外源乙烯利、锌协同促进长春花叶片中长春碱的含量 Exogenous Ethephon and Zinc Synergistically Increased Vinblastine Levels in Catharanthus roseus Leaves

doi:10.12677/BR.2014.31002

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Botanical Research 植物学研究, 201 4, 3, 10-13

http://dx.doi.org/10.12677/br.2014.31002 Published Online January 2014 (http://www.hanspub.org/journal/br.html)

OPEN ACCESS

Exogenous Ethephon an d Zinc Syner gi st ically Inc reased

Vinblastine Levels in Catharanthus roseus Leaves

Ling Jin, Meijiao Gao, Qi Chen, Xia orui Guo *

The Key Laboratory of Fores t Plant Ecology, Ministry of Education, Northeast Forestry University, Harbin

Email: *xruiguo@nefu.edu.cn

Received: Nov. 22nd, 201 3; revised : D ec. 20th, 2013; accepted: Dec. 28th, 2013

Copyrigh t © 20 14 Ling Jin et a l. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which per-

mits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. In accordance of the

Abstract: Under Zinc (Zn) stress conditions, the production of vinblastine was increased in the medicinal

plant Catharanthus roseus leaves. The combinational treatment with Zn and ethepho n further promoted vin-

blastine acc umulation in C. roseus leaves compared with Zn-stressed plants. T his elevation o f vinblast ine in-

duced by ethephon was dependent on the dose of exogenous ethephon. Besides, the dry biomass acc umula-

tion of leaves and ethylene release were also increased significantly in Catharanthus roseus seedlings af-

fected by the combined treatment with exogenous Zn and et hepho n.

Keywords: Catharanthus roseus; Zinc Stress; Ethephon; V inblastine

外源乙烯利、锌协同促进长春花叶片中长春碱的含量

金玲，高媚娇，陈琪，郭晓瑞*

东北林业大学，森林植物生态学教育部重点实验室，哈尔滨

Email: *xruiguo@nefu.edu.cn

收稿日期：2013 年11 月22日；修回日期：2013 年12 月20 日；录用日期：2013 年12 月28 日

摘要：药用植物长春花叶片中含有的长春碱在外源锌胁迫条件下其含量有一定程度上的增加。而在

此基础上加入外源乙烯利后的协同作用下，更加促进了长春碱含量的增加，并且随着处理浓度的增加

使之呈现出规律性变化。在外源锌和乙烯利的协同作用条件下，长春花叶片的干物质积累以及乙烯气

体释放量等参数也有显著提高。

关键词：长春花；锌胁迫；乙烯利；长春碱

1. 引言

药用植物长春花(Catharanthus roseus (L.) G. Do n)，

夹竹桃科(Apocynaceae)，长春花属(Catharanthus)[1]。

不同生境下的长春花植株在生活史过程中表现出较

强的可塑性和耐受性，因而是研究植物生理生态学较

好的材料之一。其体内的生物碱例如长春碱、文多灵

等药用成分对人类防治癌症有非常高的利用价值。

植物次生代谢产物(plant secondary metabolite)，

是指植物体内一大类并非植物生长发育所必需的小

分子有机化合物，主要可分为酚类化合物、萜类化合

物以及含氮有机碱三大类。它们不仅对于植物自身在

复杂环境中的生存和发展起重要作用，还具有重要的

生理活性及药理作用[2]。然而，药用植物中次生代谢

产物含量往往较低，且天然药用植物资源有限，影响

了其活性成分的开发和利用。于是人们开始探索各种

*通讯作者。

外源乙烯利、锌协同促进长春花叶片中长春碱的含量

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提高次生代谢产物含量的途径，即次生代谢工程。

锌(Zn)不但是一种常见的有毒重金属元素，同时

也是植物正常生长所必须的微量元素，但过量的锌是

有害的[3]。并且锌作为一种过量的重金属涉及到一部

分有机体的生物代谢流程[4]，如锌胁迫条件下可以一

定程度上促进植物的次生代谢。乙烯作为植物的成熟

激素是植物体内目前已知的五大类激素之一，对植物

的生命活动有重大的调节作用，乙烯利被植物吸收后

能增加乙烯释放量。不但可以促进长春花幼苗的次生

代谢，还可以在一定程度上缓解锌胁迫对幼苗的伤害

作用。

2. 材料与方法

2.1. 实验材料

本实验选取的药用植物长春花种子来自于浙江

富阳长春花种植基地，为保证长春花生长环境的统一

性从播种到处理都在东北林业大学森林生态学教育

部重点实验室人工气候箱(ZPW-400, China)内培养，

培养条件为光照 6级(day)/光照 0级(night)，光照时间

为6:00~18:00，湿度 80%，温度28℃(day)/25℃(night)。

幼苗均在长春花发芽后移栽于装有珍珠岩、下部有孔

的黑色营养杯中，定期对幼苗浇灌 1/2 浓度的

Hoagland’s 营养液[5]，并用空调调节室内温度，使之

最适宜长春花生长。

2.2. 试验方法

本文主要研究营养液培养条件下长春花幼苗响

应外源 Zn、ET 胁迫条件下植株生长及叶片中次生代

谢物长春碱含量的变化规律。该营养液培养条件为 1/2

Hoa gland’s营养液，营养液中 Zn 本底含量为 6.66 × 10−4

µmol∙L−1，含量很少，相对于处理浓度可以忽略不计。

处理幼苗时在 1/2 Hoagland's营养液的基础上加

入ZnCl2 (分析纯)，乙烯利(Ethephon)来处理长春花幼

苗，通过预实验筛选 Zn 的浓度选择 10 µmol ∙L−1、50

µmol∙L−1、80 µmo l∙L−1，而 ET浓度定为 30 µmol∙L−1、

50 µmol∙L−1、70 µmol∙L−1，另外还有对照 CK，共计

13 种处理。试验期间，处理液每 3 d浇一次，每次 1L

浇于托盘中。处理 7 d后植株取样，根部用去离子水

冲洗干净，去掉多余水分后称重。并将叶、茎、根分

开70℃烘干至恒重(3 d)。取烘干的长春花各组织部位

样品分析天平精密称量(精确至 0.0001 g)，再用研钵研

磨成粉末，取叶、根的粉末用分析天平精密称量 0.1 g，

置于 10 mL离心管中，加入 5 mL 甲醇，超声提取 20

min，8000 rmp 离心 10 min 后提取上清液。再将沉淀

残渣依次加入 3 mL、2 mL 甲醇重复提取 2次，合并

上清液，在 40℃条件下负压空化强化提取至干[6]。样

品以 1 mL 甲醇复溶，超声 20 min 使挂壁的提取物充

分溶解，溶液转入 2.5 mL 离心管中，12,000 rmp 离心

10 min 后提取上清液，再经 0.22 μm微孔滤膜过滤后

供HPLC 检测。

2.3. 色谱条件：

色谱柱：Waters 5C18-AR-II (4.6 × 150 mm)；

流动相：A相，甲醇；B相，磷酸二乙胺：990 mL

超纯水 + 10 mL 二乙胺(磷酸调 pH 至7.3~7.5)；A:B =

68:32；

流速：1.0 mL/min；检测波长：220 nm；柱温：

25℃；进样量：20 μL。

3. 结果与分析

3.1. Zn胁迫条件下加入ET促进长春碱的含量

由图 1可以看出叶片中长春碱的含量随着外源

Zn 处理浓度的增加而呈现出逐渐递增的趋势；而在加

入外源 ET 后，在 Zn50 µ mol∙L−1 + ET 50 µ mol∙L−1处理

浓度条件下对长春碱含量的提高最为显著，相当于

CK 的1.78倍，Zn10 µmol∙L−1 + ET50 µmol∙L−1处理浓

度条件下 1.56 倍。

3.2. 外源Zn、ET 协同作用下对长春花干

物质积累的影响

由图 2可见，外源 Zn 胁迫条件下长春花叶片干

物质重相对于 CK 略有增加但不显著，加入外源 ET

后，叶片的干物质重在 Zn80 µmol∙L−1 + ET50 µmol∙L−1

处理浓度下增加显著，相当于 Zn80 µmol∙L−1的1.23

倍；而 Zn50 µmol∙L−1 + ET50 µmol∙L−1处理浓度条件

下则为 Zn50 µmol∙L−1的1.1 倍。

3.3. 外源 ET作用下长春花乙烯气体释放的影响

由图 3可以看出外源 ET 处理长春花幼苗，随着

处理浓度和处理时间的增加植株乙烯气体释放量也

外源乙烯利、锌协同促进长春花叶片中长春碱的含量

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随之增加，并大体呈现出递增的变化趋势，随着时间

的增加递增趋势更加显著。

Figure 1. With the increase of the contents of Vinblastineby ET in

Zn stress

图1. Zn胁迫条件下加入ET 促进长春碱的含量的增加

Figure 2. Thechanges ofd r y m atter accu mulation of Catharanthus

roseus leaves in syner g istic eff ect of exogeno u s ET and Zn

图2. 外源 ET、Zn协同作用下长春花叶片干物质积累的变化

Figure 3. The changes of Catharanthus roseus ethylen e gas

emissions over time by exogenous ET

图3. 外源 ET作用下长春花乙烯气体释放量随时间的变化

3.4. 外源Zn、ET 协同作用下对长春花生物

碱含量的影响

在外源 ET 基础上加入 Zn50 µmol∙L−1，在 ET、

Zn 协同作用下长春花幼苗叶片中长春碱含量在 ET50

µmol∙L−1 + Zn50 µmol∙L−1处理条件下达到最大值(见

图4)，相当于 CK的2.18倍。由此可见在 ET50 µ mol∙L−1

+ Zn50 µmol∙L−1处理条件下对长春花叶片中长春碱

含量促进最为显著。

4. 结论

在以往的研究中，锌缺乏和锌过量在顶部的叶片

和叶片边缘表现出萎黄病，并且整株植物生长都弱于

锌充足的条件下。这一研究结果与 Yang[7]和Gupta[8]

等人一致。据报道，分别在锌缺乏和锌过量的条件下

葡萄和黑豆也得出类似的结果。而在青蒿[9]和菜豆[10]

报道中表明 Zn 胁迫条件下减少叶片的生长。

综合本文上述实验数据分析得出，锌和乙烯利对

药用植物长春花的生长虽然有一定的胁迫作用，但是

相应的也提高了叶片中长春碱含量和叶片干物质积

累量。并且在乙烯利与锌的协同作用下不但更加显著

的提高了长春碱的含量，而且乙烯利在一定程度上缓

解了锌胁迫对长春花植株的伤害。通过实验观察，处

理浓度在 ET50 µmol∙L−1 + Zn50 µmol∙L−1时对长春碱

含量的提高最为显著，相比较单一锌胁迫 Zn50

µmol∙L−1条件下也有大幅度提高。单一锌胁迫条件下

和锌、乙烯利协同作用下对长春花幼苗叶片的干物质

积累都有显著的增加，而且后者增加效果更为明显。

Figure 4. Thechanges of Vinblastine of Catharanthus roseus leaves

in synergistic effect of exogenous ET and Zn

图4. 外源 ET、Zn 协同作用下长春花长春碱积累的变化

0.5

1.5

2.5

leaf vinb (mg·g-1) DW

Zn concentratio n (µM)

-ET

+ET

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

leaf weight (g) DW

Zn concentratio n (µM)

-ET

+ET

ａ

ab ab bc

ａ

Ethylene gas release (pA*s)

ET conce ntratio n (µM)

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

CK 30 50 70

leaf vinb(mg·g-1) DW

ET concentr ation (µM)

外源乙烯利、锌协同促进长春花叶片中长春碱的含量

OPEN ACCESS

通过观测长春花叶片乙烯气体释放量的参数可以看

出在 4h 和6h 的取样时间点乙烯气体释放量随着 Zn

处理浓度的增加而呈现出梯度的增加。总之，外源 Zn、

ET 作用下的药用植物长春花幼苗其叶片干物质重、

长春碱含量以及乙烯气体释放量都有显著的增加。

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