全 文 ：中国生态农业学报 2009年 11月 第 17卷 第 6期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Nov. 2009, 17(6): 1172−1175


* 国家自然科学基金项目(30671061)和山西省自然科学基金项目(2008011059-1)资助
** 通讯作者: 韩榕(1962~), 男, 博士, 教授, 研究方向为环境植物学。E-mail: hanrong@dns.sxnu.edu.cn
单皓(1984~), 女, 硕士, 主要研究方向为植物细胞学。E-mail: sunway88@163.com
收稿日期: 2008-09-23 接受日期: 2009-01-11
DOI: 10. 3724/SP.J.1011.2009.01172
He-Ne激光和增强 UV-B辐射对小麦幼苗
多酚代谢 3种酶活性的影响*
单 皓 韩 榕**
(山西师范大学生命科学学院细胞工程研究所 临汾 041004)
摘 要 为探讨 He-Ne 激光和增强 UV-B 辐射对小麦幼苗多酚代谢相关酶活性的影响, 利用 5 mW·mm−2 的
He-Ne 激光和增强 UV-B(10.08 kJ·m−2·d−1)辐射处理“晋麦 8 号”小麦幼苗, 分别在不同时段测定苯丙氨酸
解氨酶(PAL)、多酚氧化酶(PPO)及过氧化物酶(POD)的活性。结果表明, 增强 UV-B 辐射使小麦幼苗叶片 PAL
活性升高, PPO 与 POD 活性降低, 且随处理天数的增加, 不同处理组小麦幼苗叶片 PAL、PPO、POD 活性间
具有一定相关性。长期增强 UV-B 辐射, 导致多酚类物质的代谢速度降低甚至停止, 自由基不能被及时清除,
生物膜破坏; 经过一定剂量的 He-Ne 激光辐照可修复增强 UV-B 辐射对小麦幼苗叶片多酚类物质代谢的损伤。
关键词 小麦幼苗 He-Ne 激光 UV-B 辐射 苯丙氨酸解氨酶 多酚氧化酶 过氧化物酶
中图分类号: Q691.9 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2009)06-1172-04
Effect of He-Ne laser and enhanced ultraviolet-B radiation on the activities
of three polyphenol metabolism enzymes in wheat seedling
SHAN Hao, HAN Rong
(Institute of Cell Engineering, College of Life Sciences, Shanxi Normal University, Linfen 041004, China)
Abstract “Jinmai No. 8” wheat seedlings were exposed to He-Ne laser irradiation (5 mW·mm−2) and enhanced UV-B radiation
(10.08 kJ·m−2·d−1) and the effect on the activities of three polyphenol metabolism enzymes (phenylalanine ammonialyase, polyphenol
oxidase and peroxidase) in wheat seedling analyzed. The results show that UV-B radiation enhances wheat seedling phenylalanine
ammonialyase activity while it limits activities of polyphenol oxidase and peroxidase. The activities among phenylalanine ammoni-
alyase, polyphenol oxidase and peroxidase in different treatment groups get related with treatment time increased. The long-term
enhanced UV-B radiation reduces polyphenol metabolic rate, breaking up biomembranes as free radicals accumulate with time.
Damage to wheat seedlings induced by the enhanced UV-B radiation on polyphenol metabolism is limited by He-Ne laser irradiation.
Key words Wheat seedling, He-Ne laser, UV-B radiation, Phenylalanine ammonialyase, Polyphenol oxidase, Peroxidase
(Received Sept. 23, 2008; accepted Jan. 11, 2009)
大气臭氧层不断耗损所带来UV-B(280~320 nm)
辐射的增强对动植物乃至人类的影响, 是目前生物
界研究的热点问题之一。国内外学者在 UV-B 辐射
对植物形态结构、生理代谢、遗传特性、生长周期
等方面研究活跃 [1−8]。已有研究表明 , 增强 UV-B
辐射下, 植物不可避免地产生自由基和 H2O2等活性
氧 [9], 而活性氧的累积可直接或间接攻击膜上生物
大分子, 导致膜损伤。
大量研究表明, 适当剂量的 He-Ne 激光可促进
植物的生长发育, 打破种子休眠, 提高种子的发芽
率、发芽势, 促进幼苗生长, 增强植物的抗性, 使成
熟期提前 5~7 d, 产量增加, 还可促进愈伤组织的形
成等[10−12]。此外, He-Ne激光对植物生理生化效应方
面也有一定影响。适当剂量的 He-Ne 激光可提高
POD、CAT、SOD、α-淀粉酶和磷酸化酶的活性, 而
使抗坏血酸过氧化物酶活性下降。经 He-Ne 激光照
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射后, 植物体清除活性氧能力及抗逆性增强, 从而
对 UV-B辐射损伤的植物具有一定防护作用[13−16]。
多酚类化合物是植物体内重要的次生代谢物
质。多酚物质对·OH、NO2−、DPPH·具有较明显抑制
作用, 且对·OH 引起的 DNA 损伤具有较好保护作
用[17], 参与多酚类物质代谢反应的关键酶有苯丙氨
酸解氨酶(PAL)[18]、多酚氧化酶(PPO)、过氧化物酶
(POD)[19]等。以往研究大都关注酚类物质和相关酶
在抗病反应中的作用, 对作物生长发育过程中各种
胁迫条件下, 植物多酚及多酚类相关酶变化的系统
研究较少, 有关 He-Ne 激光和增强 UV-B 辐射对小
麦幼苗多酚类相关酶活性的影响 , 尤其是 He-Ne
激光辐射对增强 UV-B 辐射所引起的小麦幼苗多酚
类相关酶活性影响的修复效果尚少见报道。本研究
采用 He-Ne 激光处理经增强 UV-B 辐射损伤的小麦
幼苗, 以确定 He-Ne 激光和增强 UV-B 辐射对小麦
幼苗多酚类相关酶活性的影响, 为探讨植物防紫外
辐射和激光辐射促使作物增产机理奠定基础。
1 材料和方法
1.1 材料
供试材料为“晋麦 8号”小麦(Triticum aestivum)
品种, 由山西省农业科学院小麦研究所提供。
1.2 处理设置
试验设对照(CK)、UV-B 处理(B)、He-Ne 激光
处理(L)和复合处理(BL)。试验时选取籽粒饱满、大
小均匀的小麦种子, 经 0.1% HgCl2浸泡 1 min表面
消毒后, 用大量蒸馏水冲洗, 培养于盛有湿滤纸的
培养皿内, 每盘 30粒, 每组 3次重复, 25 ℃培养至
种子露白时待处理。各组处理每天照光培养 8 h后,
转入暗处培养 16 h。其中, CK与 L组光照 8 h后, CK
组转入暗处培养 16 h, L组在暗处 He-Ne激光处理 2
min 后进行暗培养; B与 BL组光照与 UV-B同时照
射 8 h 后, B 组转入暗处培养 16 h, BL 组在暗处
He-Ne激光处理 2 min后进行暗培养 16 h。
UV-B辐射强度为 10.08 kJ·m−2·d−1[1]。UV-B
发生用 UV-B灯(秦牌, 宝鸡制造, 30 W, 297 nm), 将
其垂直悬于培养皿的上方, 通过调整 UV-B 灯与植
物培养皿之间的距离来控制 UV-B 辐射的强度, 距
离为 25 cm。大功率 He-Ne激光生物辐照仪(南京激
光仪器厂)参照郝金花等[20]的功率和时间设定。激光
处理安排在夜间进行, 以排除杂光影响。从种子露
白时开始处理, 直至小麦幼苗长出 2 片真叶, 共处
理 7 d, 均设 3次重复。
1.3 测定指标及方法
试验开始后的第 3 d 起，每天取小麦真叶测定
苯丙氨酸解氨酶(PAL)、多酚氧化酶(PPO)和过氧化
物酶(POD)活性。PAL 活性测定采用紫外分光光度
法[21], PPO 活性测定采用邻苯二酚法[22], POD 活性
测定采用愈创木酚法[23]。
1.4 数据统计分析
所有指标测定均重复 3次, 用 SPSS软件 F检验
对数据进行差异显著性比较, 其中 P＜0.05 表示差
异显著, P＜0.01表示差异极显著, P＞0.05表示差异
不显著, 并用 LSD 法进行多重比较。用 SPSS 软件
进行相关性分析。
2 结果与分析
2.1 He-Ne 激光和增强 UV-B 辐射对小麦幼苗苯丙
氨酸解氨酶(PAL)活性的影响
由图 1可知, CK组小麦幼苗叶片苯丙氨酸解氨
酶活性在生长过程中无明显变化, 其他 3 组均呈先
降后升的趋势。增强 UV-B辐射后, 小麦叶片苯丙氨
酸解氨酶活性始终高于其他各组。

图 1 不同处理小麦叶片 PAL 活性变化
Fig. 1 Dynamics of PAL activity of wheat leaves under
different treatments

不同处理组处理第 6 d 小麦幼苗叶片苯丙氨酸
解氨酶活性存在明显差异。与对照(CK)相比, 单独
He-Ne 激光处理(L)的小麦叶片苯丙氨酸解氨酶活性
降低, 差异极显著(F＝767.261, P<0.01); 而经 UV-B
处理(B)的小麦叶片苯丙氨酸解氨酶活性上升且差
异极显著(F=705.637, P<0.01); 复合处理组(BL)叶
片苯丙氨酸解氨酶活性极显著低于 UV-B 处理组
(B)(F=39.752, P<0.01), 而与 CK 组差异不显著
(F=2.540, P>0.05)。由此可知, 增强 UV-B辐射明显
诱导了小麦幼苗叶片细胞中的苯丙氨酸解氨酶活性
增强, 而 He-Ne 激光辐照一定程度上降低了这种活
性增强。
2.2 He-Ne 激光和增强 UV-B 辐射对小麦幼苗多酚
氧化酶(PPO)活性的影响
随着处理天数的增加, 各处理组小麦叶片多酚
1174 中国生态农业学报 2009 第 17卷


氧化酶(PPO)活性均呈逐渐下降的趋势(图 2), He-Ne
激光辐照组(L)的 PPO活性高于 CK组, UV-B辐射处
理低于 CK 组, UV-B辐射后再用激光照射组(BL)的
PPO 活性略高于 B组但低于 CK 组。处理第 5 d 各
处理组的 PPO活性骤降, 然后趋于平缓。

图 2 不同处理小麦叶片 PPO 活性的变化
Fig. 2 Dynamics of PPO activity of wheat leaves
under different treatments

与正常 CK组相比, 处理第 5 d He-Ne激光辐照
组 ( L )小麦叶片 P P O 活性升高 , 差异极显著
(F=10.377, P<0.01); 增强 UV-B辐射(B)的小麦叶片
PPO 活性降低, 差异极显著(F=49.613, P<0.01); 增
强 UV-B 辐射后再用激光照射组(BL)小麦叶片 PPO
活性略高于 B组, 差异不显著(F=8.450, P>0.05)。表
明增强 UV-B 辐射可抑制小麦叶片 PPO 活性, 而
He-Ne激光辐照一定程度上减弱了这种抑制作用。
2.3 He-Ne 激光和增强 UV-B 辐射对小麦幼苗过氧
化物酶(POD)活性的影响
由图 3 可知, 对照组(CK)和复合处理组(BL)的
POD活性都在处理第 4 d升高, 然后逐渐下降; 增强
UV-B 辐射(B)后, 小麦叶片 POD 活性先升高, 而
He-Ne激光辐照组(L)的 POD活性先下降。

图 3 不同处理小麦叶片 POD 活性的变化
Fig. 3 Dynamics of POD activity of wheat leaves under dif-
ferent treatments

处理第 6 d He-Ne激光辐照组(L)小麦叶片 POD
活性高于 CK组(F=1 347.368, P<0.01), 差异极显著;
增强UV-B辐射导致小麦叶片 POD活性降低, 与CK
组差异极显著, (F=517.544, P<0.01); UV-B辐射后再
用激光照射组(BL)的小麦叶片 POD活性比 B组有所
升高(F=1 035.164, P<0.01), 差异极显著 , 且接近
CK 组。说明增强 UV-B 辐射对小麦叶片 POD 造成
了损伤, 而He-Ne激光辐照可将其修复至对照水平。
3 讨论
已有研究表明, 增强UV-B辐射下, 植物不可避
免地要产生自由基和 H2O2等活性氧[9], 而活性氧的
累积可直接或间接地攻击膜上生物大分子, 导致膜
伤 , 进而造成植物的损伤。植物体中的酚类物质
(Phenolic compounds)种类甚多, 分布极广, 含量丰
富, 由于该物质主要是由碳水化合物代谢衍生出来
的产物 , 故称为植物次生代谢物 (Secondary plant
substance)[24]。酚类物质是一类作用很强的自由基清
除剂, 可以作用于活性氧、氧自由基, 且多酚类物质
对 DNA具有明显的保护作用[6]。PAL主要催化由苯
丙氨酸到各种酚类物质的第一步反应, 为多种酚类
及类黄酮终产物提高前体, 是酚类物质代谢的关键
酶和限速酶[17]。PPO 是呼吸链末端氧化酶之一, 参
与多酚类物质的氧化。POD分解代谢所产生的 H2O2
等过氧化物, 清除活性氧, 也参与酚类物质的氧化。
有人认为 PAL、PPO、POD和酚类可构成一个体系,
表现出植物对逆境或成熟及衰老进程的反应[25]。
本研究表明, 增强 UV-B 辐射使小麦幼苗叶片
PAL 活性升高, 说明增强 UV-B 辐射对小麦有一定
的损伤, 从而诱导保护酶 PAL 活性的升高, 促进多
酚类物质的产生, 以消除植物体内活性氧, 避免植
物损伤。He-Ne激光辐照一定程度上降低了 PAL活
性, 并且增强 UV-B 辐射后再用激光照射(BL)小麦
叶片 PAL活性接近于 CK 组, 表明 He-Ne激光辐照
对增强 UV-B辐射后小麦叶片的损伤进行了修复。
本研究还发现, 随着处理天数的增加, 不同处
理组对小麦幼苗叶片 PAL、PPO、POD 活性的影响
具有一定的相关性。处理第 3 d和第 4 d, 与其他各
处理组相比 , 增强 UV-B 辐射使小麦幼苗叶片中
PAL和 POD活性升高, 而 PPO活性降低, 这可能是
由于参与此时多酚代谢的主要酶是 PAL和 POD, 另
外可能也与植物体内多酚类物质含量有关。处理第
5 d和第 6 d, 增强 UV-B辐射后 PAL活性呈上升趋
势, POD活性骤降至低于 CK组, He-Ne激光辐照组
POD活性升高。由此说明, 随着处理天数的增加, 增
强 UV-B 辐射使 POD 活性降低, 这时参与多酚代谢
的可能主要为 PAL。处理的第 7 d, 小麦幼苗叶片中
第 6期 单 皓等: He-Ne激光和增强 UV-B辐射对小麦幼苗多酚代谢 3种酶活性的影响 1175


PAL、PPO与 POD的活性被增强的 UV-B辐射降低
至最低, 增强 UV-B辐射后再用激光照射可使 PAL、
PPO与 POD活性恢复至 CK组水平。由此表明, 长
期增强 UV-B 辐射对小麦幼苗叶片中 PAL、PPO 与
POD造成了严重损伤, 无法参与多酚类物质的代谢,
致使小麦体内产生的自由基无法得到清除, 对细胞
的伤害不断加剧, 生物膜被破坏, 生理代谢紊乱。而
一定剂量的 He-Ne 激光辐照可提高小麦幼苗叶片
PAL、PPO 与 POD 活性, 增强对自由基的清除, 维
持植物的正常代谢活动。
随处理天数的增加, 增强 UV-B 辐射小麦幼苗
多酚代谢 3 种酶活性相关性分析表明 , PAL(y)与
POD(x)酶活性相关性达显著水平(P<0.05), 回归分
析方程为 y=−0.041 9x+3.214 (R2=0.717 1); PPO(y)与
POD(x)酶活性相关性达显著水平(P<0.05), 回归分析
方程为 y=0.136 4x +0.129 4 (R2=0.975)。PAL与 PPO
酶活性相关性系数为−0.8, 不显著(P>0.05)。
综上所述, 增强 UV-B 辐射小麦幼苗叶片 PAL
活性升高, PPO 及 POD 活性降低, 使多酚类物质代
谢速度降低甚至停止, 自由基不能被及时清除, 导
致生物膜破坏, 造成小麦幼苗的损伤; 经过一定剂
量的 He-Ne 激光辐照可修复增强 UV-B 辐射对小麦
幼苗叶片多酚类物质代谢的损伤。

致谢 衷心感谢张永清教授在论文写作及修改方面
给予的无私帮助。
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