UV-B 辐射对生菜产量和品质的影响

聂鑫，赵长江，李响，聂海洋，王岭，杨升，朱广石

（黑龙江八一农垦大学农学院，大庆 163319）

植物是光合自养型有机体，因此必须不断适应环境条件的变化[1]。地表UV-B 辐射强度的加剧，使得UV-B 辐射作为胁迫因子将导致植物适应环境的机制发生改变。UV-B 辐射对植物的影响具有累积效应，辐射时间越长，对植物的影响也就越大。植物通过自身一系列生理代谢活动的变化，适应或抵抗环境中UV-B 辐射的变化[2]。通常情况下，UV-B 辐射对植物有强烈的负面效应，例如导致蛋白质损伤、膜脂变化和叶绿体损伤等。

植物在受到UV-B 辐射伤害后，在生长过程及营养品质和生理代谢反面也会产生极大的不同，并通过自身的应激性来适应UV-B 辐射[3]。大量的科学研究表明，植物通过紫外照射后，抗逆性明显增强，尹明安等[4]指出苹果经过UV-B 辐射后，果实的抗病能力明显提高。厉维江等[5]通过对葡萄进行低剂量紫外辐射的处理，发现储藏期明显增加且不易腐烂，从而达到延长果蔬保鲜期的目的。紫外线处理能提高果蔬的苯丙氨酸解氨酶、多酚氧化酶活性，增加总酚含量；提高超氧化物歧化酶、过氧化物酶活性，降低活性氧含量，减少丙二醛积累，从而保护膜结构完整性，进而提高果蔬的抗病性[6]。因此通过UV-B 辐射提高生菜品质是可行并有实际意义的。

1 材料与方法

1.1 材料

供试生菜（lactucis）品种为美国大速生（American rapid growth）。该品种生长速度快，生育期45 d 左右，品质甜脆，无纤维，不易抽薹；耐寒性强，适合北方露地和保护地周年生产。

1.2 植物种植及处理

挑选大小一致、饱满、无破损生菜种子，直接播种到含有吸水饱和的育苗土壤基质的小花盆中，每盆均匀播种5 粒种子，于生人工气候室行培育。培养条件为，白天25 ℃，14 h，夜间18 ℃，10 h。当幼苗生长到两片真叶两片子叶时进行UV-B 辐照处理。

UV-B 辐照处理所用紫外线灯管为UV-B 313（美国）。处理装置参照实验室前期处理高粱幼苗的方法[7]，即紫外灯管安装在可调高度的培养架上，并用醋酸纤维膜包裹灯管（滤除UV-C 波段辐射）。通过UV-B 辐射计测定，调节辐照剂量为40 μw·cm-2。将两片真叶两片子叶的生菜放置在灯管正下方进行照射处理，辐照处理时间分别为2、4、6、8 h，以未进行UV-B 照射的正常植株作为对照。辐照处理结束后，转移到人工气候室恢复生长，分别于恢复3、5、10、15 d 进行表型和光合指标的测定，同时取样用液氮速冻后冷冻，用于各项品质指标的测定。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 生长相关指标测定

（1）鲜重（产量）测定

对4 个不同UV-B 处理时长且分别恢复3、5、10、15 d 的生菜，以及相应的对照，共20 个处理植物进行取样测定地上部鲜重，每个处理至少3 个重复。

（2）株高和根长测定

对4 个不同UV-B 剂量处理且分别恢复3、5、10、15 d 的生菜，以及相应的对照，共20 个处理植物进行取样，测定株高和根长，每个处理至少3 个重复。

（3）胞间CO2浓度测定

使用SPAD502 仪（日本柯尼卡美能达公司）和Li-6400XTR 光合仪（美国Li-COR 公司）对4 个不同UV-B 剂量处理且分别恢复3、5、10、15 d 的生菜，以及相应的对照，共20 个处理的植物，选择第二片全展叶进行相关指标的测定，每个处理至少重复10次。其中光合仪测定时叶室CO2浓度为400 μL·L-1，光强约为800 mmol·m-2·s-1，温度为25 ℃±2 ℃。

1.3.2 品质相关指标测定

（1）维生素C 含量的测定

将生菜样品放入研钵中，加入20 mL 1%盐酸迅速研磨成浆，用1%盐酸溶液冲洗转入100 mL 容量瓶定容，用力摇匀并放置5 min，然后过滤。取10 mL滤液，用微量滴定管以2，6-二氯酚标准液滴定至粉红色，保持1 min 不退色，记下2，6-二氯酚用量。提取样品的混合酸液及其还原物质还原能力的校正值；取1%盐酸和1%草酸各10 mL 混合，用同样的染料溶液滴定至粉红色为止，从试验溶液的滴定材料中，减去酸液滴定值即为所测材料的实际滴定值[8]。

（2）可溶性蛋白质含量的测定

称取叶片鲜样0.5 g，加2 mL 蒸馏水研磨成匀浆，转移到离心管中，再加6 mL 蒸馏水洗涤研体，洗涤液转入同一离心管，静置0.5～1 h，再4 000 r·min-1离心20 min，将上清液转入10 mL 容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度，即为待测液。另取3 支10 mL 试管，吸取待测液0.1 mL，放入试管中，加5 mL 考马斯亮蓝，充分混合，放2 min 后于595 nm 下进行比色[9]。

（3）类黄酮含量的测定

称取新鲜叶片0.5 g，加10 mL 酸性甲醇溶液（甲醇、水、盐酸体积比为79∶20∶1），室温下研磨；于55 ℃水浴中提取30 min。3 000 r 离心10 min，定容至10 mL，用分光光度计在波长300 nm 处比色测定类黄酮含量[10]。

1.4 数据分析

采 用EXCEL2010 和DPS9.2、Multi Experiment Viewer 对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 UV-B 辐射对生菜产量的影响

如图1 所示，UV-B 辐射处理2、4、6 和8 h 等4个处理，在处理后UR3、UR5、UR10 和UR15 d 时生菜产量变化趋势基本一致，即随着处理时间的延长，生菜产量不断下降，但处理间差异的显著性不同。在UR3 d 和UR5 d 区间，4 个处理间生菜鲜重差异显著性相同，其中U4、U6 和U8 与对照U0 比较鲜重降低显著，U2 与U0、U4 与U2、U6 与U4 处理间差异不显著，表明该恢复期生菜鲜重的降低是由增强的UV-B辐射直接造成的；然而UR10 d 和UR15 d 区间4 个处理间生菜鲜重差异显著不尽相同，也与UR3 d 和UR5 d 期鲜重变化显著性不同。UR10 d 时，U2 与U4处理鲜重无显著差异，但是与U0、U6、U8 间差异显著；U4 在整个试验过程中呈现出明显的上升趋势，随着恢复时间的增加，U4 与U0 之间的差距逐渐缩小，这也印证了我们试验的初衷，在较少减产或不减产的前提下提高生菜的营养含量。UR15 d 时，U0 与U2、U4 间差异不显著，U0 与U6、U8 之间的差异显著，其中U4 和U6 间差异不显著，U6 和U8 间差异不显著。这个阶段生菜生长速度较快，各处理之间的差异逐渐变小，表明生菜进入辐射伤害的恢复期。

图1 不同UV-B 处理生菜鲜重变化Fig.1 Fresh weight of lettuce at different UV-B treatment

纵观4 个UV-B 处理在不同恢复期产量情况，研究结果表明增强的UV-B 辐射虽然会对生菜的产量在早期造成一定的影响，但是随着恢复时间的增加，如U2 和U4 处理恢复15 d，这种影响将会越来越小，或者说合适剂量UV-B 处理可以在不影响产量的前提下，提高抗病虫性的同时改善其营养保健品质。

2.2 UV-B 辐射对生菜株高的影响

株高从侧面可以反映出生菜的生长状态，株高是植物形态学调查工作中最基本的指标之一，其定义为从植株基部至主茎顶部即主茎生长点之间的距离。如图2 所示，UV-B 辐射处理2、4、6 和8 h 等4个处理，在处理后恢复UR3、UR5、UR10 和UR15 d时生菜株高变化趋势基本一致，与生菜鲜重变化趋势相似；随着处理时间的延长，生菜株高不断下降，4个辐射处理的4 个恢复时间差异的显著性不同。在经过UV-B 辐射处理恢复UR3 d 后，除U0 与U2、U2与U4、U6 与U8 的处理间差异不显著外，其余不同辐射处理间的生菜株高差异显著。恢复UR5 d 和UR10 d 情况下，不同处理间生菜株高差异更加明显，处理剂量分组情况更加清晰。所以，结合鲜重的结果，大致可以将供试UV-B 剂量分为两大类，U2 和U4 相近组，U6 和U8 相近组。表明生菜对U2 和U4剂量响应的机制可能相近。恢复UR15 d 的情况，不同处理间生菜株高的差异与恢复UR3 d 株高差异趋势基本一致，恢复前期和末期不同处理间生菜株高变化趋势一致，表明生菜对UV-B 响应的恢复基本稳定，U2、U4 和U6 处理能进行不同程度的恢复，U8伤害较重难以恢复。

图2 不同UV-B 处理生菜株高变化Fig.2 Height of lettuce at different UV-B treatment

纵观4 个UV-B 处理在不同恢复期株高情况，研究结果表明增强的UV-B 辐射虽然会对生菜的株高产生不同程度的抑制，但是随着恢复时间的增加，如U2 处理恢复15 d，这种影响将会越来越小。

2.3 UV-B 辐射对生菜根长的影响

如图3 所示，UV-B 辐射处理2、4、6 h 和8 h 等4 个处理，在处理后UR3 d、UR5 d、UR10 d 和UR15 d时生菜根长变化趋势基本一致，随着处理时间的延长，生菜根长不断下降，4 个辐射处理在4 个恢复时间差异的显著性不同。而且，生菜根长对UV-B 辐照处理响应变化趋势与其株高的变化趋势基本一致。在经过UV-B 辐射处理UR3 d 后，与未处理对照相比，U2、U4、U6、U8 等4 个处理间差异显著，表明供试不同剂量UV-B 辐照对生菜根长产生明显的影响。与UR3 d 比较，UR5 d 时U4 和U6、U6 和U8 处理间差异不显著；UR10 d 时U0、U2 与U4 间，U2、U4 和U6 间差异不显著；15d 时，U0、U2 与U4 间，U4 与U6，U6 与U8 间差异不显著，上述结果表明不同UVB 辐照处理在不同恢复时间得到不同程度的恢复，而且根长的恢复要比株高的恢复效果明显。另外在实验中我们发现，UV-B 辐射不仅影响着生菜的根长，还对生菜的须根数以及根的粗度有着很大的影响。

图3 不同UV-B 处理生菜根长变化Fig.3 Root length of lettuce at different UV-B treatment

2.4 UV-B 辐射对生菜胞间CO2 浓度的影响

如图4 所示，在整个实验过程中生菜经过UV-B辐射后，细胞间CO2浓度随着辐射时间的增加而不断增加，它与其他的光合数据正好相反，与UV-B 辐射呈正相关趋势。经过UV-B 辐射后UR3 d 的U0、U2、U4、U6、U8 的细胞间CO2浓度存在着明显差异，呈现出上升趋势且效果较为显著。UR5 d 的U0、U2、U4、U6、U8 间仍然存在着差异。UR10 d 的生菜中，趋势与UR5 相一致。UR15 d 的时候差异性进一步降低，其中U0、U2 之间基本无差异，U4 与U6 间差异不显著，U8 与其他各处里之间差异显著。

图4 不同UV-B 处理生菜胞间CO2 浓度变化Fig.4 Cell CO2 concentration of lettuce at different UV-B treatment

从图中可以看出，随着UV-B 辐射的增加，生菜的胞间CO2浓度明显呈上升趋势，这种趋势一直贯穿整个实验过程，但是不同的是，UR5 d 开始，一直到UR15 d，这种差异逐渐变小，这说明在经过UV-B 辐射经过一段时间的恢复后，生菜的胞间CO2浓度差异逐渐变小，植株的表象形态趋于相同，但是经过UV-B 辐射时间较长的U8 与其他处理间还存在这明显的差异。细胞间CO2浓度升高会导致光合速率的降低，这与我们上面的光合速率试验结果相吻合。

2.5 UV-B 辐射对生菜可溶性蛋白含量的影响

如图5 所示，随着辐射剂量（时间）的增加，生菜叶可溶性蛋白含量在4 个不同恢复期均呈先上升再下降的趋势，处理间差异显著。在UR15 d 时U6 和U8 处理下降幅度最大；在UR10 d 时U2 和U4 处理生菜可溶性蛋白含量增加幅度最大，而且此时期U6和U8 处理也与其他恢复期低于对照不同，显著高于对照。UR3 d 与UR5 d 各处理之间的差异性显著，在UR3 d 时U2 的可溶性蛋白含量最高，但是从UR5 d开始到UR15 d 结束，U4 的可溶性蛋白含量最高。

图5 不同UV-B 处理生菜可溶性蛋白变化Fig.5 Soluble protein of lettuce at different UV-B treatment

2.6 UV-B 辐射对生菜维生素C 含量的影响

维生素C（L-抗坏血酸）为酸性己糖衍生物，是高等动物与其他少数生物的必需营养素。如图6 所示，经过UV-B 辐照处理后，在4 个不同恢复期生菜样品叶片中维生素C 的含量呈现增加后下降的变化趋势；而且随着辐射时间（剂量）的增加，生菜维生素C 含量的变化效果越发显著。其中，U2 和U4 诱导生菜维生素C 含量在UR10 d 和UR15 d 时显著增加；除UR10 d 的U6 处理外，U6 和U8 处理致使供试4个恢复期内生菜维生素C 含量显著降低。表明在低于U4 剂量处理时，维生素C 可能作为抗氧化剂用来清除UV-B 辐照产生的活性氧，在高剂量情况下收到显著抑制。纵观整个试验过程，U4 的维生素C 含量在UR3 d、UR5 d、UR10 d 和UR15 d 时均为最高值，这与随着UV-B 辐射的增加类黄酮含量增加的趋势不同。在UR3 d、UR5 d、UR10 d 和UR15 d 的4个恢复期U2 和U4 处理生菜维生素C 含量较对照显著增加，U6 和U8 处理维生素C 含量显著降低，这表明U2 和U4 剂量UV-B 辐照有助于增加生菜的维生素C 含量，U6 和U8 降低了生菜的维生素C 含量。

图6 不同UV-B 处理生菜维生素C 变化Fig.6 Vitamin C of lettuce at different UV-B treatment

2.7 UV-B 辐射对生菜类黄酮含量的影响

类黄酮（Flavonoids）是植物重要的一类次生代谢产物，它以结合态（黄酮苷）或自由态（黄酮苷元）形式存在于水果、蔬菜、豆类和茶叶等许多食源性植物中。如图7 所示，随着辐射时间的增加，UR3 d、UR5 d、UR10 d、UR15 d 的生菜叶片中类黄酮含量呈上升的趋势，与对照相比，U4、U6 和U8 处理导致生菜类黄酮显著增加，U2 增量不显著。这也印证了试验设想，通过UV-B 辐射可以增加生菜的次生代谢物含量，从而增加了类黄酮的含量。而且U2 和U4、U6 和U8处理间不显著，表明供试剂量UV-B 辐照对于生菜类黄酮诱导可大致被划分为两种剂量组。U2 和U4与对照相比类黄酮含量提升较小，U6 和U8 与对照相比类黄酮含量提升较多，这表明UV-B 辐射与类黄酮含量呈正相关的趋势，但是一定也会存在临界点，当UV-B 辐射进一步提升时，类黄酮含量会因为生菜整体生长指标的降低而降低，这也是以后要进行探讨和研究方向。

图7 不同UV-B 处理生菜类黄酮变化Fig.7 Flavonoids of lettuce at different UV-B treatment

3 讨论

试验研究表明，随着UV-B 辐射量的升高，鲜重和表型指标都有不同程度的降低[11]，从试验结果来看，各处理在恢复不同天数后的株高仍然存在很大的差异，这说明UV-B 辐射对于生菜表形指标的影响很大[12]。而且，UV-B 辐射量越大生菜受到伤害就越严重，这与安黎哲、侯扶江等[13-14]的研究结果基本一致。但是从试验中发现，在经过UV-B 辐射照射后，生菜通过一定时间的恢复，各项表形指标都有所恢复[15-20]，但与未经过UV-B 辐射处理的生菜还是存在差距，但是这种差距随着恢复时间的增加而不断变小[21-23]。

由于生菜在经过UV-B 辐射后，各项生长指标受到严重影响，与烟草经过UV-B 辐射现象相似，叶片变的枯萎严重的甚至出现生长缓慢的现象，为将UV-B 辐射技术可以投入到正常的生产实践中去，对影响生菜产量的鲜重进行了仔细的数据分析，发现生菜在经过UV-B 辐射处理后，随着恢复时间的增加，与未经过UV-B 辐射处理生菜的鲜重差距逐渐减少，在恢复15 d 后，U0 与U2、U4 的鲜重差距极小，这也表明其产量受到的影响随着恢复时间的增加也会逐渐降低，所以，通过UV-B 辐射改善生菜营养品质的观点是完全可行的，通过UV-B 辐射不仅可以提高生菜的营养品质，也可以通过恢复最大限度的降低产量损失。

试验旨在通过UV-B 辐射处理诱导类黄酮和维生素C 等特殊营养，同时保证其他品质指标不受影响或最低限度的受到影响，由于照射时长为2、4、6、8 h，中间相差2 h，单从试验的数据结果来看，生菜在经受强度为40 μw·cm-2的UV-B 辐射4 h 的时候为最理想效果，可是由于中间间隔2 h，不知道在4 h 这个节点时是已经开始下降还是依然处于上升状态，找到这个“阀值”是日后继续探索的目的。总之UV-B辐射对生菜的影响还与光照、水分、温度、湿度等一些环境因素密切相关，因此，研究还需进一步深入。

4 结论

尝试解析不同时长UV-B 辐射对生长阶段的生菜所产生的影响得出如下结论：在经过UV-B 辐射照射2、6、4、8 h 后，生菜的鲜重、株高、根长均有不同程度的变化。随着UV-B 辐射剂量的增加，对生菜的损伤越大且各处理间的差异显著，生菜的生长受到了明显的影响。类黄酮则是经过UV-B 辐射照射的时间越长，其含量越高，虽然在经过3～15 d 的恢复后，各处理之间的差异不断缩小，但是仍然保持随着UV-B 辐射时间的增加而含量增加的趋势，这表明UV-B 辐射对类黄酮的诱导具有剂量的依赖性。维生素C 则与其他碳氮产物一样呈现出先上升再下降的趋势，在4 h 时维生素C 的含量最高。最后，从生菜的产量和营养品质兼顾的角度考虑，从实验数据得出40 μw·cm-2UV-B 辐射处理4 h 可以用于棚室绿色保健生菜栽培。