康寧 李德海 王鑾 龔金華

摘 要：【目的】研究伊春地區(qū)紅皮云杉（Picea koraiensis Nakai）球果的多酚、原花青素、黃酮含量及其抗氧化能力受海拔的影響，為紅皮云杉的繁殖培育以及開發(fā)利用提供理論依據(jù)?！痉椒ā恳蚤L白山南北坡120、 520、920 m的紅皮云杉球果為研究對象，分別測定其多酚、原花青素、黃酮含量及其抗氧化性指標(biāo)，即總還原力和DPPH·自由基清除能力，采用SPSS21.0等對海拔與球果多酚類成分含量及抗氧化功能間的影響差異進(jìn)行單因素方差分析（One-way ANOVA）和相關(guān)分析（Correlation Analysis）?！窘Y(jié)果】隨著海拔高度增加，球果多酚、原花青素及黃酮含量均表現(xiàn)為920 m>520 m>120 m。其中紅皮云杉球果中多酚與海拔呈極顯著相關(guān)性（P<0.01），原花青素與海拔呈顯著相關(guān)性（P<0.05），黃酮與海拔則無相關(guān)性（P>0.05）;球果提取物的總還原力及DPPH·自由基清除能力也隨海拔增高而增加，其中總還原力與海拔呈顯著相關(guān)性（P<0.05），而DPPH·自由基清除能力與海拔無顯著的相關(guān)關(guān)系（P>0.05）?！窘Y(jié)論】伊春地區(qū)紅皮云杉球果中多酚、原花青素及黃酮含量隨海拔的升高而顯著升高，海拔是紅皮云杉球果中三種活性成分含量及抗氧化能力的重要影響因子，其主要原因?yàn)闇囟鹊淖兓疤柟夤庾V的差異，海拔越高溫度越低且高處紫外線-B較強(qiáng)，進(jìn)而促進(jìn)了次級代謝產(chǎn)物的積累。

關(guān)鍵詞：紅皮云杉球果;海拔;有效成分;抗氧化

中圖分類號(hào)：S791.182文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8023（2019）01-0016-06

Abstract： [Objective] The objective of this paper was to study the effect of altitude on the contents and antioxidant capacity of polyphenols， proanthocyanidins， and flavonoids extracted from Picea koraiensis pine cones on Changbai Mountain in Yichun， and to provide theoretical basis for breeding， development and utilization of Picea koraiensis.[Method] The antioxidative indexes （i.e. total reducing capacity and DPPH· scavenging ability） and the contents of polyphenols， proanthocyanidins， and flavonoids in Picea koraiensis pine cones at different altitude （120 m， 520 m， and 920 m） that collected from the northern and the southern slopes of Changbai Mountain were determined. Particularly， the one-way ANOVA and correlation analysis were conducted by SPSS 21.0 to explore the effect of altitude on flavonoids contents and antioxidant capacity. [Results] The results showed that the contents （920 m > 520 m > 120 m） of polyphenols， proanthocyanidins， and flavonoids increased with the increase of altitude. Specifically， the correction between polyphenol content and the altitude was highly significant （P < 0.01）， and that between proanthocyanidins content and the altitude was significant （P < 0.05）， while there was no correction between flavonoids content and the altitude （P > 0.05）. In terms of total reducing capacity and DPPH· scavenging ability， they also increased with altitude， in which the total reducing capacity was significantly correlated with the altitude （P < 0.5）， while the DPPH· scavenging ability was not （P > 0.05）. [Conclusion] The contents of polyphenols， proanthocyanidins and flavonoids in Picea koraiensis cones that collected in Yichun were significantly increased with the altitude increasing， this result indicated that the altitude was the dominated factor that affected the contents of these three bioactive compounds. And we can speculate that the differences in contents were resulted from the temperature change and sunlight spectrum at different altitude levels. More precisely， the higher the altitude is， the lower the temperature is， and the higher the UV-B is， and consequently， more secondary metabolites are produced.

Keywords： Picea koraiensis Nakai cones; altitude; bioactive constituents; antioxidant

0 引言

植物生長過程中環(huán)境因素是導(dǎo)致植物生長及內(nèi)部代謝的直接原因，主要是通過改變溫度、濕度和土壤類型等外部環(huán)境條件，引起植物與環(huán)境的生態(tài)關(guān)系發(fā)生變化，最終導(dǎo)致植物中代謝成分種類、含量及其生理功能的不同[1]。其中海拔對植物本身的代謝應(yīng)答影響非常顯著，海拔由低至高氣溫遞減，相對濕度遞增，光照漸強(qiáng)，紫外線增加，導(dǎo)致次級代謝產(chǎn)物含量增加，植物也會(huì)由于氧化應(yīng)激反應(yīng)而改變代謝應(yīng)答，進(jìn)而改變活性成分含量及相關(guān)功能性能。目前國內(nèi)外有一些關(guān)于海拔對植物代謝產(chǎn)物含量及功能的影響已有報(bào)道，研究發(fā)現(xiàn)海拔對桃兒七（Podophyllum hexandrum）中可溶性糖、黃酮及酚類及其抗氧化功能具有顯著影響，并且通常呈負(fù)相關(guān)[2];Senica等發(fā)現(xiàn)黑莓漿果及花中酚類的含量隨海拔的升高而增加[3]。

紅皮云杉是東北的主要造林和綠化樹種，又是良好的造紙?jiān)蟍4]。主要分布于黑龍江、吉林兩省中的小興安嶺、完達(dá)山、張廣才嶺及長白山林區(qū)。目前對紅皮云杉的主要研究有其種群更新及遺傳多樣性[5-6]，球果有效成分的提取、穩(wěn)定性及其抗氧化性研究[7-9]。關(guān)于海拔與球果的有效成分及其抗氧化性的關(guān)系還未見報(bào)道。本研究以伊春地區(qū)的三個(gè)不同海拔下生長的紅皮云杉為實(shí)驗(yàn)對象，測定球果中多酚、黃酮、原花青素含量及其抗氧化功能，分析其與海拔之間的相關(guān)性，旨在揭示不同海拔的生長環(huán)境對紅皮云杉球果成分及功能的指導(dǎo)意義。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 材料

本試驗(yàn)地伊春，取樣時(shí)間為2017年9月，在120 ± 2 m、520 ± 2 m、920 ± 2 m海拔位置分別按南北兩個(gè)坡向各隨機(jī)采集10個(gè)球果樣本，共計(jì)60個(gè)樣本。將取得樣本經(jīng)室溫自然陰干，除去中間的木質(zhì)軸，粉碎過40目篩即得紅皮云杉果粉。稱取一定質(zhì)量的紅皮云杉球果粉于三角瓶中，以1：25的比例加入60%的乙醇溶液，60 ℃水浴加熱3 h后，采用真空泵雙層濾紙抽濾，得到紅皮云杉球果活性成分提取液，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)并冷凍干燥，待用。

1.2? ? 紅皮云杉球果酚類成分的測定

1.2.1? ? 多酚含量的測定

采用福林酚法測定多酚含量，參照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8313-2008。

測得回歸曲線方程為：

1.2.2? ? 原花青素含量的測定

選用香草醛—濃鹽酸法測量原花青素含量[10]。

測得回歸曲線方程為：

1.2.3? ? 黃酮含量的測定

采用硝酸鋁法對黃酮含量進(jìn)行測定[11]。

1.3? ? 抗氧化功能的測定

1.3.1? ? 總還原力的測定

根據(jù)Yan Zhao 等[12]研究的方法，稍作修改，取樣液1.0 ml，依次加入0.2 mol/L pH6.6的磷酸鹽緩沖液和1%的K3Fe（CN）6溶液各2.5 ml，混合均勻，混合液置50 ℃保溫20 min，放至室溫，加入2.5 ml 10%三氯乙酸，混合均勻，靜止10 min，取混合液2.5 ml，加2.5 ml 蒸餾水和0.5 ml 0.1%的FeCl3，混合均勻，放置10 min，在700 nm 處測定吸光度，以蒸餾水為空白對照。

1.3.2? ? DPPH·自由基清除能力的測定

準(zhǔn)確稱取DPPH粉末0.006 g，用無水乙醇溶解于100 mL容量瓶中，濃度為0.06 mg/mL。吸取1 ml樣液于試管中，依次加入3.00 mLDPPH溶液，混合均勻室溫下避光放置30 min，后于517 nm波長處測定吸光值A(chǔ)1;同法操作，用同體積蒸餾水代替稀釋樣液，測定吸光值A(chǔ)0;不加DPPH用等體積無水乙醇代替，加入樣液，同法操作，測定吸光值A(chǔ)2[13]。

1.4? ? 數(shù)據(jù)處理

所有分析均有三組平行試驗(yàn)，數(shù)據(jù)初步計(jì)算采用Excel，描述統(tǒng)計(jì)（Descriptive Statistics），單因素方差分析（One-way ANOVA）和相關(guān)分析（Correlation Analysis）采用 SPSS 21.0。

2? ? 結(jié)果與分析

2.1? ? 海拔對紅皮云杉球果酚類物質(zhì)含量影響

不同海拔條件下伊春地區(qū)紅皮云杉球果多酚、原花青素及黃酮含量的變化情況、單因素方差分析見表1和表2。

采用以上方法對三個(gè)不同海拔下球果中的多酚、原花青素及黃酮含量進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)920 m海拔下的三種成分含量最高，其次為520 m，120 m海拔下的含量最低（表1）。其中在920 m海拔下球果的多酚含量高達(dá)98.79 mg/g，平均值達(dá)97.86 mg/g，在920 m和520 m海拔下分別較低一級海拔增加了16.54%、21.26%，高海拔（920m）與低海拔（120 m）相比，球果中多酚含量增加了41.31%;球果中原花青素含量在海拔920 m處平均值可達(dá)82.05 mg/g，在海拔920 m和520 m下分別較低一級海拔增加了6.82%、12.96%，高海拔與低海拔相比，球果中原花青素含量增加了20.66%;球果中黃酮含量在海拔920 m處最高可采用以上方法對三個(gè)不同海拔下球果中的多酚、原花青素及黃酮含量進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)920 m海拔下的三種成分含量最高，其次為520 m，120 m海拔下的含量（表1）。其中在920 m海拔下球果的多酚含量高達(dá)98.79 mg/g，平均值達(dá)97.86 mg/g，在920 m和520 m海拔下分別較低一級海拔增加了16.54%、21.26%，高海拔（920 m）與低海拔（120m）相比，球果中多酚含量增加了41.31%;球果中原花青素含量在海拔920 m處平均值可達(dá)82.05 mg/g，在海拔920 m和520 m下分別較低一級海拔增加了6.82%、12.96%，高海拔與低海拔相比，球果中原花青素含量增加了20.66%;球果中黃酮含量在海拔920 m處最高可達(dá)73.74 mg/g，平均值為68.68 mg/g，在920 m和520 m下分別較低一級海拔增加了10.18%、4.86%，高海拔與低海拔相比，球果中黃酮含量增加了16.37%。通過變異分析可知，920 m下的三種活性成分的變異系數(shù)最小，即海拔越高，個(gè)體間差異越小，成分含量趨于穩(wěn)定。從方差分析結(jié)果看來（表2），伊春地區(qū)海拔對多酚及原花青素的提升效應(yīng)是顯著的（P<0.05），其中海拔對球果中多酚含量的增加成極顯著（P < 0.01）。

2.2? ? 海拔對紅皮云杉球果抗氧化能力影響

不同海拔條件下伊春地區(qū)紅皮云杉球果多酚總還原力和DPPH·自由基清除能力的變異情況、單因素方差見表3和4。

測定三個(gè)不同海拔生長條件下紅皮云杉的總還原力及DPPH·自由基清除能力，結(jié)果表明，不同海拔下的球果抗氧化能力存在差異（表3）。其中總還原力的最大值出現(xiàn)在最高海拔（920 m）中，達(dá)到0.591%，高海拔地區(qū)（920 m）的球果提取物的總還原力平均值為0.591%，在海拔920 m和520 m下，總還原力分別較低一級海拔下增加了8.64%、3.23%，高海拔（920 m）與低海拔（120 m）相比，總還原力增加了12.14%。通過單因素方差分析（表4）可知海拔與總還原力之間存在顯著差異（P<0.05）。

紅皮云杉球果提取物的DPPH·自由基清除能力的峰值也出現(xiàn)在高海拔地區(qū)，為85.83%，高海拔地區(qū)（920 m）的平均值達(dá)到83.31%。在海拔920 m和520 m下，DPPH·自由基清除能力分別較低一級海拔下增加了3.00%、0.823%，高海拔（920 m）與低海拔（120 m）相比，DPPH·自由基清除能力增加了3.85%。單因素方差分析結(jié)果表明海拔與球果提取物的DPPH·自由基清除能力無顯著差異（P > 0.05）。表3中可以看出它們的變異系數(shù)均不大，說明不同個(gè)體間的土壤養(yǎng)分、微生物種群和種齡等細(xì)微差別對球果抗氧化能力影響甚微。

2.3? ? 酚類含量與抗氧化能力間的相關(guān)性分析

相關(guān)分析表明（表5），海拔與多酚、原花青素、黃酮及總還原力、DPPH·自由基清除能力均呈正相關(guān)關(guān)系，其中海拔與原花青素、總還原力呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.922（P<0.05）和0.730（P<0.05）;與多酚呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.734（P <0.01）;多酚與總還原力之間也存在顯著的相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.739（P<0.05）。但黃酮含量與海拔、多酚、原花青素含量之間都存在很弱的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別只有0.483（P> 0.05）、0.427（P > 0.05）和0.370（P > 0.05）。

3 結(jié)論與討論

從研究結(jié)果中可以看出，紅皮云杉球果提取物中的多酚、原花青素及黃酮含量隨海拔的變化呈現(xiàn)極顯著差異。羅文文[14]、蔣寶[15]和Kaur 等[16]的研究結(jié)果同樣表明不同海拔地區(qū)的同一物種中主要成分具有顯著差異。海拔的變化直接導(dǎo)致植物生長環(huán)境的溫度和光照等條件發(fā)生改變，劉金福[17]研究發(fā)現(xiàn)海拔導(dǎo)致的突然降低或升高溫度均可刺激苦蕎中黃酮類次級代謝產(chǎn)物的合成;李國良等[18]報(bào)道低溫可誘導(dǎo)花青素合成相關(guān)基因的表達(dá)，使花青素含量升高。本研究中高海拔地區(qū)球果中多酚、原花青素及黃酮含量均顯著高于低海拔地區(qū)，其原因可能是伊春高海拔地區(qū)早晚溫差大及平均氣溫低刺激植物次級代謝產(chǎn)物的合成，導(dǎo)致紅皮云杉球果中多酚、原花青素及黃酮含量含量增加。抗氧化功能分析表明不同海拔對紅皮云杉球果提取物總還原力及DPPH·自由基清除能力的影響也表現(xiàn)為920 m>520 m>120 m。

當(dāng)海拔升高時(shí)，環(huán)境條件漸趨惡劣，對植物造成的氧化脅迫增強(qiáng)，但植物保護(hù)系統(tǒng)的功能亦相應(yīng)加強(qiáng)，從而增強(qiáng)了其抵抗逆境脅迫的能力，即提高了其抗氧化性[19-20]。也有研究表明太陽紫外線B（UV-B）輻射沿海拔升高而增強(qiáng)，是由于高空空氣稀薄，UV-B輻射強(qiáng)度一般隨地表海拔高度的升高而增加[21]，UV-B輻射是太陽輻射光譜中能部分到達(dá)地表，且對地球上的生物構(gòu)成傷害的一段電磁光譜[22]，它與植物的生長有著密切的聯(lián)系，吳杏春[23]等人研究表明，植物抗逆性與生物膜結(jié)構(gòu)功能關(guān)系密切，UV-B輻射使植物細(xì)胞質(zhì)膜的透性發(fā)生變化，其主要原因：一是改變植物細(xì)胞質(zhì)膜的酶系統(tǒng)，二是改變植物質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)物質(zhì)。因此伊春海拔地區(qū)強(qiáng)UV-B 輻射也可能導(dǎo)致紅皮云杉球果成分抗氧化性增強(qiáng)。此外，Lors [24]等人研究了德國巴伐利亞州的云杉，發(fā)現(xiàn)在臭氧環(huán)境存在下，UV-B輻射會(huì)引起云杉總SOD活性的增加。海拔的升高不僅導(dǎo)致了溫度、紫外線等的變化，也會(huì)改變土壤中微生物的豐富度及均勻度[25-28]，進(jìn)一步影響植物中成分含量及功能特性的表達(dá)。

本研究中伊春紅皮云杉球果中多酚、原花青素及黃酮含量隨海拔的升高而顯著升高，這主要?dú)w功于溫度的變化、太陽光光譜的差異及土壤微生物的不同，海拔越高溫度越低，且高處紫外線-B較強(qiáng)、微生物種群豐富進(jìn)而促進(jìn)了次級代謝產(chǎn)物的積累。球果的抗氧化性與海拔呈正相關(guān)關(guān)系。本研究結(jié)果與大多相關(guān)研究結(jié)果一致，但結(jié)果中不相關(guān)的因素不能直接排除，存在樣本間差距，還需進(jìn)一步在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行具體研究，對CO2濃度、濕度和光合作用等細(xì)微條件進(jìn)行把控，以有效成分含量及抗氧化性為最終目標(biāo)，進(jìn)一步確定紅皮云杉的最適生長條件，為紅皮云杉種植地的選取及合理利用其價(jià)值奠定基礎(chǔ)。

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