全 文 ：第 17 卷 第 4 期
Vol. 17 No . 4
草地学报
ACTA AGRESTIA SINICA
2009 年 7 月
Jul. 2009
不同草坪草体内类胡萝卜素含量的比较
孙小玲1, 孙玉胜2 , 许岳飞1 , 周禾1*
( 1.中国农业大学动物科技学院草业科学系 , 北京 100193; 2.山东省青岛市黄岛区红石崖街道办事处, 青岛 266426)
摘要:用高效液相色谱仪,配以Waters Spheriso rb ODS-2 封口的色谱柱, 测定正常光照条件下沿阶草( Festuca
arundinacea Schreb. )、高羊茅( Poa p ratens is L . )和草地早熟禾(Op hio pogon bod inier i Lvl. )体内类胡萝卜素的相
对含量和构成。结果表明:主要类胡萝卜素按其在植物体内的含量多少排序为叶黄素> -胡萝卜素 紫黄质> 新
黄质 ;由于不同植物的类胡萝卜素/叶绿素的比值不同,所有类胡萝卜素均以其在整个类胡萝卜素中所占的比值的
不同来衡量种间的差异; 3 种植物中的新黄质和-胡萝卜素的含量没有明显差异;叶黄素与叶黄素库(包括紫黄质、
单环氧玉米黄质和玉米黄质)呈明显的负相关关系,沿阶草叶黄素/叶黄素库的比值最高, 而草地早熟禾和高羊茅
之间没有明显差异;-胡萝卜素及其衍生物(叶黄素库和新黄质)与-胡萝卜素及其衍生物(叶黄素)的比值, 在 3 种
植物中具有显著差异,以草地早熟禾为最高, 而沿阶草最低。
关键词:草坪草; 类胡萝卜素;耐荫性; 高效液相色谱仪
中图分类号: Q946. 91 文献标识码: A 文章编号: 1007-0435( 2009) 02-0428-07
Comparison of Carotenoids Content in Different Turfgrass Species
SUN Xiao- ling1 , SUN Yu-sheng 2 , Xu Yue- fei1 , ZHOU He1*
( 1. Departmen t of Grassland Science, C ol lege of Animal S cience and Technology, China Agricultu ral Un iversity, Beijing 100193, China;
2. H ongshiya St reet Off ice, Huangdao Dist rict , Qingdao, Shandong Provin ce 266426, China)
Abstract: T he carotenoid content and composit ion of tall fescue ( Festuca ar undinacea Schreb. ) , Kentucky
bluegrass( Poa p r atensis L. ) and mondo grass ( Ophiopogon bod inier i Lvl. ) in full sunlight w er e meas-
ured using high-perfo rmance liquid chromatog raphy w ith an end capped Waters Spherisorb ODS-2 co-l
umn. The abundance or der o f car otenoids w as lutein, -carotene, violax anthin, and neoxanthin. The ca-
r otenoid w as expressed as a percentag e of total carotenoids instead of on the chlorophyll basis to bet ter in-
dicate the difference among species because the difference m ight be masked by the dif ferences o f carote-
noid/ chlorophyll rat io among species. T here w as no signif icant differ ence in neoxanthin and -carotene
contents among the three turfgrass species. T he relat iv e levels of lutein and xanthophy ll poo l ( violaxan-
thin, antheraxanthin and zeaxanthin) w ere found to be st rongly negat ively co rrelated. While the rat io of
lutein to x anthophy ll pool w as highest in O. bodinier i, no remarkable dif ference w as found betw een F.
ar undinacea and P . p r atensis. T he r at io of -Carotene plus it s der iv ates ( x anthophy ll pool and neoxan-
thin) to - Caro tene plus it s derivates ( lutein) w as found to be markedly different among three turfg rass
species, w ith the rat io highest in P . p ratensis and low est in O. bodinier i.
Key words: Turfgrass; Caro tenoid; Shade tolerance; H igh perfo rmance liquid chromatog raphy ( HPLC)
类胡萝卜素在植物体内主要行使两大功能, 光
捕获和光保护。类胡萝卜素分为两大类: 一类为含
氧的类胡萝卜素,如紫黄质( V io lax anthin, V)、单环
氧玉米黄质( Antheraxanthin, A )、玉米黄质 ( Zea-
xanthin, Z)、叶黄素( Lutein, L )、环氧叶黄素 ( Lu-
tein Epox ide, Lx )、新黄质 ( Neoxanthin, N )等, 通
称为叶黄质( Xanthophyl l, X) ; 另一类为不含氧的
类胡萝卜素, 如-胡萝卜素、-胡萝卜素、八氢番茄
收稿日期: 2008-12-18;修回日期: 2009- 03-14
基金项目:国家科技支撑计划项目( 21037037)资助
作者简介:孙小玲( 1980- ) ,女,山东青岛人,博士研究生, 研究方向为草坪植物逆境生理生态学, E- mai l: honeybeesun 721@ gmail . com ;
* 通讯作者 Author for correspondence, E-mail: zhouhe@ cau. edu. cn
第 4期 孙小玲等:不同草坪草体内类胡萝卜素含量的比较
红素和番茄红素等, 统称为胡萝卜素 ( Carotene)。
植物中发挥功能的 6 种主要的类胡萝卜素包括: 紫
黄质、单环氧玉米黄质、玉米黄质、叶黄素、新黄质和
-胡萝卜素 [ 1~ 5]。
在不同光照条件下, 植物体内的类胡萝卜素可
相互转化,其中紫黄质、单环氧玉米黄质和玉米黄质
的总量称为叶黄素库( xanthophyll cycle)。在短时
期内,植物叶黄素库的大小保持不变 [ 6]。阳生植物
和阴生植物的区别之一在于阳生植物具有较大的叶
黄素库,而阴生植物的叶黄素库则较小,原因是叶黄
素库中的玉米黄质和单环氧玉米黄质可以将植物吸
收的多余却不能用于光合作用的光能以热的形式耗
散[ 7]。叶黄素也可以进行热能耗散, 但只发生在极
端条件下,正常情况玉米黄质和单环氧玉米黄质便
可完成热能耗散的作用[ 8]。叶黄素主要分布于捕光
天线上, 是捕光色素蛋白复合体( Light Harvesting
Complex , LH C)重要的组成部分, 因此阴生植物的
叶黄素在整个类胡萝卜素中所占的比例 ( 48% ~
51% )高于阳生植物( 35% ~ 45%) [ 9] 。
作为低矮地被草坪草经常生长于树木或建筑物
的遮荫处,长期遮荫导致草坪草的密度和生活力大
大降低 [ 3]。高效耐荫品种的筛选一般是依据日常经
验,目前还没有一种有效的试验方法可以量化并快
速地对植物耐荫性进行鉴定。类胡萝卜素作为对光
照反应敏感的指标, 可以考虑应用, 但鉴于标品昂
贵,相关报道较少,研究试验亦屈指可数。
Bell等 [ 10]使用高效液相色谱仪配以 spherisor b
ODS-1 未封口的 C18的色谱柱, 测定了不同遮荫条
件下,匍匐翦股颖( A grosti s stolonif er a L. )植株中
的新黄质,紫黄质, 叶黄素及叶绿素 a, b 的相对含
量,发现在全光照遮荫条件下的 25% ,上述指标分
别下降 34% ~ 50%,其中紫黄质对光照的反应最为
敏感。McElr oy 等[ 3] 使用高效液相色谱仪配以
ProntoSIL C30 RP 的色谱柱, 采用内外标, 测定了
不同光照梯度下,匍匐翦股颖植株中的所有类胡萝
卜素和叶绿素的绝对含量, 发现当将植物从高光移
至低光时,紫黄质、叶黄素和环氧叶黄素的含量先上
升后下降,叶黄素库(紫黄质+ 单环氧玉米黄质+ 玉
米黄质)变小;而将植物从低光移至高光时, 叶黄素
库变大,玉米黄质和单环氧玉米黄质的含量上升, 紫
黄质、新黄质和 -胡萝卜素的含量则下降。
在上述两项研究中, 均以一种植物在不同光照
条件下色素含量的变化来指示植物对光照强度的响
应。本项研究则旨在测定不同遗传背景的材料在同
一光照条件下, 其色素含量的构成差异,以便揭示不
同材料对光照强度响应的机理。
1 材料和方法
1. 1试验材料
试验材料为: 高羊茅的 Arid3 品种 ( Festuca
arund inacea Shreb. cv. A rid3) 和草地早熟禾的
midnight 品种( Poa p ratensis L. cv. Midnight ) ,以
及沿阶草 ( Ophiop ogon bodinier i Lv l. )。其中高
羊茅和草地早熟禾以种子繁殖, 种子购于克劳沃集
团。沿阶草以营养繁殖, 是在北方种植多年引自南
方的乡土草种, 由中国农业大学绿化科提供。试验
开始于 2007年 5 月, 高羊茅的播种量为 40 g / m2 ;
草地早熟禾的播种量为 20 g/ m2。选取生长一致的
沿阶草单株移栽, 每株保留 7 cm 左右的须根和 7
cm左右的地上部植株, 每盆种植 4株。所有试验材
料种植在直径为 16 cm ,高 10 cm 的花盆中。基质
为蛭石 草炭土= 1 1。每周施一次 10%的 Hoag-
land营养液,施氮肥按照 5. 2 kgN/ w ha 的标准,
每 2 d浇一次水, 保证土壤湿润。高羊茅和草地早
熟禾每周修剪 2次,留茬高度为 5 cm。样品采集于
2008年 4月。所有材料均为正常光照下生长,叶片
采集于日出之前。
1. 2主要仪器和试剂
试验所用仪器为日本岛津公司生产的 SHI-
MADZE-10A 型高效液相色谱仪; SPD-M10AVP 二
极管阵列检测器; 北京康林科技有限公司生产的
KL512J型氮吹仪。试验所用的甲醇、乙腈、乙酸乙
酯为色谱纯; 2, 6-二叔丁基-4-甲氧基苯酚( 2, 6-D-i
tertbuty-l 4-methoxyphenol, BHT ) 纯度为 99%;
T ris、N aCl、丙酮、石油醚为分析纯; HCl为优级纯。
T ris-HCl缓冲液由超纯水配制。
1. 3色素提取
色素提取在避光条件下进行。称取 1 g 叶片鲜
样,放入研钵中,加入 0. 01%的 BHT 抗氧化剂。用
30 mL 石油醚: 丙酮= 21( v/ v )混合溶剂提取 2~ 3
次至残渣无色,合并提取液, 用饱和 NaCl水溶液洗
去下层。在 2500 g 下离心 10 m in,再用吸管将上清
液石油醚层吸出。用氮吹仪浓缩至干, 再用丙酮定
容至5 mL。最后过0. 2 m 的微孔滤膜。在本试验
中,没有进行皂化,因为类似试验表明皂化会降解类
胡萝卜素,降低回收率 [ 11, 12]。
429
草地学报 第 17卷
1. 4色谱条件
色谱柱为 Waters Spherisor b ODS-2 columns
( 4. 6 250 mm; Waters Corporat ion) ,粒径: 5 m。
保护柱: EasyGuard C18 Kit ( 4 50 mm; Dikma
Technolog ies)。流动相 A 液为乙腈 甲醇 Tris-
HCl缓冲液, 0. 05 mo l/ L ( 72 8 3, v/ v) , pH =
7. 5。流动相 B 液为甲醇 乙酸乙酯( 68 32, v/
v)。流动相配好后过 0. 45 m 的微孔滤膜( Dikma;
Millipore Corporat ion) ,而后超声除气备用。梯度
洗脱程序: 6 m in先用 A 液洗脱, 接着 10 min 线性
梯度洗脱,到 100%的 B液。两次进样之间平衡 10
min。流动相流速1. 5 mL/ min。检测波长 440 nm。
柱温为 25。进样量为 20 L, 由定量环定容。
采用 ODS-2 封口的色谱柱,在基线附近分离了
新黄质、紫黄质、单环氧玉米黄质、叶黄素、叶绿素
a、叶绿素 b和-胡萝卜素等植物体内主要的叶绿素
和类胡萝卜素。在没有标准品的情况下, 参考已发
表的文献和各色素的吸收光谱, 确定了每个色谱峰
所代表的色素。利用色谱峰的相对面积比较了沿阶
草、高羊茅和草地早熟禾体内的类胡萝卜素构成。
1. 5统计分析
用统计分析软件 SPSS 11. 0 中的 One-Way
ANOVA 方法对测定数据进行统计分析。用 Corre-
late中的 Bivariate方法对测定数据进行相关性分析。
2 结果与分析
2. 1色素的鉴定及相对含量的测定
色素峰的鉴定是根据 HPLC 色素保留的时间
与已发表的文献 [ 6~ 12]中标品的吸收光谱图作比较,
确定了新黄质、紫黄质、叶黄素、叶绿素 b、叶绿素 a
和-胡萝卜素的位置(图 1)。通过色谱数据工作站
软件 SHIMADZE CLASS-VP 监测进程并测定峰
值面积。从图 1中可以看出, 极性越低的色素洗脱
出的时间越晚。流动相 A(乙腈 甲醇 T ris-HCl缓
冲液)主要是洗脱叶黄素类,如新黄质、紫黄质和叶
黄素。而流动相 B(甲醇 乙酸乙酯)则主要洗脱叶
绿素和类胡萝卜素。洗脱刚开始几分钟出现的小峰
可能是由于水和死体积所致[ 6] 。
在图 1中, 未确定的 3个峰 1、2、3, 根据图 2的
吸收光谱图(图 2a)可见, 峰 1 的最大吸收峰为 445
nm , 476 nm 和 428 nm,可以确定其为叶黄素类。叶
黄素循环中的中间过渡产物单环氧玉米黄质在整个
类胡萝卜素中占的比例不多, 但其功能与玉米黄质
相似,都可以促进光猝灭的发生,保护植物的光合器
官。色谱图(图 1)中, 峰 1的保留时间与最大吸收
波长均与单环氧玉米黄质相似, 而且在植物中的含
量与紫黄质的高度呈负相关(图 3b) , 推测其可能为
单环氧玉米黄质。峰 2 (图 2b)与叶绿素 b的吸收
光谱图基本重合, 而峰 3(图 2c)则基本与叶绿素 a
的吸收光谱图重合, 由此可确定峰 2、3为叶绿素。
试验中未发现-胡萝卜素,可能与光照强度未低于
一定限度有关,或者是由于 -胡萝卜素只在一定种
类植物中存在[ 7] ,而在本试验所采用的材料中没有。
2. 2植物体内色素的构成及其相关性
表 1显示的是几大主要类胡萝卜素在整个类胡
萝卜素中的相对含量, 因为这样可以更灵敏的显示
不同类胡萝卜素的相对水平 [ 19]。本试验没有以叶
绿素为基准,是为了避免类胡萝卜素相对含量的差
异被不同植物之间类胡萝卜素总量/叶绿素总量比
值的差异所掩盖住(表 2)。几大主要类胡萝卜素按
其相对含量排序为, 叶黄素> -胡萝卜素 紫黄质
> 新黄质(表 1)。其中以叶黄素在植物体内的含量
为最多,可占到总类胡萝卜素总量的 35% - 45%;
其次为 -胡萝卜素, 为 25%左右; 排在第 3位的是
紫黄质, 占类胡萝卜素总量的 14% - 25%; 最后为
新黄质,占 12%左右。这 4大主要类胡萝卜素可占
到整个类胡萝卜素总量的 95%以上。
叶黄素为 -胡萝卜素的衍生物( C) , 新黄质及
整个叶黄素库(紫黄质+ 单环氧玉米黄质+ 玉米黄
质)中的所有类胡萝卜素均为 -胡萝卜素的衍生物
( C)。通过分析类胡萝卜素之间的相关性发现(图
3a) , 叶黄素与叶黄素库(紫黄质+ 单环氧玉米黄质
+ 玉米黄质)之间呈显著的负相关。Johnson 等[ 19]
认为,由于叶黄素与叶黄素库的高度负相关性, 叶黄
素/叶黄素库的比值可以作为指示植物耐荫水平的
指标, 亦即叶黄素/叶黄素库的比值越高,植物的耐
荫性越强。而本研究中, 3种植物的叶黄素/叶黄素
库比值由 1. 3~ 2. 4不等(表 2)。紫黄质和单环氧
玉米黄质呈显著负相关(图 3b) ,也就是说叶黄素库
内部的组分为相互消长的关系, 这与前人的理论研
究结果相符[ 7] 。
2. 3 3种植物类胡萝卜素构成的比较
3种植物体内的 -胡萝卜素和新黄质所占的比
例无明显差异,分别为 24%和 12%(表 1)。沿阶草
体内的叶黄素所占的比例为最高( 45% ) , 其次为高
羊茅,草地早熟禾的叶黄素含量为最低。然而沿阶
草紫黄质的含量( 13. 7%)却比高羊茅和草地早熟禾
430
第 4期 孙小玲等:不同草坪草体内类胡萝卜素含量的比较 431
草地学报 第 17卷
表 1 三种植物体内的类胡萝卜素相对含量的比较
Table 1 Com par ison of caro teno id composition and relat ive
content s in 3 different turfg rass species
类胡萝卜素
Caroten oid
占类胡萝卜素总量的百分比% of total carotenoids
沿阶草
O. bod inier i
高羊茅
F. aru ndinacea
草地早熟禾
P . p ratensi s
N 12. 3 0. 4Ab 11. 4 0. 8Ab 11. 6 1. 8Ab
V 13. 7 0. 6Ac 24. 6 1. 1Bc 24. 9 1. 3Bc
A 4. 9 0. 4Ca 1. 5 0. 3Aa 2. 4 0. 1Ba
L 45. 0 0. 6Ce 39. 2 0. 4Bd 35. 7 1. 5Ad
- Car 24. 1 1. 2Ad 23. 3 0. 9Ac 25. 5 1. 7Ac
注:同行、同列字母相同,表示差异不显著( P > 0. 05) ;同行、同
列字母不相同,表示差异显著( P < 0. 05)。大写字母表示草种之间
的差异,小写字母表示同种草内色素含量的差异。N, 新黄质; V ,紫
黄质; A ,单环氧玉米黄质; L,叶黄素;-Car,-胡萝卜素;
Note: Mean s with diff erent smal l let ters in the same column are
signif icant ly dif f erent at the 0. 05 level according to Fishers LSDt-
est ; means w ith dif f erent capital let ters in the sam e row are signif-i
cant ly dif ferent at the 0. 05 level accordin g to Fishers LSD test ; cap-
ital let ters indicate the difference among species, small let ters ind-i
cate the dif feren ce among carotenoids; N: neoxanthin ; V: vioxan-
thin ; A: an th eraxanthin; L: lutein; -Car: - Carotene
低 10个百分点左右。高羊茅和草地早熟禾体内紫
黄质的相对含量无明显差异(表 1)。因此沿阶草叶
黄素/叶黄素库的比值为 3者中最高, 为 2. 4, 而高
羊茅( 1. 3)和草地早熟禾 ( 1. 5)的叶黄素/叶黄素库
的比值之间差异不显著(表 2)。本试验引进了一个
新的指标, -胡萝卜素及其衍生物/ -胡萝卜素及其
衍生物的比值( C/ C) , 结果发现 3种植物的 C/
C 具有明显差异,以草地早熟禾为最高( 1. 8) , 其次
为高羊茅( 1. 55) , 沿阶草为最低( 1. 2)。推测此指标
可以作为区分种间类胡萝卜素构成的一个较好指标。
阴生植物叶绿素 a/ b比值通常高于阳生植物。
在本研究中,沿阶草叶绿素 a/ b比值为 2. 6, 而高羊
茅和草地早熟禾均为 3. 0 左右。此结果与 Johnson
等[ 1 9]对 19 种阴生和阳生植物的研究结果基本一
致,他们将植物区分为 2大类, 阳生植物的叶绿素
a/ b的比值为 2. 9 左右, 而阴生植物的叶绿素 a/ b
的比值为 2. 6左右, 同样他们也证明叶绿素 a/ b比
值与植物的耐荫性并无明显的相关性。至于为什么
图 3 ( a)叶黄素与总叶黄素库的相关性分析(b)紫黄质与单环氧玉米黄素的相关性分析
Fig . 2 Relat ionships ( a) between leaf lut ein and total xanthophyll poo l and ( b) bet ween
violaxanthin and anther axanthin; each expressed as a percent age of t otal car otenoids.
注: R: 相关系数; R2 : 确定系数
Note: R: correlat ion coef fi cient ; R2 : coef fi cient of determinat ion
阴生植物叶绿素 a/ b 的比值较低,其解释为叶绿素
a有一半位于光反应中心,一半充当为捕光色素, 而
叶绿素b 是主要的捕光天线色素。而且叶绿素 a 主
要吸收红光,叶绿素 b主要吸收蓝光(遮荫区的主要
光谱)。生长在以蓝光为主要光谱组成的低光条件
下的阴生植物, 其遗传特性决定了必需以更多的叶
绿素 b来捕获不足的光源,维持正常的光合作用。
3 讨论与结论
使用高效液相色谱仪配以 C18 的硅胶柱测定
与光合有关的类胡萝卜素的方法很多, 国际上通用
的是 Thayer 等[ 6]和 Gilmore 等[ 12] 提出的方法。但
前者采用的未封口的 zo rbax-ODS 柱的填充材料已
经不生产了,而后者使用的未封口 ODS-1 柱, 由于
柱的使用时间不长,在本试验中未被采用。前几年,
日本又生产了使用等度洗脱便可分离所有类胡萝卜
素的 C30 的硅胶柱, 由于造价较高, 本试验中也未
采用。我们选用的是 Waters Spherisorb ODS-2
封口的色谱柱。
Gilmor e等[ 12]提出了 2种分离类胡萝卜素的方
法。方法1被后人采用较多, 但本试验发现采用方
432
第 4期 孙小玲等:不同草坪草体内类胡萝卜素含量的比较
表 2 三种植物之间色素比例的差异
Table 2 Comparison o f pigments pr opor tions among 3 turfg rass species
植物种类
Species
C/ C Chl a/ Chl b Car/ Chl L/ X
沿阶草 O. bodinie ri 1. 224 0. 030a 2. 635 0. 055a 1. 042 0. 019a 2. 424 0. 133b
高羊茅 F . ar und inacea 1. 552 0. 029b 2. 959 0. 062b 0. 943 0. 060a 1. 316 0. 119a
草地早熟禾 P . p ratensi s 1. 801 0. 113c 3. 065 0. 089b 1. 321 0. 151b 1. 504 0. 060a
注:C,-胡萝卜素及其衍生物;C,-胡萝卜素及其衍生物; Chl a,叶绿素 a; Chl b,叶绿素 b; Car,类胡萝卜素总量; Chl, 叶绿素总量; L, 叶
黄素; X ,叶黄素库每个数值均有 3个重复。显著水平: P < 0. 05
Note: C: - carotene and i ts derivates; C: -carotene an d it s derivates; C hl a: chloroph yll a; Chl b: chlorophyl l b; Car: carotenoids ;
C hl: chlorophyll; L: lutein; X: xanthophyl l; m eans w ith dif f erent smal l let ters in th e sam e column are signif icant ly dif f erent at the 0. 05 level
according to Fishers LSD test
法 1 进行梯度洗脱时, 基线不平, 偏差可达 3
mAU 左右(数据未显示) ,故参考了方法 2。方法 2
比方法 1时间稍长、灵敏度稍低,但降低流速可以弥
补灵敏度低这一缺陷。方法 2的优点在于梯度洗脱
时,基线非常平,吸收值稳定在 0. 1 mAU 之间(数
据未显示) ,避免了由于流动相本身的吸光度较大,
导致最后确定峰面积时造成的差异。
在本试验中, 使用高效液相色谱仪, 配以 Wa-
ters Spherisor b ODS-2 封口的色谱柱, 参考 Gi-l
more等 [ 12]的方法, 测定了高羊茅、沿阶草和草地早
熟禾植株中类胡萝卜素的相对含量及其构成。由于
试验条件所限, 在无法得到标准品的情况下, 将得到
的色谱图与前人 [ 6, 12] 试验结果相比较, 根据保留时
间和出峰顺序确定了色素的位置。另外, 由于类胡
萝卜的最大吸收峰均在 440 nm 附近, 因此通过色
谱峰面积之比可以确定各色素在类胡萝卜素总量中
所占的比例。以此来阐述 3种具有不同遗传背景的
草坪草对同一光照强度(自然光强)的不同响应机理。
试验所采用 Spher isorb ODS-2 的封口柱, 有
研究报道不能很好地分离叶黄素和玉米黄质, 在本
试验中也存在类似的问题。未封口的色谱柱柱头残
留的硅烷醇会与玉米黄质发生作用,有助于分离叶
黄素和玉米黄质[ 6] 。玉米黄质的主要作用是光猝
灭,主要在光照过剩时积聚; 植物在不受强光胁迫
时,紫黄质的含量可占到整个叶黄素库的 96% ~
100% [ 6]。本试验叶片的采集均选在日出之前,此时
叶黄素库中玉米黄质的含量最少[ 18] , 在本试验中则
忽略不计。Johnson等 [ 19] 也证明在黑暗时, 玉米黄
质在整个类胡萝卜素中的比例小于 1%。
由于类胡萝卜素标品难贮藏且造价较高, 限制
了对其构成的研究。本试验在未使用标准品的情况
下,参考前人研究结果以及色素吸收峰的不同,确定
了不同色素色谱锋的位置, 并利用色素峰面积的差
异,分析了 3种草坪草体内类胡萝卜素构成的差异。
此方法成本较低,在大批量测定对光照强度响应不
同的植物类胡萝卜素含量的差异时, 不失为一种简
便、快捷、可行的测定方法。
叶黄素是植物体内含量最多的色素, 在光系统
和光系统 中均有存在,在捕光色素复合体中占
据 L 1和 L 22个位点。而后其次为-胡萝卜素、紫黄
质和新黄质 [ 13]。沿阶草的叶黄素在整个类胡萝卜
素中占的比例远远高于高羊茅和早熟禾; 后两者叶
黄素库在整个类胡萝卜素中占的比例则较高。叶黄
素与叶黄素库呈显著的负相关关系, 沿阶草的叶黄
素含量高是以紫黄质相对含量的降低为代价的。3
种植物的-胡萝卜素和新黄质的含量则没有显著差
异。Johnson等[ 19] 通过对田间 19种植物的类胡萝
素组成的比较发现, 叶黄素与叶黄素库呈显著的负
相关, 叶黄素/叶黄素库比值越高的植物耐荫性越
强,而新黄质和-胡萝卜素不能指示植物对光照的
反应。这在部分上解释了沿阶草是耐荫植物的原
因。至于为什么叶黄素的增多会以叶黄素库,特别
是紫黄质的含量减少为代价呢? 而新黄质和-胡萝
卜素的相对含量则维持稳定? Pogson等 [ 13]发现在
正常光照下,叶黄素缺失的突变体,其生长不会受到
很大的抑制,而体内的叶黄素库(紫黄质、单环氧玉
米黄质、玉米黄质)比例则会显著增多, 有些突变体
植株中的 -胡萝卜素含量也会增多。Dall Osto
等[ 1 4]认为,强光条件下, 缺失叶黄素的植物, 生长会
受到严重抑制,虽然紫黄质代替叶黄素占据了 L1 和
L 2 位点, 但植物的协调机制受到严重影响,如非光
化学猝灭( NPQ)大大降低、捕光天线变小等。可以
解释紫黄质和叶黄素互为消长的关系。
-胡萝卜素和新黄质的相对含量在 3种草坪草
中没有明显差异。-胡萝卜素主要位于光反应中
心,在光系统 的捕光天线中,也有部分-胡萝卜素
存在。Munne-Bosch 等[ 16] 与 Suzuki等 [ 17]均证明在
叶片衰老过程中, -胡萝卜素的含量相对稳定,是因
为其位于光反应中心。在本试验中, 3 种植物体内
-胡萝卜素差异不大, 均占总类胡萝卜素总量的
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草地学报 第 17卷
24%左右,表明 -胡萝卜素对光反应不很敏感。座
落在捕光天线外周 N 1 位点的新黄质,仅在光系统
中有分布[ 20] ,而且也不是在所有的捕光色素蛋白
复合体中均存在,因此只占到总类胡萝卜素总量的
12%左右。Demming-Adams等[ 18]通过对 9种阳生
植物和 7种阴生植物的比较也发现,在所研究植物
体内新黄质/叶绿素比值没有明显差异。
本试验采用了 -胡萝卜素及其衍生物/ -胡萝
卜素及其衍生物的比值来衡量 3种植物类胡萝卜素
构成的差异,因为番茄红素在转化中有 2种途径, -
胡萝卜素或 -胡萝卜素。Demmig-Adams 等 [ 18] 曾
经指出光合速率高的植物, 叶黄素库和 -胡萝卜素
的含量也高,而叶黄素含量则较低, 反之, 光合速率
低的植物,叶黄素含量较高,而叶黄素库和-胡萝卜
素的含量则较低; T hayer 等[ 6] 也认为叶黄素库的增
长不是以 -胡萝卜素的降低为代价的, 虽然叶黄素
库为-胡萝卜素的衍生物,而且高光条件下, 整个-
胡萝卜素及其衍生物含量增长的同时, -胡萝卜素
及其衍生物的含量基本不受影响。Johnson 等[ 19] 认
为阴生植物叶黄素及 -胡萝卜素的含量较高是由
于番茄红素在不同条件下(光照强度和物种不同)的
转化途径不同, 要么偏向于-胡萝卜素,要么以-胡
萝卜素为主。因此本研究通过比较 3种植物-胡萝
卜素及其衍生物/ -胡萝卜素及其衍生物的比值
(C/ C)来表示不同物种对同一光照条件的反应,
发现 3种植物的 C/ C之间具有显著差异,以草地
早熟禾的 C/ C 为最高, 高羊茅居中,而沿阶草的
C/ C比值最小。而在实际研究中也发现沿阶草的
光合速率最低, 而草地早熟禾为最高(数据未显示) ,
结果与 Demmig-Adams等[ 18]的研究结果相符。
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