Ultra-violet (UV) light is one of abiotic stress factors and causes oxidative stress in plants, but a suitable level of UV radiation can be used to enhance the phytochemical content of plants. The accumulation of antioxidant phenolic compounds in UV-exposed plants may vary depending on the conditions of plant (species, cultivar, age, etc.) and UV (wavelength, energy, irradiation period, etc.). To date, however, little research has been conducted on how leaf thickness affects the pattern of phytochemical accumulation. In this study, we conducted an experiment to find out how the antioxidant phenolic content of kale (Brassica oleracea var. acephala) leaves with different thicknesses react to UV-A light. Kale seedlings were grown in a controlled growth chamber for four weeks under the following conditions: 20℃ temperature, 60% relative humidity, 12-hour photoperiod, light source (fluorescent lamp), and photosynthetic photon flux density of 121±10 µmol m-2 s-1. The kale plants were then transferred to two chambers with different CO2 concentrations (382±3.2 and 1,027±11.7 µmol mol-1), and grown for 10 days. After then, each group of kale plants were subjected to UV-A LED (275+285 nm at peak wavelength) light of 25.4 W m-2 for 5 days. As a result, when kale plants with thickened leaves from treatment with high CO2 were exposed to UV-A, they had lower UV sensitivity than thinner leaves. The Fv/Fm (maximum quantum yield on photosystem II) in the leaves of kale exposed to UV-A in a low-concentration CO2 environment decreased abruptly and significantly immediately after UV treatment, but not in kale leaves exposed to UV-A in a high-concentration CO2 environment. The accumulation pattern of total phenolic content, antioxidant capacity and individual phenolic compounds varied according to leaf thickness. In conclusion, this experiment suggests that the UV intensity should vary based on the leaf thickness (age etc.) during UV treatment for phytochemical enhancement.
The objective of this study was to determine the effect of heat shock treatments on the phytochemicals including antioxidants and anticancer materials in kale (Brassica oleracea L. var. acephala) sprouts. In study I, kale sprouts grown under the growing system for four days were soaked at 40, 50, or $60^{\circ}C$ distilled water for 10, 30, or 60 seconds, and in study II, kale sprouts were soaked at $50^{\circ}C$ distilled water for 10, 20, 30, 45, or 60 seconds. After the heat shock treatments, the sprouts were transferred into normal growing conditions and recovered there for two days. Fresh and dry weights, electrolyte leakage, total phenolic concentration, antioxidant capacity, total flavonoid concentration, phenylalanine ammonia-lyase (PAL) activity, and glucosinolates content of the sprouts were measured before and after the heat shock treatments. As a result, there was a significant decrease in the fresh and dry weight of kale sprouts treated with heat shock compared with control at harvest in study I. Especially, heat shock at $60^{\circ}C$ lead to more pronounced growth inhibition compared with heat treatments at 40 and $50^{\circ}C$. Electrolyte leakage by cell collapse was the highest in the sprouts exposed to $60^{\circ}C$ distilled water, which agreed with the growth results. Heat shock at $50^{\circ}C$ significantly induced the accumulation of phenolic compounds. In study II, fresh weight of kale sprouts at $50^{\circ}C$ heat shock showed a significant decrease compared with the control at one and two days after the treatment. However, the decrease was minimal and dry weight of kale sprouts was not significantly different from that in control. In contrast, the heat shock-treated kale sprouts had higher level of total phenolic concentration than control at harvest. Heat shock treatments at $50^{\circ}C$ for 20 seconds or more showed at least 1.5 and 1.2 times higher total phenolic concentration and antioxidants capacity than control, respectively. The change of the total flavonoid concentration was similar with that of antioxidants. PAL activity after 24 hours of heat shock was higher in all the heat shock-treated sprouts than that in control suggesting heat shock may stimulate secondary metabolic pathway in kale sprouts. Seven glucosinolates were identified in kale sprouts and soaking the sprouts with $50^{\circ}C$ water for 20 seconds had a pronounced impact on the accumulation of total glucosinolates as well as two major glucosinolates, progoitrin and sinigrin, at harvest. In conclusion, this study suggests that heat shock using hot water would be a potential strategy to improve nutritional quality of kale sprouts by inducing the accumulation of phytochemicals with antioxidant and anticancer properties.
BACKGROUND : Environmental stress has a major effect on the growth and yields of vegetables, and can significantly affect nutritionally important phytochemicals, causing large economic losses. METHODS AND RESULTS : The present study was aimed at exploring the effects of water stress on the carotenoid and proline contents in kale leaves to understand drought tolerance of kale plants. Kale was randomly divided into two groups at 57 days after sowing (DAS). One of the groups was well-watered (WW) and the other was water stressed (WS). Harvesting of kale leaves was started one day after treatment (58 DAS) and continued for 10 days (~67 DAS). We investigated the status of plant growth (leaf number, length, width, fresh weight) of kale throughout the study. Carotenoid (lutein, ${\alpha}-carotene$, zeaxanthin, ${\beta}-carotene$) and proline contents were analyzed by high-performance liquid chromatography (HPLC). Our results showed that the total carotenoid contents ranged from 926.0 to 1,212.0 mg/kg dry wt. (at 3 and 2 days, respectively) in WW treatment and 887.8 to 1,157.4 mg/kg dry wt. (at 10 and 4 days, respectively) in WS treatment. The ratio of individual carotenoid to the total carotenoid contents of kale leaves was 51.4 for lutein, 4.44 for zeaxanthin, 2.76 for ${\alpha}-carotene$, and 41.4% for ${\beta}-carotene$. Total carotenoid contents showed a significant reduction from 7 days (1,037.2 mg/kg dry wt.) to 10 days (887.8 mg/kg dry wt.) in WS treatment. The lutein content did not show a significant difference in WW between 7 and 10 days after treatment but showed a significant difference in WS treatment. The ${\alpha}-carotene$ content showed no significant difference between the treatments. However, zeaxanthin content was higher during 4-10 days and ${\beta}-carotene$ content was lower during 6-10 days in WS than in WW on each harvest day. In WW, the proline content showed no significant difference, but in WS, the proline content started to increase at 7 days and almost doubled in 10 days. CONCLUSION : The marked increase in zeaxanthin and proline contents in kale leaves indicated that the two phytochemicals are associated with drought tolerance in the plant.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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