UV–B辐射对神农香菊叶片表皮毛及其分泌物的影响

高文杰，周蕴薇，王想，焦宏彬，李海波，何淼*

(1.东北林业大学园林学院，黑龙江 哈尔滨 150040；2.北京星河园林景观工程有限公司，北京 100018；3.丰宁满族自治县林业局，河北 丰宁 068350)

UV–B辐射对神农香菊叶片表皮毛及其分泌物的影响

高文杰1，周蕴薇1，王想1，焦宏彬2，李海波3，何淼1*

(1.东北林业大学园林学院，黑龙江 哈尔滨 150040；2.北京星河园林景观工程有限公司，北京 100018；3.丰宁满族自治县林业局，河北 丰宁 068350)

以神农香菊(Dendranthema indicum var.aromaticum)为材料，用紫外光UV–B对其进行辐射处理，处理时间分别为 0(CK)、1、3、5、7 d，研究其对叶片表皮毛形态、密度和叶片表面分泌物的影响。结果表明：UV–B处理后的头状腺毛中部出现不规则凹陷，甚至扭曲；“T”形非腺毛出现顶细胞破裂、脱落现象；头状腺毛和“T”形非腺毛的密度均随处理天数的增加，呈先增加后减少的趋势，两者均在处理1 d时达最大，此时叶尖、叶中、叶基的头状腺毛密度每视野分别为16.00、13.67、18.67根，叶片下表皮的“T”形非腺毛密度每视野达43.84根；叶片表面分泌物中α–蒎烯、α–荜澄茄油烯的相对含量变化不明显，而杜松萜烯、1–石竹烯的相对含量变化较大，均在处理3 d时相对含量达到最高，分别为19.45%和14.71%；樟脑类物质和醇酮类物质的相对含量呈现先升高后降低的变化趋势，在第1天或第3天达到最大值，第7天降到最低。

神农香菊；UV–B辐射；表皮毛；分泌物

芳香植物是具有香气和可供提取芳香油的栽培植物和野生植物的总称，是兼有药用植物和香料植物共有属性的植物类群[1]。芳香植物因独具芳香，在园林绿化[2]及分子育种中广为应用。神农香菊(Dendranthema indicum var.aromaticum)是野菊(Dendranthema indicum)的一个新变种，具有平肝明目、清热解毒、散风降压的功效[3]。神农香菊分布于高海拔的阳光充足地，由于独特的气候使其具有罕见的香气，具有分泌功能的腺毛及其腺毛分泌物可能与其制香机理直接相关。植物的腺毛及其分泌物成分和含量受遗传因素[4]、外界环境[5–6]、发育时期[7–9]、培养条件[10–11]等多因素的影响，同时腺毛及其分泌物与芳香物质的合成关系密切，有必要进行更深入的研究。

UV–B 辐射作为一类重要的光生态因子，对人类、动物、植物和生态系统均具有显著影响[12]。相关研究发现，UV–B 辐射会导致植物生长发育、生产力、生理生化、光系统及抗氧化活性的改变[13–16]。特别值得关注的是UV–B 辐射对植物次生代谢及其有效成分积累的影响[17]。笔者课题组引种的神农香菊在东北林业大学苗圃栽培后其香气减弱，有的甚至丧失，笔者猜测这可能与高海拔的高紫外辐射有关。本研究中以神农香菊为试材，采用紫外光UV–B进行辐照处理，分析神农香菊表皮毛和分泌物成分的变化，旨在为神农香菊的开发和利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为东北林业大学苗圃培育的神农香菊。选取长势一致的健壮茎尖进行扦插，2周生根，换土上盆，置于温室中培养至植株健壮且整齐一致时进行试验。

1.2 方法

1.2.1 UV–B辐射处理

选取生长健壮且长势一致的神农香菊植株，分成5个组，每组40株幼苗。用UV–B紫外灯进行辐照处理，辐射强度为600 μW/cm2，辐照时间为06:00—18:00，5个组分别辐照0(CK)、1、3、5、7 d。其他管理均按常规方法管理。

1.2.2 叶片表皮毛形态结构的观察

辐照处理结束后，剪取植株的第3片完全功能叶，用刀片切成5 mm×5 mm的小块，进行粘台、干燥和喷金处理，在Quanta 200型环境扫描电子显微镜下观察并拍照。

1.2.3 叶片表皮毛密度的测定

各处理选5株，取第3张完全功能叶，用莱卡DM2500荧光显微镜观察，在每张叶片正面、背面的叶基、叶中、叶尖各取3个1/250的视野，每个视野0.4 mm2，对头状腺毛和“T”形非腺毛进行拍照及密度统计。

1.2.4 叶片分泌物的提取

各处理取3 g植株第3张叶片，先后在装有100 mL二氯甲烷的3个培养皿中各浸提3次，每次浸提2 s，将浸提液用装有20 g无水硫酸钠的漏斗过滤至圆底烧瓶中，用旋转蒸发仪在40 ℃下浓缩，待蒸发结束后，将浓缩液移至棕色进样瓶中，并定容至0.5 mL，于0 ℃冰箱中保存，备用。

1.2.5 叶片分泌物的分析

用美国Agilent 7890A–5975C GC/MS气质联用仪对叶片分泌物进行分析检测。GC条件：色谱柱HP–5MS(0.25 μm，30 m×0.25 mm)弹性石英毛细管柱，进样量1 μL，分流比5∶1，50 ℃保持30 min，升温速度15 /min℃ ，升到160 ℃，再以10 /min℃ 升温至270 ℃，溶剂延迟3.5 min。MS条件：电离方式为EI模式，四极杆温度150 ℃，离子源温度230 ℃，接口温度280 ℃，电离能量为70 eV，电子倍增器电压为2 100 V，扫描范围(m/z)4～500，标准质谱图库NIST08L。

鉴定方法：利用Turbo Mass 5.4.2 GC/MS软件对挥发物进行分析。每种组分的相对含量采用峰面积归一法计算。

2 结果与分析

2.1 UV–B处理对表皮毛形态的影响

神农香菊叶面的头状腺毛只存在于叶片下表皮，在正常生长条件下形状规则，腺毛整个呈椭球形，中部内凹，各个细胞间界限清晰，轮廓明显，可以见到少量分泌物(图1–A1)。在UV–B处理第3天时，腺毛形态略有改变，腺毛底部沾有较多分泌物(图1–A2)；处理第7天时腺毛形态变化较大，中部开始不规则凹陷，形状不对称，叶片表面也出现较大的褶皱(图1–A3)，说明头状腺毛受到UV–B辐射伤害。

神农香菊叶面的“T”形非腺毛在叶片正面、背面均存在，正常生长条件下呈“T”形或“Y”形，由3～6个柄细胞连接支持1个顶细胞组成，顶细胞两端对称(图1–B1)。但经UV–B处理第3天时，上表皮“T”形非腺毛开始出现顶细胞扭曲，两臂不对称、不等长的现象(图1–B2)；处理第7天时扭曲更严重，有的甚至出现顶细胞破裂、脱落现象，叶表面仅有柄细胞残留，成为无头细胞(图1–B3)。下表皮“T”形非腺毛在辐照后虽然也开始出现不同程度的皱缩，但是所受辐射伤害相对较小，可能与叶片下表面没有直接受到辐照有关(图1–C1、C2、C3)。

图1 UV–B处理后神农香菊叶片表皮腺毛的形态Fig.1 The morphology of trichomes of Dendranthema indicum var.aromaticum after UV–B radiation

2.2 UV–B处理对表皮毛密度的影响

神农香菊头状腺毛主要分布在下表皮，且不同叶位的头状腺毛密度也有差异。由表1可见，随着UV–B处理天数的增加，叶尖、叶中和叶基的头状腺毛密度均呈现出先增加后减小的趋势。处理第1天各部位腺毛密度均有增加，其中叶尖腺毛密度增加不显著，叶中和叶基增加显著，平均密度由每视野11.45根增加到16.11根；处理第3天时各叶位的腺毛密度均开始降低，到第7天降至最低，与对照差异显著。

表1 UV–B处理后神农香菊的头状腺毛密度Table 1 The density of the capitate glandular trichomes of Dendranthema indicum var.aromaticum after UV–B radiation

神农香菊经UV–B处理后的“T”形非腺毛叶尖、叶中、叶基密度的统计如表2所示。在正常生长条件下，神农香菊“T”形非腺毛在叶片上、下表皮的分布状况不同，上表皮“T”形非腺毛数量较少，下表皮数量较多。当受到UV–B处理后，随着处理天数的增加，“T”形非腺毛密度呈现先增加后减少的趋势。处理第1天上、下表皮的“T”形非腺毛密度显著增加，上、下表皮每视野分别增加为20.91、43.84根；处理第3天开始下降，第5天下降不显著，到第7天降至最低，上、下表皮的“T”形非腺毛密度分别降至每视野12.97、28.84根，与对照比较差异显著。

表2 UV–B处理下神农香菊“T”形非腺毛密度Table 2 The density of the T–shaped non–glandular trichomes of Dendranthema indicum var.aromaticum after UV–B radiation

2.3 UV–B处理对叶片表面分泌物的影响

神农香菊叶片表面分泌物主要有烯萜类、樟脑类以及醇酮类和烷类、酯类物质。烯萜类物质主要有α–蒎烯、1–石竹烯、α–荜澄茄油烯、α–水芹烯、杜松萜烯；樟脑类物质主要有樟脑、异龙脑、桉树脑；醇酮类物质主要有马鞭烯醇、桉叶油醇、β–侧柏酮、崖柏酮等。

由表3可知，随着UV–B处理时间的增加，烯萜类物质的相对含量呈不同的变化趋势。α–蒎烯和α–荜澄茄油烯在对照中相对含量分别为5.22%、6.28%，且随着UV–B辐射处理时间的延长波动不大；杜松萜烯呈先减小后显著增加再减少的趋势，在处理1、3、5、7 d时的相对含量分别为1.84%、19.45%、11.10%、5.97%，而对照中其相对含量为3.63%；1–石竹烯呈先平稳后降低的趋势，在处理1、3、5 d时的相对含量分别为13.26%、14.71%、11.73%，与对照(12.87%)差异不大，处理第7天时则降低为1.12%。

神农香菊桉树脑的相对百分含量随着处理时间的延长呈先升高后降低的趋势，处理第1天时最高为35.00%，随后开始降低，其中处理5 d(11.82%)和7 d(6.35%)时低于对照(17.66%)。樟脑类物质的相对百分含量也随着处理时间的延长先升高后降低。在处理第3天含量增加明显，为10.79%，随后开始降低，第7天时接近0，低于对照(3.27%)；异龙脑在对照中含量较低，且随着处理时间的延长逐渐减少(表3)。

神农香菊叶片表面分泌物中醇酮类物质相对含量均随着处理时间的延长呈先升高后降低的趋势。β–侧柏酮相对含量在处理第3天增至最高，为16.69%，5 d(7.61%)时降低，但仍高于对照(4.43%)，7 d(3.13%)时低于对照；马鞭烯醇含量在处理第 1天(15.36%)较对照稍有增加，之后随着处理天数的增加迅速降低，至第7天降至最低，为2.35%；崖柏酮也在处理第1天达到最大值(7.35%)，随后开始逐渐降低，第 7天降至最低(1.37%)，低于对照(1.56%)。

表 3 UV–B处理下神农香菊腺毛主要分泌物成分及其相对含量Table 3 Component and relative content of the glandular hairs secretions in Dendranthema indicum var.aromaticum after UV–B radiationon

3 结论与讨论

腺毛是植物积累次生代谢物质的重要场所。Graham 等[18]通过对青蒿基因组的分析发现，其叶片大小和叶片上的腺毛数量与青蒿素的产量相关。相关的分子生物学研究也表明，合成青蒿素的异戊二烯途径主要分布于腺毛基本的细胞中[19]。在薄荷中，薄荷脑的生物合成也与腺毛发育直接相关[20]。本研究结果表明，随着UV–B处理时间的延长，腺毛密度先增加后减少，大多次生代谢产物也呈现先增加后减少的趋势，能够在一定程度上说明腺毛密度与次生代谢产物的关系，但腺毛密度对分泌物含量的具体影响机制仍需进一步研究。

在神农香菊叶片表面分泌物中鉴定出的物质大部分为烯类、樟脑类和醇酮类物质，另外还有少部分烷类和脂类化合物，这与刘启宏等[21]的研究结果基本一致，也与前人研究[22–26]的神农香菊挥发油成分相符。杜松萜烯、1–石竹烯、桉树脑和醇酮类等次生代谢物含量在UV–B处理初期都有较大幅度的升高，随着处理时间的延长开始下降，说明次生代谢产物的产生和积累受到UV–B辐射的影响，光可能直接作用于其代谢途径，但也可能通过调节初生代谢，利用产物来调节次生代谢。

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责任编辑：尹小红

英文编辑：梁 和

Effects of UV–B radiation on the trichomes and secretions of leaves of Dendranthema indicum var.aromaticum

GAO Wenjie1, ZHOU Yunwei1, WANG Xiang1, JIAO Hongbin2, LI Haibo3, HE Miao1*
(1.College of Landscape and Architecture, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China; 2.Beijing Star River Landscape Engineering Company Limited, Beijing 100018, China; 3.Forest Bureau of Manchu Autonomous County of Fengning, Hebei , 068350, China)

In this experiment, Dendranthema indicum var.aromaticum was used as material and five treatments of 0 (CK), 1, 3, 5 and 7 d radiation with UV–B were designed to study the effect of ultraviolet radiation on the morphology, density of the trichomes and the surface secretion of leaves.The results showed that glandular trichomes of UV–B treatment appeared irregular depressions in the middle, or even distortions.The apical cells of “T” shape hairs with non–glandular ruptured or even fallen off.As the radiation days increased, the densities of glandular trichomes and “T” shape hairs with non–glandular showed a trend of first increased then decreased.Their densities were the highest on the lower epidermis of leaves in the treatment of 1 d, which the glandular trichomes numbers on the tip, middle and base of leaf were 16.00, 13.67 and 18.67 respectively in each vision field and “T” shape hairs with non–glandular numbers were 43.84 in each vision field.The relative content of leaf surface secretion of alpha pinene and alpha cubebene did not change significantly, while cadinene and 1–caryophyllene were higher volatility and reached the highest level of 19.45% and 14.71% with 3 d radiation.Relative percentage content of camphor, alcohols and ketones presented a trend of first increased then decreased with the increase of radiation days.Their content reached largest in 1 d or 3 d and dropped to the lowest in 7 d.

Dendranthema indicum var.aromaticum; UV–B radiation; trichomes; secretions

S682.1+1

：A

：1007-1032(2017)01-0037-05

2016–06–30

2016–12–21

中央高校基本科研业务费专项资金项目(41416099)

高文杰(1990—)，女，黑龙江双鸭山人，博士研究生，主要从事园林植物资源研究，wenjie_gao0724@163.com；*通信作者，何淼，博士，副教授，主要从事园林植物种质资源研究，hemiao@nefu.edu.cn