紫外补充照射显著提高受控环境欧芹中游离芹菜素（苷元）积累

《Frontiers in Plant Science》：Ultraviolet irradiation increases free apigenin (aglycone) accumulation in parsley under controlled environments

　　

引言：欧芹（Petroselinum crispum）是芹菜素（apigenin）的一种高产天然来源，而芹菜素是一种具有药用价值的次生代谢物。该研究评估了光强和紫外（UV）暴露对受控环境条件下栽培的Giant of Italy欧芹品种中游离芹菜素（苷元，aglycone）积累的影响。方法：植株在发光二极管（LED）下生长，光周期为16 h，日累积光量（DLI）分别为19.0、23.8或28.5 mol m^-2 d^-1。八周后，采收对照植株的成熟叶片用于分析。其余植株接受475 μ cm^-2的补充UV光，作为胁迫因子在16 h光周期内诱导游离芹菜素生物合成，持续1、2、4或8 d。采用高效液相色谱–紫外检测（HPLC–UV）对冻干叶片样品中的游离芹菜素进行定量。结果：LED光强不影响游离芹菜素积累，而UV暴露显著增加其积累。8 d UV处理产生最高的游离芹菜素含量，为10.44 ± 1.91 mg kg^-1，相比未处理对照的1.08 ± 0.31 mg kg^-1，增加了867%。讨论：这些发现表明，补充UV暴露可能是受控环境条件下提高欧芹游离芹菜素积累的有效策略。在所测试的暴露持续时间中，UV处理8 d后积累最高。

研究背景与目的：欧芹（Petroselinum crispum）是芹菜素（apigenin，一种黄酮类次生代谢物）的重要天然来源，芹菜素具有药用价值。植物可感知紫外（UV）辐射并诱导类黄酮合成，芹菜素可强烈吸收UV并在UV-A、UV-B暴露下积累。已有研究显示，欧芹游离芹菜素（苷元，aglycone，未糖基化形式）含量受品种、栽培条件和提取方法影响，且化学合成芹菜素存在多日、低产等问题。基于补充UV可能提高游离芹菜素积累的假设，研究人员旨在确定提高发光二极管（LED）光强及UV照射对欧芹游离芹菜素生产的影响。研究在受控环境中开展，得出LED光强不影响游离芹菜素积累，而UV暴露显著促进其积累，8 d UV处理最高，较未处理对照增加867%；该结果为受控环境栽培中利用补充UV提高欧芹游离芹菜素积累提供了依据。

关键技术方法（≤250字）：采用受控环境生长室，以‘Giant of Italy’欧芹为材料，种子来源为Johnny’s Selected Seeds, Winslow, ME；设16 h光周期、24/20 °C昼夜温度及19.0、23.8、28.5 mol m^-2 d^-1三个日累积光量（DLI，daily light integral）水平。八周后采收全展叶，液氮冻存、冻干并研磨。剩余植株补充UV（25% UV-A、75% UV-B，峰310 nm，475 μW cm^-2，每日16 h，持续1、2、4或8 d）。游离芹菜素经提取、离心和过滤后，用高效液相色谱–光电二极管阵列检测（HPLC–PDA，high-performance liquid chromatography–photodiode array detection）于336 nm定量，并评价线性、检测限（LOD，limit of detection）、定量限（LOQ，limit of quantification）和加标回收率；采用两因素随机完全区组设计分析。

研究结果：
3.1 HPLC method evaluation（HPLC方法评价）：通过标准品与欧芹样品的色谱分离、0.1–10.0 μg mL^-1范围内标准曲线、LOD/LOQ及加标回收评价，游离芹菜素保留时间为5.4 min，回归方程y = 5887x + 33，决定系数（r²）为0.9999，LOD为0.0083 μg mL^-1，LOQ为0.0252 μg mL^-1，回收率为94.6–101.3%（均值97.93 ± 3.35%）；得出该方法选择性良好，适用于欧芹游离芹菜素分离与定量。
3.2 Free apigenin accumulation in response to LED intensity（游离芹菜素对LED光强的响应）：通过比较三种DLI下游离芹菜素积累，其范围为0.61–16.52 mg kg^-1，差异无统计学显著性（F(2, 45) = 2.67，p = 0.081）；得出本研究所用LED光强不影响游离芹菜素积累。原文讨论指出，其他植物中DLI高于或低于推荐水平可负向影响类黄酮积累，但本研究将推荐DLI提高25%和50%后未显著影响游离芹菜素。
3.3 Free apigenin accumulation in response to UV exposure（游离芹菜素对UV暴露的响应）：通过0、1、2、4、8 d UV处理比较，UV效应显著（F(4, 45) = 62.11，p < 0.001）；1、2、4、8 d均值分别为4.30 ± 0.43、7.44 ± 0.63、7.11 ± 0.61、10.44 ± 1.91 mg kg^-1干组织，2 d与4 d间无显著差异；8 d处理较对照1.08 ± 0.31 mg kg^-1增加867%。无UV对照仍检出游离芹菜素，说明UV并非其生物合成必需，但UV暴露显著促进积累。原文讨论还指出，与 pigeon pea 毛根培养中4 h UV后游离芹菜素最高并随暴露延长下降不同，本研究8 d内仍增加，但缩短或延长处理的响应尚不清楚。
3.4 Interaction of LED and UV exposure on free apigenin accumulation（LED与UV暴露对游离芹菜素积累的交互作用）：通过双因素分析，LED光强与UV暴露无显著交互作用（F(8, 45) = 1.38，p = 0.233）；得出UV单独对游离芹菜素积累具有强正向影响。原文讨论指出，三个生长室UV强度恒定，随LED增强，UV占总辐射比例约由3.7%降至2.5%，但仍较自然日光约0.25%高六至九倍，且未观察到植株外观的负面影响。

讨论总结：原文讨论比较了其他植物中光强和UV对类黄酮积累的影响，指出本研究中超过推荐DLI的LED光强未显著影响游离芹菜素；UV处理延长至8 d增加游离芹菜素，但2 d与4 d无显著差异；UV与LED无显著交互作用；无UV条件下仍可检测到游离芹菜素。研究结论翻译：芹菜素是一种有效的生物药物，可通过调控光源波长范围和强度在植物中自然提高。本研究表明，LED光超过推荐DLI不影响游离芹菜素积累；UV并非游离芹菜素生物合成必需，因为在无UV条件下生长的欧芹中仍测得游离芹菜素；然而，游离芹菜素积累随UV暴露延长而增加。8 d UV处理组游离芹菜素浓度最高，为10.44 ± 1.91 mg kg^-1干组织，较对照组高867%。由于LED光高DLI不影响游离芹菜素积累，未来研究应聚焦于使用更高强度UV源并将暴露延长至8 d以上，以确定最大化欧芹游离芹菜素生产的最优UV处理。此外，这些条件下芹菜素糖苷的积累程度尚待阐明，需在水解后定量总芹菜素以确定绝对生产潜力。