全 文 ：植物生理学通讯 第 44卷 第 5期，2008年 10月 923
高温胁迫下红色与绿色苋菜叶抗氧化能力的比较
邵玲 1, 李芸瑛 1, 吴晓莉 1, 彭长连 2,*
1肇庆学院生命科学学院, 广东肇庆 526061; 2华南师范大学生命科学学院, 广州 510631
提要: 研究40 ℃高温下连续处理6 d的红叶苋和绿叶苋叶中抗氧化能力的结果表明: 高温胁迫下, 两种苋菜叶中总酚含量相
近, 红叶苋的苋菜红素和类黄酮含量显著大于绿叶苋, 两者的抗氧化酶活性都下降, 超氧化物歧化酶(SOD)活性的变化差异
不大, 但红叶苋的抗坏血酸过氧化物酶(APX)和过氧化氢酶(CAT)活性下降幅度比绿叶苋小, 其叶中H2O2积累较少, 总叶
绿素含量较高, 热害指数也低于绿叶苋。
关键词: 高温胁迫; 苋菜; 苋菜红素; 抗氧化能力
Comparison on Antioxidative Capability in Leaves of Red and Green Ama-
ranth (Amaranthus tricolor L.) under High Temperature Stress
SHAO Ling1, LI Yun-Ying1, WU Xiao-Li1, PENG Chang-Lian2,*
1College of Life Science, Zhaoqing University, Zhaoqing, Guangdong 526061, China; 2College of Life Science, South China Normal
University, Guangzhou 510631, China
Abstract: Antioxidative capability in leaves of two cultivars of Amaranthus tricolor (red and green leaf) was
investigated by high temperature (40 ℃) treatment for 6 d. The results showed that the contents of total
phenolics were similar between two cultivars of amaranth under high temperature stress. However, contents of
amaranthin (one type of betacyanins) and flavonoids increased more remarkably in red cultivar than in green
cultivar. Activities of three antioxidases in both cultivars decreased, no much difference was found in the
alteration of superoxide dismutase (SOD) activity between two cultivars, but compared to activities of ascor-
bate peroxidase (APX) and catalase (CAT) in green cultivar, activities of APX and CAT in red cultivar slightly
decreased. In comparison with the green one, less accumulation of H2O2 in leaf tissue and higher chlorophyll
content were observed in red cultivar. Hence, the heat injury index of red cultivar was obviously lower than that
of green cultivar.
Key words: high temperature stress; Amaranthus tricolor; amaranthin; antioxidative capability
收稿 2008-06-30 修定 2008-09-09
资助 国家自然科学基金( 3 0 7 7 0 1 7 3 )和肇庆学院科研项目
( 0 4 1 5 )。
致谢 中国科学院华南植物园林植芳研究员对本文提供帮助。
* 通讯作者(E-ma i l : pengc hl@sc ib .a c .cn; T el : 0 2 0 -
8 5 2 1 7 6 1 2 )。
苋菜红素(amaranthin)是一种紫红色的水溶性
色素, 存在于植物细胞的液泡中。它与花色素苷
(anthocyanins)有所不同, 是一种含氮的次生代谢产
物, 类似甜菜素(betalain)为代表的酮类和醌类衍生
物色素, 属于甜菜素类中的甜菜红素(betacyanins)
亚型, 主要分布于苋科( Ama ra n tha cea e)苋属
(Amaranthus)植物红色的根、茎、叶中(Cai等
1998; Ptushenko等 2002)。
近年来的一些研究指出, 甜菜红素具有与花色
素苷相类似的抗氧化性能(Stintzing和Carle 2004)。
甜菜红素分子结构芳香环上丰富的不饱和双键是决
定其抗氧化能力的主要特征。Vogt等(1999)用高
强度紫外线处理冰叶日中花(Mesembryanthemum
crystallinum)植物显示, 甜菜红素在叶子表皮细胞的
液泡中快速积累, 说明甜菜红素可作为紫外线的过
滤器保护植物免受或降低紫外线的伤害。Sepulveda-
Jimenez等(2004)通过采用外源H2O2注射到甜菜的
叶片中, 同样很快诱导了甜菜红素的合成, 有效降
低了逆境所导致的植物体内的氧化胁迫。同时, 体
外实验也表明, 提纯的甜菜红素具有明显的清除氧
自由基和羟自由基的能力, 其清除羟自由基的效果
明显强于维生素 C (王长泉等 2007)。以上研究说
明甜菜红素可能参与了植物体内的抗氧化过程。
但迄今涉及活体植物中甜菜红素抗氧化功能的报道
还不多, 值得深入研究。为此, 本文以南方常见的
富含一类甜菜红素(苋菜红素)的两个苋菜栽培品
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种——红叶苋菜和绿叶苋菜为材料, 比较 40 ℃高
温胁迫下两者抗氧化能力的差异, 探讨苋菜红素在
高温胁迫中可能的生理作用。
材料与方法
苋菜(Amaranthus tricolor L.)品种为肇庆市蔬
菜基地主栽的 ‘新选红叶苋 ’和 ‘严选青叶苋 ’, 种
子由南海市大沥江志清种子公司提供, 于本院生物
园盆栽种植后用于试验。植株生长到 4~5片叶时
(约 35 d), 选取生长状态和盆栽株数一致的幼苗置
于光强 80 µmol·m-2·s-1、光周期 12 h/12 h (光 /暗)、
湿度为60%的LRH-800-G型光照培养箱(广东省医
疗器械厂生产)中昼夜进行40 ℃全株高温胁迫处理
6 d。处理过程中, 参考尹贤贵等(2001)文中的方
法调查苋菜植株的热害指数, 植株分级标准为: 植
株外观正常者为0级; 叶片轻度褪绿反卷者为1级;
叶片发黄中度萎蔫者为 2级; 叶片泛白萎蔫者为 3
级; 植株茎萎缩和叶大部分萎蔫者为 4级; 整株萎蔫
干枯者为5级。热害指数=(1×S1+2×S2+3×S3+4×S4+
5×S4)/(5×总株数)×100%, 式中, S表示受高温热害相
应级别的株数。每 2 d观察统计一次, 同时随机剪
取自顶部向下数的第3~4位成熟叶片测定各种生理
指标。试验重复 4~5次。
苋菜红素含量测定参考Stintzing等(2002)文中
的方法, 用岛津UV-2550紫外分光光度计(下同)测
定。用丙酮提取法测定总叶绿素的含量(张志良和
瞿伟菁 2003)。总酚、类黄酮的测定按 Fukumoto
和Mazza (2000)文中的方法。超氧化物歧化酶
(superoxide dismutase, SOD)采用Giannopolitis和
Ries (1977)文中方法测定。参考曾韶西等(1991)文
中的方法测定抗坏血酸过氧化物酶( a s co r b a t e
peroxidase, APX)和过氧化氢酶(catalase, CAT)的活
性。用彭长连等(2000)文中的方法测定叶的总抗
氧化能力, 以清除二苯基苦基苯肼自由基(DPPH·)的
百分率表示。参考 Lu和Higgins (1998)文中的方
法进行叶圆片中H2O2组织化学定位。分别从40 ℃
热胁迫6 d和常温对照的植株中选取第4位叶片, 用
直径为1.5 cm的打孔器避开主叶脉截取叶圆片, 迅
速浸入1 mg·mL-1的2-氨基联苯胺(2-diaminobenzidine,
DAB)溶液中, 真空抽气 10 min, 暗下放置 8 h, 然后
在 80 ℃的恒温水浴锅中用 75%乙醇除去色素, 脱
色后立即拍照。
所有数据测定均重复 3次, 用 SPSS统计分析
软件分析数据间的显著性差异。
结果与讨论
1 高温胁迫下两种苋菜热害指数的变化
高温处理下, 苋菜植株新出叶反卷, 叶色发黄
褪绿, 红叶和绿叶苋两者均出现不同程度的热害症
状。热害指数是一种常见的鉴定作物耐热性的指
标。从图 1可见, 随着高温胁迫时间的延长, 两个
品种的热害指数不断升高。处理后 6 d的绿叶苋
和红叶苋的热害指数分别为 60.6%与 44.7%, 两者
热害指数差异达到P<0.01的显著水平, 显示红叶苋
对高温胁迫的耐受性较强。
图 1 高温胁迫下两种苋菜热害指数的变化
Fig.1 Changes in heat injury index between two amaranth
cultivars under high temperature stress
2 高温胁迫对苋菜红素、叶绿素、总酚和类黄酮
含量的影响
表1显示, 持续高温诱导红叶苋中苋菜红素的
大量合成, 而绿叶苋叶中苋菜红素含量呈递减趋势,
高温处理后6 d的红叶苋苋菜红素含量是绿叶苋的
2.51倍。同时, 胁迫过程中红叶苋叶绿素的降解量
明显少于绿叶苋。据此推测高温处理后红叶苋中
苋菜红素含量的提高可能是叶片耐热性增高的原
因。
此外, 类黄酮和总酚是一类存在于植物体内清
除活性氧的抗氧化物质。从表 2可见, 相同胁迫天
数内两种苋菜总酚含量差异不大, 类黄酮的含量变
化明显大于总酚, 第 4和第 6天时红叶苋的类黄酮
含量与绿叶苋相比达到极显著水平(P<0.01), 红叶
苋中类黄酮含量较高对清除体内自由基是有利的。
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3 高温胁迫下两种苋菜叶中的抗氧化酶活性和总
抗氧化能力变化
高温逆境导致植物体内氧化胁迫加剧而产生
大量自由基。H2O2和 O2－· 是叶绿体和线粒体产生
的主要活性氧, 植物清除O2－· 的酶主要是 SOD, 而
清除H2O2的任务则由CAT和APX完成(徐志防等
1999)。从两种苋菜抗氧化酶的活性变化可知(图
2), 高温胁迫前期(2 d), SOD、APX和 CAT的活
性呈上升趋势, 随后迅速下降。其中, 红叶苋和绿
叶苋对O2－· 自由基的清除能力相近, 两者SOD活性
只在处理 2 d时有差别。但高温处理下红叶苋的
APX和CAT活性一直明显高于绿叶苋, 显示出红叶
苋对H2O2的良好清除作用。
此外, 有报道认为, 植物叶片对有机自由基
DPPH·清除率的大小是评价植物总抗氧化能力的指
标(彭长连等 2000)。高温胁迫前期, 两种苋菜叶片
的DPPH·清除率相近(图 3)。随着高温处理时间的
延长, 红叶苋总抗氧化能力维持较高的水平, 第 6
天时其对DPPH·的清除率仍达到46.1%, 而绿叶苋
则在胁迫 2 d后呈下降趋势, 第 6天时总抗氧化能
力只为 35.7%左右。
4 高温胁迫下两种苋菜叶中产生的H2O2组织化学
定位
Lu和Higgins (1998)指出, 在过氧化物酶作用
下, DAB一旦与H2O2接触就会迅速形成不溶于乙醇
的红褐色聚合物(DAB-H2O2)沉淀。因此, 采用DAB
染色法可以比较直观和专一地分析热胁迫下苋菜叶
中H2O2的存在部位和相对含量。从图 4-a和 b可
表 1 高温胁迫下两种苋菜叶中苋菜红素和总叶绿素含量的变化
Table 1 Changes in amaranthin and total chlorophyll contents in leaves of two amaranth cultivars under high temperature stress

品种
苋菜红素含量 /A538·(100 mg)-1 (FW) 总叶绿素含量 /mg·g-1 (FW)
0 d 2 d 4 d 6 d 0 d 2 d 4 d 6 d
绿叶苋 0.202±0.007 0.174±0.002 0.149±0.001 0.167±0.005 1.89±0.03* 1.45±0.01 1.01±0.06 0.92±0.25
红叶苋 0.273±0.010* 0.251±0.014* 0.373±0.022** 0.417±0.028** 1.61±0.17 1.27±0.03 1.32±0.14* 1.10±0.29
　　*和 **分别表示同列数据差异达 P<0.05 和 P<0.01 显著水平。
表 2 高温胁迫下两种苋菜叶中总酚和类黄酮含量的变化
Table 2 Changes in the total phenolics and flavanoid contents in leaves of two amaranth cultivars under high temperature stress

品种
总酚含量 /A280·(100 mg)-1 (FW) 类黄酮含量 /A325·(100 mg)-1 (FW)
0 d 2 d 4 d 6 d 0 d 2 d 4 d 6 d
绿叶苋 1.25±0.003 1.34±0.001 1.83±0.004 1.69±0.012 1.67±0.021 3.52±0.034 3.83±0.017 2.26±0.036
红叶苋 1.41±0.008 1.47±0.003 1.89±0.017 1.76±0.008 2.01±0.088* 3.88±0.015* 4.57±0.023** 3.30±0.067**
　　*和 **分别表示同列数据差异达 P<0.05 和 P<0.01 显著水平。
图 2 高温胁迫对两种苋菜叶片中 SOD、APX和 CAT活性的影响
Fig.2 Effects of high temperature on the activities of SOD, APX and CAT in leaves of two amaranth cultivars
植物生理学通讯 第 44卷 第 5期，2008年 10月926
图 4 高温胁迫下两种苋菜叶圆片中DAB-H2O2复合物的定位
Fig.4 Localization of DAB-H2O2 complex in leaf discs of two amaranth cultivars under high temperature stress
a: 绿叶苋(对照); b: 红叶苋(对照); c: 绿叶苋(高温); d: 红叶苋(高温)。
图 3 高温胁迫下两种苋菜叶片总抗氧化能力的变化
Fig.3 Changes in total antioxidant capacity in leaves of two
amaranth cultivars under high temperature stress
见, 未经高温胁迫处理的绿叶苋和红叶苋的叶圆片
中红褐色聚合物的积累很少, 但经 40 ℃高温胁迫
6 d后, 两种苋菜叶圆片的叶脉和叶肉组织上均可见
到褐色物质沉淀(图 4-c和 d)。其中, 红叶苋的叶
圆片上斑点状沉淀物质相对较少, 颜色较浅(图4-d),
而绿叶苋叶圆片上沉淀的红褐色聚合物多, 颜色也
较深(图 4-c), 显示高温胁迫下叶组织中有H2O2积
累, 与林植芳等(2004)报道高温诱致水稻叶绿素 b
突变体叶片产生 H2O2的结果相似。绿叶苋叶中
H2O2的积累量大于红叶苋, 这与上述几种生理指标
的变化是一致的。
植物体内活性氧的清除由酶促和非酶促两大
系统完成。高温胁迫诱导红叶苋叶中苋菜红素积
累及较高的抗氧化酶活性水平, 增强了植株的抗氧
化能力, 降低活性氧的积累。从比较两种叶片的热
害指数、苋菜红素含量与组织中的H2O2水平的结
果推测, 红叶苋较好的抗热性可能与其具有较高的
苋菜红素含量相关, 这类甜菜红素的迅速合成及其
抗氧化功能的发挥缓解了高温下抗氧化酶系统失活
及细胞损伤的可能性。
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