发育时期对少花龙葵光合生理特性及代谢产物的影响

考试试题学习资料 发育时期 对 少花龙葵光合生理特性 及代谢产 物的 影响 赵则海 肇庆学院生命科学学院，广东 肇庆 526061 摘要： 该 文 研究了不同发育时期 对少花龙葵生长特征 和 光合生理特性 的影响 ，并对其叶片可溶性糖、可溶性蛋白、总黄酮以及绿原酸含量进行测定，结果表明： 少花龙葵发育时期主要 包括 营养期、花期和果期 3 个阶段 ， 其快速增长期为 3 个月 。少花龙葵 叶片 光合速率营养期和花期 均较高 ，而在果期 明显 下降 。 少花龙葵进入花期后， 叶绿素含量达到最大 ， 光饱和点达到最 高 ，光补偿点最低，表明少花龙葵在花期利用强光和弱光能力最高。不同发育时期少花龙葵叶 中可溶性糖含量与可溶性蛋白变化规律有相反的趋势。少花龙葵叶片总黄酮含量随生长时间增加而降低 ； 少花龙葵营养期和花期叶片绿原酸含量随生长时间增加而增加 。 即将开花的 营养期少花龙葵叶片 可溶性糖与可溶性蛋白含量以及 黄酮类成分含量 均较 高，兼具较高的食用和药用价值。 不同发育时期少花龙葵叶 片 初生代谢产物之间、次生代谢产物之间以及初生代谢产物与次生代谢产物之间均存在不同程度的相关性。 关键词： 发育时期； 光合 特性 ； 代谢 产物 ； 少花龙葵 中图分类号： Q948 文献标识码： A 文章编号： 1672-2175（ 2008） 01-0312-05少花龙葵 （ Solanum photeinocarpum Nakamura et Odashima） 区别于龙葵 (S. nigrum L.)，别名白花菜，为茄科一年生直立草本， 为华南地区重要的药用植物 1。 以前的研究多以生物学特征 2、化学成分 1,3等方面作了一些工作，对少花龙葵光合生理特性研究尚未见到。 同时 ，少花龙葵作为华南地区传统的野生蔬菜，营养成分十分丰富 4,5。由于 少花龙葵嫩叶 食用价值较高 ， 但繁殖期 少花龙葵 食用安全性下降 6,7，表明 少花龙葵 不同发育阶段 少花龙葵的代谢产物含量发生了 变化 。 植物的代谢产物主要包括 合成生命活动必需物质的初生代谢产物 (primary metabolites)和对植物本身无明显作用的次生代谢产物 (secondary metabolites)，两者的含量变化影响着少花龙葵的食用价值与药用价值。 通过对 少花龙葵不同发育时期 光合生理 特性及其代谢产物 的研究， 为 合理 开发 利用 少花龙葵 的 食用和药用价值 提供 资料 。 1 材料与方法 1.1 试验材料 在广东省肇庆学院生物园遮荫 条件下 （黑色遮荫网透光率 约 为 50%） 栽培少花龙葵； 于 2005年 4 月 5 日播种 ，分 4 组共 40 盆 。第 1 组 分别于出苗后 3 d、 13 d、 27 d、 36 d、 48 d、 63 d、 76 d、 88 d、 98 d、 110 d、 118 d、 125 d 观测植株的高度、叶数、花数、果数以及叶长和叶宽 ，并用于测定光合速率 ； 第 2 组用于测定植株干 质量（ 60 烘干）；第 3 组用于测定叶绿素、可溶性糖和可溶性蛋白含量；第 4 组用于测定总黄酮和绿原酸含量。 1.2 测定方法 1.2.1 光合生理指标测定 LI-6400 便携式光合作用仪测定活体叶片的最大净光合速率 (Pn max)，根据光 -光响应曲线计算光饱和点 (LSP)和光补偿点 (LCP)8。 1.2.2 叶绿素含量测定 取鲜叶 0.25 g，加 80的丙酮研磨提取， 663 nm和 645 nm 测定，计算含量 (mg/g， FW )9。 1.2.3 可溶性蛋白质含量测定 取鲜叶 0.25 g，加 20 mmol/L KH2PO4 提取，考马斯亮蓝 G-250 染色，提取液 620 nm 测定，计算含量（ mg/g， FW） 9。 1.2.4 可溶性糖含量测定 取鲜叶 0.25 g，水提液 加饱和中性醋酸铅除去蛋白质 ，加入 蒽酮试剂 ， 620 nm 测定，计算含量（ mg/g， FW） 9。 1.2.5 总黄酮含量测定 称取干燥样品粉末 0.100 g 于 10 mL 容量瓶中，加 60%乙醇超声提取 1 h， 依次加入 5%亚硝酸钠、10%硝酸铝和 5%氢氧化钠，于 500 nm 测定 其 含量（ %） 10。 1.2.6 绿原酸含量测定 称取干燥样品粉末 0.100 g 于 10 mL 容量瓶中，加 60%乙醇至 10 mL，超声提取 1 h， 326 nm 测定，计算 其 含量（ %） 11。 2 结果与分析 2.1 少花龙葵 的 发育时期 及其叶绿素含量动态 根据观测， 少花龙葵出苗后 63 d开花 ， 88 d结果， 125 d下部叶 片衰老脱落 。 根据少花龙葵开始开考试试题学习资料 花和结果的时间，将其发育时期分为 3个阶段： 348 d为营养期， 6376 d为花期， 88125 d为果期。 少花龙葵叶数、花数和果数随生长时间增加 ； 118 d以后少花龙葵的高生长以及叶数、花数和果数增长减缓，表明少花龙葵的快速增长期为 3个月 （图 1A）。少花龙葵叶片生长在营养期生长迅速，叶长和叶宽在花期达到最大值，进入果期 一般 不再增长（图1B）。叶片叶绿素含量变化规律与叶片生长规律类似， 总叶绿素、叶绿素 a和叶绿素 b均在花期达到最大，进入果期叶绿素含量均下降。 2.2 不同发育 时期 少花龙葵 光合生理特性 少花龙葵 最大净光合速率 （ Pn max）营养期 （ 3 d和 13 d 因叶片太小未能测定） 和花期变化较小，在7.810.2 mol m-2s-1 之间 ；进入果期少花龙葵最大净光合速率下降，由 88 d 的 10.8 mol m-2s-1 到 125 d 的 3.67 mol m-2s-1（图 2A）。 少花龙葵平均单株叶重随生长时间的增加而 增加，但进入果期增幅减缓，与叶数规律一致 （图 1A 和图 2A） 。 与最大净光合速率类似，少花龙葵的 光饱和点 （ LSP）在花期达到最大，进入果期迅速下降，而光 补偿点 （ LCP）在花期最低，进入果期上升；在营养期少花龙葵的光饱和点、光补偿点随生长时间的增加而上升（图2B）。这表明少花龙葵在花期利用强光和弱光能力均较 高。 2.3 不同发育时期 少花龙葵可溶性糖和可溶性蛋白含量 动态 可溶性糖和可溶性蛋白均为植物初生代谢产物，均是评价植物食用价值的常用指标之一。 营养期 少花龙葵叶片 可溶性糖 含量最高，其中生长 3-13 d 的嫩叶可溶 性糖含量高达 12.77 mgg-1（ FW） 以上； 少花龙葵叶片可溶性糖含量在花期最低，果期衰老叶片中含量可达 11.00 mgg-1（ FW） （ 见 图 3）。少花龙葵叶片可溶性蛋白在花期含量最高（达96.738 mgg， FW-1），营养期可溶性蛋白 含量在80-94 mgg-1（ FW） 之间，果期 含量较低（图 3）。营养期的少花龙葵叶片的可溶性糖和可溶性蛋白质含量均比果期高。 不同发育时期少花龙葵叶中可溶性糖含量与可溶性蛋白变化规律有相反的趋势，可溶性糖在叶片中的积累与转化与可溶性蛋白密切相关。 花期少花龙葵叶片 部分糖 类化合物 可能 转化为蛋白质类物质或其它初生 代谢 产物 （ 或 次生代谢产物）。 2.4 不同发育时期 少花龙葵 总黄酮 和绿原酸含量动态 黄酮和绿原酸均为植物次生代谢产物，均为植物药用活性成分，其含量对植物药用活性具有很大0510152025300 20 40 60 80 100 120 140天数 /d数量/个株-1051015202530株高/cm叶数花数果数株高 02468100 20 40 60 80 100 120 140天数 /d叶绿素含量/mggFW-1012345叶长 叶宽/cma + b a b叶长 叶宽 图 1 不同生长时间少花龙葵的生长动态及其叶绿素含量变化 Fig. 1 Growth dynamic and of chlorophyll contents of S. photeinocarpum with different growth and development times 图 2 不同生长时间少花龙葵的光合特性 Fig. 2 Photosynthesis characteristics of S. photeinocarpum with different growth and development times 0300600900120015000 20 40 60 80 100 120 140天数 /dLSP/mol m-2s-10510152025LCP/mol m-2s-1L S PL C P光饱和点（LSP） /mol m-2 s-1 光补偿点（LCP） /mol m-2 s-1 0246810120 20 40 60 80 100 120 140天数 /dPnmax/mol m-2s-10 . 0 00 . 0 50 . 1 00 . 1 50 . 2 00 . 2 5叶重/g株-1P n m a x叶重最大净光合速率（P n max） /mol m-2 s-1 A B A B 考试试题学习资料 的影响 12。 少花龙葵叶片 总黄酮 含量 随生长时间增加而降低（图 4）；其中，营养期少花龙葵叶片总黄酮含量可达 3.83%以上，花期总黄酮含量在2.56%2.85%之间，果期降到 1.19%。少花龙葵营养期黄酮类物质 含量 较多 ，尤其是幼苗期含量最高，与其它药用植物黄酮类物质含量变化规律一致10。少花龙葵营养 期和花期叶片绿原酸含量随生长时间增加而增加，花期达到最高（ 0.242%），进入果期绿原酸含量在 0.241%0.242%之间 （图 4） 。 总体上看， 少花龙葵叶片 中总黄酮含量较高，而 绿原酸含量较 低。少花龙葵叶中绿原酸含量比 一些文献报道 低 11-12， 除物种之间差异外， 针对少花龙葵的绿原酸的提取方法还需要改进 。 不同发育时期少花龙葵叶中总黄酮含量与绿原酸含量变化规律存在相反的 比变化 趋势 ： 处于营养期的少花龙葵叶片的总黄酮含量高而绿原酸含量较低，果期总黄酮含量低而绿原酸含量较高 ， 花期总黄酮和绿原酸含量均在营养期和果期之 间 。 3 讨论 光合速率可用来衡量植物物质积累潜力的高低，对植物生长和代谢产物积累的快慢具有较大的影响。 少花龙葵 快速增长期为 3个月， 其发育时期主要 分为营养期、花期和果期 3个阶段。 少花龙葵最大净光合速率营养期和花期变化较小，而在果期下降明显。少花龙葵进入花期后， 叶绿素含量达到最大； 同时 ，少花龙葵的光饱和点在花期达到最大，而光补偿点在花期最低 ， 这表明少花龙葵在花期利用强光和弱光能力最高 ，初生物质和 次 生物质同化能力最高 。 另外 ， 花期 少花龙葵 叶生长 达到最大，且 单株 叶重增幅减 小 ， 表明 进入生殖生长期后的 少花龙葵 叶片 光合作用 同化 能力最高，有利于其同化产物 向营养器官和繁殖器官的分配 。 少花龙葵 营养期 叶片 较高的 可溶性糖含量 与光合作用 初生物质积累特点 有关 ， 可溶性糖是叶片积累主要初生物质之一，糖类物质 为茎叶的 快速 生长提供了能量和物质基础 。 糖类物质一方面氧化分解为植株提供能量，另一方面将糖类化合物转变成细胞结构物质 13。进入花期后，少花龙葵叶片可溶性糖含量下降，而可溶性蛋白含量增加， 可能 与少花龙葵繁殖器官新陈代谢活动旺盛有关，繁殖器官 的同化作用以及呼吸作用 均 需 消耗 大量的可溶性 糖 ，从而叶片 内可溶性糖的积累 减少。 另外，少花龙葵叶片中可溶性糖含量减少与可溶性蛋白的增加密切相关。果期衰老叶片可溶性糖含量则可能与植物的保护功能有关，可溶性糖转化是植物叶片对逆境的一种适应。 少花龙葵叶片中 黄酮类化合物和绿原酸均为植物次生代谢物质，分别是其主要药用活性成分之一。少花龙葵叶片总黄酮含量随生长时间增加而降低，而少花龙葵营养期和花期叶片绿原酸含量随生长时间增加而增加。即营养期少花龙葵叶片总黄酮含量最高，花期次之，果期最低。果期略有下降；绿原酸含量在花期达到最高，果期略有 下降。 不同发育时期 少花龙葵初生代谢产物可溶性糖、可溶性蛋白以及次生代谢产物 总黄酮和绿原酸含量之间的相关性如表 1 所示。 少花龙葵 叶片 可溶性糖含量与绿原酸含量极显著负相关关系，可溶性蛋白与总黄酮含量之间具有显著正相关 ；少花龙葵叶片可溶性糖与可溶性蛋白含量之间存在不显著02468101214160 20 40 60 80 100 120 140天数 /d可溶性糖/mggFW-1020406080100120可溶性蛋白/mggFW-1可溶性糖可溶性蛋白 图 3 不同生长时间少花龙葵的可溶性糖和可溶性蛋白含量 Fig. 3 Contents of soluble sugar and soluble protein from S. photein-ocarpum with different growth and development times 01234560 20 40 60 80 100 120 140天数 /d总黄酮含量/%0 . 2 3 80 . 2 3 90 . 2 40 . 2 4 10 . 2 4 20 . 2 4 3绿原酸含量/%总黄酮绿原酸 图 4 不同生长时间少花龙葵的总黄酮和绿原酸含量 Fig. 4 Contents of flavones and chlorogenic acid from S. photeinocarpum with different growth and development times 表 1 少花龙葵代谢产物含量的相关性分析 Table 1 Correlations analysis on metabolic products of S. photeinocarpum 编号 I1 I2 I3 I4 I1 1.000 I2 -0.012 1.000 I3 0.417 0.760* 1.000 I4 -0.910* -0.381 -0.665* 1.000 I1：可溶性糖 soluble sugar； I2：可溶性蛋白 soluble protein； I3：总黄酮 flavones； I4：绿原酸 chlorogenic acid 注： *极显著； *显著 考试试题学习资料 的负相关，而总黄酮与绿原酸之间存在显著的负相关。 可见不同发育时期少花龙葵叶中 初生代谢产物之间、次生代谢产物之间以及初生代谢产物与次生代谢产物之间均存 在不同程度的相关性，具有复杂的积累与转化特征 。 植物的 初生代谢 主要 合成生命活动必需初生代谢产物，如蛋白质类、氨基酸类、糖类、脂肪类、RNA、 DNA 等 ，较高的初生代谢产物含量往往意味着较高的食用价值 ； 植物 利用初生代谢产物合成一些对植物本身无明显作用的化合物，如：甙类、生物碱类、萜类、内酯类、酚类化合物等次生代谢产物 ，较高的次生代谢产物含量往往意味着较高的药用价值 。许多植物药的活性成分是其所含的次生代谢物质，人工种植时其产量取决于初生产物的积累，质量取决于次生产物的积累 14，如何 同时 提高药用植物的产量与质量 一直是人们关注的问题 。 少花龙葵不同发育阶段叶片光合作用特性及代谢产物积累与转化的特征表明，营养期少花龙葵叶片营养丰富，且黄酮类成分含量高，兼具较高的食用和药用价值； 花期叶片可溶性蛋白质与绿原酸含量均较高，尽管可溶性糖和总黄酮含量略低于营养期，仍具较高的食用和药用价值； 果期少花龙葵叶片绿原酸含量虽较高，但初生代谢产物含量下降影响其食用质量 。考虑到少花龙葵幼苗期（出苗 24 d 以前）产量较低，叶片采收期以 及将开花 的营养期 为宜 。 参考文献 ： 1 邓汝铭 , 黄松 , 苏青 , 等 . 少花龙葵的生药研究 J. 广 西中医药 , 1999, 22(5): 44-45, 47. Deng Ruming, Huang Song, Su Qing, et al. Study on crude drugs of Solanum nigrum J. Guangxi Journal of Traditionnal Chinese Medi-cine, 1999, 22(5): 44-45, 47. 2 谭文澄 . 茄属六种植物的组织培养 J. 植物生理学通讯 , 1984, 1: 38-41. Tan Wenceng. Tissue culture of six species solanumJ. Plant Physiol-ogy Communications, 1984, 1: 38-39 3 龚玉莲 , 施和平 , 李玲 , 等 . 少花龙葵毛状根的诱导和次生代谢物的产生 J. 热带亚热带植物学报 , 2002, 10(1): 58-62. Gong Yulian, Shi Heping, Li Ling, et al. Induction of Solanum pho-teinocarpum hairy roots and production of secondary metabolitesJ. Journal of tropical and subtropical botany, 2002, 10(1): 58-62. 4 关佩聪 , 刘厚诚 , 罗冠英 . 广东野生疏菜资源的分类与利用 J. 华南农业大学学报 , 2000, 21(4): 7-11. Guan Peicong， Liu Houcheng， Luo Guanying. The Classification and utilization of wild vegetables resources in GuangdongJ. Journal of South China Agricultural University, 2000, 21(4): 7-11. 5 李芸瑛 , 黄丽华 , 陈雄伟 . 野生少花龙葵营养成分的分析 J. 中国农学通报 , 2006, 22(2): 101-102. Li Yunying, Huang Lihua, Chen Xiongwei. Analysis of nutritional components on natural plant of Solanum photeinocarpumJ. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2006, 22(2): 101-102. 6 顾庆华 , 姚愚 , 严志衡 , 等 . 少花龙葵新品种 ： 夏凉菜 J. 中国蔬菜 , 2005, (1): 53. Gu Qinghua, Yao Yu, Yan Zhiheng, et al. New species of Solanum photeinocarpum: Summer cold dishJ. China vegetables, 2005, (1): 53. 7 曾宪锋 , 邱贺媛 . 少花龙葵中的硝酸盐、亚硝酸盐及维生素 C 的质量分数 J. 中山大学学报 (自然科学版 ), 2004, 44(增 ): 268-270. Zeng Xianfeng, Qiu Heyuan. The Contents of Nitrate, Nitrite and Vitamin C of Solanum nigrum L. var. pauciflorun Liou J. Acta Sci-entiarum Naturalium Universities Sunyatseni, 2005, 44(Sup.): 268-270. 8 赵则海 , 曹建国 , 王文杰 , 等 . 不同生长年限栽培甘草与野生甘草光合特性对比研究 J. 草业学报 , 2005, 14(3): 111-116. Zhao Zehai, Cao Jianguo, Wang Wenjie, et al. Comparative study on the photosynthetic characteristics between the cultivated Glycyrrhiza uralensis with different age limits and the wild G uralensisJ. Acta Prataculturae Sinica, 2005, 14(3): 111-116. 9 张志良 . 植物生理学实验指导 (第二版 )M. 北京 : 高等教育出版社 , 1990. Zhang Zhiliang. Experimental Manual of Plant Physiology (second edition)M. Beijing: Higher Education Press, 1990. 10 赵则海 , 曹建国 , 李庆勇 , 等 . 黑龙江省西部乌拉尔甘草总黄酮含量的动态变化研究 J. 植物研究 , 2004, 24(2): 235-239. Zhao Zehai, Cao Jianguo, Li Qingyong, et al. Study on variety trends of flavonoids in Glycyrrhiza uralensis in the west of Heilongjiang, ChinaJ. Bulletin of Botanical Research, 2004, 24(2): 235-239. 11 刘祥义 , 付慧 . 元宝枫绿原酸的超声提取方法研究 J. 云南化工 , 2003, 30(2): 23-25. Liu Xiangyi, Fu Hui. Extraction of chlorogenic acid from the leaves of Acer truncatum by ultrasonic treatmentJ. Yunnan Chemical Tech-nology, 2003, 30(2): 23-25. 12 李红英 , 彭励 . 金银花中绿原酸的质量分数测定 J. 宁夏工程技术 , 2005, 4(2): 130-135. Li Hongying, Peng Li. Determination of chlorogenic acid content in honeysuckleJ. Ningxia Engineering Technology, 2005, 4(2): 130-135. 13 严伟 , 谭文澄 , 黄敏 , 等 . 厌氧发 酵液浸种对水稻幼苗糖代谢的影响 J. 中国沼气 , 1995, 13(3): 6-9. Yan Wei, Tan Wencheng, Huang Min, et al. Effects on carbohydrate metabolism of rice seeding by seed soaking with anaerobic fermenta-tion slurryJ. China Biogas, 1995, 13(3): 6-9. 14 苏文华 , 张光飞 , 李秀华 , 等 . 植物药材次生代谢产物 的积累与环境的关系 J. 中草药 , 2005, 36(9): 1415-1418. Su Wenhua, Zhang Guangfei, Li Xiuhua, et al. Relationship between accumulation of secondary metabolism in medicinal plant and envi-ronmental conditionJ. Chinese Traditional and Herbal Drugs, 2005, 36(9): 1415-1418. 考试试题学习资料 The effects of growth and development stage on photosynthesis characteristics and metabolic products of Solanum photeinocarpum Zhao Zehai College of Life Sciences, Zhaoqing University, Zhaoqing 526061, China Abstracts: Pot experiments for Growth dynamic and photosynthesis characteristics were conducted, and the contents of chlorophyll, soluble sugar, soluble protein, flavones and chlorogenic acid were mensurated at different growth and development times of S. pho-teinocarpum. The growth and development process of S. photeinocarpum could divide into three stages, viz. vegetation period, blooming period and fruiting period, .and its rapid growth time was about three months. There were higher photosynthesis rates on leaves of S. photeinocarpum in vegetation and