《Scientia Horticulturae》：Phenolic responses of the halophytic vegetable
Salicornia europaea to UVB radiation
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摘要：淡水资源短缺是未来农业生产面临的重大挑战之一，而耐盐作物（halophytes）可利用含盐水与边际土地进行栽培，为可持续食物生产提供了可行路径。海蓬子（*Salicornia europaea*）作为一种可食用盐生植物，富含酚酸与黄酮类等生物活性物质。然
摘要：淡水资源短缺是未来农业生产面临的重大挑战之一，而耐盐作物（halophytes）可利用含盐水与边际土地进行栽培，为可持续食物生产提供了可行路径。海蓬子（*Salicornia europaea*）作为一种可食用盐生植物，富含酚酸与黄酮类等生物活性物质。然而，可控环境因子如何塑造该物种单个酚类化合物的组成，目前尚不清楚。本研究以室内栽培条件下经UVB处理的海蓬子为材料，采用高效液相色谱-二极管阵列检测（HPLC-DAD）结合高分辨率液相色谱-串联质谱（LC–MS/MS）的分析策略，评估UVB辐射对单个及总酚类组成与抗氧化能力的影响。结果表明，UVB辐射（285 nm；低剂量1.25、中剂量2.5、高剂量5 kJ m?2 d?1）提高了总酚含量（TPC）与总抗氧化能力（TAC），并呈化合物特异性调控；绿原酸（CGA）为最主要的酚类化合物，在UVB下积累增加。研究结果表明，UVB辐射是诱导海蓬子酚类化合物积累的有效刺激因子，凸显了其在可控环境农业中进行靶向代谢强化的潜力。
研究背景方面，淡水资源短缺正成为未来农业生产最严峻的挑战之一，现有食物体系已对全球淡水资源造成巨大压力。农业是淡水消耗的主要驱动因素，发展减少对优质淡水依赖的替代种植体系已非可有可无，而是势在必行。在此背景下，耐盐作物（halophytes）可利用含盐水并在不适宜常规作物的边际土地上栽培，为更可持续的食物生产提供了有前景的路径。在可食用盐生植物中，海蓬子（*Salicornia europaea*）已在荷兰、以色列等国实现栽培，兼具农艺韧性与营养价值，并因富含酚酸和黄酮类等生物活性物质而日益受到关注。已有植物化学研究一致表明，羟基肉桂酸类（尤其是绿原酸等咖啡酰奎宁酸衍生物）以及源自槲皮素、异鼠李素和山奈酚的黄酮醇O-糖苷是盐角草属（*Salicornia* spp.）的主要成分；但许多研究仅依赖总酚含量或总体抗氧化测定，对单个化合物认识有限。鉴于酚类化合物结构复杂且常存在位置异构体，稳健的色谱分离结合高分辨率质谱对于可靠鉴定至关重要。室内栽培系统可精确控制光强、光谱组成、温度和湿度，实现不受季节限制的生产与靶向代谢调控；近年来，UVB辐射作为受控非生物刺激以增强植物次生代谢产物积累受到关注。在糖生植物（glycophytes）中，低剂量UVB可改变类胡萝卜素谱并刺激保护性代谢途径；植物对紫外线最重要且最普遍的保护响应之一，是诱导作为紫外屏蔽组分和抗氧化剂的黄酮类与酚酸类酚类化合物合成。然而，UVB响应高度依赖波长、强度、持续时间和植物种类。在中等水平下，UVB诱导的良性胁迫（eustress）激活防御信号、增强抗氧化能力并促进包括酚类在内的保护性化合物积累；相反，过量UVB可导致氧化损伤、活性氧（ROS）形成增加和细胞伤害。尽管海蓬子的一般植物化学谱已有描述，但可控环境因子如何塑造其单个酚类化合物组成仍知之甚少。研究人员所在实验室先前研究表明，窄带UVB暴露在海蓬子中诱导明显的剂量依赖响应：中等UVB水平（2.5 kJ m?2 d?1）增强类胡萝卜素积累并激活保护性抗氧化机制（eustress），而高UVB剂量（5 kJ m?2 d?1）降低类胡萝卜素含量、增加H?O?等氧化胁迫标志物并对植株生长产生负面影响，表明向劣性胁迫（distress）转变。尽管如此，UVB诱导的盐生植物酚类谱调控在很大程度上仍未被探索。基于此，本研究旨在考察受控室内条件下经明确UVB处理的海蓬子酚类谱，采用HPLC-DAD与高分辨率LC–MS/MS互补分析策略评估UVB诱导的单个及总酚类组成与抗氧化能力变化，以加深对盐生植物胁迫响应代谢的理解，并为适用于盐渍农业系统的可持续作物策略提供依据。
技术方法上，供试材料产自Fitzner等（2023）的前期研究，以冻干匀浆形式用于本研究；海蓬子由种子（Rühlemann’s Kr?uter & Duftpflanzen，德国）在气候箱（Polyklima，Freising，德国）内岩棉上栽培，白光光强150 μmol m?2 s?1 PPFD（6500 K，LED），昼/夜温度22 °C/20 °C，光周期14 h光照/10 h黑暗，湿度65%；采用285 nm窄带UVB LED处理18天、每日14 h，设对照（无UVB）、低（1.25）、中（2.5）、高（5 kJ m?2 d?1）四组；收获后液氮速冻、冻干七天并球磨成细粉，?80 °C保存。以60%甲醇三步提取制备亲水提取物。抗氧化能力分别采用TEAC（ABTS法）、DPPH自由基清除法和FRAP法测定；总酚含量采用Folin-Ciocalteu法以没食子酸当量表示。酚类化合物鉴定采用HPLC-DAD与UHPLC-Orbitrap-MS，定量采用HPLC-DAD及真实标准品校准曲线（二咖啡酰奎宁酸异构体因无标准品而经绿原酸标准品定量）。统计分析采用Shapiro–Wilk检验与Levene检验评估正态性与方差齐性，继以单因素方差分析（ANOVA）和Tukey HSD事后多重比较，显著性水平p < 0.05，使用R Studio完成。
研究结果方面：3.1 UVB辐射提高亲水化合物抗氧化能力。通过TEAC、DPPH和FRAP三种测定评估总抗氧化能力，TEAC显示所有UVB剂量均提高抗氧化能力（低：47.01、中：48.56、高：51.16 mg TE g?1 DW），对照为39.84 mg TE g?1 DW，最高增幅见于最高剂量（1.3倍），但各UVB剂量间无显著差异；DPPH与FRAP显示低、中UVB下抗氧化能力升高而高UVB下未升高，DPPH由对照28.90升至中UVB 38.82 mg TE g?1 DW，FRAP由对照61.79升至中UVB 92.32 mg Fe2? eq. g?1 DW。3.2 UVB辐射下总酚含量增加。通过Folin-Ciocalteu法测定并以没食子酸当量表示，酸水解估算可提取与不可提取酚类比例分别为71%和29%；TPC在UVB下升高（低：12.27、中：12.69、高：12.41 mg GAE g?1 DW），对照为10.68 mg GAE g?1 DW，最高增幅见于中剂量（1.2倍），各剂量间无显著差异，提示UVB诱导酚类积累。3.3 UVB辐射对酚类化合物的影响。鉴定出六种主要酚类化合物：绿原酸（CGA）、迷迭香酸（RA）、咖啡酸（CA）、阿魏酸（FA）、二咖啡酰奎宁酸异构体和槲皮素-3-O-葡萄糖苷（Q3G），均受UVB影响但程度不同；绿原酸为最主要化合物（0.83–1.52 mg g?1 DW），所有剂量下均较对照升高，但高UVB（较对照增1.4倍）低于低、中UVB（增1.8倍）；二咖啡酰奎宁酸异构体为第二丰富化合物（0.69–1.05 mg g?1 DW），低、中UVB下增1.5倍，高UVB下与对照无差异；迷迭香酸（0.25–0.32 mg g?1 DW）仅对高UVB响应，增1.3倍；Q3G随UVB剂量递增由0.08升至0.11 mg g?1 DW；阿魏酸（0.02–0.09 mg g?1 DW）在中、高UVB下分别增3.6倍和5.6倍；咖啡酸最少（0.02–0.03 mg g?1 DW），与对照无显著差异但高UVB下低于低、中UVB；酚类总和在所有UVB剂量下均较对照升高，与TPC测定一致，但高UVB下低于低、中UVB。3.4 抗氧化能力与酚类化合物的关系。通过测定单个酚类化合物抗氧化能力及其与TAC的相关性发现，TEAC下TAC与TPC呈强正相关（r = 0.89，R2 = 0.79，p < 0.0001），DPPH（r = 0.23，p = 0.03）和FRAP（r = 0.29，p = 0.004）亦呈较弱正相关；除咖啡酸外，各单个酚类化合物均与TEAC测定的TAC强相关，DPPH下绿原酸、阿魏酸和Q3G呈中等相关，FRAP下仅Q3G呈中等正相关；迷迭香酸抗氧化能力最高，Q3G与绿原酸中等，阿魏酸与咖啡酸较低；TEAC与FRAP测得顺序一致（RA > CGA > Q3G > CA > FA），DPPH测得顺序不同（RA > Q3G > CGA > FA > CA）。综上，酚类化合物在UVB下积累方式不同、对抗氧化能力贡献不同，凸显其在植物UVB响应中的不同功能。
讨论部分：本研究旨在考察UVB辐射对海蓬子抗氧化能力与酚类谱的影响。前期研究已表明中等UVB诱导类胡萝卜素积累、高UVB导致其含量下降，后者可能与氧化胁迫增加有关；本研究揭示UVB照射下抗氧化能力与总酚化合物较对照组增加，但高UVB下酚类总量较低、中照射下降，单个酚类化合物响应各异。4.1 海蓬子中的酚类化合物：所鉴定酚类主要为绿原酸、阿魏酸、迷迭香酸、咖啡酸及二咖啡酰奎宁酸异构体等酚酸，以及一种黄酮Q3G，与文献报道一致；海蓬子中3,4-和3,5-二咖啡酰奎宁酸此前已被确认，Chung等（2005）在盐角草属中鉴定的3-咖啡酰-4-二氢咖啡酰奎宁酸（tuntungmadic acid）未能与本研究所鉴定异构体的m/z值匹配；Souid等（2024）另鉴定出香草酸、p-香豆酸和原儿茶酸但数量较少；本研究最丰富酚酸为绿原酸（0.8–1.5 mg g?1 DW），最丰富黄酮为Q3G（约0.1 mg g?1 DW），与文献相当；Rahmani等（2022）强调酚类丰度亦取决于生长区域，Sarker和Oba（2020）证明品种影响酚类谱；本研究海蓬子总酚最高3 mg g?1 DW、对照1.9 mg g?1 DW（酚酸2.9/1.8、黄酮0.1/0.08 mg g?1 DW），与其他蔬菜报道范围相当；酚类化合物与多种健康促进作用相关，苋科（Amaranthaceae）物种具抗糖尿病、抗癌、心脏保护、抗菌、胃保护和肝保护活性，槲皮素具抗癌、抗糖尿病、抗炎和神经保护特性，从海蓬子提取的Q3G具抗脂肪生成特性，绿原酸可降低血压并具抗氧化、抗炎、抗糖尿病、抗癌和抗菌特性；本研究UV处理植株中绿原酸浓度最高达15 mg/kg，低于显示抗炎等效应的40–250 mg/kg，故需额外来源，但仍可贡献绿原酸供给；鉴于中等UVB亦诱导有益类胡萝卜素积累，本研究再次表明UVB光可在盐渍条件下提升室内栽培海蓬子的健康促进特性。4.2 UVB辐射诱导的抗氧化能力：UVB提高细胞内ROS水平，影响生长、光合效率和细胞氧化还原稳态，植物通过激活包括酚类和类胡萝卜素等次生代谢物生物合成在内的生化防御机制响应；依剂量不同，UVB可诱导良性胁迫（光合增强、保护性次生代谢物合成增加）或劣性胁迫（光合受损、氧化损伤和细胞死亡）。本研究选择三种UVB剂量以阐明良性胁迫与劣性胁迫响应并确定增强次生代谢谱的适宜剂量；由于缺乏UVB应用于盐生植物（尤其肉质盐生植物）的研究，研究人员在预实验中测试不同剂量以确定最大暴露水平，发现5 kJ m?2适于观察劣性胁迫（坏死和生长下降），较低两剂量选为可能诱导良性胁迫且彼此不同；前期研究已证明2.5 kJ m?2诱导涉及类胡萝卜素积累的良性胁迫。高UVB下未显示抗氧化能力下降，DPPH和FRAP仅低、中UVB较对照升高；亲水抗氧化能力主要受酚类、抗坏血酸、谷胱甘肽、脯氨酸和谷氨酸等氨基酸及甜菜色素影响；海蓬子抗坏血酸报道约2.36 mg g?1 FW，苋菜（*Amaranthus tricolor*）达1.62 mg g?1 FW，甜菜色素亦可能贡献苋科抗氧化能力并在UVB下增加；抗氧化活性与能力还取决于UVB处理时长和采收时间；高UVB下抗氧化能力趋于不变可能表明所施UVB水平仅接近劣性胁迫阈值，次生代谢物生物合成已受损而抗坏血酸再生或结合态抗氧化化合物释放等其他机制仍在运作；需在后续研究中纳入其他亲水抗氧化剂及抗氧化酶。酚类对总抗氧化能力的贡献不仅取决于浓度，也取决于内在抗氧化特性；三种测定的单个酚类抗氧化能力因化合物化学特征不同而异：阿魏酸和咖啡酸共轭体系小（4个双键），咖啡酸含一个邻苯二酚结构而阿魏酸无，使阿魏酸抗氧化性较弱；FRAP主要响应邻苯二酚结构，故咖啡酸在FRAP中高于阿魏酸；槲皮素与绿原酸具相似ROS清除特性，但槲皮素糖基化封闭芳香环上一个羟基并改变分子构象从而降低抗氧化能力，Q3G约为槲皮素TAC的50%，且与Csepregi等（2016）一致，Q3G在DPPH中高于TEAC；迷迭香酸因两个邻苯二酚结构和广泛共轭体系而抗氧化能力最高；体外抗氧化能力最高者未必是植物中积累最多者，体外与体内能力可不同，生物合成更快能耗更低、细胞内定位差异、储存释放系统更易或化合物多功能性等其他机制亦可致某化合物更有效。4.3 UVB辐射引起的酚类谱变化：总酚含量在各UVB处理间保持不变，与总抗氧化能力相符，类似结果见于西兰花小花，其TPC和抗坏血酸浓度在不同UVB处理下不变而黄酮和类胡萝卜素显著改变；TPC仅反映总酚变化，不反映UVB诱导的酚类谱改变；本研究中定量酚类总和在UVB下较对照增加，但高UVB较低、中剂量下降，与从良性胁迫向劣性胁迫转变一致，提示即使总酚稳定，整体酚类代谢仍受UVB强度影响；单个酚类响应进一步证明化合物特异性调控：绿原酸遵循总酚趋势，而Q3G和阿魏酸在高UVB下进一步积累，可能源于持续积累、代谢减少或结合态化合物释放；可推测高UVB下部分苯丙烷代谢途径可能已受损，特定化合物继续积累或被动员以对抗升高的ROS；阿魏酸虽抗氧化最弱，却对UVB响应最显著，提示其在UVB响应中作用不同。黄酮增加与UVR8介导的黄酮生物合成激活一致；UVR8吸收峰约280 nm，本研究285 nm LED很可能激活典型UVB信号通路；羟基肉桂酸类（阿魏酸、咖啡酸、绿原酸及二咖啡酰奎宁酸异构体）亦作为紫外屏蔽化合物吸收280–315 nm辐射，其约330 nm的吸收峰与自然阳光富UVB区接近；藜麦（*Chenopodium quinoa*）中亦有类似羟基肉桂酸积累报道，UVB暴露增加与表皮黄酮和羟基肉桂酸浓度升高相关；尽管黄酮积累因物种而异，Q3G和阿魏酸的增加表明其在紫外驯化中的重要作用。色素与酚类的相反响应为观察到的UVB响应提供可能生物学解释：前期研究高UVB下类胡萝卜素和叶绿素浓度下降，而本研究中Q3G和阿魏酸增加，提示基于类胡萝卜素和基于酚类的保护可能受不同调控；Guidi等（2016）在女贞（*Ligustrum vulgare* L.）和宽叶荚蒾（*Phillyrea latifolia* L.）中观察到苯丙烷类增加而类胡萝卜素下降，提出UVB升高时黄酮补充类胡萝卜素光保护功能，本研究Q3G浓度增加与类胡萝卜素浓度下降同时出现，与该假说一致；但研究间比较仍具挑战，因UVB波长、生物有效剂量（BED）和处理时长差异很大：本研究高UVB处理三周对应BED 25.5 kJ m?2，而Guidi等（2016）六周施加BED 3.54 kJ m?2；Huarancca Reyes等（2018）在藜麦中BED 3 kJ m?2下抗氧化能力增加而无黄酮或色素相应增加，BED 6.08 kJ m?2则导致黄酮和叶绿素浓度下降并归因于ROS过量产生；这些观察凸显UVB响应高度物种特异性，良性胁迫与劣性胁迫相关阈值在植物种间差异显著。后续研究应聚焦波长特异性紫外响应（尤其酚酸），以更好区分UVB与其他紫外区效应；阐明UV胁迫下酚类生物合成与积累的分子和酶学机制，对理解海蓬子如何适应增强紫外辐射环境至关重要。4.4 UVB的应用与研究局限：关于室内栽培中应用UVB光以增强蔬菜代谢谱，已有研究证明窄带和宽带UVB灯的可行性；Ji等（2026）证明宽带UVB在0.5–2.5 kJ m?2剂量下对羽衣甘蓝和小白菜酚含量有积极影响，小白菜增幅更明显，总增幅最高0.85倍，略低于本研究结果；另一研究显示补充UVB（峰值309 nm，66.7 kJ m?2）使两个生菜品种总酚含量增加1.9倍，与本研究在2.5 kJ m?2下增加盐生蔬菜酚类积累的潜力一致；本研究聚焦采前UVB应用，采后UVB处理亦可进一步增强植物化学物积累，番茄、胡萝卜、芝麻菜和西兰花等采后UVB已实现总抗氧化能力和酚类增加，如310 nm下1.5和7.2 kJ m?2提高西兰花羟基肉桂酸含量；进一步研究可考察采后UVB处理提高盐生作物酚类积累的潜力；UV LED的发展具独特优势，可实现更精确操控且比目前商用汞紫外灯更节能。综上，研究证明UVB LED在室内栽培中提高盐生蔬菜海蓬子植物化学物的潜力。应加以考虑的局限是可提取与不可提取酚类的区分：对对照样品提取残留物进行酸水解估算不可提取酚类比例（29%），且代表性样品仅取非UVB照射对照组用于所有处理组分析；因此本研究发现仅涉及可提取酚类部分，不可提取部分可以细胞壁结合形式（如羟基肉桂酸）存在，但海蓬子中该方面尚未研究，据研究人员所知尚无研究考察海蓬子可提取与不可提取酚类分布，故目前无不可提取部分酚类谱信息；尽管如此，分析可提取酚类化合物的紫外响应是常见做法；此外，二咖啡酰奎宁酸以绿原酸为参比标准品半定量，浓度以绿原酸当量表示以便处理间相对比较，解释结果时应考虑缺乏真实标准品；使用市售标准品定量酚类化合物是许多研究的常见方法。5 结论（译文）：本研究考察了不同剂量UVB辐射对受控室内栽培条件下海蓬子总抗氧化能力和酚类组成的影响。酚类谱与既往海蓬子及相关苋科物种研究一致，含有可观水平的具健康促进作用的酚酸和黄酮。UVB暴露在低、中剂量下提高总抗氧化能力和总酚含量，证实UVB可作为海蓬子抗氧化相关代谢物的有效诱导剂；然而单个酚类化合物响应并不一致，提示化合物特异性调控而非所有酚类普遍性增加。这些发现补充了既往关于海蓬子UV诱导类胡萝卜素积累的研究，提供了对其UVB辐射代谢响应的更广泛理解。总之，研究证明UVB辐射是诱导海蓬子酚类化合物积累的有效刺激因子，凸显其在受控环境农业中进行靶向代谢强化的潜力。
