苋菜苋红素的抗逆生理功能及其在体内积累的调节研究

Amaranthus tricolor L. is a leaf eatable C4 plants belonging to Amaranthaceae, its red phenotypes rich in natural amaranthin. The present project will use both of red leaf and green leaf phenotype plants of Amaranthus tricolor as test materials. By using exogenous physical and chemical factors (such as high/ low temperature, strong/weak light, light quality, phytohormone and different exogenous reactive oxygen species) and precursor of amaranthin biosynthesis to induce or inhibit amaranthin biosynthesis, the growth property and functions of photoprotection and antioxidation were be compared comprehensively between two phenotypes from the aspects of photosynthesis, photosystem II activity, abilities of protective against high light and oxidative stress, and the in vivo generation status of reactive oxygen species. Screening the main factors influencing amaranthin biosynthesis and their possible roles in the mechanism of stress tolerance will be performed. Meanwhile, for detecting the differential capacities of amaranthin to scavenge superoxide anion, hydroxyl radical, single oxygen and hydrogen peroxide, the isolated amaranthin will extract from leaves, roots, stems of red phenotype plants. The study of this item is scientific important to reveal the biological function and biosynthesis of amaranthin, to richen and develop the diversity of photoprotection and antioxidantion theory, and benefit to expand the application of natural amaranthin.

苋菜为苋科光合C4型叶菜，其红叶品种富含天然的苋红素，亦称苋菜红素。本项目以苋菜的红叶和绿叶表型植株为试材，利用外源理化因子（高/低温，强/弱光，光质，植物激素和不同外源活性氧等因子）和苋菜红素生物合成的前体，诱导或抑制苋菜红素的生物合成,从光合作用、光系统Ⅱ活性、抗氧化和抗光抑制的能力、体内活性氧产生状况等综合比较不同叶色苋菜植株的生长生理特性及其光保护，抗氧化胁迫的功能。筛选影响苋菜红素生物合成的主要因素及其在抗逆生理机制中的可能作用。与此同时，拟从富含红色素的苋科植物叶片、根、茎中分离提取苋菜红素, 检测苋菜红素清除超氧阴离子、羟自由基、单线态氧和过氧化氢等不同活性氧能力的差异及其剂量效应。本研究对揭示苋菜红色素的生物功能及其生物合成的调节、丰富和发展植物的光抑制防御和抗氧化理论的多样性，拓展天然苋红素的推广应用等具有重要的科学意义。

本项目以苋科苋属和莲子草属不同叶色表型植物品种为试材，利用外源理化胁迫因子（高、低温，强、弱光和不同外源活性氧等），从叶细胞、组织、器官和植株等不同层面，研究苋菜红素的抗逆生理功能及其在植物体内积累的调节机制。主要研究结果为：（1）苋菜红素是苋属红叶植物对活性氧的脱毒机制之一，从而使其PSⅡ具有比绿叶植株更好的保护性调节能力，研究结果为丰富和发展植物光抑制防御和抗氧化理论的多样性提供新佐证。（2）人工高温和低温弱光胁迫下，苋菜红素在组织和细胞中的迅速积累是红叶苋重要的耐逆生理基础。苋菜栽培品种对多种严重逆境的适应能力依次为：台湾红苋>阿里山红苋>圆叶绿苋>尖叶绿苋。（3）苋菜红素提取纯化工艺的优化及其体外抗氧化活性的研究，多种黄酮衍生物的人工合成及其抗氧化活性与抑菌作用的确证，为深入探究植物红色素体外合成方法及其药理活性提供新的科学依据。（4）首次用叶绿素荧光参数分析植物光合系统的入侵机制，对揭示恶性入侵物种的生理生态适应，及其防控措施提供了可行的技术依据。（5）应用本项目的研究基础与技术，开展区域红色叶系药用植物资源的调查研究与保护利用，获得较好的成效。