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1、热带亚热带植物学报 2 0 0 4 , 1 2 ( 4 ) : 3 4 1 - 3 4 4 J o u r n d o f T r o p i c a l a n d S u b t r o p ic al B o t a n y 高空气球搭载实验对普通鸡冠花 抗氧化作用的诱变效应 翁德宝 汪海峰 2 ( 1 江苏教育学院生物化学教研室, 江苏 南京 2 1 0 0 1 3 ; 2 南京财经大学粮油食品检测中心, 江苏 南京 2 1 0 0 0 3 ) 摘要:利用高空气球搭载黄色普通鸡冠花( C e l o s i a a r g e n t e a L ) ( y e l l o w fl
2、o we r ) 种子, 进行空间诱变处理。飞行高度为 4 0 1 1 2 k m , 飞行时间近 4 h , 回收后播种栽培, 采收子一代( S P -) 的花序和叶片。采用比色法研究搭载组和对照组花序、 叶片水提液对超氧阴离子 自由基( 0 一 ) 和羟自由基( O H ) 的清除作用, 并测定分析了样品的V C , 黄酮醇的含量和 S O D 活力。结果表明, 搭载组和对照组花序和叶片水提液均能降低 O H引发的还原型细胞色素 C C y t C ( I I ) 】 氧化作用和 0 f 一 对羟胺的氧化作用, 而搭载组样品水提取液清除活性氧的能力均比对照组显著提高, 这与其 自由基清除剂
3、含量和 活力的增高有关。这说明高空环境诱变处理对鸡冠花中抗氧化活性物质的合成和抗氧化功能产生了显著效应。 关键词: 高空气球; 鸡冠花; 抗氧化作用 中图分类号: Q 6 9 3 文献标识码: A 文章编号: 1 o 0 5 3 3 9 5 ( 2 0 0 4 ) 0 4 0 3 4 1 一 o 4 Th e Ef f e c t o f Hi g h Al t i t u d e Tr e a t me n t o n An t i o x i d a t i o n Ac t i v i t y o f Wa t e r E x t r a c t f r o m C e l o s i
4、a a r g e n t e a L ( Y e l l o w F l o w e r ) W EN G D e - ba o WA N G H a i f e n g ( 1 D e p a r t m e n t o f B io c h e m i s t r y , J i a n g s u E d u c a t io n C o l l e g e , Na n j i n g 2 1 0 0 1 3 , C h i n a ; 2 A n d T e s t C e nt e r of O i l F o o d s t u ff s , N a n j i n g U n
5、 i v e r s i t y of F i n a n c e& E c o n o m i c s , N a n j i n g 2 1 0 0 0 3 , C h i n a ) Ab s t r a c t :T h e s e e d s o f C e l o s i a a r g e n t e a L ( y e l l o w f o we r ) we r e c a r r i e d b y a h i g h a l t i t u d e b a l l o o n ( C HA B )a t a l l a l t i tud e o f 4 0 1 l 2
6、 k m a b o v e s e a l e v e l f o r a b o u t 4 h o u r s Afte r t h e b a l l o o n r e t u rn e d o n the g r o u n d the t r e a t e d s e e d s we re s t o r e d for 8 mo n ths a t 4 a n d the n s o we d Th e i n flo r e s c e n c e s a n d l e a v e s o f the fi r s t g e n e r a t i o n we re
7、 u s e d f o r wa t e r e x t r a c t i o n Th e e ffe c t s o f wa t e r e x t r a c t s f r o m i n fl o r e s c e n c e s a n d l e a v e s o f tre a t e d an d c o n tro l p l an t s o n s c a v e n g i n g o f s u p e r o x i d e r a d i c a l ( O2 ) and h y d r o x y l rad i c a l ( O H) w e r
8、 e s tud i e d b y c o l o r i me t r i c me t h o d , and the c o n t e n t s o f Vi t a mi n C, fl a v o n o l an d the a c t i v i t y o f S OD o f a l l s a mp l e s we r e d e t e r mi n e d T h e r e s u l t s s h o we d tha t the wa t e r e x t r a c t s c o u l d r e d u c e OH i n d u c e d
9、 o x i d a t i o n o f r e d u c t i v e C y t C( I I 1 and i n h i b i t O , i n d u c e d o x i d a t i o n o f h y dro x y l a mi n e T h e e ffe c t s o f wa t e r e x t r a c t s fr o m tr e a t e d p l an t s o n s c a v e n g i n g a c t i v e o x y g e n we r e mo r e s i g n i f i c an t th
10、an tho s e fro m the c o n tro l ,i n d i c a t i n g t h a t h i g h a l t i tud e c o n d i t i o n tre a t me n t c o u l d i n c r e a s e an t i o x i d a t i o n a c ti vity i n c o c k s c o mb s Ke y wo r d s : Hi g h a l t i tud e b a l l o o n ; C e l o s i a a r g e n t e a L ; A mt i o x
11、 i d a t i o n 2 0世纪 6 0 年代以后,国际上空间科学技术的 发展 日新月异, 随之也开创了空间植物学这一新兴 的科学领域, 产生了一批诱变育种的科研成果。宇 宙空间存在特殊的物理条件,如高能重离子辐射、 收稿 日期 : 2 0 0 3 - 0 9 - 0 1 接受 日期 : 2 0 0 3 1 2 2 9 基金项目: 江苏省资源生物技术重点实验室开放研究基金资助 超真空、 微重力、 超洁净等, 当植物种子经空间搭 载、 回收、 种植后, 其形态、 生理和遗传性状等均会 发生不同程度的变化。目前, 有关卫星搭载农作物、 花卉植物种子开展植物形态解剖、 生长发育 、 遗传 维
12、普资讯 http:/ 3 4 2 热带亚热带植物学报 第 l 2卷 变异研究的报道较多 。国内也曾报道利用高空气 球搭载多种农作物种子,进行高空环境诱变处理, 探索诱变育种的新途径 堋。 而通过高空气球搭载药 用植物的种子, 研究高空环境对药用植物体内次生 代谢产物及其生物活性作用影响的报道尚未见到。 鸡冠花( C e lo s ia a r g e n t e a L ) 为苋科青葙属一年 生草本植物, 原产非洲、 亚洲热带地区, 能入药也可 供食用。我们长期开展了鸡冠花药食兼用的植物资 源研究利用工作 。 在中国科学院空间科学与应用 研究中心的支持协助下, 我们选择了多个鸡冠花栽 培品种的
13、种子, 搭载高空气球飞行, 返地后进行培 植, 以探索高空环境对鸡冠花的诱变影响, 曾研究 了其植株内黄酮类化合物、 籽油脂肪酸组分等次生 代谢产物的变化【“ 3】 。 现代营养科学更为重视食物的生理调节功能, 尤其关注食物营养成分与抗肿瘤、 抗衰老机理的相 关联系, 食物本身的抗氧化能力已成为评价食物营 养保健价值的重要指标之一1棚 。目前, 普遍认为能 有效清除自由基的物质有两类, 一类是抗氧化酶类, 如超氧化物歧化酶( S O D ) , 过氧化氢酶( C A T ) , 谷胱 甘肽过氧化物酶( G S H P x ) 等, 植物是天然 S O D的 良好来源; 另一类是非酶类天然抗氧化
14、剂, 如 V C 、 V E 、 B 一 胡萝 卜 素、 黄酮类化合物等营养素和活性物 质【 。 鸡冠花作为新型蔬菜的开发利用成果已经在 农业生产中推广应用 1 09 , 为了进一步选育具有较强 抗氧化作用能力和 良好营养保健价值的应用新品 种, 本实验研究高空气球搭载实验对鸡冠花抗氧化 作用和抗氧化活性物质合成的诱变效应。 l 材料和方法 材料和处理 1 9 9 7年秋于江苏教育学院园 地采集成熟的黄色普通鸡冠花( C e l o s i a a r g e n t e a L ) ( y e l l o w fl o w e r ) 种子。 经精选后, 于 1 9 9 8 年 9 月 2日
15、 随中国和德国空间科学合作项 目: 中德合作微重力 试验搭载高空气球。试验种子用纸袋包装放置于 0 8 mx 0 8 mx 0 8 m气球吊舱内并悬挂于 4 x 1 0 m 高空气球下。舱内温度: - 5 - 2 6 ( 3 。起飞地点:东经 1 1 4 6 8 。 , 北纬 3 8 2 9 。 ; 降落地点: 东经 1 1 4 8 5 。 , 北纬 3 7 8 6 ; 平行飞行高度4 0 1 1 2 k m。飞行时间3 h 5 4 m i n 。 此高度的大气结构参数为: 气温 2 5 5 - 2 5 8 K 空气密 度: 3 9 7 2 x 1 0 “3- 3 4 4 3 X 1 0 “
16、k g I I l- 压力 3 0 3 h P a t 5 1, 地磁 刚度( G V ) 9 4 , 辐射流强为 0 6 e m -2 s 嘲 。 该处重力加 速度( 为9 6 7 m s 。 以地面 4 保存的部分精选种子作对照组,播 种前储藏了8 个月。 培植 搭载种子落地回收后于4 储藏了8 个月, 次年春季将搭载组及对照组种子分别播种在 江苏教育学院园地内进行育苗。 5 月下旬取苗移栽, 搭载组和对照组秧苗分植于 3 个重复小区, 每小区 移栽 3 0 株, 生长期内观察并记录其形态变化( 另文 报道) , 于 l 0月中旬采收各组子一代( S P ) 鸡冠花的 花序、 叶片, 除去
17、花序中种子, 自来水洗净后 自然干 燥, 粉碎备用。 样品处理分别取搭载组、对照组的花序、 叶 片各 2 0 0 g 干品, 用 4 0 m l 双蒸水 3 5 C 1 热 2 h , 浸 提3次, 合并浸提液, 1 0 0 0 x g 离心 2 0 m i n , 取上淆 液, 过滤, 定容于2 5 II l l 容量瓶中, 制成4 种 8 的样 品水提取液( 每 m l 相当于 8 0 mg 样品) , 置于 4 o l2 下 备用。 实验方法 样品液对抗坏血酸体系产生的 O H 自由基的清除作用, 按 比色法 1 q 测定。由j O H可使红色的还原型细胞色素 c c y t C ( I
18、 I ) 】 氧 化褪色,根据褪色程度用比色法来衡量 O H的含 量。以样品液竞争性抑制 O H引发的C y t C ( I I ) 氧 化作用的效应表示其清除 O H的能力, 测定 5 5 0 n m 处的吸光度 A值。空白组以双蒸水代替样品液, 对 照组以双蒸水代替样品液、 硫酸铜溶液和抗坏血酸 溶液。清除效应( ) = ( A样 品 一 A空 白 ) ( A对 照 一 A空 白 ) 1 0 0 。 样品液对黄嘌呤 - 黄嘌呤氧化酶系统产生的 O z 的清除作用, 按羟胺氧化反应 比色法1 测定。 O z 与盐酸羟胺反应生成 N O z 一 , N O 2- 再与对氨基苯 磺酸和 a- 萘
19、胺产生显色反应, 在 5 3 0 n m处测定吸 光度 A值, 根据 A值的变化, 检测样品液竞争性抑 $ 0 o z 引发的羟胺氧化作用的效应, 以表示其清除 0 2 “- 的能力。 空白组以双蒸水代替样品液。 清除效应 ( ) : = ( A空 白 一 A样 品 ) , A空 白 1 0 0 。根据不同用量的样 品液对 O H, O 2 的清除率, 分别绘制抑制效应曲线 图( 图 1 ) , 求出c I s 达到清除率 5 0 的用量) 。 样品液 S O D活性测定采用亚硝酸盐法【1 蛋白质含量测定 采用考马斯亮蓝法【1 9 1 , 抗坏血酸( V c ) 含量的测定采 用比色法 1 9
20、1 。以上实验均采用南京建成生物工程研 究所提供的试剂盒测定。 样品黄酮醇含量测定采用 H P L C法【1 刁 。 上述各项实验, 均 3次重复, 取平均值。 维普资讯 http:/ 第 4期 翁德宝等:高空气球搭载实验对普通鸡冠花抗氧化作用的诱变效应 3 4 3 2结果和分析 2 1清除活性氧的能力 本实验中,利用抗坏血酸体系产生 O H 自由 基, 利用黄嘌呤系统产生O 2 r 。图 l 表明, 黄色普通 鸡冠花搭载组和对照组的花序、 叶片水提液均能抑 制 O H引发的还原型细胞色素 c c y t C ( I I ) 氧化 反应和 O 对羟胺的氧化作用而引起的显色反应。 随着样品水提液
21、用量的增大, 清除 O H和O z 的效 果也随之增强。搭载组的花序、 叶片水提液对活性 氧的清除能力均分别比对照组提高。从表 l 可以看 出, 在清除 O H和0 2 r 的有效功能方面, 搭载组水提 液的C I 5 。 均比对照组低。显然, 搭载组的两种样品 水提液的有效抗氧化活性更为显著。 水提液用量 Wa t e r e x t r a c t 1 ) 图 l 鸡冠花花序( A 、 B ) 、 叶片( C 、 D ) 水提液对 自由基的清除效应 F i g 1 S c a v e n g i n g e ff e c t s o f wa t e r e x t r a c tsf r
22、 o mC a r g e n t e a ( y e l l o wfl o wer) i n f l o r esc e n c e s ( A, 1 3 ) a n dl e a v e s ( C , D) o n OHandO C H A B : T h e s e e d s w e r c c a r r i e d b y t h e h i g l 1 a l t i t u d e b a l l o o n ; C o n t r o l : The s e e ds w e r e k e p t o n th e g r o u n d 襄 1 清除率达到 5 0 的
23、水提液用( CI ( B I ) T a b l e l A mo unt ( u 1 ) o f w a t e r e x t r a c t fr o m i n fl o r e s c e n c e s o r l e a v e s f o r h a l f s c a v e n gi n g o f O H and 0 2 广 括号内数值为相当的样品重( u g ) 。The v a l u e i n p a r e n the s e s i s t h e w e i g h t o f s a mp l e , w h i c h u n i t i s u g F
24、 o rCHAB s e eF i g 1 2 2 鸡冠花花序、 叶水提液中抗氧化活性物质的比较 表2表明, 黄色普通鸡冠花搭载组花序水提液 的 S O D活力 比对照组增加 了 1 3 1 ( p o 工 o 褂较釜察工 o 茁 维普资讯 http:/ 热带亚热带植物学报 第 1 2卷 裹 2 黄色普通鸡冠花抗氯化活性和含量 Ta b l e 2 1 1 1 e c on t e n t s o f Vi t a mi n C。 fla v o n o l a nd S OD a c t i v i t y i n c o c k comb e x t r a c ts a : P 00 5
25、 b: P 001 ;Fo r CHAB s e e Fi g 1 子经高空气球搭载处理以后, 其子一代植株内抗氧 化活性物质 S O D 、 V C 、 黄酮类化合物的合成受到高 空环境条件的诱变作用,其含量均有较明显的增 加, 从而进一步提高了鸡冠花花序、 叶片清除活性 氧的有效功能。作者先前的研究已经证实, 由于空 间生物学效应, 搭载后的鸡冠花子一代植株花序中 黄酮醇甙元的含量、 子一代籽油中不同脂肪酸的合 成均有明显变化【】 H 。结合本研究的结果, 可进一步 确认, 高空环境诱变处理能促使植物体内次生代谢 产物, 化学成分发生明显改变。这对于提高植物性 食物的营养保健价值和生理调节
26、功能以及药用植 物有效药用成分含量, 显然是一种有效技术。 致谢 中国科学院 空间科学 与应用研 究 中心对 本项研 究给予了宝贵支持和帮助, 谨致谢意。 参考文献 【 l 】L j u S H ( 刘世华) , Z h a o S P ( 赵淑萍) , X u z x ( 徐昭玺) P r o g r e s s i n s p a c e b o t a n y r e s e a r c h【 J 】 Z i R a n Z a Z h i ( 自然杂志) , 1 9 9 9 , 2 1 ( 1 ) : 1 9 - 2 3 ( in C h i n e s e ) 【 2 】 L j J
27、 G( 李金 国) , Wang P S ( 王培生) ,Z h ang J ( 张健) , e t a 1 D e v e l o p me n t an d p r o s p e c t o f p l ant mu t a t i o n b r e e d ing i n d u c e d b y a via t i o n and s p a c e fl i g h t i n C h in a 【 J 】 S p a c e Me d Me d E n g ( 航天医 学与医学工程) , 1 9 9 9 , 1 2 ( 6 ) : 4 6 4 4 6 8 ( in C h i
28、 n e s e ) 【 3 】 X u e H( 薛淮) , L j u M( 刘敏) R e s e a r c h p r o g r e s s i n s p a c e p l ant m u ta g e n c t i c b i o l o g i c a l e ff e c t and b r e e d i n g【 J 】 B u l l B i o l ( 生物学 通报) , 2 0 0 2 , 3 7 ( 1 1 ) : 7 8 ( in C h i n e s e ) 【 4 C h e n F Y ( 陈芳远) , J i ang X C ( 蒋兴邮) , L
29、 u S A ( 卢升安) , e t a 1 E ff e c t o f hi gh s p a c e c o n d i t i o n o n r i c e g e n e t i c c h a r a c t e r s 【 J C h i n J R i c e S c i ( 中国水稻科学) , l 9 9 4 , 8 ( 1 ) : I - 8 ( i nC h i n e s e ) 【 5 】L i J G ( 李金国) , Wang P S ( 王培生) , H anD ( 韩东) , e t a1 M u ta t i o n e ff ec t o f hi g
30、h al t it u d e b a l l o o n fl i ght o n ri c e and gr e e n p e p p e r s e e d s 【 J 】 S p a c e Me d Me d E n g ( 航天医学与医学工程) , 1 9 9 7 , l O ( 2 ) : 7 9 - 8 3 ( in C h i n e s e ) 【 6 】X u J L ( 徐建龙) , L inYz ( 林贻滋) , ) ( i YA ( 奚永安) , e t a 1 S t u d y o n s p a c e mu ta t i o n b r e e d i n
31、 g o f ri c e A c ta A g r i N u c l S i n( 核农学 报) , 1 9 9 7 , l l ( 1 ) :9 1 4 ( i n C h i n e s e ) 【 7 】 L j J G ( 李金国) , J i ang G Y( 姜 国勇) , Wang P S ( 王培生) , e t a 1 S tudi e s o n h e r e d i t a r y v a r i a t i o n s o f mi l l e t s e e d s a f t e r h Jigh a lt i t u d e b a l l oon fl i
32、 g h t 【 J 】 S p a c e Me d Me d E n g ( 航天医学与医学工程) , 1 9 9 9 , 1 2 ( 5 ) : 3 4 6 3 5 0 ( in C h in e s e ) 【 8 】Weng D B ( 翁德宝) , G u a n D ( 管笪) , X u Y J ( 徐颖洁) , e t a1 T h e ana ly s e s o f n u t r i t i o n al c o mp o n e n ts o f C e l o s i a c r i s t a t a L【 J 】 A c ta N u t r i S in( 营
33、养学报) , 1 9 9 5 , 1 7 ( 1 ) : 5 9 - 6 2 ( i n C h i n e s e ) 【 9 】 We n g D B( 翁德宝) , X u Y J ( 徐颖沽) E v al u a t i o n o n t h e p r o t e i n q u a l i ty o f c o c k s c o m b se eds 【 J 】 J T r 0 p S u b t r o p B o t ( 热带亚热带 植物学报) , 1 9 9 9 , 7 ( 2 ) : 1 6 9 - 1 7 2 ( in C h in e s e ) 【 1 0 】
34、Weng DB( 翁德宝) T h e d e v e l o p in g and u s in g a c h i e v e ment o f C e l o s i a c u c g e n t e aL : f eng y o n g g r e e n s C h i nAc a dMe dMa g O r g an ( 中国医学生物技术应用杂志) , 2 0 0 2 , 2 ( 3 ) : 3 0 2 3 0 3 ( i n C h ine s e ) 【 l l 】Weng DB ( 翁德宝) , WangH F ( 汪海峰) E ff e c t o f hi gh al
35、t i t u d e b a l l oo nfli g h t o n s e ed y i e l dandf a t t y a c i d c o mpo s i t i o ni n s e ed oi l o f C e l o s i a c r i s t a t a L - 【 J 】 C h i n J T r o p C r o p s ( 热带作物学报) , 2 0 o 1 2 2 ( 3 ) : 7 8 8 4 ( i n C hin e s e ) 【 1 2 】Weng D B ( 翁德宝) , Wang H F ( 汪海峰) , We n g J Y( 翁佳颖
36、) E ff e c t o f t h e c a r r y i n g t e s t b y h i gh s p a c e b al l o o n o n fl a v o n o ids i n the i n flo res c e n c e of Ce s m c r is t a t a L Ac ta Bo t Bo r e a l - Oe c i d S i n ( 西北植物学报) , 2 0 0 2 , 2 2 ( 5 ) : l 1 5 8 - l 1 64 ( i n C h i n e s e ) 【 1 3 】Wang H F ( 汪海峰) , We n
37、 g D B ( 翁德宝) E ff e ct o f h ii g h - al t i t u d e en v i r o n me n t o n the f a t c o n t e n t an d fat a c i d c o mpo s i t i o n s i n c r i s t a t a L s e e d J C h i n C e r e al s O i l s A s s o c ( 中国粮油 学报) , 2 0 0 2 , 1 7 ( 1 ) : 5 9 - 6 2 ( in C h i n e se) 【 1 4 】Y u S Y ( 于守洋) ,
38、Wang YL ( 王雅凌) , Y u Y L ( 余永龙) N u t r i o l o g y and H e a l th y F o o d s【 M】 H a e r b i n g :H e i l o n g i i ang P e o p l e P r e s s , 1 9 9 6 1 6 2 - 1 6 7 1 8 4 一 l 8 6 ( i n C h i n e s e ) 【 l 5 】陈芳允, 贾乃华 卫星测控手册 【 M】 北京: 科学出版社, 1 9 9 2 6 4 【 1 6 】Wang C L ( 王成莲) , L i u L ( R tl 莉) C
39、o l o r i m e t r i c d e t e r m i n a t i o n o f h y d r o x y l r a d i c al s f r o m a s c o r b a t e r e a c t i o n s y s t e m 【 J 】 P r o g r B i o c h e m B i o p h y s ( 生物化学与生物物理进展) , 1 9 8 9 , 1 6 ( 6 ) : 4 7 3 4 7 5 ( in C h i n e s e ) 【 1 7 】Wang A G( 王爱国) , L u o G H ( 罗广 华) Q u a
40、nt i ta t i v e rel a t i o n b e t we en the r e a c t i o n o f h y dro x y l a mi n e an d s u p e r o x i d e a n i o n r a d i c a l s i n p l ants 【 J 】 P l ant P h y s i o l C o m m ( 植物生理学通讯) , 1 9 9 0 , ( 6 ) : 5 5 5 7 ( i n C hin e s e ) 【 l 8 】J i J P ( 季建平) , Wu zB ( 吴再彬) , L j u Qs ( tJ
41、 歧山) , c t a 1 A n u l t r a - mi c r o an a ly t i c and r a p i d me tho d f o r d e t e r mi n a t i o n o f s u p e r o x i d e d i s m u t a s e a c t i vi ty【 J 】 J N anj in g R a i l w a y Me dC o i l ( 南京铁道医 学院学报) , 1 9 9 1 , 1 0 ( 1 ) : 2 7 - 3 0 ( i n C h i n e s e ) 【 l 9 】L j J w( 李建武) , X i a o NG ( 萧能庚) , Y uRY ( 余瑞元) , c t a1 B i o - c h e m i s t r y E x p e ri ment P r i n c i p l e s and Me tho d s【 M】 B e ij in g : B e i j i n g U n i v e rs i ty P r e s s , 1 9 9 4 、 1 7 4 - 1 7 6 。 3 0 2 3 0 4 ( in C h i n e s e ) 维普资讯 http:/
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