DOI: 10.12357/cjea.20230118
刘守赞, 蒋玲苔, 张韵, 顾依雯, 韩敏琪, 李姗, 王红珍, 白岩. 蓝、紫单色光处理对三叶青生理及总黄酮含量时空变化的
影响[J]. 中国生态农业学报 (中英文), 2023, 31(6): 885?894
LIU S Z, JIANG L T, ZHANG Y, GU Y W, HAN M Q, LI S, WANG H Z, BAI Y. Spatiotemporal changes in physiology and total
flavonoids of Tetrastigma hemsleyanum in response to blue and purple monochromatic light[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture,
2023, 31(6): 885?894
蓝、紫单色光处理对三叶青生理及总黄酮含量
时空变化的影响
刘守赞?, 蒋玲苔?, 张 韵, 顾依雯, 韩敏琪, 李 姗, 王红珍, 白 岩
(浙江省特色中药资源保护与创新利用重点实验室/浙江农林大学植物园/浙江农林大学食品与健康学院 杭州 311300)
摘 要: 三叶青作为“新浙八味”之一的药材, 具有抗肿瘤、抗病毒和退热等临床效果, 其主要有效成分为黄酮类化
合物。三叶青生长在林间荫蔽环境, 其活性成分合成、生长发育、生理变化等均会受到林下短波光调控。为明晰
短波光对三叶青品质及生理变化的调控规律, 本文选择了蓝光和紫光单色光作为处理光源以白光作为对照, 分别处理
7 d、15 d、30 d、45 d和60 d, 测定三叶青总黄酮含量、黄酮代谢合成酶活性、生理生化指标(光合色素、抗逆酶
活性和丙二醛含量、初生代谢可溶物), 以期探讨三叶青黄酮代谢和生理生化变化对短波光条件的响应及规律。结
果表明: 持续的单色短波光处理, 使三叶青处于轻度胁迫状态, 蓝光处理后三叶青中总黄酮含量最高, 其中叶片含量
为137.75 mg?g?1, 块根中为149.00 mg?g?1; 紫光处理使叶片和块根中的苯丙氨酸酶活性[96.50 U?g?1(FW)、
109.47 U?g?1(FW)]和叶片中查尔酮异构酶活性[65.17 U?g?1(FW)]均达最高, 蓝光处理块根中的查尔酮合成酶活性最
高, 为46.76 U?g?1(FW)。此外, 光合色素、抗逆能力和可溶性物质对短波光的响应均有差异, 与白光相比, 蓝光和紫
光均可促进渗透调节物质的积累。本研究的结果可为光调控三叶青品质提供理论基础和实践指导。
关键词: 三叶青; 蓝光; 紫光; 总黄酮; 黄酮合成关键酶; 生理指标
中图分类号: R932开放科学码(资源服务)标识码(OSID):
Spatiotemporal changes in physiology and total flavonoids of Tetrastigma hems-
leyanum in response to blue and purple monochromatic light
LIU Shouzan?, JIANG Lingtai?, ZHANG Yun, GU Yiwen, HAN Minqi, LI Shan, WANG Hongzhen, BAI Yan
(Zhejiang Provincial Key Laboratory of Resources Protection and Innovation of Traditional Chinese Medicine / Botanical Garden, Zhejiang
Agricultural and Forestry University / College of Food and Health, Zhejiang Agriculture and Forestry University, Hangzhou 311300, China)
浙江省尖兵领雁研发攻关计划项目(2023C02054)、浙江农林大学校发展基金(2022LFR111)和中央财政林业科技推广示范资金项目
(2019TS08)资助
通信作者: 白岩, 研究方向为药用植物品质调控和中药资源挖掘整理, E-mail: hzbaiyan@zafu.edu.cn; 王红珍, 研究方向为药用植物次生代谢调
控, E-mail: wang.hongzhen@163.com
? 共同第一作者: 刘守赞, 研究方向为中药资源的收集、保护与开发, E-mail: szliu@zafu.edu.cn; 蒋玲苔, 研究方向为药用植物次生代谢调控, E-
mail: 2021621032015@stu.zafu.edu.cn
收稿日期: 2023-03-03 接受日期: 2023-03-28
This study was supported by the Key Research and Development Project of “Vanguard” and “Leading Goose” in Zhejiang Province (2023C02054),
Zhejiang Agriculture and Forestry University Development Fund (2022LFR111), and the Forestry Science and Technology Promotion Demonstration
Fund Project of Central Finance of China (2019TS08).
Corresponding authors: BAI Yan, E-mail: hzbaiyan@zafu.edu.cn; WANG Hongzhen, E-mail: wang.hongzhen@163.com
? Equivalent contributors
Received Mar. 3, 2023; accepted Mar. 28, 2023
中国生态农业学报 (中英文) ?2023年6月 ?第?31?卷 ?第?6?期
Chinese?Journal?of?Eco-Agriculture,?Jun.?2023,?31(6):?885?894
http://www.ecoagri.ac.cn
Abstract: Tetrastigma hemsleyanum Diels et Gilg has antitumor, antiviral, and fever-relieving properties. The main active compon-
ents are flavonoids. It grows in shaded environments in forests, and its growth, development, physiological changes, and synthesis of
active components are regulated by short-wavelength light of undergrowth. To explore the spatial and temporal responses of physiolo-
gical mechanisms and flavonoid synthesis in T. hemsleyanum to short-wavelength light, blue or purple monochromatic light were se-
lected as treatment light sources, and white light was used as the control for 7, 15, 30, 45, and 60 d. The total flavonoids content,
flavonoid-related enzymes activities, and physiological and biochemical indexes, such as photosynthetic pigments, anti-resistance en-
zymes activities, malondialdehyde (MDA), and primary metabolic solubility, of leaves were measured to investigate the spatial and
temporal responses of the flavonoid synthesis process and physiological and biochemical changes in T. hemsleyanum to short-
wavelength light conditions. The results showed that: 1) short-wavelength light treatments regulated the changes in photosynthetic
pigments contents; the control and blue light treatments increased photosynthetic pigments contents, but the purple light treatment sig-
nificantly inhibited this effect. 2) Continuous monochromatic short-wave light treatments put T. hemsleyanum under mild stress, and
the total flavonoids content was the highest with blue light treatment (137.75 mg?g?1 in leaves and 149.00 mg?g?1 in tubers). The
phenylalnine ammonialyase activities in leaves and tubers (96.50 U?g?1 FW, 109.47 U?g?1 FW) and chalcone isomerase activity in
leaves (65.17 U?g?1 FW) were highest under purple light treatment; while chalcone synthase activity in tubers was the highest with
blue light treatment (46.76 U?g?1 FW). In addition, photosynthetic pigments, resilience, and soluble substances differed in their re-
sponsiveness to short-wave light, and both blue and purple light promoted the accumulation of osmoregulatory substances compared
with white light. This study provided a theoretical basis and practical guidance for light regulation of T. hemsleyanum quality.
Keywords: Tetrastigma hemsleyanum; Blue light; Purple light; Total flavonoids; Key enzymes of flavonoid synthesis; Physiological
index
三叶青为葡萄科(Vitaceae)崖爬藤属(Tetrastigma)
植物, 学名三叶崖爬藤(Tetrastigma hemsleyanum Diels
et Gilg)[1], 含有多种黄酮类化合物, 具有抗肿瘤[2]、抗
炎[3]、退热[1]等作用, 被列为“新浙八味”, 具有“植物
抗生素” “抗癌神草”等美誉, 为民间珍稀中草药。三
叶青喜阴喜湿, 原生于林下荫蔽的环境中, 野生资源
逐渐稀少。近年来, 常在低产经济林或毛竹(Phyl-
lostachys edulis)林下套种三叶青, 既可以充分利用生
态资源, 发展林下经济; 同时对于发展绿色无公害药
用植物种植、促进生态农业可持续发展, 具有重要
意义。
蓝紫光是植物生长发育过程中重要的环境因子
之一, 除了为光合作用提供能量外, 还作为一种信号
因子, 调控生长发育或产生胁迫, 进而影响次生代谢。
其中, 黄酮类化合物合成受光质的较大影响。例如,
李小明等[4]研究发现红光、蓝光和黄光处理可以提
高淫羊藿(Epimedium brevicornu Maxim.)中类黄酮含
量; 蓝 光 能 调 控 茶 树[Camellia sinensis (L.) O.Ktze]
鲜叶在萎凋过程中儿茶素含量的变化, 其中6 h处理
是提高茶树鲜叶儿茶素类含量的最佳工艺[5]; 黄光、
蓝 光 和 红 光 能 提 高 黄 芪[Astragalus membranaceus
(Fisch.) Bunge]中的黄酮、皂苷、多糖含量等主要药
效成分以及单株经济产量[6]。关于蓝、紫光调控三
叶青生长特性及其生理响应机制的研究较少, 但是
光质对三叶青的相关研究逐渐增加, 例如, 程小燕
等[7]、韩敏琪等[8]、Bai等[9-10]探讨了多种光质对三
叶青生长、有效成分含量以及三叶青的响应机制等。
本文通过蓝、紫两种短波光光质及光周期处理
三叶青, 测定其黄酮含量、合成酶活性及相关生理
生化指标, 揭示三叶青对光质响应的时空差异和变
化规律, 可丰富三叶青品质调控的研究内容, 同时,
研究结果可为三叶青的提质栽培提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
选用近3年生块根膨大的三叶青实生苗为试验
材料, 经浙江农林大学周爱存博士鉴定为三叶崖爬
藤。试验处理及测定在省部共建亚热带森林培育国
家重点实验室进行。试验苗种植于浙江农林大学试
验基地(浙江临安, 30o15′30.39″N, 119o43′26.92″E);
盆栽(直径18 cm), 基质配比为泥炭、田园土、珍珠
岩、牛粪=4∶4∶4∶1, 每盆栽种1棵。
1.2 试验设计
缓苗两个月后, 选取生长健壮、无病虫害、苗
高及大小近似的三叶青30盆, 随机分为3组, 移入实
验室内由不透光黑布完全覆盖的3组置物架中, 分
别配置40 W的白光、紫光和蓝光3种LED灯(购于
南京华强电子有限公司), 距离苗20 cm, 光强范围为
1630~1660 Lx。照射时间为每天7:00 ?19:00, 每3 d
浇一次水, 浇水量一致。分别在处理后的7 d、15 d、
30 d、45 d和60 d取样。每个指标重复5次, 即测
定5株, 选择其中3株标准差最小的作为最终结果。
886 中国生态农业学 报 (中英文 )?2023 第 31 卷
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1.3 测定指标及方法
1.3.1 光合色素含量测定
将叶片洗净、擦干、去中脉、剪碎(下同), 称
取0.1 g, 加入5 mL的95 %乙醇, 震摇, 避光浸泡45 h
至 叶 片 发 白 。 采 用 紫 外 分 光 光 度 计(UNICO 3802
UV/VIS Spectrophotometer)测定波长663 nm、645 nm
和470 nm处的吸光度, 用95%乙醇作为对照。参考
Lichtenthaler[11]的方法计算。
1.3.2 保护酶活性和丙二醛含量测定
称取三叶青各处理组新鲜叶片0.5 g, 采用张志
良等[12]的方法, 用TU-1900双束紫外分光光度计测
定过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化
物歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量。
1.3.3 渗透调节物质含量测定
准确称取三叶青各处理组叶片和块根各0.5 g,
参考徐琳煜等[13]方法, 测定可溶性蛋白质和可溶性糖。
1.3.4 黄酮合成酶及总黄酮含量的测定
选用三叶青地下块根及叶片, 参照胡晓甜等[14]
的方法, 测定三叶青中苯丙氨酸解氨酶(PAL)、查尔
酮合成酶(CHS)和查尔酮异构酶(CHI)活性; 测定块
根及叶片中总黄酮含量。
1.4 数据分析
利用Excel 2010和SPSS 19软件对数据进行统
计分析, 运用单因素方差分析法(One-way ANOVA)
和最小显著性差异法(LSD)进行方差分析和多重比
较(α=0.01)。图和表中数据为平均值±标准差。
2 结果与分析
2.1 蓝光和紫光处理可调控光合色素含量变化
蓝光和紫光照射可使三叶青的光合色素含量和
比例发生变化。对比试验结果发现(图1A和1B), 随
着照射时间增加, 蓝光更有利于叶绿素a和叶绿素b
的积累, 并最终呈现了较为显著的差异; 随蓝光处理
时间增长, 叶绿素a含量呈现缓慢增长趋势。在处
理15 d后, 蓝光处理的叶绿素a含量显著高于紫光
处理, 45 d时, 蓝光处理的叶绿素a含量显著高于白
光和紫光处理。而叶绿素b对蓝光的响应呈现先下
降 后 上 升 的 趋 势, 在 照 射45 d时 达 到 峰 值[(0.10±
0.02) mg?g?1(FW)], 此时叶绿素b含量显著高于其他
两个处理。紫光照射与蓝光相反, 短时间照射促进
叶绿素含量显著升高, 之后呈现波动式下降, 也与对
照形成了较为显著的差异(图1C)。此外, 图1D显
示, 在短时间(7 d)紫光照射后, 胡萝卜素含量上升极
快[(1.97±0.06) mg?g?1(FW)], 显著高于其他处理, 为白
光和蓝光处理的9.37~13.70倍, 形成了一个极为显著
的峰值。随着紫光照射时间的延长, 胡萝卜素含量
显著下降。
2.2 蓝光和紫光可调控三叶青抗氧化保护酶及丙二
醛含量
图2A显示, 与白光处理组相比, 对三叶青进行
蓝光和紫光处理7 d后, CAT活性显著受到抑制。随
着光照时间增加, 各处理组的CAT活性均增加, 并
在45 d达峰值, 且与7 d的活性相比, 白光对照组、
蓝 光 组 和 紫 光 组 分 别 增 加 1.31 U?g?1(FW)、 1.64
U?g?1(FW)和1.48 U?g?1(FW)。这表明蓝光处理提高
CAT活性的效果更好。
图2B显示, 与白光处理组相比, POD活性显著
受到蓝光和紫光的抑制(除蓝光处理30 d)。在处理
30 d后, 蓝光处理POD活性显著增加并达到峰值
(1.17 U?g?1), 随照射时间延长, POD活性呈现显著下
降趋势。在处理15 d后, 紫光处理POD活性显著低
于其他处理。
图2C显 示, SOD活 性 对 蓝 光 和 紫 光 的 短 期
(7 d)响应与CAT一致, 均受到抑制, 显著低于白光
处理组。蓝光对SOD活性的影响趋势与POD一致,
均呈现先上升后下降的趋势, SOD活性在30 d达峰
值[83.21 U?g?1(FW)], 显著高于其他处理组。经紫光
照射15 d后, SOD活性显著增加且达到峰值[44.31
U?g?1(FW)], 随后呈现持续下降趋势。
图2D显示, 在30 d前, 白光对照处理的MDA
含量缓慢上升, 45 d开始大幅度下降, 比7 d时减少
1.20 nmol?g?1(FW)。蓝光和紫光处理的MDA含量变
化与前3种酶趋势大致呈负相关, 其含量先下降, 至
30 d时 降 至 最 低, 相 比7 d时 的 含 量 分 别 下 降
1.34 nmol?g?1(FW)和0.98 nmol?g?1(FW), 随后MDA含
量上升, 在60 d时比7 d时两处理分别增加1.83 mmol?g?1
(FW)和3.58 mmol?g?1(FW)。
2.3 三叶青可溶性物质含量变化对蓝光和紫光的响
应度有差异
图3A显示, 白光对三叶青叶片中的可溶性蛋白
含量影响不大。经过蓝光和紫光短时间(7 d)照射,
叶片中的可溶性蛋白得到迅速积累, 含量显著高于
白光处理, 为白光处理的2.08~2.63倍; 15 d后, 可溶
性蛋白含量随照射时间的延长呈持续降低的趋势。
图3B显示, 块根中的可溶性蛋白含量远高于叶
片, 且随照射时间的延长均呈现先升高后减少的趋
势; 在15 d时, 蓝光组块根中的可溶性蛋白含量显著
低于其他处理组, 紫光组块根中的可溶性蛋白含量
第 6 期 刘守赞等 : 蓝 、 紫单色光处理对三叶青生理及总黄酮含量时空变化的影响 887
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显著高于白光和蓝光处理组。
图3C显示, 经过60 d的处理, 蓝光处理叶片可
溶性糖含量始终显著高于白光对照处理。经白光照
射45 d, 叶片可溶性糖含量达峰值(0.06 mg?g?1), 与
7 d的含量(0.04 mg?g?1)相比显著增加48%; 经蓝光
照射30 d, 可溶性糖含量达峰值(0.16 mg?g?1), 与7 d
的含量相比显著增加180%; 经紫光短期(7 d)照射
后, 可溶性糖迅速积累, 含量显著高于白光处理, 为
白光处理的4.34倍, 随照射时间延长, 其含量显著下降。
图3D显示, 块根中的可溶性糖含量远高于叶片。
经过60 d的处理, 蓝光和紫光组块根中的可溶性糖
含量始终显著高于白光处理组。随处理时间的延长,
可溶性糖的含量均呈现先上升后下降的趋势, 且在
30 d达峰值。
2.4 蓝光和紫光调控黄酮合成酶活性并影响总黄酮
含量
2.4.1 三叶青黄酮合成酶活性对蓝光和紫光处理的
响应
PAL、CHS和CHI是植物苯丙烷类代谢途径中
的关键酶, 其活性与黄酮类化合物变化密切相关。
图4A显示, 在叶片中, 经白光照射后, PAL活性最高
值为76.69 U?g?1(FW) (45 d), 比7 d仅提高8%; 经蓝
光照射后, PAL活性受到持续抑制, 照射60 d, PAL
活性相比于7 d减少24%, 且该处理活性始终显著低
于白光处理; 经紫光照射后, PAL活性呈现先上升后
下降的趋势, 在15 d达峰值[96.50 U?g?1(FW)], 与7 d
相比增加约61%, 此时PAL活性显著高于白光和蓝
光处理, 在45 d之后与白光处理无显著差异。
图4B显示, 在块根中, 经白光处理后, PAL活性
总体呈上升趋势, 于30 d后快速上升, 45 d时达峰值,
是7 d的1.64倍; PAL酶活性对蓝光和紫光处理的
响应一致, 均呈现先上升后下降的趋势, 于15 d达峰
值, 为7 d的2.96~3.01倍, 此时PAL活性显著高于白
光处理, 在45 d和60 d, PAL活性则显著低于白光处理。
图4C和4D显示, 叶片和块根中的CHS活性对
白光、蓝光和紫光的响应一致, 均呈先上升后下降
趋势, 在30 d达峰值, 为7 d的1.48~1.59倍。叶片
中, 蓝光处理的CHS活性在45 d和60 d时显著低于
白光处理; 紫光处理的CHS活性在30 d时显著低于
白光和蓝光处理, 在45 d和60 d时与白光处理无显
著差异。块根中, 蓝光和紫光处理的CHS活性在30 d
时显著高于白光处理。
A1.2
1.0
0.8 a
b
a
a a
b
a
a
b
b
a
b a
a
b
叶绿素
a
0.6
0.4
0.2
0
C
a
b
a
a a
b
a
a
b
b
a
b
a
b
a
1.2
1.0
0.8
叶绿素
a+b
0.6
0.4
0.2
0
B
b
a a
a
b
c
a
b
ab b b
a
b
a
c
0.15
0.12
0.09
叶绿素
b
0.06
0.03
0
D
b b
a
a a a
a a
b
a a a a
b a
2.0
0.4
0.2
0
2.2
胡萝卜素
7 15 30 45 60 7 15 30 45 60
处理时间 Treatment time (d)
白光 White light 蓝光 Blue light 紫光 Purple light
Chlorophyll a [mg?g
?1
(FW)]
Chlorophyll b [mg?g
?1
(FW)]
Chlorophyll a+b [mg?g
?1
(FW)]
Carotene [mg?g
?1
(FW)]
图 1 蓝光和紫光对三叶青光合色素的影响
Fig. 1 Effects of blue and purple light on pigment contents of Tetrastigma hemsleyanum
不同小写字母表示同一处理时间不同处理间P<0.05水平差异显著。Different lowercase letters indicate significant differences among treatments in
the same time at P<0.05 level.
888 中国生态农业学 报 (中英文 )?2023 第 31 卷
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由图4E和4F可知, 叶片和块根中的CHI活性
与CHS活性变化趋势一致, 均表现为先上升后下降
趋势。叶片中, 蓝光处理的CHI活性在45 d显著低
于白光处理; 紫光处理的CHI活性在15 d显著低于
白光处理, 随着处理时间的延长, 活性逐渐与白光处
理趋于一致。块根中, 蓝光和紫光处理的CHI活性
在30 d和45 d显著低于白光处理。
2.4.2 三叶青叶片和块根中总黄酮含量对蓝光和紫
光处理的响应
图5A显示, 在叶片中, 经白光处理后总黄酮含
量在各时间段均有增加, 但是增幅较小, 与7 d相比
仅提高4%~18%; 总黄酮对蓝光的响应总体呈现上升
趋势, 前期(7 d)处理下总黄酮含量显著低于白光和
紫光处理, 在45 d时达最大值, 与7 d相比显著提高
165%, 且显著高于白光和紫光处理; 而紫光对叶片中
总黄酮的增长作用仅体现在7 d时, 此时总黄酮含量
显著高于白光和蓝光处理。
图5B结果显示, 在块根中, 总黄酮对白光、蓝
光和紫光的响应趋势相近, 呈现先升高后降低的趋
势。蓝光对三叶青块根中的总黄酮的促进作用比紫
光处理更持久, 在7 d和15 d时, 蓝光和紫光处理总
黄酮含量显著高于白光处理; 在30 d时, 总黄酮含量
则表现蓝光处理>白光处理>紫光处理。白光、蓝光
和紫光处理分别在45 d、30 d和15 d时总黄酮含量
达峰值, 比7 d分别显著增加94%、56%和22%, 且
蓝光处理总黄酮含量最大积累量显著高于其他处理
最大积累量。
3 讨论
三叶青喜阴, 生长于林下, 对光条件(光照强度、
光质组成、光照时长)的变化较为敏感。尤其是光
质, 会对三叶青产生两方面影响: 一方面, 影响三叶
青光合作用[8]、碳氮代谢[15]、生长发育和产量; 另一
方面, 调控三叶青的次生代谢[7]及相关酶活性, 进而
影响品质。本研究中, 黄酮类化合物的合成和相关
酶活性受光的影响十分显著, 当蓝光处理15 d和30 d
时, 块根中的PAL酶和CHS酶活性显著提升, 同时
总黄酮含量显著高于白光和紫光处理。分析认为
PAL和CHS酶活性的提高促进了黄酮合成途径中
的前体物质转化成黄酮化合物, 显示出了较强的相
过氧化氢酶活性 Catalase activity [U?g
?1
(FW)]
过氧化物酶活性 Peroxidase activity [U?g
?1
(FW)]
超氧化物歧化酶活性 Superoxide dismutase
Malondialdehyde
A B
C D
2.5
2.0
1.5
a b
c b b a
b
a
ab
b
a
b
a
a
a
a
aaa
b
a
a
ac
b
a
a
abb
a
b
c a a
b
a
c
c bb
a
c
b
a
c b
a
b
c
a
c
a
a
b
c
a
b
c
bb
1.5
1.2
0.9
0.6
0.3
0
1.0
0.5
0
100
80
6.0
4.8
3.6
2.4
1.2
0
60
40
20
0
处理时间 Treatment time (d)
白光 White light 蓝光 Blue light 紫光 Purple light
7 15 30 45 60 7 15 30 45 60
content [nmol?g
?1
(FW)]
丙二醛含量
activity [U?g
?1
(FW)]
图 2 蓝光和紫光对三叶青叶片保护酶活性和丙二醛含量的影响
Fig. 2 Effects of blue and purple light on the activities of protective enzymes and malondialdehyde content in leaves of Tetrastigma
hemsleyanum
不同小写字母表示在P<0.05水平差异显著。Different lowercase letters indicate significant differences at P<0.05 level.
第 6 期 刘守赞等 : 蓝 、 紫单色光处理对三叶青生理及总黄酮含量时空变化的影响 889
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关性。大量研究[16-18]佐证了此结果, 例如, Liu等[19]
发现蓝光能够促进青钱柳[Cyclocarya paliurus (Batalin)
Iljinsk.]特 定 类 黄 酮 成 分 含 量 的 提 高, 且 与CHS、
PAL活 性 存 在 显 著 正 相 关; 在 拟 南 芥[Arabidopsis
thaliana (L.) Heynh.]研 究 中 发 现[20], 蓝 光 可 以 诱 导
CHS和PAL的mRNA的积累并增加酶活力, 促进类
黄酮类物质的积累。另外, 经紫光处理后, 块根中的
总黄酮含量显著低于白光和紫光处理, CHI酶活性表
现出相同的趋势, 由此推断, 紫光处理可能抑制了
CHI酶活性, 影响黄酮的合成并导致含量降低。以上
结果表明, 不同波长的光启动了不同光感受器的信
号级联[21], 影响了各类酶活性, 最终导致三叶青黄酮
含量各异。
在光质调控三叶青的过程中, 光合色素的含量
可间接影响黄酮化合物的合成和积累。叶绿素含量
随着蓝光照射不断积累(照射45 d的叶绿素a、照
射45 d和60 d的叶绿素b均显著高于白光和紫光处
理), 与汪星星等[22]研究结果相似, 即在蓝光处理后
期, 杉 木[Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.]林
幼苗中的叶绿素a含量显著增加; 代艾林等[23]研究
发现蓝光能显著提高朝鲜淫羊藿(Epimedium korean-
um Nakai)中的叶绿素b含量。同时, 叶绿素含量变
化趋势与叶片中总黄酮含量变化的趋势相似, 分析
认为叶绿素在植物中担当光能捕获和传递等的重要
角色[24], 参与光合作用, 影响黄酮合成途径前期的糖
酵解途径[25], 最终影响黄酮化合物的合成。蓝光和紫
光持续照射后, 叶绿素a/b均呈现先上升后下降的趋
势, 反映了三叶青叶片对光抑制具有一定的抗性[26],
但超过阈值则应对光抑制的抗性变弱。此外, 陈家
琛等[27]利用蓝光处理杉木幼苗发现类胡萝卜素无明
显变化, 卢素萍等[28]对烤烟(Nicotiana tabacum L.)持
续紫光处理42 d后类胡萝卜素含量逐渐降低, 均与
本研究结果相似, 显示了不同波段的光对类胡萝卜
素的作用也是有差异的。
本研究显示, 可溶性蛋白与黄酮类化合物的合
成有正相关。短期(7 d)紫光照射促进了三叶青可溶
性蛋白的积累, 这与短期(4 d)紫光处理增加绿辣椒
可溶蛋白含量的结果相近似[29]; 同时, 可溶性蛋白变
化趋势与叶片中总黄酮含量一致, 显示了较强的正
相关性, 分析认为应该是次生代谢重要的前体物质[30]。
同时, 紫光处理对三叶青叶片中可溶性蛋白的促进
作用显著高于蓝光。研究表明, 紫光的光量子能较
BA
3.5 6.0
4.8
3.6
2.4
1.2
0
2.8
2.1
1.4
0.7
0.25 0.45
0.36
0.27
0.18
0.09
0
0.20
0.15
0.10
0.05
0
b
b b a c
c
a
a
b a
a
a
a
a a
a
a
aab
a
bbb
a
a
b
c b
c
a b
c
a
a a
a aa
a
a aa
a a
a
a a
aa
b
b
b
b b
b
c
c
bb
0
DC
处理时间 Treatment time (d)
Soluble protein of leaf
(mg?g
?1
)
Soluble sugar of leaf
(mg?g
?1
)
块根可溶性蛋白质
Soluble protei
n of root tuber
(mg?g
?1
)
Soluble sugar of root tuber
(mg?g
?1
)
白光 White light 蓝光 Blue light 紫光 Purple light
7 15 30 45 60 7 15 30 45 60
叶片可溶性蛋白质
叶片可溶性糖 块根可溶性糖
图 3 蓝光和紫光处理对三叶青渗透调节物质的影响
Fig. 3 Effects of blue and purple light treatments on osmotic adjustment substances of Tetrastigma hemsleyanum
不同小写字母表示在P<0.05水平差异显著。Different lowercase letters indicate significant differences at P<0.05 level.
890 中国生态农业学 报 (中英文 )?2023 第 31 卷
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白光 White light 蓝光 Blue light 紫光 Purple light
A B
C D
E F
120
100
a
a
a a
a
ab
b b
abc
a
aa
a
aa
a
aa
a
a
a
a
a
aa
a
aa
a
a
b
b
aa
b
aaa
a a
b
ab
b
a
b a
aa
a
a
aa
a
a
aa
a aab
b
b
b
b
c
aa
a
a
a
b
a
a a
b b
a
a
b
b
b
b
bb
c
c
c
b b
80
60
40
20
150
120
90
60
30
0
60
48
36
24
12
0
50
40
30
20
10
0
80
64
48
32
16
0
80
64
48
32
16
0
处理时间 Treatment time (d)
块根苯丙氨酸酶
块根查尔酮合成酶
块根查尔酮异构酶
7 15 30 45 60 7 15 30 45 60
叶片苯丙氨酸酶
PAL of leaf [U?g
?1
(FW)]
叶片查尔酮合成酶
CHS of leaf [U?g
?1
(FW)]
叶片查尔酮异构酶
CHI of leaf [U?g
?1
(FW)]
PAL of root tuber [U?g
?1
(FW)]
CHS of root tuber [U?g
?1
(FW)]
CHI of root tuber [U?g
?1
(FW)]
图 4 蓝光和紫光对三叶青黄酮合成酶活性的影响
Fig. 4 Effects of blue and purple light treatments on activities of flavonoids synthases of Tetrastigma hemsleyanum
不同小写字母表示在P<0.05水平差异显著。Different lowercase letters indicate significant differences at P<0.05 level. PAL: phenylalaninase activity;
CHS: Charles ketone synthetase activity; CHI: Charles ketone isomerase activity.
白光 White light 蓝光 Blue light 紫光 Purple light
BA
188
144
108 b
c
a
a a
b
a
a b
a
c b
a
c
c
a
b
c
a
b
b
a
c
a
b
c
a a
bb72
36
0
188
144
108
72
36
0
7 15 30 45 60 7 15 30 45 60
处理时间 Treatment time (d)
Total flavo
noids content
in leaf (mg?g
?1
)
块根总黄酮含量
Total flavonoids
content
in
root tuber (mg?g
?1
)
叶片总黄酮含量
图 5 蓝光和紫光对三叶青总黄酮含量的影响
Fig. 5 Effects of blue and purple light treatments on contents of total flavonoids of Tetrastigma hemsleyanum
不同小写字母表示在P<0.05水平差异显著。Different lowercase letters indicate significant differences at P<0.05 level.
第 6 期 刘守赞等 : 蓝 、 紫单色光处理对三叶青生理及总黄酮含量时空变化的影响 891
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高, 为蛋白质的合成提供了能量[31], 因此, 短期内影响
显著, 但是, 当光照时长和强度超出阈值时, 则显示
较强的抑制作用。可溶性糖是初生代谢的重要产
物[21,32], 在各种生理功能中担负重要作用, 常常参与
渗透调节, 提高细胞保水能力, 保障细胞正常生理功
能。本研究发现, 蓝光和紫光照射后, 块根中的可溶
性糖含量均高于对照, 与刘鑫等[33]和李慧敏等[34]的
研究结果一致; 长时间处理后, 除了蓝光处理的叶片
中黄酮含量显著高于对照之外, 其余处理均明显下
降, 并未与可溶性糖呈现显著的相关性, 分析认为可
能与黄酮类化合物在药用植物中起到光保护和抗氧
化作用有关[35], 具体机制有待深入研究。
当三叶青处于逆境时, 抗氧化酶系统可有效清
除活性氧和自由基, 起到较强的保护作用[36]。30 d
和45 d时, 蓝光处理组的CAT、POD、SOD酶活性
较高, MDA含量较低, 说明3种酶的共同保护降低
了胁迫伤害; 60 d时, 保护酶活性普遍下降, MDA含
量则迅速升高, 此结果与孟畅等[37]的研究结果一致。
紫光的较强能量致使POD酶在7 d时即下降并持续
无变化, 与吴娇等[29]的研究结果一致, 显示出酶钝化
的现象; 其他酶活性在15 d和30 d时较活跃, 随后活
性逐渐降低, MDA含量在相对应的峰值时间呈现了
最低值, 在60 d时快速升高, 显示出保护酶系统的协
同作用。综合以上结果认为, 60 d左右的蓝光和紫
光照射已经对三叶青构成了单光胁迫, 产生大量的
过氧化物, 不利于黄酮类化合物的合成和积累。
4 结论
蓝光和紫光处理均不同程度地影响了三叶青的
生理特性和总黄酮含量。适宜的照射时长(蓝光
30~45 d, 紫光7 d左右)有利于提高三叶青总黄酮的
含量, 增加光合色素含量, 提升抗氧化酶活性, 降低
丙二醛含量。本研究结果丰富了光质调控药用植物
的研究, 有利于促进三叶青块根的生长, 提升其药材
品质。
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