高文杰，周蘊薇，王想，焦宏彬，李海波，何淼*

(1.東北林業(yè)大學園林學院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.北京星河園林景觀工程有限公司，北京 100018；3.豐寧滿族自治縣林業(yè)局，河北 豐寧 068350)

UV–B輻射對神農香菊葉片表皮毛及其分泌物的影響

高文杰1，周蘊薇1，王想1，焦宏彬2，李海波3，何淼1*

(1.東北林業(yè)大學園林學院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.北京星河園林景觀工程有限公司，北京 100018；3.豐寧滿族自治縣林業(yè)局，河北 豐寧 068350)

以神農香菊(Dendranthema indicum var.aromaticum)為材料，用紫外光UV–B對其進行輻射處理，處理時間分別為 0(CK)、1、3、5、7 d，研究其對葉片表皮毛形態(tài)、密度和葉片表面分泌物的影響。結果表明：UV–B處理后的頭狀腺毛中部出現不規(guī)則凹陷，甚至扭曲；“T”形非腺毛出現頂細胞破裂、脫落現象；頭狀腺毛和“T”形非腺毛的密度均隨處理天數的增加，呈先增加后減少的趨勢，兩者均在處理1 d時達最大，此時葉尖、葉中、葉基的頭狀腺毛密度每視野分別為16.00、13.67、18.67根，葉片下表皮的“T”形非腺毛密度每視野達43.84根；葉片表面分泌物中α–蒎烯、α–蓽澄茄油烯的相對含量變化不明顯，而杜松萜烯、1–石竹烯的相對含量變化較大，均在處理3 d時相對含量達到最高，分別為19.45%和14.71%；樟腦類物質和醇酮類物質的相對含量呈現先升高后降低的變化趨勢，在第1天或第3天達到最大值，第7天降到最低。

神農香菊；UV–B輻射；表皮毛；分泌物

芳香植物是具有香氣和可供提取芳香油的栽培植物和野生植物的總稱，是兼有藥用植物和香料植物共有屬性的植物類群[1]。芳香植物因獨具芳香，在園林綠化[2]及分子育種中廣為應用。神農香菊(Dendranthema indicum var.aromaticum)是野菊(Dendranthema indicum)的一個新變種，具有平肝明目、清熱解毒、散風降壓的功效[3]。神農香菊分布于高海拔的陽光充足地，由于獨特的氣候使其具有罕見的香氣，具有分泌功能的腺毛及其腺毛分泌物可能與其制香機理直接相關。植物的腺毛及其分泌物成分和含量受遺傳因素[4]、外界環(huán)境[5–6]、發(fā)育時期[7–9]、培養(yǎng)條件[10–11]等多因素的影響，同時腺毛及其分泌物與芳香物質的合成關系密切，有必要進行更深入的研究。

UV–B 輻射作為一類重要的光生態(tài)因子，對人類、動物、植物和生態(tài)系統均具有顯著影響[12]。相關研究發(fā)現，UV–B 輻射會導致植物生長發(fā)育、生產力、生理生化、光系統及抗氧化活性的改變[13–16]。特別值得關注的是UV–B 輻射對植物次生代謝及其有效成分積累的影響[17]。筆者課題組引種的神農香菊在東北林業(yè)大學苗圃栽培后其香氣減弱，有的甚至喪失，筆者猜測這可能與高海拔的高紫外輻射有關。本研究中以神農香菊為試材，采用紫外光UV–B進行輻照處理，分析神農香菊表皮毛和分泌物成分的變化，旨在為神農香菊的開發(fā)和利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為東北林業(yè)大學苗圃培育的神農香菊。選取長勢一致的健壯莖尖進行扦插，2周生根，換土上盆，置于溫室中培養(yǎng)至植株健壯且整齊一致時進行試驗。

1.2 方法

1.2.1 UV–B輻射處理

選取生長健壯且長勢一致的神農香菊植株，分成5個組，每組40株幼苗。用UV–B紫外燈進行輻照處理，輻射強度為600 μW/cm2，輻照時間為06:00—18:00，5個組分別輻照0(CK)、1、3、5、7 d。其他管理均按常規(guī)方法管理。

1.2.2 葉片表皮毛形態(tài)結構的觀察

輻照處理結束后，剪取植株的第3片完全功能葉，用刀片切成5 mm×5 mm的小塊，進行粘臺、干燥和噴金處理，在Quanta 200型環(huán)境掃描電子顯微鏡下觀察并拍照。

1.2.3 葉片表皮毛密度的測定

各處理選5株，取第3張完全功能葉，用萊卡DM2500熒光顯微鏡觀察，在每張葉片正面、背面的葉基、葉中、葉尖各取3個1/250的視野，每個視野0.4 mm2，對頭狀腺毛和“T”形非腺毛進行拍照及密度統計。

1.2.4 葉片分泌物的提取

各處理取3 g植株第3張葉片，先后在裝有100 mL二氯甲烷的3個培養(yǎng)皿中各浸提3次，每次浸提2 s，將浸提液用裝有20 g無水硫酸鈉的漏斗過濾至圓底燒瓶中，用旋轉蒸發(fā)儀在40 ℃下濃縮，待蒸發(fā)結束后，將濃縮液移至棕色進樣瓶中，并定容至0.5 mL，于0 ℃冰箱中保存，備用。

1.2.5 葉片分泌物的分析

用美國Agilent 7890A–5975C GC/MS氣質聯用儀對葉片分泌物進行分析檢測。GC條件：色譜柱HP–5MS(0.25 μm，30 m×0.25 mm)彈性石英毛細管柱，進樣量1 μL，分流比5∶1，50 ℃保持30 min，升溫速度15 /min℃ ，升到160 ℃，再以10 /min℃ 升溫至270 ℃，溶劑延遲3.5 min。MS條件：電離方式為EI模式，四極桿溫度150 ℃，離子源溫度230 ℃，接口溫度280 ℃，電離能量為70 eV，電子倍增器電壓為2 100 V，掃描范圍(m/z)4～500，標準質譜圖庫NIST08L。

鑒定方法：利用Turbo Mass 5.4.2 GC/MS軟件對揮發(fā)物進行分析。每種組分的相對含量采用峰面積歸一法計算。

2 結果與分析

2.1 UV–B處理對表皮毛形態(tài)的影響

神農香菊葉面的頭狀腺毛只存在于葉片下表皮，在正常生長條件下形狀規(guī)則，腺毛整個呈橢球形，中部內凹，各個細胞間界限清晰，輪廓明顯，可以見到少量分泌物(圖1–A1)。在UV–B處理第3天時，腺毛形態(tài)略有改變，腺毛底部沾有較多分泌物(圖1–A2)；處理第7天時腺毛形態(tài)變化較大，中部開始不規(guī)則凹陷，形狀不對稱，葉片表面也出現較大的褶皺(圖1–A3)，說明頭狀腺毛受到UV–B輻射傷害。

神農香菊葉面的“T”形非腺毛在葉片正面、背面均存在，正常生長條件下呈“T”形或“Y”形，由3～6個柄細胞連接支持1個頂細胞組成，頂細胞兩端對稱(圖1–B1)。但經UV–B處理第3天時，上表皮“T”形非腺毛開始出現頂細胞扭曲，兩臂不對稱、不等長的現象(圖1–B2)；處理第7天時扭曲更嚴重，有的甚至出現頂細胞破裂、脫落現象，葉表面僅有柄細胞殘留，成為無頭細胞(圖1–B3)。下表皮“T”形非腺毛在輻照后雖然也開始出現不同程度的皺縮，但是所受輻射傷害相對較小，可能與葉片下表面沒有直接受到輻照有關(圖1–C1、C2、C3)。

圖1 UV–B處理后神農香菊葉片表皮腺毛的形態(tài)Fig.1 The morphology of trichomes of Dendranthema indicum var.aromaticum after UV–B radiation

2.2 UV–B處理對表皮毛密度的影響

神農香菊頭狀腺毛主要分布在下表皮，且不同葉位的頭狀腺毛密度也有差異。由表1可見，隨著UV–B處理天數的增加，葉尖、葉中和葉基的頭狀腺毛密度均呈現出先增加后減小的趨勢。處理第1天各部位腺毛密度均有增加，其中葉尖腺毛密度增加不顯著，葉中和葉基增加顯著，平均密度由每視野11.45根增加到16.11根；處理第3天時各葉位的腺毛密度均開始降低，到第7天降至最低，與對照差異顯著。

表1 UV–B處理后神農香菊的頭狀腺毛密度Table 1 The density of the capitate glandular trichomes of Dendranthema indicum var.aromaticum after UV–B radiation

神農香菊經UV–B處理后的“T”形非腺毛葉尖、葉中、葉基密度的統計如表2所示。在正常生長條件下，神農香菊“T”形非腺毛在葉片上、下表皮的分布狀況不同，上表皮“T”形非腺毛數量較少，下表皮數量較多。當受到UV–B處理后，隨著處理天數的增加，“T”形非腺毛密度呈現先增加后減少的趨勢。處理第1天上、下表皮的“T”形非腺毛密度顯著增加，上、下表皮每視野分別增加為20.91、43.84根；處理第3天開始下降，第5天下降不顯著，到第7天降至最低，上、下表皮的“T”形非腺毛密度分別降至每視野12.97、28.84根，與對照比較差異顯著。

表2 UV–B處理下神農香菊“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處理對葉片表面分泌物的影響

神農香菊葉片表面分泌物主要有烯萜類、樟腦類以及醇酮類和烷類、酯類物質。烯萜類物質主要有α–蒎烯、1–石竹烯、α–蓽澄茄油烯、α–水芹烯、杜松萜烯；樟腦類物質主要有樟腦、異龍腦、桉樹腦；醇酮類物質主要有馬鞭烯醇、桉葉油醇、β–側柏酮、崖柏酮等。

由表3可知，隨著UV–B處理時間的增加，烯萜類物質的相對含量呈不同的變化趨勢。α–蒎烯和α–蓽澄茄油烯在對照中相對含量分別為5.22%、6.28%，且隨著UV–B輻射處理時間的延長波動不大；杜松萜烯呈先減小后顯著增加再減少的趨勢，在處理1、3、5、7 d時的相對含量分別為1.84%、19.45%、11.10%、5.97%，而對照中其相對含量為3.63%；1–石竹烯呈先平穩(wěn)后降低的趨勢，在處理1、3、5 d時的相對含量分別為13.26%、14.71%、11.73%，與對照(12.87%)差異不大，處理第7天時則降低為1.12%。

神農香菊桉樹腦的相對百分含量隨著處理時間的延長呈先升高后降低的趨勢，處理第1天時最高為35.00%，隨后開始降低，其中處理5 d(11.82%)和7 d(6.35%)時低于對照(17.66%)。樟腦類物質的相對百分含量也隨著處理時間的延長先升高后降低。在處理第3天含量增加明顯，為10.79%，隨后開始降低，第7天時接近0，低于對照(3.27%)；異龍腦在對照中含量較低，且隨著處理時間的延長逐漸減少(表3)。

神農香菊葉片表面分泌物中醇酮類物質相對含量均隨著處理時間的延長呈先升高后降低的趨勢。β–側柏酮相對含量在處理第3天增至最高，為16.69%，5 d(7.61%)時降低，但仍高于對照(4.43%)，7 d(3.13%)時低于對照；馬鞭烯醇含量在處理第 1天(15.36%)較對照稍有增加，之后隨著處理天數的增加迅速降低，至第7天降至最低，為2.35%；崖柏酮也在處理第1天達到最大值(7.35%)，隨后開始逐漸降低，第 7天降至最低(1.37%)，低于對照(1.56%)。

表 3 UV–B處理下神農香菊腺毛主要分泌物成分及其相對含量Table 3 Component and relative content of the glandular hairs secretions in Dendranthema indicum var.aromaticum after UV–B radiationon

3 結論與討論

腺毛是植物積累次生代謝物質的重要場所。Graham 等[18]通過對青蒿基因組的分析發(fā)現，其葉片大小和葉片上的腺毛數量與青蒿素的產量相關。相關的分子生物學研究也表明，合成青蒿素的異戊二烯途徑主要分布于腺毛基本的細胞中[19]。在薄荷中，薄荷腦的生物合成也與腺毛發(fā)育直接相關[20]。本研究結果表明，隨著UV–B處理時間的延長，腺毛密度先增加后減少，大多次生代謝產物也呈現先增加后減少的趨勢，能夠在一定程度上說明腺毛密度與次生代謝產物的關系，但腺毛密度對分泌物含量的具體影響機制仍需進一步研究。

在神農香菊葉片表面分泌物中鑒定出的物質大部分為烯類、樟腦類和醇酮類物質，另外還有少部分烷類和脂類化合物，這與劉啟宏等[21]的研究結果基本一致，也與前人研究[22–26]的神農香菊揮發(fā)油成分相符。杜松萜烯、1–石竹烯、桉樹腦和醇酮類等次生代謝物含量在UV–B處理初期都有較大幅度的升高，隨著處理時間的延長開始下降，說明次生代謝產物的產生和積累受到UV–B輻射的影響，光可能直接作用于其代謝途徑，但也可能通過調節(jié)初生代謝，利用產物來調節(jié)次生代謝。

[1]張鳳英，李飚.芳香植物種質資源及其在現代園林中的應用[J].現代農業(yè)科技，2011(8)：198–199.

[2]陳輝，張顯.淺析芳香植物的歷史及在園林中的應用[J].陜西農業(yè)科學，2005，51(3)：140–142.DOI:10.3969/j.issn.0488–5368.2005.03.052.

[3]劉啟宏，陳英蘭，李廣彥.神農香菊引種和繁殖研究[J].武漢植物學研究，1986，4(1)：105–106.

[4]程昌新，盧秀萍，許自成，等.基因型和生態(tài)因素對煙草香氣物質含量的影響[J].中國農學通報，2005，21(11)：137–139.

[5]巢牡香，葉波平.環(huán)境非生物因子對植物次生代謝產物合成的影響[J].藥物生物技術，2013，20(4)：365–368.

[6]王偉，孔光輝，李佛琳，等.烤煙煙葉腺毛及其分泌物研究進展[J].中國農學通報，2007，23(2)：251–254.

[7]馮承浩，吳鴻.廣藿香葉的發(fā)育及不同發(fā)育期揮發(fā)油的分布[J].韶關學院學報(社會科學版)，2003，24(12)：74–78.

[8]劉彩云，常志隆，常愛霞，等.普通煙草品種生長發(fā)育過程中葉表腺毛密度及其形態(tài)的比較[J].煙草科技，2011(5)：71–73.DOI:10.3969/j.issn.1002–0861.2011.05.015.

[9]劉穎竹，焦宏彬，楊雪，等.野菊和神農香菊毛狀體及葉片表面分泌物的比較[J].草業(yè)科學，2016(4)：615–621.DOI:10.11829/j.issn.1001–0629.2015–0442.

[10]張釗，周冀衡，黃琰.鎂營養(yǎng)狀況對煙葉各類腺毛密度的影響[J].湖南農業(yè)科學，2007(4)：122–124.DOI: 10.3969/j.issn.1006–060X.2007.04.045.

[11]蘇適，李瑞航，郎丹瑩，等.芝麻葉腺毛顯微結構及干旱條件下腺毛分泌物的變化[J].作物學報，2015，42(2)：278–294.

[12]吳洋，房敏峰，岳明，等.UV–B輻射對藥用植物次生代謝的影響研究進展[J].中國中藥雜志，2012(15)：2247–2251.DOI:10.3969/j.issn.1006–060X.2007.04.045.

[13]ROZEMA J，BOELEN P，BLOKKER P.Depletion of stratospheric ozone over the Antarctic and Arctic：responses of plants of polar terrestrial ecosystems to enhanced UV–B，an overview[J].Environmental Pollution，2005，137(3)：428–442.DOI:10.1016/j.envpol.2005.01.048.

[14]MISHRA V，SRIVASTAVA G，PRASAD S M.Antioxidant response of bitter gourd (Momordicacharantia L.) seedlings to interactive effect of dimethoate and UV–B irradiation[J].Scientia Horticulturae，2009，120(3)：373–378.DOI:10.1016/j.scienta.2008.11.024.

[15]LIU Q，YAO X，ZHAO C，et al.Effects of enhanced UV–B radiation on growth and photosynthetic responses of four species of seedlings in subalpine forests of the eastern Tibet Plateau[J].Environmental and Experimental Botany，2011，74：151–156.DOI:10.1016/j.envexpbot.2011.05.013.

[16]左敏，周冀衡，何偉，等.不同品種烤煙對UV–B輻射的生理響應能力[J].湖南農業(yè)大學學報(自然科學版)，2010，36(6)：644–648.DOI:10.3724/SP.J.1238.2010.00644.

[17]JANSEN M A K，HECTORS K，O’BRIEN N M，et al.Plant stress and human health：Do human consumers benefit from UV–B acclimated crops?[J].Plant Science，2008，175(4)：449–458.DOI:10.1016/j.plantsci.2008.04.010.

[18]GRAHAM I A，BESSER K，BLUMER S，et al.The genetic map of Artemisia annua L.identifies loci affecting yield of the antimalarial drug artemisinin [J].Science，2010，327(5963)：328–331.DOI:10.1126/ science.1182612.

[19]OLSSON M E，OLOFSSON L M，LINDAHL A，et al.Localization of enzymes of artemisinin biosynthesis to the apical cells of glandular secretory trichomes of Artemisia annua L.[J].Phytochemistry，2009，70(9)：1123–1128.DOI:10.1016/j.phytochem.2009.07.009.

[20]RIOS–ESTEPA R，TURNER G W，LEE J M，et al.A systems biology approach identifies the biochemical mechanisms regulating monoterpenoid essential oil composition in peppermint[J].Proc Natl Acad Sci USA，2008，105(8)：2818–2823.DOI:10.1073/pnas.07123 14105.

[21]劉啟宏，張紅旗，賈衛(wèi)疆，等.湖北新資源植物——神農香菊的地理分布、生態(tài)習性與蘊藏量的調查研究[J].武漢植物學研究，1983，1(2)：239–245.

[22]何俊，袁萍，王國亮.神農香菊干花精油化學成分的研究[J].天然產物研究與開發(fā)，2000，12(4)：71–73.DOI:10.3969/j.issn.1001–6880.2000.04.014.

[23]蘆金清，李竣.神農香菊的揮發(fā)油化學成分[J].中國中藥雜志，2002，27(8)：598–599.DOI:10.3321/j.issn: 1001–5302.2002.08.014.

[24]李丹，喻世濤，鄭翊，等.SPME與SD提取神農香菊揮發(fā)性成分的GC–MS比較[J].湖北中醫(yī)藥大學學報，2012，14(6)：31–34.DOI:10.3969/j.issn.1008–987x.2012.06.11.

[25]吳慧娟，黃楊名，陳科廷，等.神農香菊全草精油的化學成分及抑菌機理研究[J].食品科學，2012，33(17)：35–39.

[26]菅琳，孫明，張啟翔.神農香菊花、莖和葉香氣成分的組成分析[J].西北農林科技大學學報(自然科學版)，2014(11)：87–92.DOI:10.13207/j.cnki.jnwafu.2014.11.100.

責任編輯：尹小紅

英文編輯：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

中央高校基本科研業(yè)務費專項資金項目(41416099)

高文杰(1990—)，女，黑龍江雙鴨山人，博士研究生，主要從事園林植物資源研究，wenjie_gao0724@163.com；*通信作者，何淼，博士，副教授，主要從事園林植物種質資源研究，hemiao@nefu.edu.cn