干旱胁迫对五爪金龙总黄酮含量的影响

摘要：利用紫外分光光度法探讨了干旱胁迫对入侵植物五爪金龙体内总黄酮含量的影响。结果表明，五爪金龙茎总黄酮含量最低，且干旱胁迫对其影响不明显；根和叶中总黄酮含量较高，而处理３ ｄ叶总黄酮含量要极显著高于５ ｄ的处理。干旱胁迫对五爪金龙根和叶总黄酮含量影响较明显。

关键词：五爪金龙；干旱胁迫；总黄酮含量

中图分类号：Ｒ２８４．２文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０11）08－1677-03

Effects of Water Stress on Flavonoids Content of Invasive Plant Ipomoea cairica

ＷＡＮＧ Ｊｕｎ－ｘｉ１，ＭＡ Ｒｕｉ－ｊｕｎ２，ＺＨＵ ｈｕｉ２，ＺＨＡＯ Ｑｉｎｇ－ｆａｎｇ１

（１． College of Life Sciences， Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００７０，Ｃｈｉｎａ；

２． Department of Biology， Ｈａｎｓｈａｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｏｚｈｏｕ ５２１０４１，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｐｏｍｏｅａ ｃａｉｒｉｃａ ｉｓ ａｎ ｉｎｖａｓｉｖｅ ｗｅｅｄ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ ｈａｒｍｆｕｌ ｔｏ ｎａｔｕｒａｌ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ， ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ ｆｏｒｅｓｔｒｙ ｉｎ Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｃｈｉｎａ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｌｅａｒｎ ｔｈｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｉｎｖａｓｉｖｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ Ｉ． ｃａｉｒｉｃａ， ｔｈｅ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ｔｒｅａｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ＰＥＧ－６０００ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｗａｔｅｒ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｆｌａｖｏｎｏｉｄｓ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｒｏｏｔ， ｓｔｅｍ ａｎｄ ｌｅａｆ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ， ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｂｙ ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｒｙ， ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｏｔａｌ ｆｌａｖｏｎｏｉｄｓ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｓｔｅｍ ｗａｓ ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｒｏｏｔ ａｎｄ ｌｅａｆ． Ｆｌａｖｏｎｏｉｄｓ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ａｌｏｎｇ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ＰＥＧ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ． Ｆｌａｖｏｎｏｉｄｓ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ ａｆｔｅｒ ｔｒｅａｔｅｄ ｆｏｒ ５ ｄａｙｓ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｔｒｅａｔｅｄ ｆｏｒ ３ ｄａｙｓ ｉｎ ｒｏｏｔ ａｎｄ ｓｔｅｍ； ｂｕｔ ｉｎ ｌｅａｖｅｓ， ｉｔ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ ａｆｔｅｒ ３ ｄａｙｓ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ５ ｄａｙｓ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ． Ｔｈｅ ｌｅａｆ ａｎｄ ｒｏｏｔ ｏｆ Ｉ． ｃａｉｒｉｃａ ｗｅｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｌｏｎｇ－ｓｔｅｍ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｉｐｏｍｏｅａ ｃａｉｒｉｃａ； ｗａｔｅｒ ｓｔｒｅｓｓ； ｆｌａｖｏｎｏｉｄｓ ｃｏｎｔｅｎｔ

黄酮泛指两个具有酚羟基的苯环（Ａ－环与Ｂ－环）通过中央三碳原子相互连接而成的一系列化合物，在植物体内广泛存在（藻类和真菌除外），通常以黄酮苷的形式存在于植物的根、茎、叶及花的细胞液泡中，甲基化黄酮通常存在于植物花粉分泌物或者叶表皮蜡质层、树皮和幼芽中，还有一些以结晶的形式存在于植物细胞中［１］。黄酮对植物具有重要作用，黄酮能够促进豆科植物与固氮菌的互利共生作用［２］；黄酮还具有吸收紫外线的能力，保护植物免受紫外辐射的损伤［３，４］；Ｋｏｓｋｉｍ?ｋｉ等［５］报道，用两种致病菌（Ｐａｒａｐｈａｅｏｓｐｈａｅｒｉａ ｓｐ．和Ｂｏｔｒｙｔｉｓ ｃｉｎｅｒｅａ）感染越橘，检测到所有的黄酮类物质合成基因被激活，黄酮类物质和酚酸的合成和积累显著增加，其中被Ｂｏｔｒｙｔｉｓ ｃｉｎｅｒｅａ感染的植株黄酮类物质积累非常明显。黄酮类物质对植物抗干旱胁迫具有重要作用。张成军等［６］证实，干旱导致银杏叶片中黄酮和萜类内酯含量升高；范敏等研究表明［７］，干旱胁迫促进了马铃薯黄酮合成基因的表达，最终使黄酮含量升高，说明黄酮参与了马铃薯的抗旱反应；石进校等［８］用干旱胁迫处理淫羊藿，２ ｄ后黄酮含量达到最高值，说明黄酮含量与淫羊藿早期抗旱存在明显的相关关系；叶梅荣等［９］用０．１ ｍｇ／Ｌ的大豆异黄酮喷施干旱处理的油菜幼苗，结果表明低浓度大豆异黄酮能明显减轻干旱对油菜幼苗的危害作用，说明黄酮是植物抗干旱胁迫的主要物质。

五爪金龙［Ｉｐｏｍｏｅａ ｃａｉｒｉｃａ（Ｌｉｎｎ．）Ｓｗｅｅｔ］为旋花科、番薯属多年生草质藤本植物，缠绕攀缘能力强，原产北美，近年来迅速蔓延，成为华南地区仅次于薇甘菊（Ｍｉｋａｎｉａ ｍｉｃｒａｎｔｈａ）的重要入侵杂草［１０］。其入侵导致入侵地植物种群单一，严重影响生态系统的稳定性。朱慧等［１１］研究了五爪金龙对与其伴生的４种植物的化感作用，结果表明，五爪金龙显著抑制了火炭母草（Ｐｏｌｙｇｏｎｕｍ ｃｈｉｎｅｎｓｅ）、红花酢浆草（Ｏｘａｌｉｓ ｃｏｒｙｍｂｏｓａ）和鸡矢藤（Ｐａｅｄｅｒｉａ ｓｃａｎｄｅｎｓ）的叶绿素合成，对三叶鬼针草（Ｂｉｄｅｎｓ ｐｉｌｏｓａ）的质膜透性和叶绿素含量均有显著影响；Ｍａ等［１２］从五爪金龙的乙醇提取物中分离得到两种含量高、活性强的化合物，经鉴定，两种化合物均为黄酮类物质，说明黄酮类物质是五爪金龙的主要化感物质，对五爪金龙的成功入侵起着重要作用。

植物在外界环境的胁迫下，会激活体内特定的抗性基因，表达合成被称为“植保素”的低分子化合物，以抵抗环境胁迫［１３］。王紫娟等［１４］研究了不同环境因子对紫茎泽兰根系分泌物成分和含量的诱导作用，经过ＬＣ－ＭＣ分析表明，根系分泌物中主要以酮类和酯类化合物为主，不同环境中分泌物的成分相似而含量有所变化，其中经过农药处理的紫茎泽兰具有最强的化感作用；于兴军等［１５］发现不同环境中紫茎泽兰的化感作用与本土植物的相对多度呈显著相关关系，不同生境中的紫茎泽兰的化感作用强度存在差异。植物在环境胁迫下产生并释放化感物质，以渡过不良环境，化感作用是植物在进化过程中形成的一种适应性机制［１６］。目前，对入侵植物对环境胁迫的相应研究涉及较少，尤其对五爪金龙与环境胁迫之间的关系研究尚未见报道。为了探讨环境胁迫对五爪金龙化感物质的影响，经过人工模拟干旱胁迫试验，并测定五爪金龙的主要化感物质―黄酮类物质含量的变化，以了解五爪金龙和水分胁迫之间的关系。

１材料和方法

１．１材料

供试验用的五爪金龙植株采集于潮州市（２３°４０′２２″Ｎ，１１６°３８′３３″Ｅ）郊区的自然种群，带回实验室扦插培养１周后进行处理。

１．２方法

１．２．１干旱胁迫试验预先配制１／４ Ｈｏｕｇｌａｎｄ＇ｓ 营养液，再用市售ＰＥＧ－６０００配制体积分数为５％、１５％和２５％的处理液。向一次性塑料杯（１０ ｃｍ×１５ ｃｍ）中分别加入３０ ｍＬ不同ＰＥＧ－６０００体积分数的处理液，将五爪金龙茎剪成１５～２０ ｃｍ的小段，每段留有２个节，每杯插入４株五爪金龙，每２４ ｈ更换培养液１次，一组连续培养３ ｄ，另一组连续培养５ ｄ后测定，每个处理３次重复。采集区分根、茎和叶，室温晾干，粉碎，参照朱慧等［１１］的方法测定总黄酮含量。

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１．２．２标准曲线制作精确配置０．１ ｇ／ｍＬ槲皮素标准液，精确吸取０、１．００、２．００、３．００、４．００、５．００ ｍＬ于６只标号的５０ ｍＬ容量瓶中，加入８ ｍＬ的７０％乙醇，５％ ＮａＮＯ２溶液１ ｍＬ，摇匀放置８ ｍｉｎ，再加１０％ Ａｌ（ＮＯ３）３溶液１ ｍＬ，摇匀，再放置６ ｍｉｎ，加４％ ＮａＯＨ溶液 ８ ｍＬ，摇匀放置 １０～２０ ｍｉｎ，以７０％乙醇作参比样，在 ５１０ ｎｍ 波长处测定吸光度［１７］。以浓度（Ｃ，ｍｇ／ｍＬ）为横坐标，吸光度（Ａ）为纵坐标做标准曲线（图１），得回归方程：Ａ＝４．８８５ ７Ｃ＋０．００９ ０， ｒ＝０．９９５ ２。

１．２．３总黄酮提取正交试验参考黄樱华等［１８］方法，比较提取时间、提取温度、超声波功率、料液比４个因素对提取效果的影响， 采用Ｌ９（３４）正交设计进行试验，观察各因素对总黄酮含量提取的影响，因素与水平设计见表１。

１．２．４总黄酮的提取与测定准确称取样品粉末１．００ ｇ，加入３０ ｍＬ ６０％的甲醇，恒温振荡２ ｈ （４０℃，１５０ ｒ／ｍｉｎ），超声波辅助提取３０ ｍｉｎ，过滤，滤液用６０％甲醇定容至５０ ｍＬ，４℃保存。按照标准曲线的测定方法，测定总黄酮含量。计算总黄酮的质量分数。

１．２．５数据统计试验数据用ＳＰＳＳ １７．０进行Ｄｕｎｃａｎ＇ｓ多重比较（ｎ＝３）和独立样本ｔ检验进行统计。

２结果与分析

２．１正交试验结果分析

正交试验的结果如表２所示。根据极差判断，４个因素对总黄酮含量的影响大小依次为提取时间＞料液比＞提取温度＞超声波功率。最优提取工艺为Ａ３Ｂ１Ｃ１Ｄ３，即利用６０％甲醇，在３０℃、２００ Ｗ、料液比为１∶４０（W/V，g∶mL，下同）条件下超声波辅助提取3０ ｍｉｎ。

２．２不同干旱条件对五爪金龙总黄酮含量的影响

选取水分作为胁迫源，比较不同胁迫水平对五爪金龙总黄酮含量的影响。图２、图３表明，五爪金龙根和叶的总黄酮含量均高于茎部。不同体积分数ＰＥＧ－６０００对五爪金龙处理３ ｄ后，根和叶中的总黄酮含量均极显著升高（Ｐ＜０．０１），而茎的总黄酮含量变化幅度不大，但差异亦达极显著水平。５％ ＰＥＧ－６０００处理后的总黄酮含量最高，１５％和２５％处理后含量均有所下降。经过５ ｄ的干旱胁迫，根和叶中的总黄酮含量同样持续升高，其中５％ ＰＥＧ-6000对根影响不显著。

２．３不同ＰＥＧ－６０００处理时间对五爪金龙相同部位总黄酮含量的影响

比较ＰＥＧ－６０００分别处理３ ｄ和５ ｄ后的五爪金龙根总黄酮含量变化。用５％ ＰＥＧ－６０００处理５ ｄ后，总黄酮含量与处理３ ｄ的相比有极显著降低 （Ｐ＜０．０１），而用１５％和２５％ ＰＥＧ－６０００处理５ ｄ的根总黄酮含量极显著高于同体积分数ＰＥＧ－６０００处理３ ｄ的总黄酮含量（图４）。处理５ ｄ的茎总黄酮含量均极显著高于处理３ ｄ的总黄酮含量（图５）；不同ＰＥＧ－６０００体积分数处理５ ｄ后叶总黄酮含量均极显著低于处理３ ｄ的总黄酮含量（图６）。

３结论与讨论

试验结果表明，干旱胁迫导致五爪金龙体内总黄酮含量比对照显著升高，试验结果与张成军［６］、蔡娜等［１９］的试验结论是一致的。经３ ｄ处理后，根和叶中总黄酮含量变化为先升后降，说明中度和重度干旱导致细胞的新陈代谢活动受到抑制，总黄酮合成量减少，这与杨云富等［２０］的研究结果相近。经过时间较长（５ ｄ）的干旱胁迫后，根和叶的总黄酮含量持续升高，说明五爪金龙已经基本适应干旱环境，通过提高总黄酮合成量，增加五爪金龙的环境竞争能力，渡过不良环境。经过对同一器官不同处理时间的比较发现，ＰＥＧ－６０００处理５ ｄ的五爪金龙根和茎中总黄酮含量除根５％ＰＥＧ－６０００处理时极显著低于３ ｄ的外，其余均极显著高于同体积分数处理３ ｄ的，而叶片经过ＰＥＧ－６０００处理５ ｄ的总黄酮含量均极显著低于同体积分数处理３ ｄ的总黄酮含量，说明经较长时间处理后，根和茎中总黄酮的合成速率要高于叶片中总黄酮的合成速率，即长时间干旱胁迫主要抑制了叶片中总黄酮的合成。干旱胁迫导致总黄酮含量的变化，主要是由于干旱胁迫促进了细胞内３－二氢黄酮羟化酶和黄酮合成酶基因的表达［７］。

五爪金龙在我国主要分布在南方雨量充沛、环境适宜地区，通过干旱胁迫试验可知，其对水分的依赖性较强，除了有效积温等因素外，充足的水分供应也是其地理分布和成功入侵的主导因子之一。在缺乏水分的情况下，五爪金龙通过一系列生理指标的变化，最终通过提高总黄酮含量而主动适应干旱胁迫，显示了五爪金龙作为一种入侵植物对环境的较强适应性。

试验仅从非生物因子－水分的角度对五爪金龙的生态习性做了探讨，生物因子（如竞争、捕食等）对五爪金龙生态学特性的影响还有待于进一步研究。另外，深入了解五爪金龙的抗旱机理，需要进一步进行分子生物学机制的研究。

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