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三叶青Tetrastigma hemsleyanum为葡萄科Vitaceae 崖爬藤属Tetrastigma三叶崖爬藤，全株均具有药用价值[1]，多以块根入药，味微苦，性平，具有清热解毒、消肿止痛、化痰散结等功效[2−4]。三叶青中的主要活性成分为酚类和黄酮类物质，在植物中不仅表现出各种生理和药理活性，包括抗氧化[5]、抗炎[6]和公认的抗癌活性[7−8]，并且具有防御功能，可以保护植物免受紫外线的伤害[9]。
高剂量的紫外线辐射会诱导产生活性氧(ROS)，进而损害多种细胞器和大分子物质(如DNA和光合蛋白)，破坏光合功能，导致生长减缓[10−11]。但近年来的研究显示：紫外辐射可以诱导植物加速次生代谢物的合成进程[12−14]，例如，紫外线促进铁线莲Clematis terniflora[15]、黄花蒿Artemisia annua[16]、黄连Coptis chinensis[17]等植物合成酚类和黄酮类化合物，从而降低紫外辐射的伤害。类黄酮质量分数与中波紫外线(UV-B)的持续辐射时间有关[18]，例如，BAI等[19]研究发现：适当的UV-B和短波紫外线(UV-C)辐射30~180 min 可提高三叶青中黄酮类成分质量分数，黄酮类物质的种类和质量分数差异还与辐射时间有关。同时，UV-B辐射也有利于植物抗逆能力的增加，如GAO等[20]研究发现：低剂量UV-B辐射能提高植物抗逆酶活性，LÜ等[21]发现：经UV-B处理后类黄酮生物合成酶基因(PAL、C4H、4CL、CHS1和DTX41)和抗逆性基因(MYB、WRKY、APX3和EX2)表达水平均上调。此外，适当的黑暗处理并施加UV-B辐射对植物有积极影响，如处理后的茶树Camellia sinensis[22]可显著增加叶片中游离氨基酸质量分数，降低可溶性蛋白质量分数，处理后的苹果Malus pumila[23]可增加体内有效成分质量分数。但是，UV-B辐射及黑暗处理对三叶青次生代谢的调控和有效成分影响还不清晰。
本研究探究UV-B辐射及黑暗补充处理对三叶青总酚和总黄酮类物质质量分数、抗氧化能力、抗逆酶活性及相关基因表达的影响，以期为有效利用环境因素提高三叶青药用价值提供新的方法。
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选取3年生三叶青成苗(购自浙江省丽水市遂昌县种植基地)作为研究材料，经浙江农林大学周爱存博士鉴定为三叶青。使用盆栽(直径为20 cm)方式种植于浙江省中药资源保护与创新重点实验室试验基地(30°15′30.39″N， 119°43′26.92″E)。单株种植，种植所用土壤购自杭州锦海农业有限公司，隔1 d浇水1次，浇水量为400 mL，缓苗2个月后于2022年5—10月进行取样。
选取生长健壮、无病虫害、苗高大小近似的三叶青苗，随机分为6组，分别移入置物架中，由不透光黑布完全覆盖，置物架中配置40 W的UV-B (280~320 nm)灯管(南京华强电子有限公司)，UV-B辐射强度为10 W·m−2。持续辐射12 h并分别选取0、0.5、1.0、3.0、6.0和12.0 h 共6个时间节点观察表型。另取三叶青苗5组，以未经过UV-B辐射的植株作为对照(ck)，分为2种处理(UV-B处理和UV-B+暗处理)进行，即经过UV-B辐射1.0、3.0 h后，一部分立即取样(处理代号分别为T1和T3)，另一部分转移进行暗处理至完整处理时间为24.0 h (代号分别为T1+23和T3+21)。处理结束后取样，放入密封袋，立即液氮中冷冻并超低温冰箱保存(−80 ℃)，备用。
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精密称取新鲜三叶青块根和叶片各1 g，参考韩敏琪[24]的方法制备提取液；参考AL-KHAYRI等[25]的方法测定总酚质量分数；参考BAI等[19]的方法测定总黄酮质量分数。
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取1.2中提取液，参考刘希达等[26]的方法测定三叶青叶片及块根中1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)清除率，计算抗氧化能力。
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参考李世玉等[27]的方法测定过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性及丙二醛(MDA)质量摩尔浓度。
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收集ck、T1、T1+23、T3和T3+21处理叶片样本在液氮中速冻。样品在−80 ℃的冰箱中保存，24 h后送至南京派森诺基因技术有限公司进行RNA提取和转录组测序。通过Oligo (dT)富集mRNA，通过Agilent 2100 Bioanalyzer对文库进行质检。样品经过RNA抽提、纯化、建库之后，采用第2代测序技术(next-generation sequencing，NGS)，基于Illumina测序平台，进行双末端(paired-end，PE)测序。对原始下机数据中带接头、低质量的读长(reads)进行过滤，以获得去除接头和低质量reads后的数据(clean reads)，并组装成非冗余序列(unigene)，计算每个样品的unigene表达水平。对于多个样品，根据要求检测样品间的差异表达基因，并对差异表达基因进行深入的聚类和功能富集分析(|log2CF|≥2，P＜0.05。CF为差异倍数)。
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利用Origin 2021和SPSS 27计算平均值±标准差，运用单因素方差分析法(one-way ANOVA)和最小显著性差异法(LSD)进行方差分析和多重比较，用Origin 2021进行皮尔逊相关性分析，利用TB tools进行热图分析。
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UV-B持续辐射下，三叶青苗的生长情况是反映其对胁迫响应最直观的指标。与对照组相比，辐射时长为0.5和1.0 h的三叶青苗并没有明显的外观差异，辐射3.0 h的叶片有局部发黄，辐射6.0和12.0 h的三叶青叶片有明显发黄和略微卷曲(图1)。因此本研究选用紫外光UV-B辐射1.0和3.0 h及补充黑暗处理至24.0 h的三叶青进行酚类化合物质量分数及抗氧化能力变化测定。
图 1 12.0 h内UV-B胁迫处理下三叶青苗的生长情况
Figure 1. Growth of T. hemsleyanum under UV-B stress
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除T1处理外，三叶青总酚质量分数在叶片(图2A)和块根(图2B)中的变化趋势基本一致。在叶片中，T1处理的总酚质量分数是T3处理的1.84倍，分别为2.30、1.25 mg·g−1；在块根中，T3处理的总酚质量分数是T1处理的1.56倍，分别为1.45、0.93 mg·g−1。说明块根和叶片对于UV-B辐射的响应是不同步的。UV-B辐射后经过黑暗处理，总酚质量分数都有明显提升。T1+23处理的叶片和块根中的总酚质量分数都达到了最大值，分别为ck的2.23和1.87倍，差异极显著(P＜0.001)。
图 2 UV-B处理对总酚质量分数的影响
Figure 2. Effects of UV-B treatment on total phenols mass fraction
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经T1处理后，叶片中总黄酮质量分数比ck增加，为5.40 mg·g−1 (图3A)，块根中黄酮质量分数比ck减少，为2.42 mg·g−1 (图3B)，分别是ck的1.16和0.56倍，且均差异显著(P＜0.05)。T1+23处理的叶片和块根中的总黄酮质量分数都达到了最大值，叶片中的总黄酮质量分数为7.16 mg·g−1，是T1处理的1.33倍；块根中的总黄酮质量分数为7.30 mg·g−1，是T1处理的3.02倍。在T3处理及后续的T3+21处理中，叶片和块根中的总黄酮质量分数均低于ck。
图 3 UV-B处理对三叶青总黄酮质量分数的影响
Figure 3. Effects of UV-B treatment on total flavonoids mass fraction
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如图4所示：在ck及各处理组中，三叶青块根的抗氧化能力较高，约为叶片相应处理组的1.20~2.33倍。仅使用UV-B辐射对叶片和块根的抗氧化能力提升作用并不明显，而增加黑暗处理后抗氧化能力得到明显改善，尤其是块根的T1+23处理呈极显著差异(P＜0.001)。T1+23处理的叶片和块根中DPPH清除率均达到了最大值，分别比T1处理增加39.48%和86.56%，是ck的1.28和1.80倍。
图 4 UV-B处理对抗氧化能力的影响
Figure 4. Effects of UV-B treatment on antioxidant capacity
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如图5所示：T1处理的CAT活性和SOD活性提高，分别是ck的3.15和1.31倍，其中CAT差异显著(P＜0.01)；而T3处理的CAT活性和POD酶活性降低，分别是ck的0.60和0.22倍，其中POD酶活性差异极显著(P＜0.001)。在紫外辐射后加上黑暗处理，3种抗逆酶活性都有了大幅度的提升，其中T1+23处理后，CAT、SOD和POD活性均达到最大值，分别为725.66×16.67 nkat·g−1·min−1、37.40×16.67 nkat·g−1和463.94×16.67 nkat· g−1·min−1，分别是ck的6.89、2.26和1.23倍。
图 5 UV-B处理对三叶青抗逆酶活性的影响
Figure 5. Effects of UV-B treatment on defense enzymes activity
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UV-B 辐射增加了各组三叶青叶片中的MDA质量摩尔浓度(图6)。T3+21处理后，三叶青叶片中的MDA质量摩尔浓度与ck相比差异极显著(P＜0.001)，且高于其他处理，达7.21 mmol·g−1，分别是ck的3.21倍、 T3处理的2.97倍。
图 6 UV-B处理对丙二醛质量摩尔浓度的影响
Figure 6. Effects of UV-B treatment on MDA mass molar concentration
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如图7所示：总酚、总黄酮、CAT、SOD、POD和MDA均与DPPH呈正相关，其中总黄酮质量分数、CAT酶活性与三叶青抗氧化能力(DPPH清除率)呈现显著正相关(P＜0.05)；CAT活性与总黄酮质量分数呈显著正相关(P＜0.05)。对三叶青上述成分进行热图聚类分析发现：总酚、总黄酮质量分数，POD、CAT、SOD活性和DPPH清除率均在T1+23处理达到最高，说明黑暗处理对这些指标具有促进作用，MDA质量摩尔浓度在T3+21处理达到最高。
图 7 热图分析
Figure 7. Heat map analysis
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对UV-B胁迫处理后的三叶青叶片做转录组差异表达unigene的京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析，黄酮代谢通路中的差异基因如表1所示。12个结构基因中，ck-T1组的ThHCT (DN17271)和ThCYP98A3(DN156339)、ck-T1+23组的ThF3H (DN10838)和ThF3H (DN7985)、ck-T3+21组的ThANS (DN12973)、ThF3H (DN7985)和ThF3H (DN10838)以及T3-T3+21组的ThF3H (DN7985)、ThCHS (DN734)、ThANR(DN145313)、ThFLS (DN10864)和ThCYP75B1 (DN1106)基因的表达量均下降了2倍以上(log2CF为−2.08~−3.71)，ThCHS (DN734)和ThANR (DN145313)基因的表达量下降了4倍以上，差异极显著(|log2CF|＞4)。
表 1 黄酮代谢通路中的差异基因
Table 1. Differential genes in the flavonoid metabolic pathway
组别 基因编码 基因注释 log2CF 调节 ck-T1 TRINITY_DN17271_c0_g1 羟基肉桂酰基转移酶(HCT) −2.59 下调 ck-T1 TRINITY_DN156339_c0_g1 5-O-(4-香豆酰基)-D-奎喹酸酯 3′-单加氧酶(CYP98A3) −2.08 下调 ck-T3 TRINITY_DN10864_c0_g1 黄酮醇合酶(FLS) 3.28 上调 ck-T1+23 TRINITY_DN10838_c0_g1 黄烷酮3-羟化酶(F3H) −2.60 下调 ck-T1+23 TRINITY_DN7985_c0_g1 黄烷酮3-羟化酶(F3H) −2.56 下调 ck-T3+21 TRINITY_DN12973_c0_g1 花青素合酶(ANS) −3.71 下调 ck-T3+21 TRINITY_DN7985_c0_g1 黄烷酮3-羟化酶(F3H) −2.14 下调 ck-T3+21 TRINITY_DN10838_c0_g1 黄烷酮3-羟化酶(F3H) −2.73 下调 T3-T3+21 TRINITY_DN7985_c0_g1 黄烷酮3-羟化酶(F3H) −2.38 下调 T3-T3+21 TRINITY_DN734_c0_g1 查耳酮合酶(CHS) −4.74 下调 T3-T3+21 TRINITY_DN145313_c0_g1 花青素还原酶(ANR) −6.33 下调 T3-T3+21 TRINITY_DN10864_c0_g1 黄酮醇合酶(FLS) −3.21 下调 此外，KEGG 富集分析中T1-T1+23组和T3-T3+21组的过氧化物酶体(peroxisome)通路差异基因如表2所示。其中T1-T1+23组结果显示：抗氧化系统的ThCAT (DN105637)基因上调了2.97倍；T3-T3+21组结果显示：ThXMP2 (DN16875)、ThSOD (DN4487)、ThICDH (DN19733)和FMN依赖型α-羟基酸脱氢酶基因均上调。
表 2 过氧化物酶体通路中的差异基因
Table 2. Differential genes in the peroxisome pathway
组别 基因编码 基因注释 log2CF 调节 T1-T1+23 TRINITY_DN105637_c0_g1 过氧化氢酶(CAT) 2.97 上调 T3-T3+21 TRINITY_DN16875_c0_g1 过氧化物酶体膜蛋2(XMP2) 1.65 上调 T3-T3+21 TRINITY_DN4487_c0_g1 超氧化物歧化酶(SOD) 1.07 上调 T3-T3+21 TRINITY_DN19733_c0_g2 异柠檬酸脱氢酶(ICDH) 1.46 上调 T3-T3+21 TRINITY_DN48302_c0_g1 FMN依赖型α-羟基酸脱氢酶 2.10 上调 -
长时间的紫外光照射对于生长在林下的三叶青属于致胁迫因素。本研究对三叶青持续UV-B辐射发现：3.0 h后三叶青表型发生变化，叶片开始略微发黄，初步判断此时三叶青已受到轻度胁迫。这与小麦Triticum aestivum[28]、苦荞Fagopyrum tataricum[29]、黄瓜Cucumis sativus[30]等植物受到胁迫后的表型变化趋势相似。此外，多种植物在表型产生胁迫变化的同时，会在体内做出一系列适应紫外胁迫的生理生化反应。例如，鸡毛菜Brassica rapa显著提高了多种类黄酮代谢通路上游合成酶的活性[13]，榛子Corylus avellana增加了花粉中多酚和黄酮类次生代谢产物的质量分数[31]，三叶青改变了黄酮类化合物质量分数及相关合成酶、抗逆酶活性[19]等。在本研究中，经UV-B辐射1.0 h后，叶片中总酚和总黄酮质量分数均升高，这是因为黄酮类物质对紫外光极其敏感[32]，可减少紫外线对植物组织的穿透作用，保护叶片免受伤害[33]。经UV-B辐射3.0 h后，三叶青总酚和总黄酮质量分数均较UV-B辐射1.0 h下降，分析认为可能是植物光合作用受到影响，合成速率降低，光合产物减少，导致黄酮类化合物合成减少。与GAO等[20]的研究结果一致，即较低水平的UV-B辐射比高水平的UV-B辐射更能促进植物黄酮类化合物的合成和积累。而在块根中，UV-B辐射1.0 h的总酚和总黄酮质量分数均小于ck，参考SURJADINATA等[34]和ÁLVAREZ-GÓMEZ等[35]的研究发现：刚开始遭受UV-B胁迫，块根中还原糖质量分数降低以供运输到叶片进行酚类物质合成，导致块根中合成酚类的前体物质减少，最终直接影响酚类化合物的积累。此外，在多种药用植物研究中发现：UV-B辐射后施以黑暗处理，铁线莲Clematis terniflora会通过增加黄酮类物质[36]、桑树Morus alba积累桑黄素N和黑木耳素[37]、长春花Catharanthus roseus积累生物碱[38]来提高耐胁迫能力。本研究结果与以上研究相似。单纯的紫外处理并未显著增加三叶青中的次生代谢产物，UV-B辐射后给予黑暗处理可大幅度增加总酚和总黄酮质量分数，并显著提升其抗氧化能力。相关性分析结果也表明：总酚和总黄酮质量分数与三叶青抗氧化能力有显著正相关性。
对多种植物的研究结果均显示：光照和生物钟会影响植物对UV-B胁迫的敏感性，并且一些基因(如ELIP1、CHS/PRR9和ELF4等)在不同环境中对UV-B的敏感度是不同的[39]，例如，适当的紫外光辐射会提高彩色马铃薯Solanum tuberosum的抗氧化能力，从而增加花青素结构基因(F3'5'H、F3'H、DFR和ANS等)的表达[40]；UV-B加黑暗处理对拟南芥Arabidopsis thaliana叶片光合相关基因(CAB)的表达、叶绿素质量分数和光合效率的影响较大[41]；黑暗处理对茶树不同基因的影响存在差异，经黑暗处理后的CsPAL、CsCHS、Cs4CL、CsLAR、CsANR和CsANS基因表达下调，而CsFLS基因表达上调，表达结果较为复杂[42]。本研究的转录组结果进一步表明：与ck组相比，经UV-B和黑暗处理后多数黄酮合成酶基因，如ThF3H、ThANS和ThCHS等均下调。分析认为：这与植物在黑暗处理时会快速且大量合成次生代谢产物从而形成反馈抑制有关，并进一步下调了相关合成酶基因表达[42]。孟凡来等[43]对紫甘薯Ipomoea batatas叶片的转录组分析发现：UV-B辐射增强类黄酮合成通路中的各关键酶(如查尔酮合成酶、花青素合成酶、4-香豆酸-CoA连接酶6、类花青素3-O-葡萄糖基转移酶7)基因主要以下调表达为主，与本研究结果一致。而ThFLS基因经UV-B辐射3.0 h后上调，表明其在UV-B辐射增强中起关键的正向调控作用[44]。
当植物(如黄岑Scutellaria baicalensis[45]、葡萄Vitis vinifera[46]等)遭受紫外光照射时，抗逆酶系统启动，逐步清除体内的游离氧离子、自由基及一些有害物质，对叶片起到较好的保护作用。SOD处于抵御活性氧伤害的第1道防线，主要清除对植物毒性较大的超氧阴离子($\mathop {\rm{O}}\nolimits_2^{{\rm{\cdot}}-}$)，将其转化成为毒性较小的H2O2、CAT和POD，H2O2进一步转化为无毒的H2O和O2[47]。本研究中，三叶青在遭受UV-B辐射1.0 h后CAT和SOD活性增加，并且CAT活性较SOD和POD活性大幅提升，说明三叶青中各种酶的作用机理不同，进而在细胞内的活性变化趋势略有不同。而在UV-B辐射1.0 h加黑暗处理后，酶活性达到最大，表明了一定时间的黑暗处理可提高H2O2清除能力，对三叶青有修复功能[48]。当辐射时间达3.0 h时，胁迫进一步加重，3种酶活性下降，分析认为可能是保护酶系统受损。进一步转录组分析显示：UV-B辐射并增加黑暗处理能提高三叶青中一些氧化应激反应相关基因(如CAT和SOD)表达上调，与褚润等[49]对香蒲Typha orientalis的研究结果一致。MDA作为膜质过氧化分解的重要产物，可以对受胁迫细胞再次造成伤害，在一定程度上其质量摩尔浓度的高低可以表示细胞的膜质过氧化水平和细胞受损程度[50]。本研究中，经UV-B辐射1.0 h后MDA质量摩尔浓度升高，这与先前的研究结果相同[51]；增加黑暗处理后，MDA质量摩尔浓度小幅降低，提示黑暗有利于膜的修复。UV-B辐射3.0 h时MDA质量摩尔浓度较UV-B辐射1.0 h呈下降趋势，表明UV-B辐射3.0 h内三叶青中抗氧化系统产生应激反应，$\mathop {\rm{O}}\nolimits_2^{{\rm{\cdot}}-} $被迅速清除，缓解了膜受损程度。而UV-B辐射3.0 h加黑暗处理后，MDA质量摩尔浓度达到最高，可能的原因是MDA的影响相对于抗逆酶系统有滞后效应，这也与GONCHARUK等[52]的研究结果相同，即此时抗逆酶系统虽在缓慢修复，但$\mathop {\rm{O}}\nolimits_2^{{\rm{\cdot}}-} $仍超出了植物自身防御系统的清除能力，此时，即使给予黑暗处理，MDA质量摩尔浓度也会显著升高。
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UV-B辐射1.0 h加23.0 h黑暗处理能更好地增加三叶青中次生代谢物质及其抗氧化能力，同时下调黄酮合成酶和上调氧化相关调节因子的基因表达，并且使各物质达到最大值，既能增加次生代谢产物，又能将紫外胁迫的伤害控制在一定范围内，保证植物正常生长。同时，暗处理对紫外照射后的三叶青是极其重要的，其影响机理仍未探明，今后的研究将予以持续关注。
Effect of UV-B radiation on mass fraction of phenolic substances, antioxidant capacity and genes expression in Tetrastigma hemsleyanum
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摘要:
目的 探究短时间中波紫外线(UV-B)辐射对三叶青Tetrastigma hemsleyanum酚类成分、抗氧化能力及相关基因表达的影响。 方法 将3年生三叶青苗经UV-B持续辐射12.0 h，在0、0.5、1.0、3.0、6.0和12.0 h观察表型；另取三叶青辐射1.0和3.0 h (记为T1和T3)并补充暗处理至24.0 h (记为T1+23和T3+21)，以未经处理为对照(ck)，进行酚类物质(总酚和总黄酮)质量分数、抗氧化能力和叶片中抗逆酶活性、丙二醛(MDA)质量摩尔浓度测定以及转录组分析。 结果 持续UV-B辐射对三叶青表型有影响，3.0 h组叶片局部发黄，6.0和12.0 h组叶片明显发黄和略微卷曲。叶片和块根的总酚(2.65和2.63 mg·g−1)和总黄酮(7.16和7.30 mg·g−1)、块根中的抗氧化能力(86.56%)均在T1+23组达到最大值。同时，UV-B辐射后施以黑暗处理可促进过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性的大幅提升，且在T1+23组达到最大，MDA质量摩尔浓度在T3+21组达到最高(7.21 mmol·g−1)。UV-B辐射和黑暗处理下调了黄酮合成通路基因(ThF3H、ThANS、ThCHS、ThANR等)和上调了氧化相关调节因子(CAT和SOD)的表达。 结论 UV-B辐射后增加黑暗处理可提高三叶青酚类物质质量分数、抗氧化能力及抗逆酶活性，且在T1+23组达最大值，同时下调黄酮合成酶基因表达，上调氧化应激相关基因的表达。图7表2参52 Abstract:Objective This study aims to investigate the effects of UV-B radiation on phenolic components, antioxidant capacity and relation genes expression in Tetrastigma hemsleyanum. Method Three-year-old T. hemsleyanum seedlings were subjected to continuous UV-B radiation for 12.0 h and their phenotypes were observed at 0, 0.5, 1.0, 3.0, 6.0, and 12.0 h. With those untreated as control (ck), some other T. hemsleyanum were irradiated for 1.0 and 3.0 h (T1 and T3), and supplemented with dark treatment for 24.0 h (T1+23 and T3+21). Mass fractions of phenolic substances (total phenols and total flavonoids), antioxidant capacity, anti-stress enzyme activity, malondialdehyde (MDA) mass molar concentration in leaves were determined and transcriptome analysis was made. Result Continuous UV-B radiation had an effect on the phenotype of T. hemsleyanum. The leaves of 3-h group were partially yellowed, while the leaves of 6-h and 12-h groups were significantly yellowed and slightly curled. The mass fractions of total phenols (2.65 and 2.63 mg·g−1) and total flavonoids (7.16 and 7.30 mg·g−1) in leaves and root tubers, as well as the antioxidant capacity (86.56%) in root tubers reached the maximum in T1+23 group. Meanwhile, dark treatment after UV-B radiation promoted a significant increase in activities of catalase (CAT), peroxidase (POD) and superoxide dismutase (SOD), which reached the maximum in T1+23 group. The MDA mass molar concentration was the highest in T3+21 group (7.21 mmol·g−1). UV-B radiation and dark treatment down-regulated the expression of flavonoid synthesis pathway genes (ThF3H, ThANS, ThCHS, ThANR, etc.) and up-regulated the expression of oxidation-related regulators (CAT and SOD). Conclusion Darkness treatment after UV-B radiation increases the mass fraction of phenolic substances, antioxidant capacity and anti-stress enzymes activity of T. hemsleyanum, reaching the maximum in T1+23 group. The expression of flavonoid synthase genes is down-regulated and the expression of oxidative stress-related genes is up-regulated. [Ch, 7 fig. 2 tab. 52 ref.] -
放牧是草地的主要利用方式之一，主要通过牲畜的采食、践踏、卧息和排泄粪便等方式对地表植被、土壤养分以及土壤微生物产生影响[1]。土壤微生物在有机质的分解、养分循环与转化等方面具有重要作用[2]，其数量和群落功能多样性能够在一定程度上指示土壤质量及其可持续利用性[3]。研究放牧与土壤微生物的关系，有助于揭示过度放牧导致草场沙漠化的机制。根际是植物、土壤、微生物之间进行物质和能量交换的关键区域，是植物和土壤相互作用的重要界面，诸多学者对植物根际与非根际土壤的养分、微生物数量及群落组成的差异性开展了大量的研究[4-7]。邱权等[8]综合比较了4种人工灌木丛根际和非根际土壤的特性，发现土壤酶活性和微生物数量呈现出根际高于非根际；对宁夏宁南山区猪毛蒿Artemisia scoparia，百里香Thymus mongolicus等9种典型植物[9]和内蒙古羊草Leymus chinensis，大针茅Stipa grandis和冷蒿Artemisia frigida等典型植物[10]进行研究，表明大多数植物的根际土壤微生物数量、活性及多样性等均高于非根际土壤，是由于植物物种差异所引起。冷蒿是菊科Compositae蒿属Artemisia植物，多年生小半灌木，是退化草场的典型植物，具有强烈的耐牧生存能力，高强度放牧干扰后仍能够生长繁殖并维持一定的生产力，这与其自身的生物学特性[11]及根系代谢产物[12]对土壤微环境的调控密切相关。目前，关于放牧干扰对冷蒿根际土壤微生物群落多样性影响的研究尚未报道。本研究拟采用微生物传统培养法和Biolog-ECO板技术，对不同放牧强度下冷蒿根际土壤化学性质、微生物数量及其群落功能多样性进行研究，分析冷蒿根际土壤微生物数量及代谢功能多样性对放牧干扰的响应，探讨冷蒿耐牧性与土壤微生物群落多样性之间的关系，为揭示冷蒿成为草场退化阻击者提供土壤生态学方面的理论依据。
1. 材料与方法
1.1 研究地区概况
本研究依托内蒙古锡林浩特市毛登牧场（内蒙古大学草地生态学研究基地）进行，其地理位置为44°10′02.4″ N，116°28′56.8″ E，海拔1 160 m，属半干旱大陆性气候，冬季寒冷干燥，夏季在一定程度上受海洋季风气候影响。全年平均气温为-0.4 ℃，最冷月（1月）平均气温-22.3 ℃，最热月（7月）平均气温18.8 ℃，≥0 ℃年积温为2 410 ℃，≥10 ℃积温为1 597.9 ℃，无霜期91 d，草场植物生长期为150 d左右。全年平均降水量为365.6 mm，集中于6-9月，占年降水量的80%左右，但年度间的变幅较大，多雨和少雨的年份降水量相差1倍以上。该地雨热同期，有利于植物的生长，土壤为栗钙土。本研究区域主要草原植物为羊草，糙隐子草Cleistogenes squarrosa，克氏针茅Stipa krylovii，大针茅，防风Saposhnikovia divaricata，冷蒿，瓣蕊唐松草Thalictrum petaloideum，阿尔泰狗哇花Heteropappus altaicus等。
1.2 样地设置及土样采集
1.2.1 试验设计
于2012年5月至2014年7月连续2 a对草场进行不同放牧强度处理，每年放牧时间为5-9月。试验按照放牧强度设置不放牧为对照（ck），5月和7月每月21日放牧1 d为轻度放牧（light grazing，LG），5-9月每月21日放牧1 d为重度放牧（heavy grazing，HG），3个处理；受天气因素的影响，每次放牧时间延后。分别设置重复3个·处理-1，面积为33.3 m × 33.3 m·小区-1。试验用羊为当年生乌珠穆沁羊Capra hircus ‘Ujimqin’，各个放牧季节羊放牧率为6只·小区-1。
1.2.2 土壤样品的采集与保存
土壤样品采集于2014年7月冷蒿生长高峰期，在各个小区采用5点取样法。随即选取4~5丛冷蒿，以冷蒿株丛为中心，将冷蒿纯植株丛完整挖起（0~10 cm），轻轻抖动根系并去除粘附在根系上的较大颗粒土，作为冷蒿非根际土壤（NRS），采集粘附在根际上根系表面的土壤作为冷蒿根际土壤（ARS）。各个小区采集的土壤混合在一起作为该小区样地的土样，各个小区用5点取样法采样2次以获得同一小区的2份土样。将土壤装入无菌封口塑料袋，带回实验室。土样分成2份，1份于4 ℃保存，用于可培养微生物的分离、计数及Biolog-ECO板测定，另1份风干过2 mm筛，用于测定土壤理化性质。
1.2.3 微生物分离与记数
土壤可培养微生物数量（colony forming units，cfu）用稀释平板法分离计数。细菌采用牛肉膏蛋白胨固体培养基；真菌采用马丁培养基；放线菌采用高氏1号培养基，30 ℃恒温培养，细菌培养1 d后计数，真菌、放线菌培养3 d后计数。
1.2.4 微生物代谢功能多样性测定
土壤微生物代谢功能多样性采用Biolog-ECO板方法进行分析。称取新鲜土样1 g于9 mL磷酸缓冲液中，在摇床上震荡30 min，在接种前按10倍稀释法制成10-4土壤稀释液，使用8通道移液器，从V型槽中吸取150 μL稀释液至ECO板的微孔中，接种后的板置于30 ℃恒温培养，每隔24 h在Biolog读板仪上用Biolog Reader 4.2软件（Biolog，Hayward，CA，美国）读取590 nm波长的吸光度D（590），培养时间为168 h。
1.3 土壤理化性质测定
测定参照鲁如坤[13]的土壤农化分析方法进行。有机质（organic matter，OM）采用重铬酸钾容量法；全氮（total nitrogen，TN）采用半微量凯氏定氮法；碱解氮（hydrolysis nitrogen，HN）采用碱解扩散法；全磷（total phosphorus，TP）采用氢氧化钠碱溶-钼锑抗比色法；速效磷（available phosphorus，AP）采用碳酸氢钠浸提钼锑抗比色法；全钾（total potassium，TK）采用氢氧化钠碱溶-火焰光度法；速效钾（available potassium，AK）采用乙酸氨浸提-火焰光度法；pH值采用酸度计法，土壤悬液为水土比为m（水）: m（土）=5:1。
1.4 数据处理
土壤微生物群落利用碳源的整体能力（即代谢活性）用平均孔颜色变化率（average well color development，AWCD）表示。AWCD=[∑（Ci-R）]/n，其中：Ci为测定的31个碳源孔吸光值，R为对照孔吸光值，n为碳源数目。土壤微生物群落功能多样性采用Shannon指数、Simpson指数、丰富度指数和McIntosh指数进行分析。
所有的数据均为5次重复的平均值±标准误差，利用Origin 8软件（美国Origin Lab公司）对96 h的AWCD值进行统计分析和作图。统计方法采用单因素方差分析（one-way ANOVA）进行检验，并进行Fisher最小显著差数法（LSD）多重比较（P＜0.05）。采用双因素方差分析（two-way ANOVA）分析土壤×放牧处理之间相互作用的影响，利用SPSS 16.0进行主成分分析[14]。
2. 结果与分析
2.1 不同放牧强度下土壤部分化学性质的变化
由表 1可知：放牧对2种土壤中的有机质、全磷、碱解氮、速效钾和pH值具有极显著影响，对全氮和全钾具有显著影响。放牧特别是重度放牧后，NRS土壤中各养分质量分数均显著增加，pH值显著下降；ARS土壤中有机质和其他养分质量分数均显著增加，重度放牧后，有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷和速效钾与对照相比分别增加20.0%，29.1%，17.7%，13.0%，3.4%和6.7%，但pH值显著降低，重度放牧后呈弱碱性；相同放牧处理下ARS土壤各养分质量分数均显著高于NRS土壤，pH值明显低于NRS土壤。
表 1 不同放牧强度下土壤化学性质Table 1. Soil chemical properties under different grazing intensity
2.2 不同放牧强度下土壤微生物的组成
不同放牧强度下2类土壤中微生物的总量、主要类群数量差异显著（图 1），微生物总量以LG-ARS和ck-ARS最高，分别为24.6×106个（cfu）·g-1和20.4×106个（cfu）·g-1，显著高于其他处理组。三大类异养微生物数量在各土壤微生物组成中均以细菌类群占绝对优势，但细菌、真菌、放线菌间的组成比例差异较大，其中细菌占微生物总数88%~95%，放线菌其次，占微生物总数的3%~12%，真菌最少。放牧后NRS土壤中细菌、真菌数量显著下降，而ARS土壤中真菌数量增加显著，且显著高于NRS，细菌数量在轻度放牧后显著增加，重度放牧后下降。
图 1 不同放牧强度下土壤微生物种群密度Figure 1. Soil microbial population density under different grazing intensity2.3 土壤微生物群落代谢活性的变化
图 2为土壤微生物群落代谢活性（AWCD）随培养时间的变化曲线：在培养初始的24 h内土壤微生物活性较低，24 h后AWCD值快速增长，168 h时各处理的AWCD值均达到最大，利用碳源能力的顺序为LG-ARS＞ck-ARS＞ck-NRS＞LG-NRS＞HG-ARS＞HG-NRS，平均值分别为0.999，0.918，0.861，0.769，0.695，0.310；相同牧压下ARS土壤微生物的AWCD值均显著高于NRS，对照、轻度和重度放牧后AWCD值分别是NRS的1.07倍、1.30倍和2.24倍。
图 2 不同放牧强度下土壤微生物群落AWCD随培养时间的变化Figure 2. AWCD changes with incubation time of soil microbial under different grazing intensity2.4 土壤微生物对不同类型碳源利用强度分析
放牧强度不同，土壤微生物对不同种类碳源利用强度存在显著差异（表 2）；冷蒿根际土壤中，轻度放牧可增加微生物对不同种类碳源的利用能力，碳源代谢的优势群落与对照相同，依次为糖类＞氨基酸＞羧酸＞聚合物＞胺类＞酚酸代谢群落，土壤微生物群落结构稳定；重度放牧后，微生物对各类碳源的利用率显著下降，优势群落发生改变；冷蒿非根际土壤中，放牧强度增强，土壤微生物对不同种类碳源利用率变化较大，未显示一定的规律性，土壤微生物群落功能多样性变化很大，不稳定。
表 2 不同放牧强度下土壤微生物群落对6类碳源的利用（96 h）Table 2. Effect of soil microbial on the ability to utilize six types carbon source under different grazing intensity (96 h)
2.5 土壤微生物群落功能多样性指数分析
随放牧强度的增加，冷蒿根际和非根际土壤微生物的4种指数均显著降低（表 3）。Shannon指数和碳源利用丰富度指数表明放牧降低微生物群落功能多样性，减少碳源的利用数目，而冷蒿根际土壤微生物种类多且较均匀，利用的碳源数量较多；冷蒿根际土壤的Simpson指数显著高于非冷蒿根际，表明冷蒿能够显著提高优势菌的数量，削弱放牧对常见微生物物种的不良影响；LG-ARS和HG-ARS的McIntosh指数显著高于LG-NRS和HG-NRS，说明LG-ARS和HG-ARS的土壤微生物种类更为丰富，碳源利用程度较高；重度放牧后McIntosh指数最低，表明过度放牧会降低土壤微生物种类丰富度和碳源利用程度。
表 3 不同放牧强度下土壤微生物群落功能多样性指数比较（96 h）Table 3. Functional diversity indices for soil microbial community under different grazing intensity (96 h)
2.6 不同放牧强度下土壤微生物碳源利用的主成分分析
运用SPSS软件对培养96 h测定的AWCD数据进行主成分分析，得到2个与土壤微生物利用碳源多样性相关的主成分，累计贡献率达到69.3%。其中第1主成分（PC1）的方差贡献率为52.1%，权重最大，第2主成分（PC2）贡献率为17.2%。因其他主成分贡献率较小，因此只用PC1和PC2得分作图来表征微生物群落碳源代谢特征（图 3）。由图 3可知：不同处理在PC轴上出现明显的分布差异，HG-ARS位于PC1负方向，得分系数为-0.308，其他处理均位于PC1正方向，得分系数为0.160~1.030；HG-NRS位于PC2负方向，得分系数为-0.357，其他处理位于PC2正方向，得分系数范围为0.300~0.950。可见，提取的2个主成分基本上能够区分不同放牧强度ARS和NRS土壤类别的微生物群落功能多样性。另外，将主成分PC1和PC2的得分系数与31种单一碳源做相关性分析，其中与PC1相关的碳源有16种，其中11个呈负相关，主要是糖类、羧酸类和聚合物，肝糖与PC1显著负相关；5个呈正相关，主要是氨基酸类和胺类。与PC2相关的碳源有17种，其中15种呈正相关，主要是糖类和羧酸类碳源，L-苯丙氨酸与其相关性显著。可见羧酸类和氨基酸类碳源在主成分分离中具有主要贡献作用。
图 3 不同放牧强度下土壤微生物碳源利用类型的主成分分析Figure 3. Principal components for carbon utilization of soil microbial communities under different grazing intensity3. 讨论
3.1 放牧对冷蒿根际土壤养分的影响
土壤养分是土壤健康状况的重要指标，放牧对土壤有机质、元素循环产生影响。对中国西藏高原高山草甸[15]、科尔沁沙漠化草地[16]、松嫩平原羊草草甸[17]和玉树隆宝滩地区高寒草甸[18]的研究中均发现土壤有机质质量分数在放牧后显著降低，但是REEDER等[19]和WIENHOLD等[20]的研究结果与之相反，认为放牧能够增加土壤中的有机质等。安慧等[21]认为放牧过程动物通过粪便将消耗的植物养分大部分返还到土壤中，增加土壤碳氮输入，使有机质、氮素和速效钾、速效磷等增加。本研究结果与上述研究结果相似，放牧后土壤中有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效钾和速效磷等增加，土壤pH值下降。同时，本研究还发现冷蒿根际土壤中有机质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾等养分显著高于非根际，而土壤的pH值显著低于非根际（P＜0.05），冷蒿的生长能够有效改善土壤健康状况，降低放牧对土壤的扰动，可能是由于冷蒿的生物量、盖度、根茎比与牧压成正比[22]，较大的根茎比增加了碳素等向地下的分配量[23]，使得土壤中各化学组分的量增加；根系分泌大量的酸性物质[12]，降低土壤pH值的同时增加各种元素的可溶性和可被利用性。
3.2 放牧对冷蒿根际土壤微生物数量的影响
关于放牧对草原土壤微生物影响的研究很多，但结果不一致。WANG等[24]在美国佛罗里达州一草地的研究结果表明，放牧草地土壤微生物数量显著高于未放牧草地，停止放牧微生物数量也随之下降；BARDGETT等[25]研究表明：放牧能增加高原草地土壤的微生物量。有更多研究认为，适度放牧有助于土壤微生物数量的增加，过度放牧则会导致微生物数量显著降低[26]。与此类研究结果不同，本研究中放牧干扰降低了非根际土壤微生物数量，但冷蒿的生长却使土壤微生物数量在放牧后显著升高，并且相同放牧强度下，冷蒿根际微生物的数量均高于非根际（图 1）。表明冷蒿的生长能够降低放牧对土壤微生物产生的干扰，使土壤微生物能够较正常的生长繁殖，这可能是冷蒿在放牧后较其他草原植物仍能生长良好引起的。冷蒿被动物践踏破坏顶端优势后，其半匍匐型枝条生成不定根进行克隆生长[22, 27]，其发达的根系及丰富的根系分泌物能够为土壤微生物提供丰富的生长基质和有利的生存环境，丰富了土壤微生物的能量来源。另外，冷蒿地上茎叶部分常释放出具有抑制动物采食、其他牧草种子萌发、幼苗生长和繁衍能力的挥发性物质，增强冷蒿的生存竞争力[28-29]，这些特性为构建稳定土壤生态群落提供了坚实基础。冷蒿的良好生长为土壤微生物提供了良好的生存环境以及丰富的碳源，而对非根际土壤微生物来说土壤微环境破坏严重且可用的碳源较少而不能大量繁殖。本研究表明：土壤微生物量与冷蒿的有无具有密切关系，冷蒿能够为微生物提供相对稳定的微生态环境以及相对丰富的土壤养分，降低放牧对土壤的扰动，使土壤微生物量显著升高。
3.3 放牧对冷蒿根际土壤微生物群落功能多样性的影响
本试验采用Biolog-ECO板技术对内蒙古典型草原不同放牧强度下冷蒿根际和非根际土壤微生物功能多样性进行了研究，结果显示放牧后土壤微生物活性、4种微生物多样性指数及碳源利用能力均显著下降。导致微生物群落功能多样性下降的可能原因是放牧改变了地表植被多样性，使输入地下的植物残体、根系分泌物成分改变，加之牧畜践踏增强对土壤团聚体及地表的破坏，改变了土壤结构，使土壤微生物生境改变，从而影响土壤微生物的活性及群落多样性。当前，诸多研究证明草地利用、管理条件和植被类型的变化能显著改变土壤微生物群落组成、活性及功能多样性[30]。张海芳等[31]对内蒙古贝加尔针茅草原在放牧、刈割和围封等3种不同利用方式下土壤微生物功能多样性进行研究，发现放牧后土壤微生物代谢活性降低，但功能多样性增强；刈割与放牧方式下微生物群落碳源利用情况及代谢功能相似，而围封土壤微生物群落代谢活性最高，碳源利用模式及代谢强度也不同于放牧和刈割。李玉洁等[32]认为随着休牧年限增加，贝加尔针茅草原土壤微生物的代谢功能增强，数量增大；毕江涛等[33]研究荒漠草原5种不同植被类型土壤微生物活性、主要利用碳源类型、群落功能多样性均存在显著差异。可见，植物根际土壤微生物多样性不仅随着利用方式改变，还随着植物类型改变，具有很强的植物种的特异性。
本研究还发现：不同放牧强度处理下冷蒿根际土壤微生物活性、碳源利用能力及功能多样性等都高于非根际土壤。主成分分析表明：对照和轻度放牧后冷蒿根际与非冷蒿根际土壤差异不显著，重度放牧后两者差异显著，羧酸类和氨基酸类碳源在分异中起重要作用，植被类型和多样性的改变影响微生物的碳源利用，尤其体现在对这两类碳源的利用上[34-35]。其中羧酸类和氨基酸类碳源是根系分泌物的主要成分，分别与植物抗胁迫和土壤养分有效性有关[36]。根际土壤与非根际土壤微生物之间的差异与植物凋落物和根系分泌物息息相关，植物凋落物和根系分泌物是土壤微生物生长基质和有利环境的提供者。而不同植物的凋落物和根系分泌物化学组分差异很大[37]，是植被类型影响土壤微生物活性及功能类群的主要推进力量[38]。王纳纳等[10]对内蒙古草原典型植物对土壤微生物群落影响的研究发现，植物不同土壤微生物群落组成不同，并且土壤微生物群落结构在根际和非根际间的差异大于不同物种间的差异，说明植物根际和非根际土壤性质和微生物群落功能多样性存在巨大不同。杨阳等[7]对宁夏荒漠草原不同植物根际与非根际微生物量分布特征的研究也发现，长芒草Stipa bungeana，蒙古冰草Agropyron mongolicum，甘草Glycyrrhiza uralensis等6种地带性优势植物根际土壤微生物量显著高于非根际土壤。滕应等[39]发现矿区土壤根际微生物数量、群落功能多样性、碳源利用类型及群落结构因种植牧草种类不同而发生相应变化，且根际土壤微生物代谢活性均显著高于非根际土壤。
4. 结论
本研究结果表明：放牧处理后，在冷蒿根际和非根际土壤化学性质、微生物量、群落结构和代谢功能上存在不同程度的差异。冷蒿根际土壤微生物量、代谢活性、碳源利用能力和多样性指数均高于非根际。LG-ARS微生物代谢活性最高，ck-ARS微生物多样性指数最高，对31种碳源利用最强，而HG-NRS微生物多样性指数均最低。冷蒿根际土壤微生物优势代谢群落为糖类、氨基酸类和羧酸类，相对稳定，而非根际优势代谢群落变化较大，不稳定。放牧处理后，冷蒿根际土壤pH值均低于pH 8.0，土壤养分均高于非根际。总之，冷蒿的“纯植株丛”生长方式能够改善土壤微环境，增加其根际土壤微生物群落功能多样性，从而增强抵抗放牧胁迫的能力，成为草场的优势群落。
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图 2 UV-B处理对总酚质量分数的影响
Figure 2 Effects of UV-B treatment on total phenols mass fraction
图 3 UV-B处理对三叶青总黄酮质量分数的影响
Figure 3 Effects of UV-B treatment on total flavonoids mass fraction
图 6 UV-B处理对丙二醛质量摩尔浓度的影响
Figure 6 Effects of UV-B treatment on MDA mass molar concentration
表 1 黄酮代谢通路中的差异基因
Table 1. Differential genes in the flavonoid metabolic pathway
组别 基因编码 基因注释 log2CF 调节 ck-T1 TRINITY_DN17271_c0_g1 羟基肉桂酰基转移酶(HCT) −2.59 下调 ck-T1 TRINITY_DN156339_c0_g1 5-O-(4-香豆酰基)-D-奎喹酸酯 3′-单加氧酶(CYP98A3) −2.08 下调 ck-T3 TRINITY_DN10864_c0_g1 黄酮醇合酶(FLS) 3.28 上调 ck-T1+23 TRINITY_DN10838_c0_g1 黄烷酮3-羟化酶(F3H) −2.60 下调 ck-T1+23 TRINITY_DN7985_c0_g1 黄烷酮3-羟化酶(F3H) −2.56 下调 ck-T3+21 TRINITY_DN12973_c0_g1 花青素合酶(ANS) −3.71 下调 ck-T3+21 TRINITY_DN7985_c0_g1 黄烷酮3-羟化酶(F3H) −2.14 下调 ck-T3+21 TRINITY_DN10838_c0_g1 黄烷酮3-羟化酶(F3H) −2.73 下调 T3-T3+21 TRINITY_DN7985_c0_g1 黄烷酮3-羟化酶(F3H) −2.38 下调 T3-T3+21 TRINITY_DN734_c0_g1 查耳酮合酶(CHS) −4.74 下调 T3-T3+21 TRINITY_DN145313_c0_g1 花青素还原酶(ANR) −6.33 下调 T3-T3+21 TRINITY_DN10864_c0_g1 黄酮醇合酶(FLS) −3.21 下调 
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表 2 过氧化物酶体通路中的差异基因
Table 2. Differential genes in the peroxisome pathway
组别 基因编码 基因注释 log2CF 调节 T1-T1+23 TRINITY_DN105637_c0_g1 过氧化氢酶(CAT) 2.97 上调 T3-T3+21 TRINITY_DN16875_c0_g1 过氧化物酶体膜蛋2(XMP2) 1.65 上调 T3-T3+21 TRINITY_DN4487_c0_g1 超氧化物歧化酶(SOD) 1.07 上调 T3-T3+21 TRINITY_DN19733_c0_g2 异柠檬酸脱氢酶(ICDH) 1.46 上调 T3-T3+21 TRINITY_DN48302_c0_g1 FMN依赖型α-羟基酸脱氢酶 2.10 上调
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[1] 中国科学院中国植物志委员会. 中国植物志: 第48卷第2分册[M]. 北京: 科学出版社, 2004: 122. Editorial Committee of Flora of China, Chinese Academy of Science. Flora of China: Vol 48, Issue 2 [M]. Beijing: Science Press, 2004: 122. [2] JI Tao, JI Weiwei, WANG Juan, et al. A comprehensive review on traditional uses, chemical compositions, pharmacology properties and toxicology of Tetrastigma hemsleyanum [J/OL]. Journal of Ethnopharmacology, 2020, 264: 113247[2023-05-30]. doi: 10.1016/j.jep.2020.113247. [3] HU Wangying, ZHENG Yujie, XIA Pengguo, et al. The research progresses and future prospects of Tetrastigma hemsleyanum Diels et Gilg: a valuable Chinese herbal medicine [J/OL]. Journal of Ethnopharmacology, 2021, 271: 113836[2023-05-30]. doi: 10.1016/j.jep.2021.113836. [4] 徐硕, 金鹏飞, 徐文峰, 等. 民间中药三叶青的研究进展[J]. 中南药学, 2016, 14(12): 1336 − 1341. XU Shuo, JIN Pengfei, XU Wenfeng, et al. Research advances in Chinese herbal medicine Tetrastigmae hemsleyanum [J]. Central South Pharmacy, 2016, 14(12): 1336 − 1341. [5] LAI Chengchun, PAN Hong, ZHANG Jing, et al. Light quality modulates growth, triggers differential accumulation of phenolic compounds, and changes the total antioxidant capacity in the red callus of Vitis davidii [J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2022, 70(41): 13264 − 13278. [6] GARCÍA-LAFUENTE A, GUILLAMÓN E, VILLARES A, et al. Flavonoids as anti-inflammatory agents: implications in cancer and cardiovascular disease [J]. Inflammation Research, 2009, 58(9): 537 − 552. [7] LI Yongli, FENG Xinyu, ZHANG Yiru, et al. Dietary flavone from the Tetrastigma hemsleyanum vine triggers human lung adenocarcinoma apoptosis via autophagy [J]. Food &Function, 2020, 11(11): 9776 − 9788. [8] 范适, 胡春梅, 李有清, 等. 三叶青的研究进展[J]. 湖南生态科学学报, 2018, 5(2): 46 − 51. FAN Shi, HU Chunmei, LI Youqing, et al. Advances in Tetrastigma hemsleyanum [J]. Journal of Hunan Ecological Science, 2018, 5(2): 46 − 51. [9] PAOLETTI E. UV-B and Mediterranean forest species: direct effects and ecological consequences [J]. Environmental Pollution, 2005, 137(3): 372 − 379. [10] FROHNMEYER H. Ultraviolet-B radiation-mediated responses in plants. Balancing damage and protection [J]. Plant Physiology, 2003, 133(4): 1420 − 1428. [11] HOLLÓSY F. Effects of ultraviolet radiation on plant cells [J]. Micron, 2002, 33(2): 179 − 197. [12] SONG Yan, MA Bin, GUO Qingxun, et al. UV-B induces the expression of flavonoid biosynthetic pathways in blueberry (Vaccinium corymbosum) calli [J/OL]. Frontiers in Plant Science, 2022, 13: 1079087[2023-05-30]. doi: 10.3389/fpls.2022.1079087. [13] HAO Juan, LOU Panpan, HAN Yidie, et al. Ultraviolet-B irradiation increases antioxidant capacity of pakchoi (Brassica rapa L. ) by inducing flavonoid biosynthesis [J/OL]. Plants, 2022, 11(6): 766[2023-05-30]. doi: 10.3390/plants11060766. [14] LIU Yang, LIU Jia, ABOZEID A, et al. UV-B radiation largely promoted the transformation of primary metabolites to phenols in Astragalus mongholicus seedlings [J/OL]. Biomolecules, 2020, 10(4): 504[2023-05-30]. doi: 10.3390/biom10040504. [15] TAO Minglei, ZHU Wei, HAN Haote, et al. Mitochondrial proteomic analysis reveals the regulation of energy metabolism and reactive oxygen species production in Clematis terniflora DC. leaves under high-level UV-B radiation followed by dark treatment [J/OL]. Journal of Proteomics, 2022, 254: 104410[2023-05-30]. doi: 10.1016/j.jprot.2021.104410. [16] PANDEY N, PANDEY-RAI S. Short term UV-B radiation-mediated transcriptional responses and altered secondary metabolism of in vitro propagated plantlets of Artemisia annua L. [J]. Plant Cell,Tissue and Organ Culture, 2014, 116(3): 371 − 385. [17] 温泉, 张楠, 曹瑞霞, 等. 增强UV-B对黄连代谢及小檗碱含量的影响[J]. 中国中药杂志, 2011, 36(22): 3063 − 3069. WEN Quan, ZHANG Nan, CAO Ruixia, et al. Effect of enhanced UV-B radiation on metabolism and berberine content of Coptis chinensis [J]. China Journal of Chinese Mataria Medica, 2011, 36(22): 3063 − 3069. [18] NEUGART S, BUMKE-VOGT C. Flavonoid glycosides in Brassica species respond to UV-B depending on exposure time and adaptation time [J/OL]. Molecules, 2021, 26(2): 494[2023-05-30]. doi: 10.3390/molecules26020494. [19] BAI Yan, GU Yiwen, LIU Shouzan, et al. Flavonoids metabolism and physiological response to ultraviolet treatments in Tetrastigma hemsleyanum Diels et Gilg [J/OL]. Frontiers in Plant Science, 2022, 13: 926197[2023-05-30]. doi: 10.3389/fpls.2022.926197. [20] GAO Limei, LIU Ying, WANG Xiaofei, et al. Lower levels of UV-B light trigger the adaptive responses by inducing plant antioxidant metabolism and flavonoid biosynthesis in Medicago sativa seedlings [J]. Functional Plant Biology, 2019, 46(10): 896 − 906. [21] LÜ Min, SU Hongyan, LI Meiling, et al. Effect of UV-B radiation on growth, flavonoid and podophyllotoxin accumulation, and related gene expression in Sinopodophyllum hexandrum [J]. Plant Biology, 2021, 23: 202 − 209. [22] CHEN Yiyong, FU Xiumin, MEI Xin, et al. Proteolysis of chloroplast proteins is responsible for accumulation of free amino acids in dark-treated tea (Camellia sinensis) leaves [J]. Journal of Proteomics, 2017, 157: 10 − 17. [23] LI Ke, TIAN Huiyue, MAO Jiangping, et al. Effect of darkness treatment on the morphology, hormone status and gene expression of developing adventitious root in apple rootstock [J]. Plant Cell,Tissue and Organ Culture, 2021, 148(2): 331 − 346. [24] 韩敏琪. 短波长光质对三叶青生理生化及黄酮含量的影响[D]. 杭州: 浙江农林大学, 2019. HAN Minqi. Effects of Short-wavelength Light Quality on Physiology, Biochemistry and Flavonoid Content Tetrastigmatis hemsleyani Diels et Gilg [D]. Hangzhou: Zhejiang A&F Uiversity, 2019. [25] AL-KHAYRI J M, UPADHYA V, PAI S R, et al. Comparative quantification of the phenolic compounds, piperine content, and total polyphenols along with the antioxidant activities in the Piper trichostachyon and P. nigrum [J/OL]. Molecules, 2022, 27(18): 5965[2023-05-30]. doi: 10.3390/molecules27185965. [26] 刘希达, 韩娜, 刘志惠, 等. 覆盆子抗氧化和α-葡萄糖苷酶抑制活性成分研究[J]. 中草药, 2021, 52(17): 5226 − 5232. LIU Xida, HAN Na, LIU Zhihui, et al. Active components of antioxidation and α-glucosidase inhibitory from Rubi Fructus [J]. Chinese Traditional and Herbal Drugs, 2021, 52(17): 5226 − 5232. [27] 李世玉, 程登虎, 闫星, 等. 外源SNP对盐胁迫下甜瓜幼苗生长及抗氧化酶活性的影响[J]. 西北植物学报, 2022, 42(6): 994 − 1002. LI Shiyu, CHENG Denghu, YAN Xing, et al. Effect of exogenous SNP on the growth and antioxidant enzyme activities in melon seedlings under salt stress [J]. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica, 2022, 42(6): 994 − 1002. [28] 王晓宇, 张艳娥, 张林生. 4种非生物胁迫下小麦幼苗表型及可溶性蛋白含量的变化[J]. 干旱地区农业研究, 2018, 36(2): 113 − 117. WANG Xiaoyu, ZHANG Yan’e, ZHANG Linsheng. Changes of phenotype and soluble protein content in wheat seedlings under four kinds of abiotic stress [J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2018, 36(2): 113 − 117. [29] 朱智慧, 温东, 张栋, 等. 紫外光促进苦荞中黄酮类化合物积累的分子机制探究[J]. 中草药, 2021, 52(5): 1448 − 1453. ZHU Zhihui, WEN Dong, ZHANG Dong, et al. Molecular mechanisms of UVB-induced flavonoid accumulation in Fagopyrum tataricum [J]. Chinese Traditional and Herbal Drugs, 2021, 52(5): 1448 − 1453. [30] QIAN Minjie, ROSENQVIST E, PRINSEN E, et al. Downsizing in plants-UV light induces pronounced morphological changes in the absence of stress [J]. Plant Physiology, 2021, 187(1): 378 − 395. [31] ÇETINBAŞ-GENÇ A, TOKSÖZ O, PICCINI C, et al. Effects of UV-B radiation on the performance, antioxidant response and protective compounds of hazelnut pollen [J/OL]. Plants, 2022, 11(19): 2574[2023-05-30]. doi: 10.3390/plants11192574. [32] DU Zhaokui, LIN Weida, YU Binbin, et al. Integrated metabolomic and transcriptomic analysis of the flavonoid accumulation in the leaves of Cyclocarya paliurus at different altitudes [J/OL]. Frontiers in Plant Science, 2021, 12: 794137[2023-05-30]. doi: 10.3389/fpls.2021.794137. [33] JULKUNEN-TIITTO R, HÄGGMAN H, APHALO P, et al. Growth and defense in deciduous trees and shrubs under UV-B [J]. Environmental Pollution, 2005, 137(3): 404 − 414. [34] SURJADINATA B B, JACOBO-VELÁZQUEZ D A, CISNEROS-ZEVALLOS L. UVA, UVB and UVC light enhances the biosynthesis of phenolic antioxidants in fresh-cut carrot through a synergistic effect with wounding [J/OL]. Molecules, 2017, 22(4): 668[2023-05-30]. doi: 10.3390/molecules22040668. [35] ÁLVAREZ-GÓMEZ F, KORBEE N, FIGUEROA F. Effects of UV radiation on photosynthesis, antioxidant capacity and the accumulation of bioactive compounds in Gracilariopsis longissima, Hydropuntia cornea and Halopithys incurva (Rhodophyta) [J]. Journal of Phycology, 2019, 55(6): 1258 − 1273. [36] YANG Bingxian, GUAN Qijie, TIAN Jingkui, et al. Transcriptomic and proteomic analyses of leaves from Clematis terniflora DC. under high level of ultraviolet-B irradiation followed by dark treatment [J]. Journal of Proteomics, 2017, 150: 323 − 340. [37] LI Yaohan, LIU Shengzhi, SHAWKY E, et al. SWATH-based quantitative proteomic analysis of Morus alba L. leaves after exposure to ultraviolet-B radiation and incubation in the dark [J/OL]. Journal of Photochemistry and Photobiology, B: Biology, 2022, 230: 112443[2023-05-30]. doi: 10.1016/j.jphotobiol.2022.112443. [38] ZHU Wei, YANG Bingxian, KOMATSU S, et al. Binary stress induces an increase in indole alkaloid biosynthesis in Catharanthus roseus [J/OL]. Frontiers in Plant Science, 2015, 6: 582[2023-05-30]. doi: 10.3389/fpls.2015.00582. [39] TAKEUCHI T, NEWTON L, BURKHARDT A, et al. Light and the circadian clock mediate time-specific changes in sensitivity to UV-B stress under light/dark cycles [J]. Journal of Experimental Botany, 2014, 65(20): 6003 − 6012. [40] WU Xiaojie, CHEN Bicong, XIAO Jiping, et al. Different doses of UV-B radiation affect pigmented potatoes’ growth and quality during the whole growth period [J/OL]. Frontiers in Plant Science, 2023, 14: 1101172[2023-05-30]. doi: 10.3389/fpls.2023.1101172. [41] SZTATELMAN O, GRZYB J, GABRYŚ H, et al. The effect of UV-B on Arabidopsis leaves depends on light conditions after treatment [J/OL]. BMC Plant Biology, 2015, 15: 281[2023-05-30]. doi: 10.1186/s12870-015-0667-2. [42] SHI Jing, ZHANG Xue, ZHANG Yuanyuan, et al. Integrated metabolomic and transcriptomic strategies to understand the effects of dark stress on tea callus flavonoid biosynthesis [J]. Plant Physiology and Biochemistry, 2020, 155: 549 − 559. [43] 孟凡来, 白磊, 郭华春, 等. 紫甘薯叶片响应UV-B辐射增强的转录组分析[J]. 华北农学报, 2021, 36(5): 135 − 142. MENG Fanlai, BAI Lei, GUO Huachun, et al. Transcriptome analysis of purple sweet potato leaf in response to enhanced UV-B radiation [J]. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 2021, 36(5): 135 − 142. [44] MARIZ-PONTE N, MENDES R, SARIO S, et al. Tomato plants use non-enzymatic antioxidant pathways to cope with moderate UV-A/B irradiation: a contribution to the use of UV-A/B in horticulture [J]. Journal of Plant Physiology, 2018, 221: 32 − 42. [45] WANG Hui, KANG Yunyan, YANG Ni, et al. Inhibition of UV-B stress in lettuce through enzyme-like Scutellaria baicalensis carbon dots [J/OL]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2022, 246: 114177[2023-05-30]. doi: 10.1016/j.ecoenv.2022.114177. [46] 吴业飞, 吴鲁阳, 张振文. 紫外线-B辐射增强对葡萄叶片抗氧化系统的影响[J]. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 2008, 36(12): 161 − 166. WU Yefei, WU Luyang, ZHANG Zhenwen. Effect of enhanced ultraviolet-B radiation on antioxidant systems in grapevine seedling leaves [J]. Journal of Northwest A&F University (Nature Science Edtion), 2008, 36(12): 161 − 166. [47] FAIZE M, BURGOS L, FAIZE L, et al. Involvement of cytosolic ascorbate peroxidase and Cu/Zn-superoxide dismutase for improved tolerance against drought stress [J]. Journal of Experimental Botany, 2011, 62(8): 2599 − 2613. [48] POÓR P, TAKÁCS Z, BELA K, et al. Prolonged dark period modulates the oxidative burst and enzymatic antioxidant systems in the leaves of salicylic acid-treated tomato [J]. Journal of Plant Physiology, 2017, 213: 216 − 226. [49] 褚润, 陈年来, 韩国君, 等. 三种UV-B辐射强度下香蒲的生长和抗氧化状况[J]. 湿地科学, 2020, 18(1): 32 − 39. CHU Run, CHEN Nianlai, HAN Guojun, et al. Growth and antioxidant status of Typha orientalis under 3 kinds of UV-B radiation intensities [J]. Wetland Science, 2020, 18(1): 32 − 39. [50] AYALA A, MUÑOZ M, ARGÜELLES S. Lipid peroxidation: production, metabolism, and signaling mechanisms of malondialdehyde and 4-hydroxy-2-nonenal [J/OL]. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2014, 2014: 360438[2023-05-30]. doi: 10.1155/2014/360438. [51] 梁晨, 安美玲, 杨锡洪, 等. 紫外辐射(UVB)胁迫下南极硅藻Phaeodactylum tricornutum ICE-H的生理生化与抗氧化活性响应[J]. 海洋科学进展, 2023, 41(2): 283 − 294. LIANG Chen, AN Meiling, YANG Xihong, et al. Physiological, biochemical and antioxidant activity response of Antarctic diatom Phaeodactylum tricornutum ICE-H under ultraviolet radiation (UVB) stress [J]. Advances in Marine Science, 2023, 41(2): 283 − 294. [52] GONCHARUK E, ZUBOVA M, NECHAEVA T, et al. Effects of hydrogen peroxide on In vitro cultures of tea (Camellia sinensis L.) grown in the dark and in the light: morphology, content of malondialdehyde, and accumulation of various polyphenols [J/OL]. Molecules, 2022, 27(19): 6674[2023-05-30]. doi: 10.3390/molecules27196674. -
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