增強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致植物葉片中的酚酸類(lèi)物質(zhì)含量顯著增加[14-15]。干旱下植物通過(guò)增加具有抗氧化活性的酚酸類(lèi)物質(zhì)含量而適應(yīng)環(huán)境變化[6-7,16]。而關(guān)于UV-B和干旱復(fù)合作用對(duì)植物體內(nèi)酚酸類(lèi)物質(zhì)含量影響的研究也因?qū)嶒?yàn)條件和物種差異而未形成一致結(jié)論[17-18]。目前為止，以丹參葉片為材料，探究其在環(huán)境因子作用下生長(zhǎng)和次生代謝物質(zhì)含量變化的研究甚少。本文通過(guò)整個(gè)生長(zhǎng)季對(duì)盆栽丹參進(jìn)行UV-B輻射和干旱處理，以期揭示兩種因子單獨(dú)和復(fù)合作用對(duì)丹參生長(zhǎng)以及葉片中四種酚酸類(lèi)物質(zhì)積累的影響，為有效開(kāi)發(fā)利用丹參葉片提供理論依據(jù)。

1 材料與處理方法1.1 材料培養(yǎng)

本研究于2011年3月15日到11月20日在中國(guó)陜西楊凌水土保持研究所(34°20′N(xiāo), 108°24′E)遮光棚下開(kāi)展(透光率為33%)。2011年春，將來(lái)自陜西天士力植物藥業(yè)有限公司藥源基地(33°2′ N，108°34′ E)的丹參5月齡幼苗種植在塑料桶中，塑料桶高30 cm，上口徑35 cm，下口徑23 cm 。桶中裝過(guò)0.5 cm篩混合均勻的壚土、沙子和蚯蚓糞，三者比例為3∶1∶1。混合培養(yǎng)基質(zhì)的田間持水量采用環(huán)刀法測(cè)定為27%，常規(guī)管理保持水分充足。丹參苗生長(zhǎng)53 d后(5月10日)間去長(zhǎng)勢(shì)不一致的幼苗，每桶保留3株用于研究。

1.2 UV-B 處理和干旱處理

1.2.1 UV-B處理方法

設(shè)3個(gè)UV-B輻射處理，輻射強(qiáng)度參考Madronich[19]計(jì)算方法標(biāo)準(zhǔn)化為300 nm的植物響應(yīng)有效紫外光譜(UV-BBE)，分別為對(duì)照CK(0 kJ/m2)、低強(qiáng)度UV-B輻射T1(2.60 kJ/m2)和高強(qiáng)度UV-B輻射T2(4.10 kJ/m2), T1和T2兩個(gè)處理強(qiáng)度分別相當(dāng)于西安地區(qū)夏至日晴天臭氧層減少16%和26%[19](西安夏至日晴天的紫外有效輻射強(qiáng)度UV-BBE為8.05 kJ/m2)。

UV-B輻射由懸掛在植株垂直上方的紫外燈管產(chǎn)生(36 W，中心波長(zhǎng) 313 nm，北京電光源研究所)，UV-B輻射處理每天6 h(10:00—16:00)。對(duì)照上方也懸掛燈管，但不通電，保證3組有相同的光照條件。燈管纏繞0.13 mm醋酸纖維素薄膜(CA)過(guò)濾280 nm以下光線(xiàn)；用紫外輻射測(cè)定儀(北京師范大學(xué)儀器廠(chǎng)生產(chǎn))測(cè)297 nm 處的紫外輻射強(qiáng)度(以植株頂層計(jì))。紫外燈管的位置每半月調(diào)整1次高度確保距離植株頂層的距離不變，植物位置每2 d隨機(jī)變換1次以便植物接受均勻的UV-B輻射。處理期間只晴天進(jìn)行UV-B輻射，陰天不開(kāi)紫外燈。

1.2.2 干旱處理方法

設(shè)3個(gè)水分梯度：適宜水分、中度干旱、和重度干旱(分別是田間持水量的75%、55%和40%)；土壤含水量采用電子秤稱(chēng)重控制在設(shè)定范圍內(nèi)(載量30 kg，感量5 g)。每隔1 d稱(chēng)重補(bǔ)充蒸發(fā)的水分，塑料桶每周稱(chēng)重3.5次。

1.2.3 單因子和復(fù)合處理

UV-B輻射單因子處理 75%CK、75%T1和75%T2(適宜水分條件)。

干旱單因子處理：75%CK、55%CK和40%CK(無(wú)UV-B輻射)。

UV-B輻射和干旱復(fù)合處理 55%T1：低強(qiáng)度UV-B輻射和中度干旱；40%T1：低強(qiáng)度UV-B輻射和重度干旱；55%T2：高強(qiáng)度UV-B輻射和中度干旱；40%T2：高強(qiáng)度UV-B輻射和重度干旱；每個(gè)處理重復(fù)3桶，共計(jì)9株丹參。

1.3 取樣方法

從2011年5月10日到11月20日共計(jì)處理194 d，UV-B輻射處理82 d。收獲時(shí)將丹參整株收獲，測(cè)定株高；隨機(jī)選取植株頂層完全展開(kāi)的功能葉片9片測(cè)量葉面積；并將其50℃烘干后室溫干燥處保存用于酚酸類(lèi)物質(zhì)含量測(cè)定；丹參植株地上和地下部分開(kāi)，烘至恒重用于其它指標(biāo)的測(cè)定。

1.4 指標(biāo)測(cè)定

1.4.1 酚酸類(lèi)成分含量測(cè)定

精密稱(chēng)取烘干、粉碎并過(guò)100目篩的丹參葉片和根的粉末0.1000 g，加入70%甲醇水溶液 10 mL，保鮮膜覆蓋，靜止提取7 h 。然后用超聲波提取45 min，10 000 r/min 離心 10 min，上清液經(jīng)0.45 μm 的微孔濾膜過(guò)濾，待檢測(cè)。

色譜條件：Waters 1525 二元梯度液相色譜儀； Waters Sunfire-C18 色譜柱(4.6 mm×250 mm，5 μm)；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為 Empower 工作站。流動(dòng)相為乙腈(B)-0.02% 磷酸水溶液(A)；流動(dòng)相使用前進(jìn)行過(guò)濾和脫氣處理；流動(dòng)相流速1.0 mL/min；柱溫30 ℃；進(jìn)樣量10 μL。檢測(cè)波長(zhǎng)200—400 nm，丹參素;(DSS 3,4-trihydroxybenzenepropanoic acid)、咖啡酸(CA Caffeic acid)、迷迭香酸(RA Rosmarinic acid)、丹酚酸B (SAB Salvianolic acid B)的檢測(cè)波長(zhǎng)為288 nm；保留時(shí)間依次為8.7、14.1、23.8、33.5 min。

1.4.2 形態(tài)學(xué)指標(biāo)測(cè)定

植株高度是指地上部分基部到主干頂端的高度；葉面積用Yaxin-1241葉面積儀測(cè)量；用0．001 g感量電子秤稱(chēng)量地上和地下部生物量；每個(gè)處理下形態(tài)學(xué)指標(biāo)測(cè)量重復(fù)9次。

1.4.3 光合參數(shù)測(cè)定

光合參數(shù)：凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)讀(Gs)、蒸騰速率(Tr)和胞間二氧化碳濃度(Ci)使用LCPRO+ 光合作用測(cè)定儀測(cè)定。選擇丹參植株頂層完全展開(kāi)的功能葉片標(biāo)記后用于光合參數(shù)測(cè)定，每個(gè)處理重復(fù)9次。分別選擇3個(gè)丹參生長(zhǎng)特殊時(shí)期：快速生長(zhǎng)期 Ⅰ(2011年7月24日)、根系膨大期 Ⅱ(9月18日)和收獲期 Ⅲ (11月13日)的晴朗天氣，9:00開(kāi)始進(jìn)行光合參數(shù)測(cè)定。光合測(cè)定前，被測(cè)葉片在1500 μmol m-2s-1光強(qiáng)下適應(yīng) 5 min，設(shè)定儀器控制葉面溫度為30 ℃。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)利用統(tǒng)計(jì)分析軟件Statistic Package for Social Science (SPSS 21.0) 進(jìn)行雙因素方差分析(UNIANOVA)，各處理之間的差異性多重比較采用最小顯著差異法Least Significant Difference (LSD)分析。所有圖片均在Excel(2003) 軟件系統(tǒng)下完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 UV-B和干旱對(duì)丹參植株形態(tài)的影響

圖1 UV-B輻射和干旱單因子或復(fù)合處理對(duì)丹參植株高度、葉面積、根冠比、地上部干重、根干重和總干重的影響

在3種水分梯度下，株高均隨UV-B輻射梯度降低，低強(qiáng)度輻射對(duì)株高的抑制作用不顯著，但是高強(qiáng)度UV-B輻射對(duì)株高抑制達(dá)到顯著水平，兩種因子之間存在交互作用(圖1)。重度干旱和高強(qiáng)度UV-B輻射(40%T2)復(fù)合處理下丹參株高達(dá)到最低值，比對(duì)照75%CK顯著降低47.82%。在干旱單因子作用下株高下降但是未達(dá)到顯著水平，UV-輻射增強(qiáng)干旱對(duì)株高的抑制作用，且只在高強(qiáng)度UV-B輻射下達(dá)到顯著水平。

干旱和UV-B輻射單因子作用顯著導(dǎo)致葉面積減小40.22%和71.51%(圖1)，后者作用更大。葉面積在適宜水分和高強(qiáng)度UV-B輻射(75%T2)處理下達(dá)到最小值。干旱對(duì)葉面積的抑制作用在UV-B輻射復(fù)合作用下得到增強(qiáng)，且具有劑量效應(yīng)，在3種水分條件下高強(qiáng)度UV-B輻射導(dǎo)致的葉面積減小均達(dá)到顯著水平。

植株根冠比在不同水分條件下均呈明顯的降低趨勢(shì) (圖1)，丹參植株根冠比最大值出現(xiàn)在中度干旱無(wú)UV-B輻射條件下；而最小值出現(xiàn)在適宜水分低強(qiáng)度UV-B輻射(75%T1)下。

地上部分、地下部分和總生物量在兩種因子單獨(dú)和復(fù)合作用下變化趨勢(shì)相同(圖1)。干旱單因子作用下生物量積累呈現(xiàn)倒U形變化；均在中度干旱下生物量積累最多，重度干旱下生物量積累最少；且相比于地上部分(20.59%)，地下部分在中度干旱下干重增加更多(27.07%)，達(dá)到差異顯著水平(P<0.05)，表明地下部分生物量積累對(duì)干旱更加敏感。而在3個(gè)水分梯度下，UV-B輻射引起丹參地下部分、地上部分和總生物量梯度降低，尤其是高強(qiáng)度UV-B輻射導(dǎo)致總生物量分別減少88.69%、85.92%和88.99%，高強(qiáng)度UV-B輻射和重度干旱(40%T2)復(fù)合處理下生物量積累最少。

2.2 UV-B輻射和干旱對(duì)丹參光合參數(shù)的影響

分別在丹參快速生長(zhǎng)期 Ⅰ(7月24日)，根系膨大期 Ⅱ(9月18日)和收獲期 Ⅲ(11月13日)進(jìn)行丹參植株光合參數(shù)測(cè)定(表1)。3次測(cè)定的結(jié)果均表明：在不同水分條件下，UV-B處理引起Pn顯著下降，Pn在丹參快速生長(zhǎng)期75%CK條件下達(dá)到最大值14.81 μmol m-2s-1；收獲期40%T2處理下最小2.06 μmol m-2s-1。Tr和Gs的變化趨勢(shì)基本與Pn相同，Ci與Pn的變化趨勢(shì)相反，在3個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期不同水分梯度下均為隨輻射強(qiáng)度增加Ci值顯著增加，Ci在快速生長(zhǎng)期55%T1處理下達(dá)到最大值406 μmol/mol；在根系膨大期75%CK下達(dá)到最小值238.2 μmol/mol。

表1 UV-B輻射和干旱單因子或者復(fù)合處理對(duì)丹參凈光合速率Pn、氣孔導(dǎo)讀Gs、胞間二氧化碳濃度Ci、蒸騰速率Tr的影響

Table 1 The alteration ofPn,Gs,Ci,Trof theSalviaunder different treatments of UV-B radiation and drought individually or combined

Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ分別表示丹參快速生長(zhǎng)期(7-24)、根系膨大期(9-18)和收獲期(11-13)

2.3 UV-B輻射和干旱對(duì)丹參葉片中4種酚酸類(lèi)物質(zhì)含量的影響

由表 2可知，以適宜水分無(wú)UV-B輻射(75%CK)處理為對(duì)照，丹參葉片中SAB、RA含量顯著高于CA和DSS的。在不同水分梯度下，UV-B輻射均顯著增加葉片中四種酚酸類(lèi)物質(zhì)的含量。其中SAB和RA含量均在75%T2處理下含量最高，達(dá)到4.75 μg/g和3.15 μg/g，比根中SAB和RA最高含量增加69.64%和556.25%。

表2 UV-B和干旱對(duì)丹參葉片和根中酚酸類(lèi)物質(zhì)含量的影響

Table 2 Influence of the UV-B radiation and the drought individually or combined to the phenolic compounds in the leaves and roots of theSalvia

結(jié)果采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差表示(n=3);*,**分別表示處理組與對(duì)照組差異顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)

干旱單因子作用下，SAB和DSS含量隨干旱梯度顯著增加。RA和CA含量也顯著增加，但最大值出現(xiàn)在中度干旱下。且在適宜水分下UV-B單因子處理引起的SAB和RA含量增加倍數(shù)是427.78%和800.00%，顯著高于干旱單因子作用下的增加倍數(shù)112.22%和151.43%。

兩種因子單獨(dú)作用均能顯著增加丹參葉片中4種酚酸的含量，但是二者復(fù)合作用下變化各異，統(tǒng)計(jì)分析表明兩種處理因子之間存在顯著交互作用。在適宜水分條件下，UV-B輻射導(dǎo)致SAB含量顯著增加，且存在劑量效應(yīng)，75%T1和75%T2分別比75%CK增加217.78%和427.78%；而55%T1和55%T2分別比55%CK的值增加3.65%和75.18%，40%T1和40%T2分別比40%CK的值降低61.26%和增加73.82%，這表明干旱抑制UV-B的作用效果，且隨水分含量降低抑制作用增強(qiáng)。干旱單因子作用促進(jìn)酚酸類(lèi)積累，SAB含量在55%CK和40%CK處理下比 75%CK分別增加52.22%和112.22%，而增加低強(qiáng)度UV-B輻射后55%T1和40%T1分別比75%CK顯著增加了57.78%和降低17.78%，表明低強(qiáng)度UV-B輻射在重度干旱下抵消了干旱對(duì)SAB積累的效果，而對(duì)中度干旱下SAB積累的影響不顯著。高強(qiáng)度UV-B處理下55%T2 和40%T2比75%CK分別增加166.67%和268.89%，表明高強(qiáng)度UV-B輻射顯著增強(qiáng)了干旱對(duì)SAB的累積效應(yīng)。RA和DSS含量與SAB有相似的變化規(guī)律；DSS含量在40%T2處理下含量最高；CA變化規(guī)律不同于其它3種酚酸的變化，其最大值出現(xiàn)在75%T1處理下。

3 討論與結(jié)論

本研究結(jié)果表明：干旱和UV-B輻射顯著引起植株矮化、葉面積減小和生物量降低。該結(jié)論與已有的研究結(jié)果相符[8,14,20]。干旱單因子作用下丹參葉面積顯著降低，株高降低但沒(méi)有達(dá)到顯著水平。而生物量在中度干旱下達(dá)到最大值，這與劉大會(huì)[16]研究結(jié)論一致，劉紅云[6]認(rèn)為隨水分脅迫加劇丹參植株生物量顯著下降。UV-B輻射單因子處理下，株高、葉面積和生物量均顯著大幅度降低(圖1)，這表明相比于干旱，UV-B輻射對(duì)丹參形態(tài)學(xué)指標(biāo)的影響更加顯著。在UV-B輻射處理下植株矮化的可能原因與UV-B誘導(dǎo)的過(guò)氧化物酶氧化的吲哚乙酸 Indole acetic acid (IAA)活性有關(guān)，它參與了植株莖干的伸長(zhǎng)過(guò)程[21]。另外，植株矮化可能是植物對(duì)UV-B輻射脅迫的主動(dòng)響應(yīng)，植株矮化可減少其直接受到UV-B輻射的面積對(duì)植株進(jìn)行保護(hù)[3]。兩種環(huán)境因子對(duì)丹參植株根冠比的影響表明兩種因子單獨(dú)和復(fù)合作用對(duì)光合產(chǎn)物在地上和地下部分的分配比例有顯著影響，UV-B輻射導(dǎo)致更多的光合產(chǎn)物分配到直接受到UV-B輻射的地上部分，有利于植物抵御輻射傷害。有文獻(xiàn)表明：葉面積在UV-B輻射下減小是由于葉片細(xì)胞分裂和生長(zhǎng)受到UV-B的抑制[22]，葉片厚度增大，也是植物主動(dòng)抵御輻射傷害的策略，其有利于阻擋UV-B進(jìn)入葉肉深層，對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生更大傷害[23]。而UV-B輻射對(duì)生物量影響也沒(méi)有一致結(jié)論，大量研究表明UV-B輻射導(dǎo)致植物生物量下降，但也有研究表明UV-B輻射對(duì)生物量積累有促進(jìn)作用或沒(méi)有顯著影響[14,24]。補(bǔ)充UV-B輻射對(duì)生物量影響結(jié)論不一致的原因除了實(shí)驗(yàn)條件和物種抗性差異之外，其它環(huán)境因子對(duì)UV-B輻射效果的影響不可忽視。Eva[2]認(rèn)為：自然條件下UV-B輻射不是必然導(dǎo)致植物遭受不利的脅迫，通常是其它不利環(huán)境因子增強(qiáng)了植物對(duì)UV-B脅迫的敏感性。

生物量與光合速率的相關(guān)性已有文獻(xiàn)報(bào)道[25-26]，本研究表明，丹參在3個(gè)生長(zhǎng)期的不同水分梯度下，植物葉片Pn均隨UV-B輻射增強(qiáng)呈降低趨勢(shì)(表1)，這與生物量變化趨勢(shì)一致，Gs和Tr與其變化趨勢(shì)相同，而Ci呈現(xiàn)相反的變化趨勢(shì)，表明引起光合速率下降的是非氣孔因素，可能是由于UV-B輻射對(duì)細(xì)胞中的DNA、蛋白質(zhì)、光合器官損壞引起光合速率下降；且葉面積的減小可能也是導(dǎo)致光合產(chǎn)物積累減少的原因[22,27]。UV-B輻射導(dǎo)致植物光合速率降低的研究結(jié)果已有大量報(bào)道，可能的原因是UV-B導(dǎo)致植物光系統(tǒng)Ⅱ功能降低；光化學(xué)產(chǎn)量降低以及光合色素?fù)p傷[22，25]。然而，也有UV-B輻射對(duì)植物光合速率影響不顯著的報(bào)道[23-24,28]。

植物對(duì)UV-B輻射最一致的反應(yīng)就是酚酸類(lèi)物質(zhì)積累[29]，其導(dǎo)致植物中總酚酸、對(duì)香豆酸、槲皮素等含量增加[30-32]。干旱處理也引起植物體內(nèi)酚酸類(lèi)物質(zhì)積累[8,33-34]。本研究結(jié)果表明：UV-B輻射和干旱單因子或者復(fù)合作用均顯著引起丹參葉片中SAB、RA、CA和DSS的積累(表2)。但是，UV-B單因子處理引起的SAB和RA含量增加倍數(shù)(427.78%和800.00%)數(shù)倍高于干旱單因子作用引起的增加(112.22%和151.43%)，表明UV-B輻射對(duì)丹參葉片中酚酸類(lèi)成分含量積累的促進(jìn)作用強(qiáng)于干旱的。Sheng[35]認(rèn)為酚酸類(lèi)物質(zhì)具有紫外吸收和抗氧化的雙重特點(diǎn)，因此，UV-B輻射比干旱對(duì)酚酸類(lèi)積累的促進(jìn)作用更加明顯。但有研究表明干旱對(duì)酚酸類(lèi)物質(zhì)積累作用更加明顯：Hanna[17]研究發(fā)現(xiàn)在UV-B輻射和干旱分別處理3 d 的時(shí)候干旱更加顯著引起大麥(HordeumvulgareL. cv. Granal)葉片中水楊酸含量的積累。但是隨著時(shí)間延長(zhǎng)到9 d，兩種脅迫對(duì)植物葉片中水楊酸積累的影響消失。該結(jié)論不一致性的可能原因是不同處理?xiàng)l件或者物種對(duì)脅迫的敏感性不同導(dǎo)致的。

在自然條件下，環(huán)境脅迫因子常并非單獨(dú)作用。中國(guó)西北干旱半干旱地區(qū)，伴隨高強(qiáng)度的UV-B輻射的干旱脅迫時(shí)常發(fā)生，干旱脅迫常與UV-B輻射復(fù)合作用影響植物生長(zhǎng)和次生物質(zhì)積累，進(jìn)而對(duì)植物以及生態(tài)系統(tǒng)造成顯著影響。研究認(rèn)為其它環(huán)境因子的復(fù)合作用使植物對(duì)UV-B誘導(dǎo)的不利脅迫更加敏感[2]。如黃瓜 (Cucumissativus)在受到干旱和UV-B復(fù)合作用時(shí)候抗氧化防御協(xié)同上調(diào)[18]。UV-B輻射能夠減輕大豆[35](GlycinemaxL.)和松樹(shù)(Pinuspinea)[36]幼苗因干旱受到的傷害，兩種因子之間存在交叉抗性。因此，UV-B和干旱復(fù)合作用可能導(dǎo)致不利脅迫的增強(qiáng)或者抵消作用，兩種因子復(fù)合作用對(duì)植物的影響因植物種類(lèi)和脅迫強(qiáng)度而異。本研究表明：對(duì)于四種酚酸類(lèi)物質(zhì)積累，干旱對(duì)UV-B處理的效果有明顯抑制作用，且隨干旱加劇抑制作用增強(qiáng)；可能的原因是一方面UV-B輻射導(dǎo)致丹參葉片中增加的SAB作為抗氧化物質(zhì)，可能用于消除干旱誘導(dǎo)產(chǎn)生的多余活性氧；另一方面：酚酸類(lèi)物質(zhì)作為抗氧化物質(zhì)和植物體內(nèi)的其它抗氧化系統(tǒng)共同抵御脅迫，有研究認(rèn)為酚酸類(lèi)物質(zhì)先于抗氧化酶對(duì)脅迫作出響應(yīng)[37]，隨著脅迫持續(xù)，酚酸含量降低而其它抗氧化酶或抗氧化物質(zhì)代替酚酸類(lèi)發(fā)揮作用。低強(qiáng)度UV-B抑制干旱的效果；而高強(qiáng)度UV-B輻射增強(qiáng)干旱的效應(yīng)，研究表明不同強(qiáng)度的UV-B輻射對(duì)植物的作用不同[2]，酚酸類(lèi)在抵御UV-B脅迫過(guò)程中的雙重作用與輻射強(qiáng)度的關(guān)系還需要進(jìn)一步研究。目前，干旱和UV-B復(fù)合作用對(duì)酚酸類(lèi)物質(zhì)影響的疊加或交互抗性作用機(jī)制尚不明確，可能與活性氧積累及相應(yīng)的信號(hào)傳遞過(guò)程中的交互作用有關(guān)[8,38]。

酚酸類(lèi)物質(zhì)因其紫外吸收和抗氧化的雙重特點(diǎn)，在藥品、食品和化妝品生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用[39-40]。通過(guò)施加適當(dāng)強(qiáng)度的干旱或者UV-B處理增加植物體內(nèi)酚酸類(lèi)物質(zhì)含量可能成為獲取天然抗氧化物質(zhì)的有效途徑[3]。傳統(tǒng)大宗藥材丹參，除了藥典中規(guī)定的入藥部位-根，丹參葉片中也含有大量的酚酸類(lèi)物質(zhì)，近年有研究表明其抗氧化特性不僅在治療心腦血管病中發(fā)揮重要作用，而且在糖尿病和腦梗治療中也有很好的療效[41]。通過(guò)適當(dāng)處理提高丹參葉片中酚酸類(lèi)物質(zhì)含量的研究已經(jīng)取得一定的進(jìn)展[11,42-43]，本研究結(jié)果表明水分適宜條件下高強(qiáng)度UV-B輻射(75%T2)能最大程度促進(jìn)丹參葉片中酚酸類(lèi)積累，其中SAB含量比根中的增加了69.64%，RA含量增加了556.25%；這表明作為廢料的中藥丹參葉片在適宜條件下可作為天然抗氧化物質(zhì)來(lái)源，具有巨大開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。

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The effects of drought and UV-B radiation on the growth and the phenolic compounds of theSalviamiltiorrhizaBunge leaf

LIU Jingling1, QI Zhihong2, HAO Wenfang1, ZHANG Chenlu3, LIU Fenghua2, LIANG Zongsuo1,*, LIU Wenting1

1NorthwestAgricultureandForestryUniversity,CollegeofLifeSciences,Yangling712100,China2TianjinTASLYModernTCMResourcesCo.,Ltd,Tianjin300402,China3ShaanxiUniversityofTechnology,SchoolofBiologicalScience&Engineering,Hanzhong723001,China

Ultraviolet B and drought stress are common environmental stresses in arid and semi-arid regions of northwestern China. A pot experiment was conducted to investigate the separate and combined effects of UV-B radiation and drought stress on physiological characteristics ofSalviamiltiorrhizaBunge in this region, and on the accumulation of phenolic compounds in its leaves. In this experiment, the UV-B radiation was performed with two intensities, 2.60 kJ/m2(T1) and 4.10 kJ/m2(T2), meanwhile, three gradual drought stress treatments were carried out with field water capacity ranging from 40% to 75%. The involved physiological characteristics included plant height, leaf area index, shoot biomass, root biomass, total biomass, root: shoot ratio, and those photosynthetic indices, such as net photosynthetic rate (Pn), transpiration rate (Tr), stomatal conductance (Gs) and intercellular CO2concentration (Ci). The phenolic compounds detected in leaves contained salvianolic acid B (SAB), rosmarinic acid (RA), caffeic acid (CA)and 3,4-trihydroxybenzenepropanoic acid(DSS). The results showed that both UV-B radiation and drought stress had cross-talk on the growth ofS.miltiorrhiza, and the least plant height was found in the combined treatment (40%T2), which significantly decreased 47.82%. Drought stress and UV-B radiation reduced leaf area 40.22% and 71.51%, respectively, and the least value occurred in the combined treatment 75%T2. Similarly, the least root: shoot ratio also happened in combined treatment 75%T1 and the least total plant biomass did in 40%T2. In terms of the effects of UV-B and drought stress on photosynthetic indices, similar tendency was observed amongPn,TrandGs, butCihad reverse trend with these three indices. The three indices were found reaching the largest at growth season, but decreased to the lowest at harvest period in the combined 40%T2 treatment. Both UV-B and drought stress could promote the accumulation of four phenolic compounds, in which the former had more prominent influence. Both contents of SAB and RA increased 4.28 and 8 folds, respectively, under UV-B radiation, which were significantly higher than 1.12 and 1.51 folds in drought stress treatment. The SAB andRAaccumulation reached the highest level (4.75 and 3.15 μg/g, respectively) in the combined treatment 75%T2. Statistical data also exhibited that there was a cross-talk in accumulation of phenolic compounds between UV-B and drought stress. The SAB content increased 4.28 folds in T2 radiation intensity, while only 2.18 folds were observed in T1. The content increased 1.12 and 0.52 folds in drought stress treatment with 40% and 55% field water capacity, respectively. If combined UV-B radiation and drought stress, the SAB content would increased 2.69 and 1.67 folds in 40%T2 and 55%T2 treatments, respectively. In conclusion, there was a cross-talk between UV-B radiation and drought stress, which had combined effects on the growth ofS.miltiorrhizaand accumulation of phenolic compounds in leaves. Relatively, UV-B radiation had stronger influence than drought stress. Either UV-B radiation or drought stress had negative effect on plant growth. The higher UV-B radiation intensity (T2, 4.10 kJ/m2) was helpful to accumulation of SAB, but the amount of accumulation would be decreased with the increase of drought stress intensity.

SalviamiltiorrhizaBunge; UV-B; drought; morphology; salvianolic acid B

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(81373908); 陜西省科技統(tǒng)籌項(xiàng)目(2012KTCL02-07); 陜西省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2012K19-02-02)

2013-11-15;

2014-09-09

10.5846/stxb201311152735

*通訊作者Corresponding author.E-mail: liangzs@ms.iswc.ac.cn

劉景玲, 齊志鴻, 郝文芳, 張辰露, 劉峰華, 梁宗鎖, 劉文婷.UV-B輻射和干旱對(duì)丹參生長(zhǎng)和葉片中酚酸類(lèi)成分的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(14):4642-4650.

Liu J L, Qi Z H, Hao W F, Zhang C L, Liu F H, Liang Z S, Liu W T.The effects of drought and UV-B radiation on the growth and the phenolic compounds of theSalviamiltiorrhizaBunge leaf.Acta Ecologica Sinica,2015,35(14):4642-4650.