全 文 ：植物生理学通讯 第 46 卷 第 8 期, 2010 年 8 月 787
收稿 2010-02-02 修定 　2010-05-06
资助 海南省自然科学基金项目(8 0 70 0 5 )。
* 通讯作者(E-mail: kaibingzhou0528@163.com; Tel: 0898-
66182916)
芒果老叶在增强UV-B辐射处理下的损伤和保护反应
刘鹏, 周开兵 *, 潘学锋
海南大学热带作物种质资源保护与开发利用教育部重点实验室, 海口 570228
提要: 以 ‘台农一号’芒果盆栽苗离体老叶为试材, 研究增强UV-B辐射条件下芒果老叶的损伤和保护反应。结果表明: UV-
B辐射处理使芒果叶片MDA含量和相对电导率升高、叶绿素含量和叶绿素a/b降低, 表明叶片受到损伤, 且随处理时间延
长叶片损伤加重。UV-B辐射处理叶片可溶性蛋白含量、抗氧化酶(SOD、CAT、POD)活性、保护色素(类胡萝卜素、类黄
酮)和还原型GSH含量显著高于对照叶片, UV-B辐射处理叶片维生素C含量显著低于对照叶片, 表明增强UV-B辐射可诱
导叶片细胞通过提高活性氧清除能力和积累保护色素而直接吸收部分UV-B辐射来提高抗增强UV-B辐射损伤的能力。
关键词: 增强UV-B辐射; 芒果; 老叶; 损伤; 保护反应
The Damages and the Protection Response of Old Leaves of Mango (Mangifera
indica L.) under Enhanced UV-B Radiation
LIU Peng , ZHOU Kai-Bing*, PAN Xue-Feng
Key Laboratory of Protection and Development Utilization of Tropical Crop Germplasm Resources, Ministry of Education, Hainan
University, Haikou 570228, China
Abstract: Old leaves of mango potted young trees were used to study damages and protection response under
the enhanced UV-B radiation. The results showed that after UV-B treatment the content of MDA and the relative
conductivity were higher, while the content of chlorophyll and the ratio of chlorophyll a/b became lower. It
indicated the enhanced UV-B radiation caused the damages of leaves, which would be worse with longer treat-
ment period. The UV-B treated leaves had higher contents of soluble protein, protective pigments (flavonodis,
carotenoids) and reducd GSH, higher activities of antioxidant enzymes (SOD, CAT and POD), and lower con-
tent of vitamin C than CK. It indicated the enhanced UV-B radiation induced elevated resistance of enhanced UV-
B radiation in cells through intensifying the oxidant scavenging activities and absorbing part of the enhanced UV-
B radiation.
Key words: enhanced UV-B radiation; mango (Mangifera indica); old leaf; damage; protection response
太阳辐射中的紫外线波长介于200~400 nm, 分
为 C 区(200~280 nm)、B 区(280~320 nm)和 A 区
(320~400 nm)。正常情况下, UV-C 辐射全部被臭
氧层吸收, UV-B辐射绝大多数被臭氧层吸收, UV-
A 辐射全部穿透臭氧层。臭氧层的破坏会造成太
阳光中到达地面的UV-B辐射剂量增加, 此时称增
强UV-B辐射。研究表明增强UV-B辐射直接影响
生物的生存, 导致许多动、植物在形态结构、生
理功能、遗传特性、生长周期等方面发生改变,
进而对人类生产生活构成严重威胁(韩榕等 2001;
Roledal 等 2006)。根据相关预测, 今后 70 年内全
球大气臭氧浓度将减少2%~10%, 到达地球表面的
UV-B 辐射将增加 4%~20% (郑有飞等 2007)。因
此, 研究增强UV-B辐射逆境伤害问题是当前植物
生理学和生态学研究的一项重要内容。
芒果在我国号称 “ 热带水果之王 ”, 海南是我
国最大的芒果产区。海南岛地理纬度低, 紫外辐射
强, 而芒果能够很好地适应这种强紫外辐射环境。
因此, 通过研究芒果叶片在增强UV-B辐射胁迫下
的损伤和保护性生理反应, 了解其UV-B辐射适应
性机理。不同年龄的叶片对增强UV-B辐射处理的
反应是不一样的, 笔者已经对幼叶、成年叶和老叶
分别展开研究, 本文先报道老叶上的研究结果。
材料与方法
供试材料为‘台农一号’芒果(Mangifera indica
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L.)盆栽苗(50 株)。由海南省农业科学院果树研究
所提供。2008 年 6 月取一年生容器苗上盆定植。
盆土为人工调配的营养土, 盆容积7 L, 上盆后先在
荫棚内培养, 成活后即揭去遮阳网, 之后一直全光
照。其余管理采取常规管理措施。2009 年 6 月,
取 12 月龄以上(即苗木上盆前已经存在的叶片)、
健康的叶片200片, 在室内对完整的离体叶片模拟
增强 UV-B 辐射处理。
紫外灯为上海晨辰照明电器有限公司生产的
ZWB系列UV-B灯管, 光照强度为4 μmol·m-2·s-1, 紫
外灯离叶片垂直高度为 30 cm, 经 0.08 mm乙酸纤
维素膜过滤后, 在室内 26 ℃条件下(空调控温, 同
时启用空调换气功能)对离体叶片进行模拟增强
UV-B辐射处理。以室内自然散射光下离体叶片为
对照。在辐照 0、2、4、6、8、10 和 12 h 分
别取样。每次取 5 片叶, 重复 3 次。每次样叶经
液氮速冻后存放于-80 ℃冰箱备用。
相对电导率测定采用郝再彬等介绍的方法(郝
再彬等 2004)。丙二醛(malondialdehyde, MDA)含
量测定采用硫代巴比妥酸比色法。叶片光合色素
含量的测定采用改良Arnon法(郝再彬等2004)。叶
片总黄酮含量的测定采用孙群和胡景江(2006)的方
法。可溶性蛋白含量测定采用Bradford法(Bradford
1976)。超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,
SOD)活性测定采用氮蓝四唑(nitro blue tetrazolium
chloride, NBT)光还原法(高俊凤 2004)。过氧化氢
酶(catalase, CAT)活性测定采用紫外吸收法(陈建勋
和王晓峰 2006)。过氧化物酶(peroxidase, POD)活
性测定采用愈创木酚法(陈建勋和王晓峰 2006)。
维生素 C 含量和还原型谷胱甘肽(reduced gluta-
thione, GSH)含量的测参考陈建勋和王晓峰(2006)的
方法。
用 t-test 分析处理与对照差异显著性; 用一元
方差分析(one-way ANOVA)检验处理时间效应的显
著性, 采用 LSD 法作多重比较分析。所有分析均
使用 SAS 软件。
结果与讨论
1 增强UV-B辐射处理对叶片的损伤
1.1 相对电导率 UV-B处理的芒果老叶与对照叶片
的相对电导率都随着处理时间的延长而增加(UV-B
处理: F=12.81, P<0.0001; 对照: F=4.96, P=0.0064),
但UV-B处理叶片增加幅度更大(图1)。UV-B处理
的叶片和对照叶片相对电导率上升说明在离体条件
下细胞膜透性随时间延长而增大, 即二者细胞均受
到一定程度的损伤。 UV-B处理与对照叶片的相对
电导率在 4 h之前无显著差异; 从6 h开始UV-B处
理叶片的相对电导率高于对照的, 且差异均显著或
极显著。说明 UV-B 处理叶片的相对电导率在 6 h
以后比对照上升更快, 即说明增强UV-B辐射处理
使芒果叶片受到损伤。
图 1 UV-B 处理对芒果老叶相对电导率的影响
Fig.1 The effect of UV-B radiation on the relative
conductivity in old leaves of mango
不同字母表示相同处理不同处理时间的差异显著性(P ≤
0.05)。* 表示处理与对照间差异显著 P<0.05, ** 表示差异极显
著 P< 0 . 0 1 。以下各图表同。
1.2 丙二醛(MDA)含量 随着 UV-B 处理时间的延
长, UV-B处理的叶片与对照叶片MDA的含量均呈
上升趋势(UV-B 处理: F=9.73, P=0.0003; 对照:
F=41.55, P<0.0001), 且 UV-B 处理叶片 MDA含量
比对照的上升幅度更大(图 2)。UV-B 处理叶片 12
h时的MDA含量升高了54.59%, 对照12 h的MDA
含量升高了 13.26%。从 4 h 开始, UV-B 处理叶片
MDA含量显著或极显著地高于对照的。说明离体
叶片随着时间的延长, 细胞膜膜酯过氧化作用增强;
同时, UV-B 处理加剧了膜酯过氧化作用, 即 UV-B
辐射处理引起膜酯损伤。
1.3 叶绿素和叶绿素a/b UV-B处理叶片的叶绿素
植物生理学通讯 第 46 卷 第 8 期, 2010 年 8 月 789
含量和叶绿素 a/b 均呈显著下降趋势(叶绿素: F=
15.6, P<0.0001; 叶绿素a/b: F=46.17, P<0.0001), 对
照叶片的叶绿素含量和叶绿素a/b则无显著变化(叶
绿素: F=0.59, P=0.7351; 叶绿素 a/b: F=0.63,
P=0.7041); UV-B处理叶片的叶绿素含量和叶绿素
a/b 从 4 h 开始显著低于对照的(表 1)。可见, 增强
UV-B辐射处理导致叶片叶绿素含量和叶绿素a/b降
低, 说明可能引起叶绿体损伤。
表 1 UV-B 辐射对芒果老叶叶绿素和叶绿素 a/b的影响
Table 1 The effects of the enhanced UV-B radiation on the
content of chlorophyll and the ration of chlorophyll a/b in old
leaves of mango
叶绿素含量 /mg·g-1(FW) 叶绿素 a/b
时间 /h
UV-B 辐射 对照 UV-B 辐射 对照
0 2.54a 2.54a 2.29a 2.29a
2 2.54a 2.55a 2.30a 2.26a
4 2.50ab* 2.54a 2.21b* 2.31a
6 2.44bc* 2.52a 2.13c* 2.23a
8 2.45bc* 2.52a 2.09cd* 2.27a
1 0 2.39c* 2.50a 2.04d* 2.32a
1 2 2.28d* 2.51a 1.95e* 2.24a
2 增强UV-B辐射对叶片可溶性蛋白含量的影响
UV-B处理叶片和对照叶片的可溶性蛋白含量
均呈现上升的趋势(UV-B处理: F=30.38, P<0.0001;
对照: F=8.26, P=0.006), 且 UV-B 处理叶片的可溶
性蛋白含量自 4 h 后显著高于对照的(图 3)。
图 3 UV-B 处理对芒果老叶可溶性蛋白含量的影响
Fig.3 The effect of the UV-B radiation on the
content of soluble protein in old leaves of mango
UV-B处理的可溶性蛋白含量高于对照的结果
与前人的研究有类似之处。UV-B 辐射促进植物细
胞蛋白质合成(Nedunchezian等 1992), 植物组织细
胞可溶性蛋白水平的提高有增强渗透调节的作用
(张莉和续九如2003), 这说明可能是细胞通过降低
水势而保水和维持正常生理活动。
3 增强UV-B辐射对叶片抗氧化酶活性的影响
UV-B处理叶片与对照叶片的SOD活性变化在
2 h后, 前者继续上升, 而后者则显著下降; 自4 h 到
8 h, 二者均持续上升, 且同时在8 h达到高峰; 自8 h
后, 二者均持续下降(UV-B 处理: F=93.37, P<0.0001;
对照: F=23.68, P<0.0001)。除 0、2 和 12 h 时
UV-B 处理与对照叶片的 SOD活性差异不显著外,
其余时间里UV-B处理叶片的SOD活性均显著高于
对照的(表 2)。
UV-B处理叶片与对照叶片CAT活性均表现出
先升后降的趋势, 而且都在 8 h 达到峰值(UV-B 处
理: F=50.14, P<0.0001; 对照: F=26.17, P<0.0001);
除 0 h和 6 h时UV-B处理与对照叶片的CAT活性
无显著差异外, 在其余时间里, UV-B 处理叶片的
CAT 活性均显著或极显著地高于对照的(表 2)。
UV-B处理叶片与对照叶片POD活性均呈现出
先升后降的相似趋势(UV-B 处理: F=145.33, P<
0.0001; 对照: F=34.81, P<0.0001); UV-B 处理与对
照叶片POD活性在6 h以前无显著差异, 此后, UV-
B 处理叶片的 POD活性均显著或极显著地高于对
图 2 UV-B 处理对芒果老叶丙二醛含量的影响
Fig.2 The effect of UV-B radiation on
the content of MDA in old leaves of mango
植物生理学通讯 第 46 卷 第 8 期, 2010 年 8 月790
照的(表 2)。
在增强UV-B辐射持续处理过程中, UV-B处理
叶片的抗氧化酶(SOD、POD 和 CAT)活性出现高
于对照的现象, 说明抗氧化酶在增强UV-B辐射持
续处理过程中一直参与活性氧的清除, 这与前人的
研究结果(晏斌和戴秋杰 1996; 黄少白等 1998)一
致。
4 增强UV-B辐射下叶片非酶保护体系的变化
4.1 类黄酮和类胡萝卜素 UV-B处理与对照叶片类
黄酮变化均呈先升后降趋势, 但高峰出现时间不一
样(UV-B 处理: F=79.71, P<0.0001; 对照: F=25.67,
P<0.0001); UV-B处理和对照叶片的类黄酮含量除
在 0、2、4 和 12 h 无显著差异外, 在其余时间里,
表 2 UV-B 处理对芒果老叶抗氧化酶活性的影响
Table 2 The effects of UV-B radiation on the activities of antioxidant enzymes in old leaves of mango
SOD/U·min-1·g-1(FW) CAT/U·min-1·g-1(FW) POD/U·min-1·g-1(FW)
时间 /h
UV-B 辐射 对照 UV-B 辐射 对照 UV-B 辐射 对照
0 410.98d 411.26b 15.83e 15.83de 45.91d 45.91c
2 477.91c 432.44b 18.90d* 15.46e 47.62d 50.34b
4 529.63b* 301.72c 20.57cd* 17.43cd 56.13c 53.27b
6 628.47a* 422.65b 22.29c 20.41b 69.10a* 57.18a
8 661.60a* 487.13a 30.74a* 22.62a 62.25b* 55.52a
1 0 542.08b 475.34a 26.16b* 18.83c 58.61c* 49.73bc
1 2 306.27e 344.45c 21.46c* 14.37e 50.07cd* 44.87c
图 4 UV-B 处理对芒果老叶类黄酮和类胡萝卜素含量的影响
Fig.4 The effect of the UV-B radiation on the contents of flavonoids and carotenoids in old leaves of mango
A: 类黄酮含量; B: 类胡萝卜素含量。
UV-B处理叶片的类黄酮含量均显著高于对照的(图
4-A)。
UV-B处理与对照叶片的类胡萝卜素含量变化
趋势明显不同, UV-B 处理叶片先升后降(F=3.38,
P=0.0284), 对照叶片则无显著变化(F=0.60, P=
0.7289); UV-B处理与对照叶片的类胡萝卜素含量在
6 h 前差异不显著, 此后, UV-B 处理叶片的类胡萝
卜素含量显著高于对照的(图 4-B)。
可见, UV-B处理的保护性色素(类胡萝卜素和
类黄酮)含量高于对照的, 即UV-B处理积累了大量
的保护性色素。前人已经证明植物能通过 UV-B
诱导的表皮色素类UV-B 吸收复合物来抵抗UV-B
辐射伤害, 这些物质包括类黄酮、黄酮、花青素
植物生理学通讯 第 46 卷 第 8 期, 2010 年 8 月 791
和类胡萝卜素等(Dai 等 2004; de Bakker 等 2005)。
本试验结果也可能暗示处理叶片通过类黄酮吸收增
强UV-B辐射, 而类胡萝卜素则在一定程度上避免
了叶绿素光氧化而降低了胁迫的伤害(周党卫等
2002)。
4.2 维生素C和还原型谷胱甘肽 UV-B处理与对照
叶片的维生素 C 含量均呈下降趋势(UV-B 处理:
F=84.91, P<0.0001; 对照: F=31.71, P<0.0001); UV-B
处理与对照叶片的维生素 C 含量除在 0、2 和 4 h
无显著差异外, 在其余时间里, UV-B处理叶片的维
生素 C 含量均极显著地低于对照叶片的(图 5-A)。
UV-B处理与对照叶片的GSH含量均呈先升高
后下降的趋势(UV-B 处理: F=62.99, P<0.0001;
对照: F=13.96 , P<0.0001); UV-B 处理与对照叶片
除在 0、2、4 和 10 h 的 GSH 含量无显著差异外,
在其余时间里, UV-B处理均显著高于对照(图5-B)。
图 5 UV-B 处理对芒果老叶维生素 C 和还原型谷胱甘肽含量的影响
Fig.5 The effect of the UV-B radiation on the contents of VC and GSH in old leaves of mango
A: 抗坏血酸含量; B: 还原型谷胱甘肽含量。
随着处理时间的延长, 维生素C含量显著降低,
而GSH含量升高, 这与Herbinger等(2002)报道小麦
抗旱品种和不抗旱品种在遭受水分胁迫时叶片的
GSH 含量提高和维生素 C 含量降低是一致的。维
生素C因为直接清除活性氧而出现含量降低, 说明
其可能参与了活性氧清除; 而GSH含量升高, 则利
于清除活性氧自由基。至于维生素C和GSH清除
活性氧的消耗量与逆境促进其合成积累量之间的变
化关系还有待深入研究。
总之, 在增强 UV-B 辐射处理下, 老叶提高了
SOD、CAT 和 POD 的活性、消耗了维生素 C 和
刺激积累了 GSH, 从而增强清除活性氧的能力, 尽
可能减轻活性氧损伤; 刺激老叶积累类黄酮和类胡
萝卜素等保护色素, 从而吸收部分增强UV-B辐射,
避免叶绿素光氧化; 提高老叶可溶性蛋白含量, 从
而增强细胞渗透调节功能, 尽量保水和维持正常生
理活动。这些生理生化变化可能是芒果叶片尽可
能提高耐增强 UV-B 辐射能力的生理生化机理。
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