增强UV-B辐射对胡椒薄荷(Mentha piperita L.)光合生理及次生代谢产物的影响

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大气平流层的臭氧层逐渐破坏导致太阳辐射中抵达地球表面的UV—B辐射增加,对植物产生不同程度的影响。自1974年美国学者Rowland和Molina揭示臭氧层减薄机理以来,有关UV—B增强对植物及生态系统影响的研究已做了大量工作,但主要集中在对植物生长、产量及生理等方面,对药用植物次生代谢产物方面的研究少见报道。薄荷为世界范围内广泛种植的香料植物和药用植物,因含丰富的薄荷醇等单帖类化合物而成为生物制药领域的制药热点之一,因而研究UV—B辐射胁迫下薄荷个体生理代谢机制具有一定的应用价值。 本文采用人工增强UV—B辐射胁迫的方法,从植株生理生化指标、光合机理等层次来研究胡椒薄荷对增强UV—B辐射胁迫的生理响应,对叶片中黄酮、主要药用氨基酸及挥发油三种主要成分(薄荷醇、薄荷酮、胡薄荷酮)含量,及抗性生理指标和光合机制动态变化进行分析,探讨了增强UV—B辐射对薄荷光合生理及次生代谢物合成累积等生理过程的影响。主要试验结果如下: 1.从对生理生化指标的动态研究来看,胡椒薄荷对增强UV—B辐射胁迫做出了适应性生理反应。0.15 W·m-2下薄荷叶片内脯氨酸、可溶性糖、MDA含量及三种抗氧化酶活性升高,蛋白质含量下降;0.35 W·m-2下薄荷叶片内脯氨酸含量和CAT活性先升高后降低,可溶性糖含量和SOD活性先升高再趋于平稳,可溶性蛋白质、MDA含量和POD活性先降低后升高。尽管不同强度UV—B辐射下各个指标变化趋势不同,但与自然光对照相比,经过UV—B辐射处理后,薄荷内可溶性蛋白质含量降低,而其它指标均升高。 2.不同强度UV—B辐射胁迫对薄荷叶片表面结构、叶绿体超微结构、光合色素、光合作用和叶绿素荧光参数有不同影响。在轻度UV—B辐射胁迫下,薄荷叶片气孔、叶绿体超微结构虽然受到了一定程度的破坏,但处理过程中,Fv/Fm、Fv/Fo、qP、¢PSⅡ和ETR在一段时间内降低后仍能恢复到和自然光对照相当的水平,qN表现出先升高后降低的趋势,表明薄荷处于轻度UV—B辐射胁迫时,光合能力虽然在一定程度上有所降低,但是可以通过较强的热耗散来保护光合机构。而处于重度UV—B辐射胁迫下的薄荷,由于其光合机构受到严重破坏,通过自身保护机制已不能恢复到相应水平。研究证实胡椒薄荷对轻度紫外辐射胁迫有良好的适应能力,可在紫外辐射偏强的地方广泛种植。 3.0.15 W·m-2紫外胁迫下薄荷体内黄酮含量显著升高,Glu、Lys、Gly、薄荷醇、薄荷酮、胡薄荷酮含量均显著降低,Leu、Phe含量变化呈先降低后升高的趋势,蛋白质含量在UV—B胁迫后20 d和30 d显著降低;0.35W·m-2紫外胁迫下黄酮含量先升高后降低,在30 d时达到峰值,Glu、Gly、Leu、Tyr、Phe、Arg含量及9种药用氨基酸之和均在前40 d明显下降,蛋白质含量在处理的后20 d显著降低,而薄荷醇、薄荷酮、胡薄荷酮含量显著上升;说明低强度UV—B辐射促进了芳香族氨基酸Phe和支链氨基酸Leu的合成,而高强度UV—B胁迫降低了薄荷中药用氨基酸的含量,UV—B胁迫增强下薄荷可以通过增加黄酮、薄荷醇、薄荷酮、胡薄荷酮等次生代谢产物来提高薄荷对UV—B辐射的适应能力。 综上所述,UV—B辐射胁迫在一定程度上破坏了薄荷的光合机构,降低了薄荷的光合能力,但提高了薄荷对UV—B的抗性,同时,经过不同强度UV—B辐射胁迫后,薄荷内黄酮含量、部分药用氨基酸及挥发油中薄荷醇、薄荷酮、胡薄荷酮含量均有不同程度的增加,说明薄荷适合在紫外辐射偏强的地区栽培。
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