全 文 ：第 35 卷第 14 期
2015年 7月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.35,No.14
Jul.,2015
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金项目(81373908); 陕西省科技统筹项目(2012KTCL02鄄07); 陕西省科技计划项目(2012K19鄄02鄄02)
收稿日期:2013鄄11鄄15; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄09鄄09
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: liangzs@ ms.iswc.ac.cn
DOI: 10.5846 / stxb201311152735
刘景玲, 齐志鸿, 郝文芳, 张辰露, 刘峰华, 梁宗锁, 刘文婷. UV鄄B 辐射和干旱对丹参生长和叶片中酚酸类成分的影响.生态学报,2015,35
(14):4642鄄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鄄B radiation on the growth and the phenolic
compounds of the Salvia miltiorrhiza Bunge leaf.Acta Ecologica Sinica,2015,35(14):4642鄄4650.
UV鄄B 辐射和干旱对丹参生长和叶片中酚酸类成分的
影响
刘景玲1, 齐志鸿2, 郝文芳1, 张辰露3, 刘峰华2, 梁宗锁1,*, 刘文婷1
1 西北农林科技大学, 生命学院, 杨凌摇 712100
2 天津天士力现代中药资源公司, 天津摇 300402
3 陕西理工学院, 生物科学与工程学院, 汉中摇 723001
摘要:在 3种 UV鄄B辐射强度以及 3种干旱的单因子以及复合作用下,采用盆栽法对丹参植株生物量、叶面积、株高等形态指标
和光合参数以及叶片中丹酚酸 B、迷迭香酸、咖啡酸和丹参素含量的变化进行研究。 旨在探索西北干旱、半干旱地区强光和干
旱对丹参生物量和叶片中酚酸类含量的影响,为丹参的深入开发利用提供依据。 结果表明:干旱和 UV鄄B辐射单因子作用均对
丹参生长指标有抑制作用,而对酚酸积累有促进作用;相比于干旱,UV鄄B辐射的影响更加显著。 UV鄄B辐射显著引起植株矮化、
叶面积减小、生物量降低、净光合速率降低以及叶片中酚酸类物质含量增加,两种因子复合作用对酚酸类物质积累的效果表现
为复杂的加强或交互抗性作用。 两种因子单独和复合作用处理下,适宜水分和重度 UV鄄B 辐射复合处理(75%T2)最有利于丹
参叶片中酚酸类物质积累。
关键词:丹参; UV鄄B; 干旱; 形态; 丹酚酸 B
The effects of drought and UV鄄B radiation on the growth and the phenolic
compounds of the Salvia miltiorrhiza Bunge leaf
LIU Jingling1, QI Zhihong2, HAO Wenfang1, ZHANG Chenlu3, LIU Fenghua2, LIANG Zongsuo1,*,
LIU Wenting1
1 Northwest Agriculture and Forestry University, College of Life Sciences, Yangling 712100, China
2 Tianjin TASLY Modern TCM Resources Co.,Ltd, Tianjin 300402, China
3 Shaanxi University of Technology, School of Biological Science&Engineering, Hanzhong 723001, China
Abstract: Ultraviolet B and drought stress are common environmental stresses in arid and semi鄄arid regions of northwestern
China. A pot experiment was conducted to investigate the separate and combined effects of UV鄄B radiation and drought
stress on physiological characteristics of Salvia miltiorrhiza Bunge in this region, and on the accumulation of phenolic
compounds in its leaves. In this experiment, the UV鄄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 CO2 concentration (Ci). The phenolic compounds
detected in leaves contained salvianolic acid B ( SAB ), rosmarinic acid ( RA ), caffeic acid ( CA ) and 3, 4鄄
trihydroxybenzenepropanoic acid(DSS). The results showed that both UV鄄B radiation and drought stress had cross鄄talk on
the growth of S. miltiorrhiza, and the least plant height was found in the combined treatment (40%T2), which significantly
decreased 47.82%. Drought stress and UV鄄B radiation reduced leaf area 40.22% and 71.51%, respectively, and the least
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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鄄B and drought stress on photosynthetic
indices, similar tendency was observed among Pn, Tr and Gs, but Ci had 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鄄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鄄B
radiation, which were significantly higher than 1. 12 and 1. 51 folds in drought stress treatment. The SAB and RA
accumulation reached the highest level (4.75 and 3.15 滋g / g, respectively) in the combined treatment 75%T2. Statistical
data also exhibited that there was a cross鄄talk in accumulation of phenolic compounds between UV鄄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鄄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鄄talk between UV鄄B radiation and drought stress, which had combined effects
on the growth of S. miltiorrhiza and accumulation of phenolic compounds in leaves. Relatively, UV鄄B radiation had stronger
influence than drought stress. Either UV鄄B radiation or drought stress had negative effect on plant growth. The higher UV鄄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.
Key Words: Salvia miltiorrhiza Bunge; UV鄄B; drought; morphology; salvianolic acid B
近些年来,由于大气平流层臭氧衰减导致到达地表的紫外线(主要是 280—320 nm 的 B 区,简称 UV鄄B)
增强,其通过作用于蛋白质、DNA、膜系统以及光系统域,对植物初生和次生代谢产生显著影响[1鄄2]。 植物叶
片作为主要光合器官直接受到 UV鄄B 辐射,故 UV鄄B 辐射对叶片以及整个生态系统的影响引起各国科学家的
普遍关注[3鄄5]。 干旱是影响植物生长和发育的主要因子[6鄄7]。 在中国西北干旱半干旱地区强光和干旱是常见
胁迫因子且常同时发生,这两种因子的复合作用对植物的影响成为研究的热点[7鄄8]。
丹参(Salvia miltiorrhiza Bunge),唇形科草本植物,作为传统大宗中药材,对心脑血管疾病治疗具有明显
功效。 其活性成分包括以二萜醌类为主的脂溶性化学成分和以酚酸类为主的水溶性化学成分两大类[9]。 丹
参根长期作为药用部位使用,而生物量占整个植株很大比例的丹参叶片被当作废料丢弃。 但是,近年来丹参
叶片中水溶性酚酸类物质的抗氧化效果研究逐步引起人们的关注[10鄄12],研究表明丹参药用水溶性指标成分
丹酚酸 B的抗氧化活性强于维生素 C(Vc)和维生素 E(VE) [11,13],且酚酸类物质在紫外波段(280—350 nm)
具有强吸收峰,因此,UV鄄B增强会导致植物叶片中的酚酸类物质含量显著增加[14鄄15]。 干旱下植物通过增加
具有抗氧化活性的酚酸类物质含量而适应环境变化[6鄄7,16]。 而关于 UV鄄B 和干旱复合作用对植物体内酚酸类
物质含量影响的研究也因实验条件和物种差异而未形成一致结论[17鄄18]。 目前为止,以丹参叶片为材料,探究
其在环境因子作用下生长和次生代谢物质含量变化的研究甚少。 本文通过整个生长季对盆栽丹参进行 UV鄄B
辐射和干旱处理,以期揭示两种因子单独和复合作用对丹参生长以及叶片中四种酚酸类物质积累的影响,为
有效开发利用丹参叶片提供理论依据。
1摇 材料与处理方法
1.1摇 材料培养
摇 摇 本研究于 2011年 3月 15日到 11月 20日在中国陕西杨凌水土保持研究所(34毅20忆N, 108毅24忆E)遮光棚
下开展(透光率为 33%)。 2011 年春,将来自陕西天士力植物药业有限公司药源基地(33毅2忆 N,108毅34忆 E)的
丹参 5月龄幼苗种植在塑料桶中,塑料桶高 30 cm,上口径 35 cm,下口径 23 cm 。 桶中装过 0.5 cm筛混合均
匀的垆土、沙子和蚯蚓粪,三者比例为 3颐1颐1。 混合培养基质的田间持水量采用环刀法测定为 27%,常规管理
保持水分充足。 丹参苗生长 53 d后(5月 10日)间去长势不一致的幼苗,每桶保留 3株用于研究。
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1.2摇 UV鄄B 处理和干旱处理
1.2.1摇 UV鄄B处理方法
设 3个 UV鄄B辐射处理,辐射强度参考 Madronich[19]计算方法标准化为 300 nm的植物响应有效紫外光谱
(UV鄄BBE),分别为对照 CK(0 kJ / m2)、低强度 UV鄄B 辐射 T1(2.60 kJ / m2)和高强度 UV鄄B 辐射 T2(4.10 kJ /
m2), T1和 T2两个处理强度分别相当于西安地区夏至日晴天臭氧层减少 16%和 26%[19](西安夏至日晴天的
紫外有效辐射强度 UV鄄BBE为 8.05 kJ / m2)。
UV鄄B辐射由悬挂在植株垂直上方的紫外灯管产生(36 W,中心波长 313 nm,北京电光源研究所),UV鄄B
辐射处理每天 6 h(10:00—16:00)。 对照上方也悬挂灯管,但不通电,保证 3 组有相同的光照条件。 灯管缠
绕 0.13 mm醋酸纤维素薄膜(CA)过滤 280 nm 以下光线;用紫外辐射测定仪(北京师范大学仪器厂生产)测
297 nm 处的紫外辐射强度(以植株顶层计)。 紫外灯管的位置每半月调整 1次高度确保距离植株顶层的距离
不变,植物位置每 2 d随机变换 1次以便植物接受均匀的 UV鄄B辐射。 处理期间只晴天进行 UV鄄B 辐射,阴天
不开紫外灯。
1.2.2摇 干旱处理方法
设 3个水分梯度:适宜水分、中度干旱、和重度干旱(分别是田间持水量的 75%、55%和 40%);土壤含水
量采用电子秤称重控制在设定范围内(载量 30 kg,感量 5 g)。 每隔 1 d 称重补充蒸发的水分,塑料桶每周称
重 3.5次。
1.2.3摇 单因子和复合处理
UV鄄B辐射单因子处理摇 75%CK、75%T1和 75%T2(适宜水分条件)。
干旱单因子处理:75%CK、55%CK和 40%CK(无 UV鄄B辐射)。
UV鄄B辐射和干旱复合处理摇 55%T1:低强度 UV鄄B 辐射和中度干旱;40%T1:低强度 UV鄄B 辐射和重度
干旱;55%T2:高强度 UV鄄B辐射和中度干旱;40%T2:高强度 UV鄄B辐射和重度干旱;每个处理重复 3 桶,共计
9株丹参。
1.3摇 取样方法
从 2011年 5月 10日到 11月 20日共计处理 194 d,UV鄄B 辐射处理 82 d。 收获时将丹参整株收获,测定
株高;随机选取植株顶层完全展开的功能叶片 9片测量叶面积;并将其 50益烘干后室温干燥处保存用于酚酸
类物质含量测定;丹参植株地上和地下部分开,烘至恒重用于其它指标的测定。
1.4摇 指标测定
1.4.1摇 酚酸类成分含量测定
精密称取烘干、粉碎并过 100目筛的丹参叶片和根的粉末 0.1000 g,加入 70%甲醇水溶液 10 mL,保鲜膜
覆盖,静止提取 7 h 。 然后用超声波提取 45 min,10 000 r / min 离心 10 min,上清液经 0.45 滋m 的微孔滤膜过
滤,待检测。
色谱条件:Waters 1525 二元梯度液相色谱仪; Waters Sunfire鄄C18 色谱柱(4.6 mm伊250 mm,5 滋m);数据
采集系统为 Empower 工作站。 流动相为乙腈(B)鄄0.02% 磷酸水溶液(A);流动相使用前进行过滤和脱气处
理;流动相流速 1. 0 mL / min;柱温 30 益;进样量 10 滋L。 检测波长 200—400 nm,丹参素; ( DSS 3, 4鄄
trihydroxybenzenepropanoic acid)、咖啡酸(CA Caffeic acid)、迷迭香酸(RA Rosmarinic acid)、丹酚酸 B (SAB
Salvianolic acid B)的检测波长为 288 nm;保留时间依次为 8.7、14.1、23.8、33.5 min。
1.4.2摇 形态学指标测定
植株高度是指地上部分基部到主干顶端的高度;叶面积用 Yaxin鄄 1241 叶面积仪测量;用 0.001 g 感量电
子秤称量地上和地下部生物量;每个处理下形态学指标测量重复 9次。
1.4.3摇 光合参数测定
光合参数:净光合速率(Pn)、气孔导读(Gs)、蒸腾速率(Tr)和胞间二氧化碳浓度(Ci)使用 LCPRO+ 光合
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作用测定仪测定。 选择丹参植株顶层完全展开的功能叶片标记后用于光合参数测定,每个处理重复 9 次。 分
别选择 3个丹参生长特殊时期:快速生长期 玉(2011年 7月 24日)、根系膨大期 域(9 月 18 日)和收获期 芋
(11月 13日)的晴朗天气,9:00开始进行光合参数测定。 光合测定前,被测叶片在 1500 滋mol m-2 s-1光强下
适应 5 min,设定仪器控制叶面温度为 30 益。
1.5摇 数据处理
数据利用统计分析软件 Statistic Package for Social Science ( SPSS 21. 0 ) 进行双因素方差分析
(UNIANOVA),各处理之间的差异性多重比较采用最小显著差异法 Least Significant Difference (LSD)分析。
所有图片均在 Excel(2003) 软件系统下完成。
2摇 结果与分析
图 1摇 UV鄄B辐射和干旱单因子或复合处理对丹参植株高度、叶面积、根冠比、地上部干重、根干重和总干重的影响
Fig.1摇 The alteration of height, leaf area, R / S ratio, the shoot dry weight, the root dry weight and the total dry weight in the Salvia under
separate and combined treatments of UV鄄B radiation and drought stress
结果采用平均值依标准误差表示(n= 9),处理组与对照组差异显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)
2.1摇 UV鄄B和干旱对丹参植株形态的影响
在 3种水分梯度下,株高均随 UV鄄B 辐射梯度降低,低强度辐射对株高的抑制作用不显著,但是高强度
UV鄄B辐射对株高抑制达到显著水平,两种因子之间存在交互作用(图 1)。 重度干旱和高强度 UV鄄B 辐射
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(40%T2)复合处理下丹参株高达到最低值,比对照 75%CK 显著降低 47.82%。 在干旱单因子作用下株高下
降但是未达到显著水平,UV鄄辐射增强干旱对株高的抑制作用,且只在高强度 UV鄄B辐射下达到显著水平。
干旱和 UV鄄B辐射单因子作用显著导致叶面积减小 40.22%和 71.51%(图 1),后者作用更大。 叶面积在
适宜水分和高强度 UV鄄B辐射(75%T2)处理下达到最小值。 干旱对叶面积的抑制作用在 UV鄄B 辐射复合作
用下得到增强,且具有剂量效应,在 3种水分条件下高强度 UV鄄B辐射导致的叶面积减小均达到显著水平。
植株根冠比在不同水分条件下均呈明显的降低趋势 (图 1),丹参植株根冠比最大值出现在中度干旱无
UV鄄B辐射条件下;而最小值出现在适宜水分低强度 UV鄄B辐射(75%T1)下。
地上部分、地下部分和总生物量在两种因子单独和复合作用下变化趋势相同(图 1)。 干旱单因子作用下
生物量积累呈现倒 U形变化;均在中度干旱下生物量积累最多,重度干旱下生物量积累最少;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%),达到差异显著水平(P<0.05),表明地下部分
生物量积累对干旱更加敏感。 而在 3个水分梯度下,UV鄄B辐射引起丹参地下部分、地上部分和总生物量梯度
降低,尤其是高强度 UV鄄B辐射导致总生物量分别减少 88.69%、85.92%和 88郾 99%,高强度 UV鄄B 辐射和重度
干旱(40%T2)复合处理下生物量积累最少。
2.2摇 UV鄄B辐射和干旱对丹参光合参数的影响
分别在丹参快速生长期 玉(7月 24日),根系膨大期 域(9月 18 日)和收获期 芋(11 月 13 日)进行丹参
植株光合参数测定(表 1)。 3次测定的结果均表明:在不同水分条件下,UV鄄B 处理引起 Pn 显著下降, Pn 在
丹参快速生长期 75%CK条件下达到最大值 14.81 滋mol m-2 s-1;收获期 40%T2处理下最小 2.06 滋mol m-2 s-1。
Tr和 Gs的变化趋势基本与 Pn相同,Ci与 Pn的变化趋势相反,在 3 个生长时期不同水分梯度下均为随辐射
强度增加 Ci值显著增加,Ci在快速生长期 55%T1处理下达到最大值 406 滋mol / mol;在根系膨大期 75%CK下
达到最小值 238.2 滋mol / mol。
表 1摇 UV鄄B辐射和干旱单因子或者复合处理对丹参净光合速率 Pn、气孔导读 Gs、胞间二氧化碳浓度 Ci、蒸腾速率 Tr的影响
Table 1摇 The alteration of Pn, Gs, Ci, Tr of the Salvia under different treatments of UV鄄B radiation and drought individually or combined
处理
Treatment
净光合速率
Net Photosynthetic Rate Pn / (滋mol m-2 s-1)
玉 域 芋
气孔导度
Stomatal Conductance Gs / (mol m-2 s-1)
玉 域 芋
75%ck 14.81依0.69 a 9.74依0.29 a 10.03依0.82 a 0.19依0.01 b 0.14依0.01 cde 0.18依0.01 bc
75%T1 7.34依0.29 c 6.69依0.28 bc 7.15依0.15 b 0.11依0.01 c 0.21依0.01 b 0.20依0.02 b
75%T2 2.48依0.24 d 8.39依0.45 ab 2.46依0.49 d 0.13依0.02 c 0.35依0.00 a 0.18依0.01 bc
55%ck 10.10依0.45 b 6.17依0.46 c 7.25依0.87 b 0.20依0.01 b 0.15依0.01 cd 0.18依0.02 bc
55%T1 3.08依0.16 d 4.12依0.21 d 2.17依0.21 d 0.37依0.02 a 0.15依0.02 cd 0.11依0.01 de
55%T2 2.25依0.18 d 3.64依0.59 d 3.30依0.23 cd 0.14依0.01 c 0.16依0.02 cd 0.25依0.02 a
40%ck 14.24依0.91 a 7.87依1.05 bc 6.57依0.98 b 0.20依0.02 b 0.13依0.02 de 0.10依0.01 e
40%T1 7.22依0.25 c 6.67依1.07 bc 4.19依0.34 c 0.12依0.01 c 0.17依0.00 bc 0.15依0.00 cd
40%T2 3.07依0.21 d 2.62依0.35 d 2.06依0.18 d 0.22依0.01 b 0.10依0.01 e 0.14依0.01 cde
处理
Treatment
胞间二氧化碳浓度
Intercellular CO2 Concentration Ci / (滋mol / mol)
玉 域 芋
蒸腾速率
Transpiration Rate Tr / (mmol m-2 s-1)
玉 域 芋
75%ck 259.20依1.16 d 238.20依11.46 e 274.20依4.72 e 2.94依0.14 bc 4.64依0.36 a 5.18依0.13 ab
75%T1 306.60依6.93 bc 355.00依6.55 b 326.60依6.43 c 2.20依0.26 d 3.28依0.17 c 4.76依0.36 bcd
75%T2 393.60依13.81 a 388.80依3.43 a 380.60依5.39 a 2.32依0.32 cd 3.39依0.01 bc 4.02依0.17 de
55%ck 312.40依2.94 b 297.00依4.27 d 305.60依4.88 d 3.41依0.05 b 4.43依0.11 a 5.73依0.34 a
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续表
处理
Treatment
胞间二氧化碳浓度
Intercellular CO2 Concentration Ci / (滋mol / mol)
玉 域 芋
蒸腾速率
Transpiration Rate Tr / (mmol m-2 s-1)
玉 域 芋
55%T1 406.00依1.22 a 358.80依3.83 b 358.40依6.50 b 4.33依0.13 a 3.12依0.23 cd 3.34依0.37 e
55%T2 387.25依2.56 a 369.00依3.21 b 382.40依2.56 a 2.57依0.07 cd 3.03依0.16 cd 4.95依0.24 abc
40%ck 265.40依7.49 d 249.80依8.96 e 262.20依10.03 e 4.75依0.33 a 4.00依0.39 ab 3.89依0.40 de
40%T1 288.00依9.21 c 331.20依7.84 c 336.80依5.73 c 1.98依0.10 d 3.65依0.07 bc 4.20依0.10 cde
40%T2 403.33依3.18 a 352.00依4.57 b 375.40依5.00 ab 4.13依0.08 a 2.53依0.18 d 3.63依0.25 e
摇 摇 玉、域和芋分别表示丹参快速生长期(7鄄24)、根系膨大期(9鄄18)和收获期(11鄄13)
2.3摇 UV鄄B辐射和干旱对丹参叶片中 4种酚酸类物质含量的影响
由表 2可知,以适宜水分无 UV鄄B辐射(75%CK)处理为对照,丹参叶片中 SAB、RA 含量显著高于 CA 和
DSS的。 在不同水分梯度下,UV鄄B辐射均显著增加叶片中四种酚酸类物质的含量。 其中 SAB 和 RA 含量均
在 75% T2 处理下含量最高,达到 4. 75 滋g / g 和 3. 15 滋g / g,比根中 SAB 和 RA 最高含量增加 69. 64%
和 556郾 25%。
表 2摇 UV鄄B和干旱对丹参叶片和根中酚酸类物质含量的影响
Table 2摇 Influence of the UV鄄B radiation and the drought individually or combined to the phenolic compounds in the leaves and roots of
the Salvia
处理
Treatment
叶片 Leaves
丹酚酸 B
Salvianolic acid
B SAB / (滋g / g)
迷迭香酸
Rosmarinic acid
RA / (滋g / g)
丹参素
3,4鄄trihydroxybenzenepropanoic
acid DSS / (滋g / g)
根 Roots
咖啡酸
Caffeic acid
CA / (滋g / g)
丹酚酸 B
Salvianolic acid B
SAB / (滋g / g)
迷迭香酸
Rosmarinic acid
RA / (滋g / g)
75%CK 0.90(0.01) 0.35 (0.00) 0.14(0.00) 0.13(0.00) 2.47(0.05) 0.36(0.00)
75%T1 2.86 (0.03)** 2.04(0.01)** 0.18(0.00)** 0.14(0.00)** 1.11(0.01)** 0.31(0.00)**
75%T2 4.75(0.11)** 3.15 (0.11)** 0.23(0.01)** 0.13(0.00)** 1.57(0.02)** 0.36(0.00)
55%CK 1.37 (0.00)** 0.88(0.01)** 0.14(0.00) 0.13(0.00)** 1.39(0.01)** 0.29(0.00)**
55%T1 1.42(0.02)** 0.50 (0.00)* 0.16(0.00)** 0.13(0.00) 2.80(0.01)** 0.48(0.00)**
55%T2 2.40 (0.08)** 1.33 (0.04)** 0.18(0.00)** 0.13(0.00)** 2.29(0.02)** 0.45(0.00)**
40%CK 1.91 (0.07)** 0.71(0.02)** 0.17(0.00)** 0.13(0.00)* 2.71(0.07)** 0.39(0.00)**
40%T1 0.74(0.01) 0.32(0.00) 0.14(0.00) 0.13(0.00)** 2.64(0.02)** 0.41(0.00)**
40%T2 3.32 (0.12)** 1.26 (0.04)** 0.25(0.01)** 0.13(0.00)* 2.49(0.06) 0.43(0.01)**
摇 摇 结果采用平均值依标准误差表示(n= 3);*,**分别表示处理组与对照组差异显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)
干旱单因子作用下,SAB和 DSS含量随干旱梯度显著增加。 RA和 CA含量也显著增加,但最大值出现在
中度干旱下。 且在适宜水分下 UV鄄B 单因子处理引起的 SAB 和 RA含量增加倍数是 427.78%和 800.00%,显
著高于干旱单因子作用下的增加倍数 112.22%和 151.43%。
两种因子单独作用均能显著增加丹参叶片中 4种酚酸的含量,但是二者复合作用下变化各异,统计分析
表明两种处理因子之间存在显著交互作用。 在适宜水分条件下,UV鄄B 辐射导致 SAB 含量显著增加,且存在
剂量效应,75%T1和 75%T2分别比 75%CK增加 217.78%和 427.78%;而 55%T1和 55%T2分别比 55%CK的
值增加 3.65%和 75.18%,40%T1和 40%T2分别比 40%CK的值降低 61.26%和增加 73.82%,这表明干旱抑制
UV鄄B的作用效果,且随水分含量降低抑制作用增强。 干旱单因子作用促进酚酸类积累,SAB 含量在 55%CK
和 40%CK处理下比 75%CK分别增加 52.22%和 112.22%,而增加低强度 UV鄄B辐射后 55%T1和 40%T1分别
比 75%CK显著增加了 57.78%和降低 17.78%,表明低强度 UV鄄B 辐射在重度干旱下抵消了干旱对 SAB 积累
的效果,而对中度干旱下 SAB积累的影响不显著。 高强度 UV鄄B 处理下 55%T2 和 40%T2 比 75%CK 分别增
加 166.67%和 268.89%,表明高强度 UV鄄B辐射显著增强了干旱对 SAB 的累积效应。 RA 和 DSS 含量与 SAB
有相似的变化规律;DSS含量在 40%T2处理下含量最高;CA变化规律不同于其它 3 种酚酸的变化,其最大值
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出现在 75%T1处理下。
3摇 讨论与结论
本研究结果表明:干旱和 UV鄄B 辐射显著引起植株矮化、叶面积减小和生物量降低。 该结论与已有的研
究结果相符[8,14,20]。 干旱单因子作用下丹参叶面积显著降低,株高降低但没有达到显著水平。 而生物量在中
度干旱下达到最大值,这与刘大会[16]研究结论一致,刘红云[6]认为随水分胁迫加剧丹参植株生物量显著下
降。 UV鄄B辐射单因子处理下,株高、叶面积和生物量均显著大幅度降低(图 1),这表明相比于干旱,UV鄄B 辐
射对丹参形态学指标的影响更加显著。 在 UV鄄B辐射处理下植株矮化的可能原因与 UV鄄B诱导的过氧化物酶
氧化的吲哚乙酸 Indole acetic acid (IAA)活性有关,它参与了植株茎干的伸长过程[21]。 另外,植株矮化可能
是植物对 UV鄄B辐射胁迫的主动响应,植株矮化可减少其直接受到 UV鄄B 辐射的面积对植株进行保护[3]。 两
种环境因子对丹参植株根冠比的影响表明两种因子单独和复合作用对光合产物在地上和地下部分的分配比
例有显著影响,UV鄄B辐射导致更多的光合产物分配到直接受到 UV鄄B辐射的地上部分,有利于植物抵御辐射
伤害。 有文献表明:叶面积在 UV鄄B辐射下减小是由于叶片细胞分裂和生长受到 UV鄄B 的抑制[22],叶片厚度
增大,也是植物主动抵御辐射伤害的策略,其有利于阻挡 UV鄄B 进入叶肉深层,对细胞产生更大伤害[23]。 而
UV鄄B辐射对生物量影响也没有一致结论,大量研究表明 UV鄄B 辐射导致植物生物量下降,但也有研究表明
UV鄄B辐射对生物量积累有促进作用或没有显著影响[14,24]。 补充 UV鄄B辐射对生物量影响结论不一致的原因
除了实验条件和物种抗性差异之外,其它环境因子对 UV鄄B辐射效果的影响不可忽视。 Eva[2]认为:自然条件
下 UV鄄B辐射不是必然导致植物遭受不利的胁迫,通常是其它不利环境因子增强了植物对 UV鄄B 胁迫的敏
感性。
生物量与光合速率的相关性已有文献报道[25鄄26],本研究表明,丹参在 3 个生长期的不同水分梯度下,植
物叶片 Pn均随 UV鄄B辐射增强呈降低趋势(表 1),这与生物量变化趋势一致,Gs和 Tr与其变化趋势相同,而
Ci呈现相反的变化趋势,表明引起光合速率下降的是非气孔因素,可能是由于 UV鄄B 辐射对细胞中的 DNA、
蛋白质、光合器官损坏引起光合速率下降;且叶面积的减小可能也是导致光合产物积累减少的原因[22,27]。
UV鄄B辐射导致植物光合速率降低的研究结果已有大量报道,可能的原因是 UV鄄B 导致植物光系统域功能降
低;光化学产量降低以及光合色素损伤[22,25]。 然而,也有 UV鄄B 辐射对植物光合速率影响不显著的
报道[23鄄24,28]。
植物对 UV鄄B辐射最一致的反应就是酚酸类物质积累[29],其导致植物中总酚酸、对香豆酸、槲皮素等含
量增加[30鄄32]。 干旱处理也引起植物体内酚酸类物质积累[8,33鄄34]。 本研究结果表明:UV鄄B 辐射和干旱单因子
或者复合作用均显著引起丹参叶片中 SAB、RA、CA 和 DSS 的积累(表 2)。 但是,UV鄄B 单因子处理引起的
SAB和 RA含量增加倍数(427.78%和 800.00%)数倍高于干旱单因子作用引起的增加(112.22%和151.43%),
表明 UV鄄B辐射对丹参叶片中酚酸类成分含量积累的促进作用强于干旱的。 Sheng[35]认为酚酸类物质具有紫
外吸收和抗氧化的双重特点,因此,UV鄄B 辐射比干旱对酚酸类积累的促进作用更加明显。 但有研究表明干
旱对酚酸类物质积累作用更加明显:Hanna[17]研究发现在 UV鄄B 辐射和干旱分别处理 3 d 的时候干旱更加显
著引起大麦(Hordeum vulgare L. cv. Granal)叶片中水杨酸含量的积累。 但是随着时间延长到 9 d,两种胁迫对
植物叶片中水杨酸积累的影响消失。 该结论不一致性的可能原因是不同处理条件或者物种对胁迫的敏感性
不同导致的。
在自然条件下,环境胁迫因子常并非单独作用。 中国西北干旱半干旱地区,伴随高强度的 UV鄄B 辐射的
干旱胁迫时常发生,干旱胁迫常与 UV鄄B辐射复合作用影响植物生长和次生物质积累,进而对植物以及生态
系统造成显著影响。 研究认为其它环境因子的复合作用使植物对 UV鄄B 诱导的不利胁迫更加敏感[2]。 如黄
瓜 (Cucumis sativus)在受到干旱和 UV鄄B复合作用时候抗氧化防御协同上调[18]。 UV鄄B辐射能够减轻大豆[35]
(Glycine max L.)和松树(Pinus pinea) [36]幼苗因干旱受到的伤害,两种因子之间存在交叉抗性。 因此,UV鄄B
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和干旱复合作用可能导致不利胁迫的增强或者抵消作用,两种因子复合作用对植物的影响因植物种类和胁迫
强度而异。 本研究表明:对于四种酚酸类物质积累,干旱对 UV鄄B处理的效果有明显抑制作用,且随干旱加剧
抑制作用增强;可能的原因是一方面 UV鄄B辐射导致丹参叶片中增加的 SAB 作为抗氧化物质,可能用于消除
干旱诱导产生的多余活性氧;另一方面:酚酸类物质作为抗氧化物质和植物体内的其它抗氧化系统共同抵御
胁迫,有研究认为酚酸类物质先于抗氧化酶对胁迫作出响应[37],随着胁迫持续,酚酸含量降低而其它抗氧化
酶或抗氧化物质代替酚酸类发挥作用。 低强度 UV鄄B抑制干旱的效果;而高强度 UV鄄B辐射增强干旱的效应,
研究表明不同强度的 UV鄄B 辐射对植物的作用不同[2],酚酸类在抵御 UV鄄B 胁迫过程中的双重作用与辐射强
度的关系还需要进一步研究。 目前,干旱和 UV鄄B复合作用对酚酸类物质影响的叠加或交互抗性作用机制尚
不明确,可能与活性氧积累及相应的信号传递过程中的交互作用有关[8,38]。
酚酸类物质因其紫外吸收和抗氧化的双重特点,在药品、食品和化妆品生产中被广泛应用[39鄄40]。 通过施
加适当强度的干旱或者 UV鄄B 处理增加植物体内酚酸类物质含量可能成为获取天然抗氧化物质的有效途
径[3]。 传统大宗药材丹参,除了药典中规定的入药部位鄄根,丹参叶片中也含有大量的酚酸类物质,近年有研
究表明其抗氧化特性不仅在治疗心脑血管病中发挥重要作用,而且在糖尿病和脑梗治疗中也有很好的疗
效[41]。 通过适当处理提高丹参叶片中酚酸类物质含量的研究已经取得一定的进展[11,42鄄43],本研究结果表明
水分适宜条件下高强度 UV鄄B辐射(75%T2)能最大程度促进丹参叶片中酚酸类积累,其中 SAB 含量比根中
的增加了 69.64%,RA含量增加了 556.25%;这表明作为废料的中药丹参叶片在适宜条件下可作为天然抗氧
化物质来源,具有巨大开发利用价值。
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