不同程度干旱胁迫对苦菜生理生化及功能物质含量的影响

曹世宇，张效宁，翟锡娇，张伟兴，刘婷婷，卫旭阳，郑少文*，雷逢进

1(山西农业大学 园艺学院，山西 太谷, 030801)2(山西农业大学棉花研究所，山西 运城, 044000)

苦菜(SonchusoleraceusL.)作为一类药食同源的功能型植物，因苦味而得名，又名苦荬菜，在我国西北、华北、东北、华中地区都有分布，野生资源非常丰富[1]。苦菜因地域的差异，所指植物不同，一般指菊科、苦苣菜属(Sonchus)一类植物。苦菜全株有乳汁营养成分丰富，具有耐寒、耐旱、耐盐碱等特点，苦菜富含对人体有益的内酯、萜类、酚类、多糖、氨基酸及黄酮类化合物等成分[2]，具有较强的药理学作用，是上乘绿色保健品。近年来，国内外学者对苦苣菜属植物化学成分及生物活性的研究取得较大进展，研究发现苦苣菜属植物除含有多种萜类成分外，还含有多酚、黄酮类、甘油酸酯苷类等化学物质，具有抗氧化、抗肿瘤、保护心脑血管系统等的生理活性[3]，已成为学者们的研究热点[4-5]。弓玉红等[6]对吕梁地区苦菜营养成分做了分析，测定了苦菜中糖、总类黄酮、脂肪、粗纤维以及矿物质元素的含量。张群等[7]采用超声波辅助提取法和紫外分光光度法分析测定了花椒叶中总类黄酮的含量，发现花椒叶总类黄酮含量与日照百分率、降水量和空气湿度显著相关。水分是影响植物栽培的重要因素之一，水分供给可直接影响到植物生长和各项机理[8]。现有研究表明，干旱胁迫能刺激植物体内次生代谢产物的产生与积累[9]，一定的干旱胁迫会引起植物叶片黄酮类化合物含量的变化[10-11]，任园宇等[12]研究了干旱胁迫对不同品种玉米幼苗总类黄酮含量的影响，表明干旱胁迫后3个玉米幼苗总类黄酮含量均有所提升。何岸镕等[13]研究发现葡萄在受到可承受范围内的水分缺失时，果实的品质有不同效果的提升。目前关于植物抗氧化类物质的研究大多集中在茶多酚、葡萄多酚等方面[14-15]，尚未有关于苦菜干旱胁迫对其生理生化及功能物质代谢的影响，本试验通过不同干旱梯度处理，比较苦菜基本品质、叶片保护酶活性和功能物质的变化，阐明不同水分供给下苦菜的生理变化和对功能物质含量的影响，以期对苦菜种植灌溉方式提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用的苦菜栽培于山西农业大学园艺工作站，进行常规田间管理，待苦菜幼苗长至5片真叶，进行水分控制处理。

1.2 试验方法

试验处理土壤相对含水量设置3个水平，土壤相对含水量保持在(90±5)%为充分灌溉处理(control treatment，CK)、土壤相对含水量保持在(65±5)%为轻度干旱胁迫处理(mild stress treatment，MST)、土壤相对含水量保持在(35±5)%为重度干旱胁迫处理(severe stress treatment，SST)，通过随机组合进行试验，每个处理20盆，重复3次，处理共180盆。待苦菜幼苗长至5片真叶，进行不同水分梯度控水处理，每天18∶00 利用水分测定仪结合称重法保持水分在处理值[16]，在干旱处理的第0、5、10、15天及复水后7 d取样并保存到冰箱，在实验室进行相关指标的测定。

1.2.1 生理数据的测定

根冠比：在各采样时间每个处理取3盆苦菜苗，小心将盆内苦菜连根取出，并将根系清洗干净，在70 ℃ 烘箱中烘48 h至恒重，称量根系和叶片的重量，重复3次。根冠比=根系干重/地上部干重[17]。

各采样时间每个处理叶片鲜样中可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250法测定[18]。

1.2.2 抗氧化酶的测定

苦菜叶片中抗氧化酶提取参照李光忠等方法进行提取，参照《植物生理学实验教程》[18]，采用核黄素—NBT 法测定超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性，采用紫外吸收法测定过氧化氢酶(catalase，CAT)活性，采用愈创木酚法测定过氧化物酶(peroxidase，POD)活性。

1.2.3 酚类物质的测定

苦菜叶片干样中总酚和总类黄酮提取参照葡萄果皮中酚类物质的提取[19]，采用Folin-Ciocalteu法测定总酚含量，用没食子酸等价表示(mg/g)；采用氯化铝法测定总类黄酮含量的测定，以芦丁等价表示(mg/g)；苦菜叶片干样中总三萜含量采用香草醛-冰乙酸法，在548 nm下测定吸光值，结果以齐墩果酸等价表示(mg/g)[20]。

1.3 数据分析

采用Excel 2016软件进行数据整理，通过SAS 9.0软件进行不同程度干旱胁迫和不同处理时间之间的显著性差异分析。

2 结果与分析

2.1 不同程度干旱胁迫下苦菜根冠比比较

干旱胁迫后植物地下部分和地上部分干物质质量受到明显影响。如图1所示，苦菜在土壤相对含水量为65%(MST)和相对含水量为35%(SST)与相对含水量为90%的对照(CK)下不同时间及复水7 d后根冠比，在处理0 d时，不同程度干旱胁迫下根冠比间于0.18～0.20(P>0.05)，且在干旱胁迫5 d时，SST根冠比较CK大33.33%(P>0.05)；在干旱胁迫达到10 d时，SST和MST根冠比显著高于CK，且在该处理时间下，SST和MST根冠比差异不显著(P>0.05)；在处理时间15 d时，SST根冠比是CK的2倍(P<0.05)；在复水7 d后，MST与CK根冠比为分别为0.18和0.16，且与胁迫处理0 d时差异不显著(P>0.05)，而SST由于地上部分失水严重，在复水后根冠比为0.25，显著高于MST和CK，且显著高于SST处理0 d时的根冠比。

图1 不同程度干旱胁迫处理及复水后对苦菜干物质的影响Fig.1 Effects of different drought stress treatments and rewatering on dry matter of Sonchus oleraceus L.注：a、b、c 表示苦菜在不同处理时间不同干旱胁迫及复水后之间差异显著性(P<0.05)(下同)

2.2 不同程度干旱胁迫下苦菜叶片中可溶性蛋白含量比较

苦菜叶片中可溶性蛋白含量随胁迫处理时间的增加而变化，图2所示为干旱胁迫下苦菜叶片中可溶性蛋白含量的变化，其中不同程度干旱胁迫在处理0 d 和5 d时，叶片中可溶性蛋白含量为14.98～18.72 mg/g，且差异不显著(P>0.05)。在处理时间10 d时，干旱胁迫中可溶性蛋白含量均达到最大值，其中SST叶片中可溶性蛋白含量显著高于CK(P<0.05)。在处理15 d时，3个胁迫处理下叶片中可溶性蛋白含量均较处理10 d时下降，其中MST中可溶性蛋白含量均显著低于处理10 d时MST叶片中含量(P<0.05)。复水7 d后3个胁迫叶片中可溶性蛋白含量差异不显著(P>0.05)，但显著高于处理0 d时叶片中可溶性蛋白含量(P<0.05)。

图2 不同程度干旱胁迫处理及复水后苦菜叶片中可溶性蛋白含量Fig.2 Effects of different drought stress and rewatering on soluble protein content in leaves of Sonchus oleraceus L.

2.3 不同程度干旱胁迫下苦菜叶片保护酶活性的比较

2.3.1 不同程度干旱胁迫下苦菜叶片SOD活性的比较

苦菜叶片在受到干旱胁迫后其叶片中的保护酶活性会发生变化。图3所示为苦菜在3种程度干旱胁迫处理及复水7 d后SOD活性比较。在处理0 d时，SST叶片中SOD活性显著高于MST和CK(P<0.05)，随着处理时间的增加，酶活性呈先上升后下降趋势，其中MST叶片中SOD活性在处理10 d时活性最高，显著高于MST其他处理时间中叶片中SOD活性(P<0.05)；CK叶片中SOD活性中在处理5～15 d间差异不显著(P>0.05)。在复水7 d后，3种程度干旱胁迫叶片中SOD活性差异不显著(P>0.05)，但显著高于处理0 d时CK和MST(P<0.05)。

图3 不同程度干旱胁迫处理及复水后对苦菜叶片SOD活性的影响Fig.3 Effects of different drought stress treatments and rewatering on SOD activity in leaves of Sonchus oleraceus L.

2.3.2 不同程度干旱胁迫下苦菜叶片POD活性的比较

图4所示为3种程度干旱胁迫处理时间及复水后对苦菜叶片中POD活性的比较。POD活性随胁迫处理时间的增加先升高后降低，其中在处理0 d时，3种程度干旱胁迫间差异不显著，当胁迫处理达到5 d时，MST和SST下苦菜叶片中POD活性显著高于该时期CK(P<0.05)；SST在处理10 d时，POD活性达到整个处理中最高值，且在该时期POD活性比MST高41.04%(P<0.05)，比CK高86.42%(P<0.05)；在处理15 d时，POD活性在3种程度干旱胁迫下均下降，但MST和SST叶片中POD活性显著高于CK；在复水7 d后，MST和SST叶片中POD活性显著高于CK，且显著高于处理0 d时叶片中POD活性。

图4 不同程度干旱胁迫处理及复水后对苦菜叶片POD活性的影响Fig.4 Effects of different drought stress treatments and rewatering on POD activity in leaves of Sonchus oleraceus L.

2.3.3 不同程度干旱胁迫下苦菜叶片CAT活性的比较

在不同程度干旱胁迫下，CAT表现不同的活性，图5 所示为苦菜叶片中CAT活性随3种程度干旱胁迫时间延长而活性降低。在干旱胁迫处理0 d和5 d时，CAT活性显著高于处理10 d和15 d及复水7 d后的CAT活性。SST下苦菜叶片中CAT在胁迫处理5 d时达到活性显著最高(P<0.05)。在胁迫处理10 d和15 d时，SST叶片中CAT活性均显著高于MST和CK；在复水后，CK和MST下叶片中CAT活性与处理10 d和15 d时变化不显著(P>0.05)，SST在复水后显著低于SST处理10 d和15 d时的CAT活性(P<0.05)。

图5 不同程度干旱胁迫处理及复水后对苦菜叶片CAT活性的影响Fig.5 Effects of different drought stress treatments and rewatering on CAT activity of in leaves Sonchus oleraceus L.

2.4 不同程度干旱胁迫下苦菜叶片中功能物质含量比较

2.4.1 不同程度干旱胁迫下苦菜叶片中总酚含量比较

苦菜叶片中总酚物质含量和干旱胁迫处理时间的关系如图6所示。3种不同程度干旱胁迫处理0 d 时，苦菜叶片中总酚含量为38.97～39.29 mg/g，且3种干旱胁迫间差异不显著(P>0.05)；在3种干旱胁迫处理5 d时，不同胁迫苦菜中总酚含量显著高于干旱胁迫处理0 d时的含量，其中SST和MST处理5 d时叶片中总酚含量显著高于CK(P<0.05)；在处理5、10、15 d时，同一干旱胁迫不同处理时间组间差异不显著(P>0.05)，且与复水7 d后叶片中总酚含量差异不显著。

图6 不同程度干旱胁迫处理及复水后苦菜叶片中总酚含量Fig.6 Effects of different drought stress and rewatering on total phenols content in leaves of Sonchus oleraceus L.

2.4.2 不同程度干旱胁迫下苦菜叶片中总类黄酮物质含量比较

图7所示为苦菜叶片中总类黄酮物质含量在3种程度干旱胁迫不同处理时间及复水7 d后的变化。其中SST在处理0 d时，叶片中总类黄酮含量达到21.37 mg/g，显著高于CK和MST，而在处理5 d时，SST叶片中总类黄酮物质含量变化不显著，且与该处理时间MST叶片中总类黄酮物质含量差异不显著，MST处理5 d时总类黄酮物质含量显著高于处理0 d时(P<0.05)；在处理10 d时，CK和MST叶片总类黄酮含量分别为15.32、15.01 mg/g，显著高于SST处理10 d时叶片中含量(P<0.05)；当胁迫处理时间达到15 d时，MST和CK叶片中总类黄酮含量差异不显著，但均显著高于SST处理15 d时叶片含量；在复水7 d后，总类黄酮物质含量均在3种程度干旱胁迫中含量差异不显著，但均显著高于CK处理0 d时叶片中含量(P<0.05)。

图7 不同程度干旱胁迫处理及复水后苦菜叶片中总类黄酮含量Fig.7 Effects of different drought stress and rewatering on flavonoids content in leaves of Sonchus oleraceus L.

2.4.3 不同程度干旱胁迫下苦菜叶片中总三萜物质含量比较

苦菜叶片中总三萜含量随不同程度干旱胁迫处理时的变化如图8所示。苦菜叶片中总三帖含量随生长时间的延长呈先增加后减少的趋势，在胁迫处理0 d 时，SST和MST与CK叶片中总三萜含量差异不显著，随着胁迫时间的增加，在胁迫处理10 d时，SST和MST叶片中总三萜含量达到最大值，且均显著高于CK；CK在胁迫处理5～15 d，总三萜含量间于2.41～2.53 mg/g(P>0.05)，且在胁迫处理15 d时，CK叶片中总三萜含量显著高于SST和MST。在复水7 d后，叶片中总三萜含量呈下降趋势，该时期CK和MST叶片中总三萜含量差异不显著，但均显著高于SST叶片中含量，且SST叶片总三萜含量显著低于处理0 d和15 d时含量。

图8 不同程度干旱胁迫处理及复水后苦菜叶片中总三萜含量Fig.8 Effects of different drought stress and rewatering on total triterpenoids content in leaves of Sonchus oleraceus L.

3 讨论

植株在受到干旱胁迫时最直接的表现为植株干物质的变化，干旱胁迫使苦菜根冠比增大，且随着胁迫处理时间的延长根冠比增大，复水7 d后相应恢复，表现出一定的补偿效应，补偿效果与受胁迫强度和时间相关。这与李明达等[17]研究水分胁迫对豌豆根冠比结果一致。可溶性蛋白是重要的渗透调节物质[21]，其含量与干旱胁迫有显著的关系[22]。本研究中，随胁迫的增加，可溶性蛋白含量显著增加且显著高于对照，在复水后其含量相应恢复，可通过把握复水时间，调节灌溉时间。受到胁迫时植株体内会产生大量的有害物质活性氧，而SOD、POD、CAT具有清除体内活性氧的功效[23-24]。郝舒雪[25]研究不同生育期水分胁迫及复水对番茄的影响发现茄叶片中的SOD、POD、CAT的活性在水分胁迫下均升高，但随着胁迫时间增加有所下降，在复水后活性出现恢复。TAHIRA等[26]研究干旱胁迫对马铃薯抗氧化酶的活性影响表明，在干旱胁迫下，SOD、POD、CAT的活性增加，总可溶性糖、可溶性蛋白等含量增加响应水分缺失，以保证植物的持续健康的生长。这均与本研究中苦菜在受到重度和轻度干旱胁迫时，3种抗氧化酶活性均上升的结论一致。植物在干旱胁迫下通过代谢抗氧化酶和渗透调节物等维持植物正常的生理功能，是一种积极的响应机制。在重度干旱胁迫处理10 d和轻度胁迫15 d时，苦菜叶片与对照组相比，出现叶片较窄，根部较短现象，复水处理虽然对胁迫处理后苦菜叶片和根有一定的恢复能力，但是其长势不如对照处理。

酚类物质是天然存在于水果和蔬菜中的化合物，由于其疾病预防治疗效果和潜在的技术应用，越来越受到人们的关注[27-28]，葡萄酒的保健功能也主要来源于酒中的酚类物质[29]。干旱胁迫对总酚、黄酮等抗氧化物质的积累有一定的促进作用，雷瑞祥等[30]研究了干旱胁迫对愈伤组织中总酚、总类黄酮含量的影响，发现一定程度的干旱胁迫显著提高了愈伤组织中其次生代谢产物的含量。杨慧芹等[31]发现烟草在干旱胁迫早期，总酚积累量明显升高，之后随胁迫时间的延长逐渐降低，且发现C4H、4CL、CAD表达量与总酚含量的变化趋势一致。对紫花苜蓿不同程度的干旱胁迫研究发现，适度干旱胁迫能显著促进黄酮类化合物含量增加[32]。苦菜在轻度胁迫处理5～10 d时，叶片中总酚物质和总类黄酮物质含量显著高于对照，且在复水后与对照差异不显著。对苦荞干旱胁迫7 d时黄酮类物质含量显著增高，且显著高于干旱胁迫14 d时叶片中黄酮类化合物含量[33]。这与苦菜叶片中总类黄酮物质含量在干旱胁迫10 d时呈下降趋势结论一致，可能由于干旱胁迫时间过长，导致合成类黄酮物质的营养供应不足，从而影响叶片中总类黄酮物质的积累。总三萜物质是灵芝中主要的功效物质，具有良好的抗肿瘤活性[34]。苦菜作为药食同源的功能型植物，含有较丰富的总三萜物质[35]。本研究中苦菜在不同程度干旱胁迫时期，叶片中总三萜物质含量为1.00～3.00 mg/g，且在胁迫处理10 d时达到最大值，且在该处理时期轻度胁迫和重度胁迫处理含量显著高于对照，表现为适度的干旱胁迫能够促进总三萜物质的代谢。

苦菜在受到一定干旱胁迫及适度的胁迫时间处理时，会导致地下根系生长量大于地上部分，使得通过代谢可溶性蛋白渗透调节物和抗氧化酶等以减缓胁迫对植株造成的伤害，且会增强代谢总酚、总类黄酮、总三萜等具有抗氧化活性物质的次生代谢，在复水后会出现一定的超补偿的效果。因而轻度的干旱胁迫及胁迫10 d左右，能够保证植株正常生长且增强代谢酚类等功能物质，以提升苦菜的品质。