全 文 ：LED光质对紫背天葵挥发油和酚类成分积累的影响
任 锦1，郭双生2，1，沈韫赜2
( 1． 西北工业大学 生命学院，陕西 西安 710072;
2． 中国航天员科研训练中心，人因工程重点实验室，北京 100094)
摘要:为了探索促进紫背天葵在受控环境中更好地积累生物活性成分的有效光质条件，采用 3
种 LED光源( Ｒ60B30G10 /60%红光 + 30%蓝光 + 10%绿光，Ｒ70B20G10 /70%红光 + 20%蓝
光 + 10%绿光，Ｒ60B20G20 /60%红光 + 20%蓝光 + 20%绿光) 研究了光质条件对紫背天葵次
级代谢物( 挥发油和酚类) 的影响。结果表明:与 Ｒ70B20G10 光质相比，Ｒ60B20G20 光质显著
增加了萜烯类物质( α，β-石竹烯) 的积累，降低了醛类成分( 绿叶挥发物) 在香气物质中的比
例，而 Ｒ60B30G10 与此结果相反;与其它光质相比，Ｒ60B30G10 光质增加了总花色苷和总黄
酮的含量，而在 Ｒ70B20G10 和 Ｒ60B2OG20 光质条件下这些物质的含量没有显著差异;与其它
光质相比，Ｒ70B20G10 光质增加了 β-胡萝卜素积累和植物叶片提取物的抗氧化活性( DPPH) ，
而 Ｒ60B20G20 光质则显著降低了 β-胡萝卜素的含量。因此，Ｒ70B20G10 为适合于紫背天葵
积累更多有用次级代谢产物及提高其营养和药用价值的光质条件。
关键词: LED光质;紫背天葵;萜烯类;酚类
中图分类号: V524． 2 文献标识码: A 文章编号: 1674-5825( 2014) 04-0386-07
Effects of LED Light Quality on the Accumulation of Essential
Oils and Phenols in Gynura Bicolor DC
ＲEN Jin1，GUO Shuangsheng2，1，SHEN Yunze2
( 1． Faculty of Life Sciences，Northwestern Polytechnical University，Shaanxi Xi’an 710072，China;
2． National Key Laboratory of Human Factors Engineering，China Astronaut Ｒesearch and
Training Center，Beijing 100094，China)
Abstract: To explore the efficient illuminant for Gynura bicolor DC to produce more bioactive com-
pounds under controlled environments，three LED illuminants of Ｒ60B30G10 ( 60% Ｒed lights +
30%Blue lights + 10%Green lights) ，Ｒ70B20G10 / ( 70% Ｒed lights + 20% Blue lights + 10%
Green lights) and Ｒ60B20G20( 60% Ｒed lights + 20% Blue lights + 20% Green lights) were
applied to investigate the effects of light quality on the accumulation of secondary metabolites ( es-
sential oils and phenols) ． Ｒesults showed that Ｒ60B20G20 light treatment significantly increased
the accumulation of terpenes ( α，β-caryophyllene) and reduced the proportion of aldehydes ( green
leaf volatiles) in total volatiles，but such trend conversed in Ｒ60B30G10 light group． The contents
of total anthocyanins and flavonoids were promoted in Ｒ60B30G10 light treatment as compared with
other light groups，and there were no difference between Ｒ70B20G10 and Ｒ60B2OG20 light condi-
tions． In comparison to other light conditions，Ｒ70B20G10 light group enhanced the accumulation of
β-carotene and antioxidative capacity ( DPPH assay ) of leaf extract，whereas Ｒ60B20G20 light
group evidently decreased the accumulation of β-carotene． Therefore，artificial LED lighting of
Ｒ70B20G10 was a suitable condition for Gynura bicolor DC to produce more beneficial secondary
metabolites and improve nutritional and medicinal value under controlled environment．
Key words: LED light quality; Gynura Bicolor DC． ; terpenes; phenols
收稿日期: 2014-04-0; 修回日期: 2014-06-20
基金项目: 人因工程重点实验室自主研究基金( HF11ZZB06)
作者简介: 任锦( 1986-) ，女，博士研究生，研究方向为受控生态生保系统。Email: yanjiushengrj@ 126． com
第 20 卷 第 4 期
2014 年 7 月
载 人 航 天
Manned Spaceflight
Vol． 20 No． 4
Jul． 2014
DOI:10.16329/j.cnki.zrht.2014.04.006
1 引言
长期载人航天飞行任务和月球、火星等地外
星球定居与开发需要建立受控生态生保系统
( controlled ecological life support system，CELSS) ，
航天员食用该系统中富含抗氧化剂的新鲜蔬菜可
有效提高抗空间辐射的能力［1］。紫背天葵，是一
种具有较高营养及药用价值的沙拉型蔬菜，可成
为适合于 CELSS 种植的一种富含抗氧化剂的可
食用植物。目前的研究表明紫背天葵比其它蔬菜
和常用的可食用抗氧化剂具有更高的抗氧化活
性［2］。紫背天葵中较多次级代谢类活性成分在
其中起到非常重要的作用，比如酚类［3］和萜烯类
挥发油［4］等。因此，提高植物中这些有益活性成
分是很必要的。光质是影响这些物质积累的重要
因子。LED灯由于其具有体积小，波长可精确控
制、低热辐射性和寿命长等优势，目前已经成为
CELSS中的首选光源［5］。目前研究表明蓝色 LED
光质比例增加可促进樱桃番茄果实中番茄红素和
类黄酮的形成［6］。红蓝 LED 光质对豌豆苗抗氧化
活性研究表明较多红光有利于 β-胡萝卜素的积
累［7］。而绿色 LED光质可能会通过影响植物叶片
上香茅簇腺体的数量来增加或减少可挥发性物质
的积累［8］。这些结果都表明通过优化光质条件可
以提高植物中有益生物活性成分的含量。在前期
的工作中，我们侧重研究了高 CO2 浓度对紫背天葵
酚类及其抗氧化能力的影响［9］。而本文将深入研
究红蓝绿 LED复合光质对紫背天葵酚类和萜烯类
挥发油积累的影响。因此，本文旨在受控环境下筛
选能使紫背天葵积累较多有益生物活性成分的有
效光质条件，实验结果可为航天员提供营养丰富可
食的新鲜蔬菜，也可为太空农场的建立提供理论依
据，甚至在民用蔬菜生产中获得推广。
2 材料与方法
2. 1 植物材料及生长条件
光照系统:包括三种光源———红色 LED( 1 W，
625 ～630 nm) ，蓝色 LED( 1 W，460 ～ 463 nm) ，绿
色 LED( 1 W，524 ～ 527 nm) 。本实验中的光照处
理设置为: Ｒ60B30G10 ( 60% 红光 + 30% 蓝光 +
10%绿光) ，Ｒ70B20G10 ( 70%红光 + 20%蓝光 +
10%绿光) 和 Ｒ60B20G20( 60%红光 + 20%蓝光 +
20%绿光) 。所有的光质模块区都置于一个受控环
境舱中［11］，使植物处于同样的环境条件下，各处理
间用非反射板相隔以避免光质污染。各光质处理
的具体光合有效辐射强度见表 1。
本实验在一个受控环境试验舱［10］中进行。
紫背天葵扦插幼苗( 江苏省宿迁美利红枫园林有
限公司) 生长于一种大小为 15 cm( 高) × 17 cm
( 上部直径) × 12 cm( 底部直径) 的圆形塑料盆
中，盆中装有多孔陶瓷颗粒和珍珠岩混合基质
( 1∶ 2) ，每隔一天浇灌新鲜的营养液( 日本园试茼
蒿配方，电导率为 2 ～ 2. 5 ms·cm －1，PH 值为 6. 3
～ 6. 4) 以确保足够的营养和水分供应。每盆中
定植一棵健壮的幼苗，花盆在生长区内随机放置，
每个生长区放置 12 盆植物，每个处理设置 3 个重
复生长区。幼苗在定值后先在弱光下放置 3 天以
适应新的环境和培养条件，然后转移至不同的光
质处理区，光合有效辐射强度为 250 ± 5 μmol·
m －2·s － 1 ( 植物冠层上方 20 cm 处，并随着植物的
生长做调整) ，光周期为 16 /8 h 光 /暗。在每个光
质模块区内，花盆每隔一天随机移动位置以避免
任何位置效应。舱内空气相对湿度和温度分别保
持在 60% ±5% 和 24℃ /19℃ ±1℃ ( 昼 /夜) 范围
内。生长周期 30 天。舱内风速大约为 0. 8 m·
s － 1。所有这些环境参数通过集成控制和监测数
据管理系统软件( LabVIEW，USA) 监控。除了光
质外，每个实验的其它环境条件和植物培养方式
都保持一致。
植物叶片于第 30 天收获，新鲜的叶片液氮立
即速冻后于冻干机 48 h完全冻干，以避免由于相
关酶活性的变化产生的生物化学方面的改变。冻
干的样品密封存于 － 20℃直至进行分析。
2. 2 挥发油的分析及测定
挥发油的顶空固相微萃取 ( 定性分析) 和溶
剂萃取 ( 定量分析 ) 程序及气相色谱-质谱分析
( GC-MS) 条件参照 Ｒen 等( 2014b) ［11］。
鉴定组分的相对百分比从 GC ( FID) 峰面积
的平均值获得。半定量数据通过内标法计算，
FID响应因子使用内标和被分析成分的有效碳数
进行理论计算，这是基于 FID 响应因子与化合物
的有效碳数之间的正相关性。而 α，-β-石竹烯的
定量计算采用外标法，α，-β-石竹烯标品购买于
ChromaDex。
783第 4 期 任 锦，等． LED光质对紫背天葵挥发油和酚类成分积累的影响
表 1 红蓝绿复合 LED光质组的光合有效辐射( PAＲ)强度( μmol m －2 s －1 ) 和红蓝绿光在总 PAＲ中占的比例
Table 1 Summary of the photosynthetic active radiation ( PAＲ) intensity ( μmol m －2 s －1 ) tested for the red-blue-
green lighting treatments
光质 总 PAＲ 红( 625 ～ 630 nm) 蓝( 460 ～ 463 nm) 绿( 524 ～ 527 nm)
Ｒ60B30G10 252. 1 ± 3. 2 195. 4 ± 2. 9 ( 77. 4% ) 38. 5 ± 0. 5 ( 15. 3% ) 18. 3 ± 0. 3 ( 7. 2% )
Ｒ70B20G10 255. 5 ± 1. 3 209. 1 ± 0. 1 ( 81. 8% ) 26. 1 ± 1. 1 ( 10. 2% ) 18. 7 ± 0. 1 ( 7. 3% )
Ｒ60B20G20 253. 8 ± 1. 2 192. 1 ± 2. 4 ( 75. 7% ) 27. 1 ± 1. 4 ( 10. 7% ) 36. 3 ± 2. 3 ( 14. 3% )
Note: The value in parenthess repressents the percentage over total PAＲ．
化合物鉴定 检测到的化合物的线性保留指
数( ＲIs) 使用 n-烷烃类( C6-C30 ) 作为标准品计算。
挥发油组分的鉴定通过与相关文献、商业化数据
库( NIST08． L) 和一些已经出版的质谱比较它们
的 ＲIs和质谱( DB-5MS柱) 。
2. 3 酚类及其抗氧化活性测定
总花色苷，黄酮及总酚酸含量的测定参照
Ｒen 等( 2014a) ［9］。抗氧化活性通过自由基清除
活性 ( DPPH ) 分析法测定，方法参照 Ozgen
( 2006) ［12］。Vc 被用作标准品绘制标准曲线，抗
氧化能力表示为每 100 g 植物干样中相当于 Vc
的毫克数。每样做三个重复。
2. 4 β-胡萝卜素测定
β-胡萝卜素的测定参照国标 GB /T5009. 83-
2003。
2. 5 统计分析
所有数据采用 SAS9. 2( SAS Inc．，Cary，NC)
统计软件 ANOVA 程序进行方差分析，并对不同
处理的平均值进行多重比较 ( Duncan，P =
0. 05) ，以 P ＜ 0. 05 和 P ＜ 0. 01 作为统计学显著
和极显著意义。
3． 结果与讨论
3. 1 挥发性成分的定性分析
本文采用顶空固相微萃取气质联用分析
( HS-SPME-GC-MS) 生长于不同 LED 光质条件下
紫背天葵叶子中的挥发油成分( 表 2) ，共鉴定出
28 种化合物。不同光质条件下挥发性物质的组
成基本相似，其中己醛、2-己烯醛、( E，E) -2，4-己
二烯醛、α，β-石竹烯和双环吉马烯是主要组分。
这与其它的研究结果有所不同［4］，比如并未检测
到大量的 α-蒎烯，但是本研究中却检测到大量的
绿叶挥发物成分( C6 醛) 及较多的抗氧化剂丁羟
甲苯，这可能是由于分析方法不同，植物的基因型
及生长的环境不一样造成的。C6 醛属于低沸点
高挥发性成分，而固相微萃取法能够尽可能减少
萃取过程中高挥发性成分的损失，可以较为真实
地反映植物叶片中的香气组成。
不同光质条件下，Ｒ60B20G20 光质组的己
醛、己烯醛和( E，E) -2，4-己二烯醛百分含量明显
低于 Ｒ60B30G10 和 Ｒ70B20G10 光质组。而 α，
β-石竹烯和双环吉马烯的百分含量显著高于
Ｒ60B30G10 和 Ｒ70B20G10 光质组( 表 2) 。这与
图 1 中不同光质条件下醛类和萜烯类占总挥发油
的比例变化相一致。Ｒ60B30G10 和 Ｒ70B20G10
光质组醛类和萜烯类占总挥发油的比例没有显著
性差异。结果说明，绿光从 10%升到 20%显著增
加了萜烯类物质的比例，而减少了醛类物质的百
分含量。而当绿光为 10%时，红蓝光比例的变化
并没有显著影响到萜烯类和醛类物质的组成变
化。即较多的绿光明显影响了植物挥发性物质的
组成。醛类比例随着绿光比例
增加而降低是可能由于萜烯类挥发性油实际
含量增加导致的，也可能是实际含量降低导致的。
醛类成分，这里主要是 C6 和 C9 醛，也称绿
叶挥发物，由于它的新鲜绿色气味被广泛用于食
物香料。这些短链醛类由植物体内的亚油酸和亚
麻酸经一系列酶促反应快速形成，在伤口愈合和
抗虫性方面起到重要作用［13］。其一方面是植物
防御反应的信号分子，另一方面它是吸引传粉者
和天敌的重要信号分子。由于光质比例变化会明
显影响紫背天葵叶片的香气组成变化，特别是绿
光的加入，减少了那些易挥发性香气成分的积累，
这可能会对将来的受控生态系统产生一定的
影响。
883 载 人 航 天 第 20 卷
表 2 紫背天葵叶片中的挥发性成分组成及它们在不同光质下的百分含量(%)变化
Table 2 Composition of volatiles ( HS-SPME) identified from G． bicolor leaves and their proportion (%) changes un-
der different LED light qualities
序号 化合物 保留指数
光质
Ｒ60B30G10 Ｒ70B20G10 Ｒ60B20G20
1 Hexanal /己醛 788 14. 76 ± 3. 51A 9. 89 ± 6. 90B 8. 28 ± 1. 71C
2 2-Hexenal /2-己烯醛 848 34. 65 ± 3. 34A 36. 37 ± 4. 28A 20. 28 ± 2. 42B
3 ( E，E) -2，4-Hexadienal / ( E，E) -2，4-己二烯醛 911 6. 01 ± 0. 06B 7. 53 ± 0. 37A 2. 28 ± 0. 65C
4 α-Pinene /α-蒎烯 926( 933a ) 0. 23 ± 0. 05A 0. 28 ± 0. 07A 0. 35 ± 0. 15A
5 Benzaldehyde /苯甲醛 959 － 5. 79 ± 2. 51 2. 97 ± 0. 15
6 ( E，E) -2，4-Heptadienal / ( E，E) -2，4-庚二烯醛 993 2. 58 ± 0. 28A 2. 20 ± 0. 43A 2. 09 ± 0. 46A
7 Methyl salicylate /水杨酸甲酯 1188 0. 69 ± 0. 03B 2. 91 ± 0. 95A 0. 34 ± 0. 21C
8 γ-Pyronene /γ-焦烯 1326 1. 00 ± 0. 01B 0. 84 ± 0. 19B 1. 96 ± 0. 38A
9 α-Cubebene /α-筚澄茄油烯 1341 0. 58 ± 0. 04A 0. 40 ± 0. 06B 0. 56 ± 0. 11A
10 Copaene /古巴烯 1370( 1371) 2. 53 ± 0. 43B 2. 01 ± 0. 34B 4. 53 ± 0. 49A
11 β-Elemene /β-榄香烯 1384( 1385) 1. 11 ± 0. 02B 0. 81 ± 0. 01C 1. 28 ± 0. 04 A
12 Caryophyllene /石竹烯 1399 0. 65 ± 0. 25 0. 47 ± 0. 07 －
13 β-Caryophyllene /β-石竹烯 1414( 1414) 9. 68 ± 1. 34B 9. 64 ± 1. 54B 20. 40 ± 1. 59A
14 Aromadendrene /香橙烯 1433 2. 94 ± 0. 99A 2. 53 ± 0. 90A 3. 38 ± 1. 66A
15 Dimethyl phthalate /邻苯二甲酸二甲酯 1441 1. 24 ± 0. 49A 1. 54 ± 0. 24A 1. 22 ± 0. 14A
16 α-Caryophyllene /α-石竹烯 1450( 1449) 6. 64 ± 1. 06B 6. 06 ± 0. 67B 11. 49 ± 1. 12A
17 Alloaromadendrene /别香树烯 1454 0. 78 ± 0. 10 － 0. 82 ± 0. 29
18 γ-Muurolene /γ-依兰油烯 1469( 1469) 0. 67 ± 0. 12B 0. 75 ± 0. 27B 1. 41 ± 0. 05A
19 β-Ionene /β-紫罗烯 1472 0. 53 ± 0. 11A 0. 51 ± 0. 01A 0. 39 ± 0. 12A
20 Ledene /喇叭茶烯 1485 1. 62 ± 0. 89A 1. 70 ± 0. 36A 2. 55 ± 1. 18A
21 Bicyclogermacrene /双环吉马烯 1489( 1492) 2. 57 ± 0. 65B 1. 90 ± 0. 01C 4. 95 ± 2. 22A
22 Butylated Hydroxytoluene /丁羟甲苯 1496 2. 84 ± 0. 13B 3. 59 ± 0. 37A 2. 50 ± 0. 01C
23 α-amorphene /α-紫穗槐烯 1507 0. 55 ± 0. 13A 0. 57 ± 0. 01A 0. 66 ± 0. 08A
24 δ-Cadinene /δ-杜松烯 1511( 1512) 1. 86 ± 0. 16B 1. 60 ± 0. 23B 3. 37 ± 0. 27A
25 Calamenene /去氢白菖烯 1515 0. 73 ± 0. 27A 0. 69 ± 0. 32A 1. 00 ± 0. 36A
26 α-Murulene / ( 未查到中文名称) 1530 0. 20 ± 0. 03A 0. 21 ± 0. 08A 0. 25 ± 0. 07A
27 α-Calacorene /α-去二氢菖蒲烯 1535 0. 19 ± 0. 01 － 0. 39 ± 0. 12
28 Espatulenol /匙叶桉油烯醇 1571 0. 43 ± 0. 07C 0. 52 ± 0. 01B 0. 58 ± 0. 02A
注:表中数据为 3 个重复的平均值。不同光质条件下，同一行中的同种大写字母表示在 P ＜ 0. 05 水平上没有显著性差异;
a文献中的保留指数。
图 1 不同光质条件紫背天葵叶片中不同类挥发
性物质的百分比(%)变化
Fig． 1 Proportion (%) of volatile compounds
classes in essential oils from G． bicolor
leaves under different light qualities
注: 在不同光质条件下，带有同种大写字母的平均值在
P ＜0. 05 水平上没有显著性差异。
3. 2 挥发油成分的定量分析
萜烯类挥发油含量在不同光质处理下具有显
著差异( 表 3) ，从表 4 可以看出萜烯类挥发油含
量在 Ｒ60B20G20 光质处理下最高，Ｒ70B20G10
光质处理下其次，而在 Ｒ60B30G10 光质处理下最
低。与 Ｒ60B30G10 光质组相比，Ｒ60B20G20 光
质组的总萜类含量增加了 25. 9%，Ｒ70B20G10 光
质组增加了 17. 4%。与 Ｒ70B20G10 光质组相
比，Ｒ60B20G20 光质组的总萜类含量增加了
7. 3%。即较多的绿光有利于萜烯类物质的积累，
红光次之，而较多的蓝光与此相反。
由于固相微萃取定性分析挥发性物质时仅表
明了各组分的相对含量，不能反映各组分的真实
含量，因此我们采用溶剂萃取法对主要的萜烯类
物质进行了定量分析。由于醛类属于低沸点高挥
983第 4 期 任 锦，等． LED光质对紫背天葵挥发油和酚类成分积累的影响
发性成分，溶剂萃取过程中其已经完全损失，因此
醛类成分未能出现在定量分析的数据表中。表 5
列出了一些主要的挥发性萜类成分在不同光质条
件下的绝对含量变化。主要萜类成分( α，β-石竹
烯) 在不同光质处理条件下的表现趋势与总萜类
成分的产量相一致。其中，与 Ｒ60B30G10 光质组
相比，Ｒ60B20G20 光质组的 β-石竹烯含量增加了
38. 2%，Ｒ70B20G10 光质组增加了 19. 3% ; α-石
竹烯含量在 Ｒ60B20G20 光质组增加了 19. 5%，
Ｒ70B20G10 光质组增加了 11. 4%。
光质处理条件对各萜类成分的含量影响较为
复杂，目前关于光质条件对植物挥发性成分的研
究较少［14］。然而，有研究指出红光增加了薄荷脑
的含量，它是野生薄荷挥发油的主要成分。而紫
苏叶子中紫苏醛和柠檬烯的含量在绿光处理时高
于其它富含红光的光质处理，而接近于蓝光和蓝
绿光处理［12］。Yoshida 等 ( 1968 ) 的研究［15］发现
绿色叶片的紫苏植物挥发油含量会随着单位叶面
积上盾状腺毛体数量的增加而增加。盾状腺毛体
源于叶表面细胞，它是挥发性油合成和积累的主
要位点［16，17］。因此，Nishimura 等 ( 2009 ) ［8］推断
绿光处理会增加植物表面盾状腺毛体数量，使得
挥发油含量也随之增加。这可能是本研究中较多
绿光处理时萜烯类挥发油比其它处理高的原因
之一。
表 3 不同光质条件下紫背天葵叶片的生物化学特性的
单因子 ANOVA统计显著性
Table 3 Significance of a one-way ANOVA of biochem-
istry traits of G． bicolor leaves under different
light qualities
显著性
因子
光质
总萜类 ＊＊＊＊
总花色苷 *
总黄酮 *
总酚酸 NS
抗氧化活性( DPPH) *
β-胡萝卜素 ＊＊＊＊
注: * ，＊＊＊＊分别表示在 P ＜ 0. 05，0. 0001 水平上显著; NS 表示
无显著性差异．
表 4 紫背天葵次级代谢产物含量在不同光质条件下的变化
Table 4 Changes of secondary metabolites contents in G． bicolor under different light qualities
光质
总萜类 /
mg g － 1DW
总花色苷 /mg
矢车菊-3-O-葡糖
苷 100g －1DW
总黄酮 /mg
芦丁 100g －1DW
总酚酸 /mg
没食子酸
100g －1DW
DPPH / mg
Vc 100g －1DW
β-胡萝卜素 /mg
100g －1 DW
Ｒ60B30G10 23. 6 ± 0. 5C 690. 3 ± 34. 0A 611. 9 ± 26. 6A 429. 2 ± 20. 8A 487. 3 ± 2. 9B 107. 5 ± 1. 7B
Ｒ70B20G10 27. 7 ± 1. 4B 606. 8 ± 29. 2B 574. 3 ± 28. 4B 398. 8 ± 18. 6A 522. 3 ± 8. 8A 115. 0 ± 1. 4A
Ｒ60B20G20 29. 8 ± 1. 3A 636. 7 ± 26. 5B 542. 1 ± 24. 9B 392. 0 ± 18. 1A 490. 4 ± 15. 9B 76. 6 ± 1. 7C
注:表中数据为 3 个重复的平均值。不同光质条件下，同一行中的同样的大写字母表示在 p ＜ 0. 05 水平上没有显著性差异;
表 5 紫背天葵主要萜类成分的定量( mg g －1DW)变化受到不同光质的影响
Table 5 Quantitative ( mg g －1DW) changes of main volatile terpenoids components in G． bicolor as influenced under
different light qualities
序号 化合物 保留指数
光质
Ｒ60B30G10 Ｒ70B20G10 Ｒ60B20G20
1 γ-Pyronene /γ-焦烯 1332 1. 06 ± 0. 04C 1. 15 ± 0. 09B 1. 34 ± 0. 04A
2 a-Ionene / a-紫罗烯 1357 0. 72 ± 0. 03B 0. 77 ± 0. 01B 1. 10 ± 0. 07A
3 Copaene /古巴烯 1377( 1371a ) 0. 98 ± 0. 03B 0. 98 ± 0. 05B 1. 17 ± 0. 04A
4 β-Elemene /β-榄香烯 1389( 1385) 0. 49 ± 0. 01B 0. 45 ± 0. 01C 0. 70 ± 0. 03A
5 β -Caryophyllene /β-石竹烯 1422( 1414) 4. 40 ± 0. 26C 5. 25 ± 0. 61B 6. 08 ± 0. 23A
6 α-Caryophyllene /α-石竹烯 1458( 1449) 2. 36 ± 0. 11B 2. 63 ± 0. 31AB 2. 82 ± 0. 12A
7 Bicyclogermacrene /双环吉马烯 1497( 1492) 3. 98 ± 0. 11C 4. 24 ± 0. 29B 5. 99 ± 0. 21A
8 δ-Cadinene /杜松烯 1518( 1512) 1. 71 ± 0. 02B 1. 79 ± 0. 06B 2. 06 ± 0. 05A
注: 表中数据为3 个重复的平均值。不同光质条件下，同一行中的同样的大写字母表示在 p ＜ 0. 05 水平上没有显著性差异; a文献中的保
留指数。
萜烯类挥发性油同样被用作天然香料，一些
生物活性成分物质对人类的健康有益，除了这些，
萜烯类挥发性油在直接和间接植物防御植食性昆
虫及病菌方面起到重要作用。紫背天葵中的主要
萜烯类成分 α，β-石竹烯，研究已经表明其具有重
要的药理活性，例如抗菌，消炎，抗癌，抗氧化及局
部麻醉活性。最近的研究表明石竹烯是一种可食
用大麻素［18］，是食物中存在的一种非精神性的大
093 载 人 航 天 第 20 卷
麻素受体( CB2 ) 激动剂，与经典大麻素的结构不
一样，不具有任何精神副作用，能够保护大脑细胞
缺血带来的损伤［19］。由于它在不同疾病组织能
活化大量的 CB2 受体，因此，它在临床上的治疗
性是比较广泛的。绿光比例增加时其含量也显著
增加，一方面，增加了该植物的有效药用成分，提
高其药用价值，另一方面，这些物质的增加还能使
植物更好的防御外来植食性昆虫及病菌带来的伤
害，使植物健康生长。
3. 3 酚类及抗氧化活性
紫背天葵中的酚类，包括花色苷，黄酮及其它
酚酸类，天然抗氧化剂，是苯丙烷代谢途径中的的
产物，在人类对抗活性氧带来的伤害时具有重要
的作用。表 3 所示，不同光质处理对植物叶子中
的花色苷，黄酮含量及叶片提取物的抗氧化活性
( DPPH法) 有显著影响，而对多酚含量没有显著
性差异。
花色 苷 和 黄 酮 含 量 在 Ｒ70B20G10 和
Ｒ60B20G20 光 质 组 间 没 有 显 著 差 异，而
Ｒ60B30G10 光质组与 Ｒ7020G10 相比，花色苷含
量增加了 13. 8%，黄酮含量增加了 6. 5% ( 表 4) 。
Ｒ7020G10 光质组的叶片提取物的抗氧化活性
( DPPH ) 分别高于 Ｒ60B30G10 光质组 7. 2%
Ｒ60B20G20 光质组 6. 5%。这些结果说明蓝光有
利于花色苷，黄酮的积累，而在蓝光一定的基础
上，红绿光的增加与否对其没有显著性影响。花
色苷和黄酮的生物合成属植物次生代谢的苯丙烷
代谢途径，研究表明蓝光会刺激苯丙烷途径中物
质的生物合成［20］，因为在此生物合成途径中的两
个关键酶 CHS 和 DFＲ 基因表达量受到蓝光调
控［21］。研究表明蓝光比例增加可促进樱桃番茄
果实中番茄红素和类黄酮的形成，且蓝光比例占
60%的红蓝光组合光源是樱桃番茄果实品质相对
较好的光源［6］。较多红光似乎增加了植物叶片
提取物的自由基清除活性 ( 抗氧化能力) ，这与
Wu等( 2007) ［7］的研究一致，即豌豆幼苗的丙酮
和乙醇提取物的 TEAC 值在红光辐射下明显增
加。由于红光能够增加植物体内的细胞分裂素水
平［22］，从而刺激酚酸类物质的合成积累［23］，然
而，多酚类物质在各光质处理间没有显著性差异
的原因可能是本研究中红光对酚类物质的影响已
达到饱和，因为本文中红光比例占到 60%以上。
3. 4 β-胡萝卜素
表 3 可看出，不同光质处理对植物 β-胡萝卜
素含量有极显著影响 ( p ＜ 0. 0001 ) 。Ｒ7020G10
光质组的 β-胡萝卜素含量分别高于 Ｒ60B30G10
光质组 6. 5%，Ｒ60B20G20 光质组 50. 1%。这说
明较多红光有利于 β-胡萝卜素的积累，蓝光次
之，而绿光显著降低了 β-胡萝卜素的合成 ( 表
4) 。有研究［21］表明 LED 辐射下的豌豆幼苗的 β-
胡萝卜素在红光下最高，蓝光次之，白光随后，即
红光刺激了 β-胡萝卜素的积累。这与本研究一
致。但是也有研究［24］证明 β-胡萝卜素的含量会
随着蓝光的增加而增加，因为 β-胡萝卜素的吸收
光谱在蓝光波段( 460 nm) 。但是 β-胡萝卜素在
红蓝光下的具体机制不清楚。此外，β-胡萝卜素
一方面可以作为捕光色素参与光合作用，另一方
面可以保护叶绿素免受强光降解。由于在红蓝光
背景中加入绿光时生长的植物会具有遮荫下植物
的表现特征［25］，植物不需要合成较多的 β-胡萝卜
素进行非光化学猝灭以避免强光对叶绿体带来的
损伤，这可能是较多绿光下 β-胡萝卜素显著降低
的原因。
4 结论
总之，受控环境中，红蓝绿光质比例变化显著
地影响了紫背天葵中不同类次级代谢产物的积
累。绿光比例升高增加了萜烯类物质的积累，降
低了醛类成分( 绿叶挥发物) 在叶片香气中的比
例;蓝光比例升高增加了花色苷和黄酮类物质的
含量;红光比例升高增加 β-胡萝卜素的含量及植
物提取物的抗氧化活性 ( DPPH) ; 但是较多蓝光
不利于萜烯类物质的积累，较多绿光不利于 β-胡
萝卜素的合成积累，又因为植物生物量在这三种
光质下没有显著性差异 ( 数据未显示) ，因此，综
合来讲，Ｒ70B20G10 为较适合于紫背天葵积累较
多有益生物活性成分的光质条件。这些研究成果
可以帮助我们在未来的植物舱中有效地设计合适
的光环境使这种蔬菜具有更好的营养及药用价
值。另一方面，还可以为使紫背天葵成为航天员
新鲜蔬菜饮食单的一员提供理论根据。
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