全 文 ：武汉植物学研究 2008，26(3)：304～309
Journal of Wuhan Botanical Research
He．Ne激光和紫外-B辐射对红梗牛皮菜黄酮类
化合物成分、含量及生长的影响
张晋豫 ，邱宗波 ， ，岳 明
(1．西北大学生命科学学院，西安 710069；2．河南师范大学生命科学学院，河南新乡 453007)
摘 要：分别用He—Ne激光(5．23 roW／ram ，5 min／d)和紫外一B辐射(uV—B，280～320 Bin)(强度12 p~W／cm ，8 h／d)
及二者复合处理红梗牛皮菜(Beta vulgaris var．cicila)，然后通过水解比色和高效液相色谱 (HPLC)法分析叶中甲醇
水溶性黄酮类化合物，并测定形态与生长指标。结果表明，uV—B辐射处理后黄酮类化合物含量增加到对照的
160％，但激光复合处理后，则恢复到略高于对照的水平。其中槲皮素和黄酮在各处理组中变化非常显著，槲皮素
在uv—B(B)、He—Ne激光(L)及二者复合(BL)处理后被大量诱导；而黄酮仅在对照组(cK)和 L组出现。分析表
明，He—Ne激光与uv—B辐射一样 ，对黄酮类化合物的诱导是具有选择性的，具有高 uV吸收并具较高抗氧化作用的
化合物更容易被诱导。因此He—Ne激光很可能通过这种选择机制来减轻 uV—B导致的伤害。
关键词：激光；增强紫外线一B；黄酮；槲皮素；高效液相色谱
中图分类号：Q946 文献标识码：A 文章编号：1000—470X(2008)03—0304—06
Effect of He-Ne Laser Radiation on Component，Content of the Flavonoids
and Growth Parameters in Beta vulgaris under Enhanced UV-B Radiation
ZHANG Jin—Yu 一，QIU Zong—Bo W
—
A
—
NG
—
Xun
—
- Ling ，YUE Ming
(1．Colege ofUfe Science，Northwest University，xi’al 710069，China；
2．Colege of Science，Henan Normal University，Xinxiang，Henan 453007，China)
Abstract：Under enhanced UV—B radiation，the effect of He Ne laser(5．23 mW／mm ，5 min／d)radia—
tion on component．content of the flavonoids and gTowth parameters in Beta vulgaris var．cicila L．were
studied．The content of methano1．soluble flavonoids in leaves were determined by using the method of high
performance liquid chromatography(HPLC)．The results showed that the total falvonoids content treated
by UV—B radiation(B)were inereased to 1 60％ compared with that of control(CK，no UV—B radiation)，
while it was only slightly higher in laser and UV—B combined treatment group(BL)．There was no querce—
tin in leaves of CK．while it was induced substantively by He—Ne laser(L)．UV—B radiation and their
combined treatment．Meanwhile．flavone could be found only in leaves of CK and L group．The results sug—
gested that the induction of UV—B absorb substance by He—Ne laser iS selective．which iS similar to that of
UV—B radiation．Thus．it iS very likely that this selective mechanism iS the way by which the He—Ne laser
treatment alleviated the damage of UV—B radiation．
Key words：He—Ne laser；uV—B radiation；uV—B absorbing compounds，Flavone；Quercetin
人类活动引起大气臭氧层减薄导致到达地表的
紫外线一B辐射(uV—B，280～320 nm)增强，有关增
强的uV—B辐射对植物及生态系统影响的研究已有
大量报道 -3]。Caldwel等 指出，UV—B辐射对植
物产生影响的出现频率由高到低为：紫外吸收物质
的诱导 >形态的变化 >光合作用的减少。植物叶片
中紫外吸收物含量的增加是植物减少 uV．B辐射对
自身伤害的一种有效的防护机制 』。这些紫外吸
收物主要是类黄酮、黄酮醇、花色素苷和烯萜类化合
物，如类胡萝 卜素、树脂等，其 中类黄酮是最主要
的 。紫外吸收物可能还有化学保护作用，特别是
具有附加羟基的类黄酮、黄酮醇及黄酮是很有效的
自由基猝灭剂和还原剂 』，在不少植物中这类物质
在受到 uV—B辐照后相对含量都有增加 ，如芸苔 、
收稿日期：2007—08—07，修回日期：2008—04—10。
基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目(30370269)。
作者简介：张晋豫(1962一)，男 ，山西人，在职博士研究生，目前主要从事植物生理生态学研究(E—mail：planta@126．corn)。
通讯作者(E-mail：yueming@nwu．edu．cn)。
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第3期 张晋豫等：He—Ne激光和紫外一B辐射对红梗牛皮菜黄酮类化合物成分、含量及生长的影响 305
大麦 、银桦 、水稻 、矮牵牛 等。因此，很多
学者认为，uV—B诱导产生的次生代谢物，如黄酮、单
宁和木质素等的变化对生态系统营养循环的调节才
是其最重要的影响 。因此近 5年来有关增强
UV—B辐射对植物次生代谢过程影响的研究也受到
重视并逐步深人 。
适当剂量的激光辐射可以提高种子的萌发率、
提高 酶 的活性、叶绿 素含 量 以及植 物 的抗 逆
性 ， ]。韩榕等报道 ，用 He—Ne激光辐照小麦
可提高其酶活性 ，对细胞膜损伤具有修复作用 、增强
抗逆性。齐智 15,171发现 He—Ne激光辐射蚕豆幼苗
可提高 SOD、POD、CAT酶活性，改变 SOD、CAT同
工酶谱，从而对 uV—B辐射损伤具有一定的防护和
修复作用。但 He—Ne激光对增强 uV—B辐射红梗牛
皮菜(Beta vulgaris var．cicila L．)的黄酮类化合物种
类、含量及生长发育的影响还未见报道。为此，我们
以红梗牛皮菜为材料，从黄酮类化合物变化的角度
进一步探讨 He—Ne激光对植物的防护作用及其机
理 。
1 材料和方法
1．1 材料
红梗牛皮菜(Beta vulgaris var．cicila L．)购于西
安市益农种苗公司，种植于西北大学生命科学学院
生物园中。
1．2 处理
取有 4片真叶、株高 5 cm的幼苗移栽于花盆
中，在人工气候室 (growth chamber with humidity，
Model：515HD，USA)中培养。有效光量子密度为
250 txmol·m～·s～，光暗周期为 12 h／12 h，昼夜温
度为 25~C／18~C，相对湿度为 70％。1周后，分为 4
组 ：对照(CK)、UV—B处理(B)、uV．B和激光复合处
理(BL)、激光处理(L)。
UV—B辐射处理：采用 uV—B灯管(秦牌，宝鸡制
造，30 w，中心波长 313 nm)模拟增强 uV．B辐射，
辐射强度为 12~W／cm 。灯管悬于植物上方，处理
时间 15 d，每天 9：00～17：00照射。uV—B辐射强度
使用 742型 uV(297 nm)辐射仪(北京师范大学光
电仪器厂)测定。
He-Ne激 光 辐 照：He—Ne激光 器 (MSHN—A—
B450MM，西北大学光电研究所制造)波长632．8 mn，
光斑直径5 mm，选用电压 10 mV，功率为5．23 mw／
mm ，每天 18：00处理，处理时间5 rain，照射茎端生
长点。
本实验重复 3次，时问分别为 2003年 3月 10
日～25日、2003年 11月3日～12月 18日、2004年
3月 13日～18日。
1．3 色谱分析
1．3．1 色谱材料制备
黄酮类化合物 的制备和水解按 马卡姆的方
法 。制备过程中已经将低极性杂质(叶绿素、脂
肪等)去处，保留除花色素类极性黄酮类化合物的
大部分，消除干扰。水解采用酸处理法，然后用酸或
碱中和至 pH 7．0。
标准品为槲皮素(quercetin，上海试剂二厂)、山
奈酚(kaempferol，上海试剂二厂)和黄酮(flavone，上
海试剂总厂)。所有标准品经北京大学医学院纯化。
1．3．2 高效液相色谱分析
惠普 HP—Agilent高效液相色谱仪 (high pefor—
mance liquid chromatography，HPLC)。色谱柱 Hy—
persil ODS2(C18)5 m 4．6 X 250 mm；流动相 A：
色谱甲醇(上海陆中试剂厂)；B：pH 3．0的磷酸水
溶液，梯度洗脱；检测波长 345 nm；流速：1．5 mL／
min；进样量20 L。
1．3．3 水解比色实验
实验材料经过干燥、粉碎、抽提、萃取、蒸干后，
取 1 mg样品溶于5 mL 2 mol／L的HC1：MeOH溶液
中(HC1：MeOH=l：1)，蒸汽浴加热 1 h后，蒸干，溶
于等量的MeOH：H 0溶液(MeOH：H 0=1：1)中，
用酸或碱溶 液调至相 同的 pH值 (Orion，Modle
410A，USA)，观察溶液颜色。然后用 Lambda35紫
外一可见光分光光度计(Perkin Elmer，USA)在波长
200～600 nm处测定光的吸收值。
1．4 形态学及生长指标
处理结束后取样，测定叶面积(CI一202 Area Me—
ter CID，USA)、根长、株高、叶片数量及干重(80~C烘
干至恒重)。
2 结果
2．1 UV-B辐射和 He-Ne激光处理对红梗牛皮菜
叶片中黄酮类化合物的影响
从不同处理对红梗牛皮菜叶片中黄酮类化合物
水解比色的结果可看出，BL处理组呈黄色、B处理
组呈浅黄色、L处理组和 CK处理组近乎无色(见图
1)。说明黄酮类化合物中呈现黄色的某些成分急
剧增加。
从红梗牛皮菜叶中黄酮类化合物水解后的紫
外一可见光吸收光谱可看出，BL处理组的光谱在
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第3期 张晋豫等：He—Ne激光和紫外一B辐射对红梗牛皮菜黄酮类化合物成分、含量及生长的影响
3 讨论
m AU
140
120
100
8O
6O
4O
2O
0
图
cK l
l
l
；
。。e-5 暑
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ID
B
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囊 羹 姜 璧
10 1 5 20 mL
0
3 不同处理(CK、B、BL、L)红梗牛皮菜叶片中甲醇水溶性提取物的高效液相色谱图(345nm)
Fig．3 Chromatograms(HPLC at 345 nm)of methano1．SG．1uble extracts in leaves of
Beta vulgaris var，cicila under diferent treatments(CK，B，BL，L)
大量研究报道，uV—B辐射增强对植物最一致
的影响是植物叶片中紫外吸收物含量的增加。uv—
B辐射诱导的紫外吸收物含量的增加在不同类型的
植物中都有出现，如 Warren研究小组在一项持续 3
年的研究中，用 HPLC法对美国黄松(Pinus podero—
sa)、栎(Quercus rubra)和黄杉(Pseudotsuga meniesi
var．glauca)等裸子植物叶中黄酮化合物进行分析，
发现 uV—B辐射虽未引起这 3个树种叶片总黄酮含
量的显著变化，但是每个种都有某些特定的黄酮化
合物含量具有显著变化 ]。但 Tegelberg等 在分
析 自然光照(uV—B 3．6 kJ·m～·d )和增强 uv—B
辐射 (uV—B 7．18 kJ·m～·d )的暗叶柳 (Salix
∞ ∞ ∞ o
i
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308 武 汉 植 物 学 研 究 第 26卷
霎
图中各代号参见图1。图中不同字母表示不同处理之间方
差分析结果的差异显著性 (p<0．05)
Symbols in Figure 4 of refer to Figure 1．Means with different
letters above bars were significantly diferent at 0．05 level
图 4 He—Ne激光和 uV—B辐射处理对红梗
牛皮菜生物量的影响
Fig．4 Effects of He—Ne laser and UV—B radiation
on biomass of Beta vulgaris var．cicila
myrsinifolia)叶片中紫外吸收物的含量后发现，增强
UV—B辐射使总黄酮含量显著增加，不过不同化合
物增加的幅度大小不一。其中uV．B屏蔽效应较强
的毛地黄黄酮和一种杨梅黄酮衍生物含量增幅最
大，同时 p一羟基肉桂酸衍生物含量也有较大提高，
而屏蔽效应较弱的单宁增加幅度较小。本实验结果
与此相一致，从本实验结果可以看出，在增强 uV—B
辐射下，总的黄酮类化合物含量显著增加，如图3主
峰面积就增加约 60％，尤其是槲皮素含量。uV．B
辐照不仅诱导总黄酮类化合物含量增加，而且黄酮
类化合物的组分也发生重大的变化(表 1)，如对照
组中并未出现槲皮素，但在 uV．B辐照后被大量诱
导。槲皮素是一种双羟基化黄酮醇，比黄酮具有更
高的 uV．B吸收效率，同时 比山奈 酚抗 氧化性
高 。由此可见，uV．B辐射对黄酮化合物的诱导
是有选择性的。
增强 uV—B处理可使红梗牛皮菜叶片总黄酮类
化合物含量显著增加(P<0．05)，而经 He—Ne激光
辐照后，BL处理红梗牛皮菜叶片总黄酮类化合物含
量显著下降(P<0．05)。但从水解比色(图 1)的直
观观察看，BL处理黄酮类化合物水解产物中具颜色
的化合物显著增加，表 1的结果也表明 BL处理槲
皮素和山奈酚含量在各处理组中最高，而无色的黄
酮缺失 ，这说明激光不仅诱导黄酮类化合物，同时对
双羟基化黄酮醇(如槲皮素和山奈酚)也有更高的
诱导。陈琪等 研究表明，黄酮类化合物的抗氧化
活性与其结构有着密切的关系，槲皮素比山奈酚抗
氧化性高，如槲皮素等大多数黄酮醇可抑制黄嘌呤
氧化酶的活性 ，清除自由基。而且双羟基化黄酮醇
比单羟基黄酮醇有更大的 uV—B吸收。因此，激光
可降低 uV—B辐射对植物伤害的效应。这些结果表
明，He—Ne激光对黄酮类化合物的诱导与 uV—B辐
射一样，都是具有选择性的。
He—Ne激光对植物的影响主要表现在种子萌
发 和生理生化H 等方面。近年的研究还表
明，适当剂量的激光辐照对增强 uV—B损伤植物有
防护和修复作用 。本实验中，从红梗牛皮菜的
生长发育和生物量等指标来看，激光处理对红梗牛
皮菜的生长发育有一定的促进作用，也说明激光对
增强 uV—B伤害的植物有防护作用。其原因很可能
与 He—Ne激光对 DNA的修复作用及其对基因的诱
导表达有关。齐智等 ” 和韩榕等 都证明激光
处理对植物的 uV B伤害有修复作用，使嘧啶二聚
体的数 目大量减少。而苯丙氨酸氨基裂解酶(PAL)
的基因表达受 红光 (620～780 nm)等 因素 的促
进 。本实验 中所采用 的 He．Ne激光波长为
632．8 nm，恰在红光波长范围内，因此 He—Ne激光
的光效应在此过程中可能起到重要的作用。
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