稀土對(duì)UV-B脅迫下大豆蛋白質(zhì)含量和氨基酸組成的影響及營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)

任紅玉，白 露，李昊陽(yáng)，苗艷麗，徐澤華，劉文龍，張興文

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)化工與化學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150001）

臭氧層濃度每減少1%，到達(dá)地表有效紫外輻射（主要為UV-B，280～320 nm）將增加2%。UV-B輻射增強(qiáng)可降低植物根部、莖部及葉片中干物質(zhì)量[1]，導(dǎo)致農(nóng)作物蛋白質(zhì)、氨基酸、碳水化合物含量降低[2-3]，改變農(nóng)作物形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理功能，影響作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量[4-6]。UV-B輻射增強(qiáng)增加大豆葉片活性氧，膜脂過(guò)氧化加劇，使植物受到嚴(yán)重傷害甚至死亡[7]。東北UV-B輻射增加率較大[8]，夏季紫外輻射最強(qiáng)時(shí)，也是農(nóng)作物生長(zhǎng)期。因此，研究抗紫外輻射脅迫的栽培措施，對(duì)促進(jìn)作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)具有重要意義。

我國(guó)稀土技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，施用稀土作物約120種[9]。李柳英等研究表明，稀土可改善作物生理指標(biāo)和品質(zhì)，提高作物抗逆境能力[10-13]。20 mg·L-1La3+可減緩UV-B輻射對(duì)大豆幼苗硝酸還原酶、谷氨酸合成酶、谷氨酰胺合成酶等多種酶活性影響，加快大豆幼苗中氨基酸轉(zhuǎn)化與蛋白質(zhì)合成[14]。采用葉面噴施方法研究不同濃度稀土La3+對(duì)小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響發(fā)現(xiàn)，0.5～1.0 mmol·L-1La3+可提高不同品種小麥產(chǎn)量和百粒重，此濃度范圍可增加強(qiáng)筋小麥蛋白質(zhì)含量[15]。在干旱脅迫下，采用 1 000 mg·kg-1La（NO3）3、Ce（NO3）3溶液對(duì)小麥浸種。稀土浸種能夠提高小麥部分生育期旗葉中POD、SOD活性，降低胞內(nèi)MDA含量，提升小麥抵御逆境能力，顯著提高小麥株高、產(chǎn)量等[16]。對(duì)大豆種子采用水培方法，在La3++UV-B復(fù)合處理下大豆幼苗類(lèi)黃酮、葉綠素及苯丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶含量均有增加，顯著高于單獨(dú)UV-B處理組，20 mg·L-1La3+濃度稀土可有效緩解UV-B輻射傷害作用[17]。有關(guān)UV-B輻射增強(qiáng)條件下，稀土對(duì)大豆蛋白質(zhì)和氨基酸組成的影響研究較少，缺乏稀土農(nóng)用對(duì)大豆蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)價(jià)。

大豆對(duì)紫外輻射敏感，本試驗(yàn)研究UV-B紫外線增強(qiáng)條件下大豆穩(wěn)產(chǎn)增效，拓展稀土農(nóng)用技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，抵御和減弱UV-B輻射對(duì)農(nóng)業(yè)不利影響。本試驗(yàn)基于我國(guó)東北地區(qū)氣候背景，選用東北典型高蛋白大豆東農(nóng)42為研究對(duì)象，通過(guò)初花期施用不同濃度稀土鑭和鈰，探討UV-B輻射增強(qiáng)條件下稀土對(duì)成熟期大豆籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，依據(jù)糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織（FAO/WHO）提出的氨基酸評(píng)分模式[18]評(píng)價(jià)大豆籽粒蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。為防御UV-B輻射對(duì)農(nóng)作物傷害提供新途徑，對(duì)提升東北地區(qū)大豆原料附加值具有潛在應(yīng)用價(jià)值，可為稀土農(nóng)用調(diào)控大豆蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選用東北高蛋白代表品種大豆東農(nóng)42，盆栽種植，常規(guī)管理。盆高30 cm，上口直徑35 cm，下口直徑25 cm。每盆裝土17.5 kg，定苗4株。試驗(yàn)所用黑土來(lái)自東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝實(shí)驗(yàn)站，土壤基礎(chǔ)肥力為pH 7.82，有機(jī)質(zhì)6.65 g·kg-1，全氮35.81 g·kg-1，全磷1.47 g·kg-1，速效磷23.74mg·kg-1，速效鉀282.60 mg·kg-1，堿解氮40.60 mg·kg-1。試驗(yàn)于2012年在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行。

自然光條件下的大豆植株在初花期（6月26日）噴施蒸餾水，設(shè)為對(duì)照組1，CK1表示，對(duì)照組2在大豆植株初花期（6月26日）噴施蒸餾水，后期（6月28日～7月18日）增加紫外光處理，但不施用稀土，CK2表示。大豆植株初花期（6月26日）葉面噴施稀土處理，將稀土鑭和鈰配成不同濃度溶液，噴施濃度為30、60、90 mg·L-1LaCl3溶液的處理分別用La3、La6、La9表示；噴施濃度為90、120、150 mg·L-1CeCl3溶液處理分別用Ce9、Ce12、Ce15表示，分別用噴霧器均勻噴灑在大豆葉片表面，直到滴液為止；稀土噴施2 d后，增加UV-B輻射處理（6月28日～7月18日)，紫外燈（購(gòu)自北京電光源研究所）（UV-B，光譜為313 nm）懸掛于植株上方60 cm，試驗(yàn)用5支平行40 W燈管作為UV-B輻射加強(qiáng)光源，相當(dāng)于哈爾濱地區(qū)自然條件下UV-B強(qiáng)度增加12.80%，重復(fù)3次。燈管隨植株高度增加及時(shí)調(diào)節(jié)。UV-B輻射處理時(shí)，每天照射時(shí)間為7:00～17:00（雨天除外）。

1.2 測(cè)定指標(biāo)與方法

大豆籽粒產(chǎn)量：成熟的大豆籽粒自然晾干，統(tǒng)計(jì)每盆大豆籽粒重量（g·盆-1）。

大豆籽粒蛋白質(zhì)含量：將成熟大豆籽粒自然晾干后粉碎過(guò)篩，采用凱氏定氮法測(cè)定蛋白質(zhì)含量。大豆籽粒蛋白質(zhì)含量計(jì)算公式：

PC=W（N）×K

PC-籽粒蛋白質(zhì)含量（%）；W（N）-籽粒全氮含量（g·kg-1）；K-氮與蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)換系數(shù)，6.25。

氨基酸總量及組成：成熟大豆籽粒自然晾干后粉碎過(guò)篩，稱取一定量大豆樣品和10 mL 6 mol·L-1HCL，加于安瓿瓶中混勻后封口。110℃烘箱內(nèi)水解24 h，冷卻后定容至50 mL。用0.45μm水相濾頭過(guò)濾400μm液體至廣口瓶中。再次放置到60℃烘箱內(nèi)烘干后，加入2 mL的0.02 mol·L-1HCL混均，采用日立L-8800全自動(dòng)氨基酸分析儀測(cè)定氨基酸含量（酸水解方法測(cè)定氨基酸含量導(dǎo)致色氨酸分解）。

蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)方法：根據(jù)FAO/WHO（1973年）氨基酸評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)模式（%）計(jì)算氨基酸評(píng)分（Aminoacid score，AAS）、化學(xué)評(píng)分（Chemical score，CS）、氨基酸比值系數(shù)分（Score of ratio coefficient of amino acid，SRC）、必需氨基酸指數(shù)（Essential amino acid index，EAAI），各指標(biāo)具體數(shù)值按文獻(xiàn)[18]公式計(jì)算。

1.3 數(shù)據(jù)分析

Excel 2007工作原始數(shù)據(jù)處理及制圖，SPSS19作各項(xiàng)指標(biāo)的相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 UV-B輻射脅迫條件下稀土對(duì)大豆產(chǎn)量影響

如圖1所示，與CK1相比，CK2產(chǎn)量顯著降低31.34%，說(shuō)明UV-B輻射增強(qiáng)使大豆減產(chǎn)。UV-B輻射增強(qiáng)抑制大豆胚根生長(zhǎng)，降低葉片中葉綠素和光合作用相關(guān)酶含量，降低大豆光合作用；同時(shí)也影響作物暗呼吸和光呼吸[19]，大豆生長(zhǎng)發(fā)育受阻而減產(chǎn)。

與CK2相比，噴施不同濃度稀土鑭和鈰處理大豆產(chǎn)量有所提升。隨稀土鑭和鈰濃度增加，大豆產(chǎn)量出現(xiàn)先增后減趨勢(shì)，體現(xiàn)稀土“低促高抑”效應(yīng)。噴施濃度60 mg·L-1LaCl3的大豆產(chǎn)量達(dá)到最大值31.36 g·pot-1，此濃度稀土鑭處理大豆籽粒產(chǎn)量分別比 CK1、CK2增產(chǎn) 16.03%（P＞0.05）、69.03%（P＜0.05）。稀土鈰CeCl3處理時(shí)，噴施濃度120 mg·L-1CeCl3大豆產(chǎn)量達(dá)到最大值為29.49 g·pot-1，分別比CK1、CK2增產(chǎn)9.14%（P＞0.05）、59.00%（P＜0.05）。王少先等研究表明，稀土可促進(jìn)大豆根系對(duì)N、P吸收和利用，促進(jìn)大豆體內(nèi)多種酶活性，增強(qiáng)大豆光合作用和呼吸作用[20]。因此，施用稀土可促進(jìn)大豆生長(zhǎng)發(fā)育，同時(shí)增強(qiáng)其抗逆性，提高產(chǎn)量。

圖1 UV-B輻射脅迫下稀土對(duì)大豆產(chǎn)量影響Fig.1 Effect of spraying CeCl3 and LaCl3 on yield of soybean under UV-B radiation

2.2 UV-B輻射脅迫條件下稀土對(duì)大豆蛋白質(zhì)含量的影響

如圖2所示，與CK1相比，紫外輻射增強(qiáng)條件下CK2大豆蛋白質(zhì)含量減少2.43%（P＞0.05）。蛋白質(zhì)的最大吸收波長(zhǎng)為280 nm，正處于UV-B輻射波長(zhǎng)范圍內(nèi)，同時(shí)UV-B輻射抑制大豆氨基酸轉(zhuǎn)化，紫外輻射增強(qiáng)可降低蛋白質(zhì)合成，降低大豆蛋白質(zhì)含量，籽粒品質(zhì)變差。在初花期經(jīng)不同濃度LaCl3和CeCl3處理后，各處理大豆籽粒蛋白質(zhì)含量均高于CK1和CK2。隨著稀土濃度增加，蛋白質(zhì)含量呈先降后增趨勢(shì)。鑭處理下蛋白質(zhì)含量從高到低順序?yàn)?La3＞La9＞La6，與 CK1相比增幅分別為 11.47%（P＜0.05）、7.36%（P＜0.05）、3.07%（P＞0.05）。鈰處理下蛋白質(zhì)含量從高到低順序?yàn)镃e15＞Ce9＞Ce12，與CK1相比分別顯著增加9.22%、9.00%、7.64%。各處理中La3蛋白質(zhì)含量最高，為43.53%，與CK2相比顯著增加14.25%。噴施稀土提高氨基酸含量，氨基酸是合成蛋白質(zhì)主要原料，同時(shí)稀土與蛋白質(zhì)中氨基酸結(jié)合后，改變合成蛋白部分酶結(jié)構(gòu)中某些化學(xué)修飾基團(tuán)，促進(jìn)蛋白質(zhì)合成。

圖2 UV-B輻射脅迫下稀土對(duì)大豆蛋白質(zhì)含量影響Fig.2 Effect of spraying CeCl3 and LaCl3 on theprotein of soybean under UV-Bradiation

2.3 UV-B輻射脅迫條件下稀土對(duì)大豆籽粒氨基酸總量和組分影響

2.3.1 氨基酸總量

由圖3可知，增加UV-B輻射使大豆氨基酸總量降低26.36%。在UV-B輻射脅迫下，經(jīng)稀土處理大豆籽粒氨基酸總量與CK2相比均有增加。隨稀土LaCl3濃度增加，大豆氨基酸總量呈遞減趨勢(shì)，30 mg·L-1處理下大豆籽粒氨基酸總量最高，較CK2提高25.96%。隨稀土CeCl3濃度增加，大豆氨基酸總量呈遞增趨勢(shì)，在150 mg·L-1處理下大豆籽粒氨基酸總量最高，較CK2提高20.37%。

2.3.2 必需氨基酸含量

氨基酸是組成蛋白質(zhì)基本單位，在機(jī)體中起重要作用。必需氨基酸包括組氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸、蛋氨酸+胱氨酸、苯丙氨酸+酪氨酸、蘇氨酸、色氨酸、纈氨酸，其中組氨酸是嬰兒必需氨基酸。非必需氨基酸中胱氨酸和酪氨酸可補(bǔ)充必需氨基酸中蛋氨酸和苯丙氨酸需求量。植物蛋白具有資源豐富、產(chǎn)量大、生產(chǎn)周期短等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)膽固醇含量低于動(dòng)物蛋白（豬肉等），利于人體健康[21]。

與表1中FAO/WHO的人體必需氨基酸需求量相比，表2在紫外輻射增強(qiáng)條件下，大豆所有稀土處理下亮氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸+酪氨酸、蘇氨酸含量均可滿足成年人需求，苯丙氨酸+酪氨酸含量可滿足少年需求量，說(shuō)明稀土可調(diào)節(jié)紫外條件下大豆蛋白質(zhì)品質(zhì)。大多數(shù)動(dòng)物必需氨基酸有異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸、纈氨酸等7種[22]。經(jīng)不同濃度稀土鑭和稀土鈰處理后，大豆籽粒中相應(yīng)動(dòng)物必需氨基酸含量均有提升。

圖3 UV-B輻射脅迫下稀土對(duì)大豆籽粒氨基酸總量影響Fig.3 Effect of spraying CeCl3 and LaCl3 on the total amino acidsof soybean seedunder UV-B radiation

如表2所示，紫外增強(qiáng)條件下CK2所有必需氨基酸含量均低于CK1，說(shuō)明增加UV-B輻射減少大豆籽粒必需氨基酸積累與合成。在UV-B輻射條件下，隨稀土LaCl3濃度增加，大多數(shù)氨基酸含量呈遞減趨勢(shì)（纈氨酸除外），纈氨酸含量則先增后減。UV-B輻射可降低大豆幼苗谷氨酸合成酶、谷氨酰胺合成酶、硝酸還原酶和谷氨酸脫氫酶活性，影響氨基酸合成與轉(zhuǎn)化[14]?？扇苄蕴鞘呛铣砂被崽脊牵琔V-B輻射可減少可溶性糖含量，缺乏則導(dǎo)致氨基酸含量降低。與CK2相比，噴施LaCl3大豆籽粒必需氨基酸含量均有所提升。其中30 mg·L-1處理下絕大部分必需氨基酸含量達(dá)到最大值，His、Ile、Leu、Lys、Met+Cys、Phe+Tyr、Thr和Val，分別比CK2提高25.28%、18.43%、26.70%、19.16%、5.49%、25.08%、18.47%、10.21%。必需氨基酸總量隨稀土濃度升高呈先增再減趨勢(shì)，30 mg·L-1濃度下總量達(dá)最大，較CK2增加20.62%。谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷氨酸脫氫酶是氨基酸代謝關(guān)鍵酶，稀土元素La和Ce可促進(jìn)兩種酶活性[23]。酶的活性增強(qiáng)后，加速大豆氮代謝及氨同化作用，提高氨基酸含量。

表1 人體必需氨基酸的需求量Table1 Demand of human body of essential amino acid (mg·g-1)

表2 UV-B輻射條件下稀土對(duì)大豆籽粒中人體必需氨基酸含量影響Table 2 Effect of spraying LaCl3 and CeCl3 on the essential amino acid of soybean seed under UV-B radiation (mg·g-1)

紫外輻射條件下，經(jīng)不同濃度稀土CeCl3處理大豆籽粒必需氨基酸含量與CK2相比提高。其中組氨酸、亮氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸+酪氨酸含量隨稀土濃度升高呈遞增趨勢(shì)；在150 mg·L-1處理下上述幾種氨基酸含量達(dá)到最高，較CK2分別提高20.14%、21.89%、17.73%、18.57%。異亮氨酸、蛋氨酸+胱氨酸、蘇氨酸、纈氨酸隨稀土濃度升高氨基酸含量呈先增后減趨勢(shì)；在120 mg·L-1處理下氨基酸含量達(dá)到最高，較CK2分別提高26.01%、12.81%、16.81%、18.26%。籽粒中必需氨基酸總量也隨稀土濃度升高呈先增再減趨勢(shì)，所有處理濃度下氨基酸總量均高于CK2。在120 mg·L-1濃度下氨基酸總量達(dá)到最大值，較CK2增加17.42%。本試驗(yàn)在UV-B輻射增強(qiáng)條件下，經(jīng)稀土處理含硫氨酸含量明顯提高。120 mg·L-1CeCl3處理下含硫氨基酸含量最高，比CK2提高12.81%。

2.3.2 非必需氨基酸含量

由圖4可知，紫外增強(qiáng)條件下CK2非必需氨基酸含量均低于CK1，說(shuō)明UV-B輻射增強(qiáng)使大豆籽粒非必需氨基酸含量減少。施用不同濃度LaCl3大豆籽粒中非必需氨基酸含量明顯提高。隨著稀土濃度增加，非必需氨基酸含量呈遞減趨勢(shì)；30 mg·L-1處理下氨基酸含量均高于CK2，且除丙氨酸外，谷氨酸、天冬氨酸、精氨酸、絲氨酸、脯氨酸、甘氨酸含量甚至高于CK1。幾種非必需氨基酸經(jīng)稀土處理后含量從高到低依次是谷氨酸、天冬氨酸、精氨酸、絲氨酸、脯氨酸、丙氨酸、甘氨酸，分別比CK2提高51.77%、30.97%、29.07%、28.93%、27.13%、25.97%、24.11%。與胡潤(rùn)芳等研究中谷氨酸含量最高、其次為天冬氨酸的結(jié)論一致[24]。在植物的氮素代謝途徑中，幾乎所有氨基酸生物合成均以谷氨酸為氨基供體，稀土通過(guò)促進(jìn)光合作用利于大豆生長(zhǎng)，谷氨酸含量升高，促進(jìn)其他氨基酸合成。

圖4 UV-B輻射脅迫下LaCl3對(duì)大豆籽粒非必需氨基酸含量影響Fig.4 Effect of spraying LaCl3 on thenon—essential amino acid of soybean seed under UV-B radiation

由圖5可知，隨稀土CeCl3濃度增加，大多數(shù)非必需氨基酸含量呈遞增趨勢(shì)（脯氨酸除外）；脯氨酸含量則先減后增，90 mg·L-1處理下脯氨酸含量最高，較CK1和CK2分別提高13.82%、49.45%。150 mg·L-1處理下，天冬氨酸、甘氨酸、精氨酸、脯氨酸含量均較CK1提高1.68%、2.03%、0.37%、0.99%。此濃度下，7種非必需氨基酸含量分別比CK2提高23.72%、19.97%、22.03%、22.77%、12.39%、27.45%、32.69%。

2.4 在U V-B輻射脅迫下稀土對(duì)大豆蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)影響

2.4.1 氨基酸評(píng)分

氨基酸評(píng)分（AAS）方法可比較待測(cè)蛋白質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)中必需氨基酸的含量差異。AAS值越接近100，表示與參照評(píng)分模式中氨基酸的組分越接近，蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越高。ASS低于100是限制性氨基酸，必需氨基酸中AAS最低的為第一限制性氨基酸。

由表3可知，每組處理下蛋氨酸+胱氨酸AAS均為最低值，因此蛋氨酸和胱氨酸是高蛋白型大豆東農(nóng)42第一限制性氨基酸。異亮氨酸和纈氨酸分別為第二、第三限制性氨基酸。在所有處理下賴氨酸、苯丙氨酸+酪氨酸，以及除Ce9處理外亮氨酸、蘇氨酸ASS均高于100。與CK1相比，CK2異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸+酪氨酸氨基酸評(píng)分減?。欢鞍彼?胱氨酸、蘇氨酸和纈氨酸的氨基酸評(píng)分分別增加0.53、2.03和2.18。說(shuō)明增加UV-B輻射對(duì)ASS影響在不同氨基酸間存在差異。UV-B輻射條件下，大部分稀土處理的氨基酸評(píng)分減小，其中Ce12處理亮氨酸和纈氨酸AAS均高于CK1和CK2，Ce15處理的異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸+酪氨酸、蘇氨酸、AAS最高且均比 CK1高 2.08～9.88，Ce12的AAS最大為60.44。說(shuō)明稀土在抵御逆境過(guò)程中可增加大豆蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，相對(duì)較高濃度鈰效果更佳。

2.4.2 化學(xué)評(píng)分

化學(xué)評(píng)分（CS）值越接近100，表示與標(biāo)準(zhǔn)蛋白中氨基酸組分越接近，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值就越高，CS低于100的為限制氨基酸。

由表4可知，不同稀土濃度下第一限制氨基酸均為蛋氨酸+胱氨酸，與氨基酸評(píng)分結(jié)果相似。所有處理賴氨酸、苯丙氨酸+酪氨酸、亮氨酸、蘇氨酸的CS均高于100。與CK1相比，CK2異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸+酪氨酸CS減?。毁嚢彼?、蛋氨酸+胱氨酸、蘇氨酸和纈氨酸CS分別增加0.50、0.97、3.58、2.92。UV-B輻射對(duì)不同必需氨基酸CS影響存在差異。所有稀土處理對(duì)亮氨酸調(diào)控效果最好，其CS值較CK1提高1.96～5.63。在Ce15處理下，異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸CS值最高且分別較CK1提高6.85、4.90、1.85。苯丙氨酸+酪氨酸在La9處理下CS最高，較CK1增加1.86。蘇氨酸在La6處理下CS最高，較CK1高3.09。纈氨酸在Ce12處理下CS值最高為46.72，較CK1提高3.47。稀土對(duì)不同種必需氨基酸影響不同，但適宜濃度稀土下可抵御逆境，增加蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

圖5 在UV-B輻射脅迫下CeCl3對(duì)大豆籽粒非必需氨基酸含量的影響Fig.5 Effect of spraying CeCl3 on thenon-essential amino acid of soybean seedunder UV-Bradiation

表3 在UV-B輻射脅迫下稀土對(duì)大豆蛋白的氨基酸評(píng)分影響Table 3 Amino acid scorein protein of soybean seed treated with CeCl3 and LaCl3 under UV-B radiation

表4 UV-B輻射脅迫下稀土對(duì)大豆蛋白的化學(xué)評(píng)分影響Table 4 Chemical score in protein of soybean seed treated with CeCl3 and LaCl3 under UV-B radiation

2.4.3 氨基酸比值系數(shù)分

氨基酸比值系數(shù)法（SRC）對(duì)蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)更客觀，可有效反映蛋白生物學(xué)價(jià)值，氨基酸比值系數(shù)（RC）值越接近1，SRC越接近100，蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越優(yōu)。

由表5可知，大豆東農(nóng)42的限制性氨基酸為蛋氨酸+胱氨酸。與CK1相比，CK2的異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸+酪氨酸RC減小；蛋氨酸+胱氨酸、蘇氨酸和纈氨酸RC增加，分別較CK1提高0.02、0.03、0.02，說(shuō)明增加UV-B輻射對(duì)不同氨基酸RC影響存在差異。除蛋氨酸+胱氨酸外，大部分稀土處理下必需氨基酸RC值高于CK1或CK2。隨稀土鑭和鈰濃度提高，大豆SRC值呈先增后減趨勢(shì)。在Ce12濃度下，SRC值最高為68.93，分別較CK1、CK2高2.71和1.50。因此Ce12處理下蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)更均衡，抵御逆境脅迫效果更好。

表5 UV-B輻射脅迫下稀土對(duì)大豆蛋白的氨基酸比值系數(shù)影響Table5 RCand SRC in protein of soybean seed treated with CeCl3 and LaCl3 under UV-B radiation

2.4.4 必需氨基酸指數(shù)

必需氨基酸指數(shù)（EAAI）反映蛋白質(zhì)中必需氨基酸組分平衡程度，EAAI越接近100，樣品中的蛋白與參比蛋白必需氨基酸組分越接近，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越高。如圖6所示，與CK1相比，CK2的EAAI降低，說(shuō)明UV-B輻射增加對(duì)EAAI有不利影響。在不同濃度稀土處理下，EAAI變化順序依次為Ce15＞CK1＞Ce12＞CK2＞La6＞Ce9、La3＞La9。在Ce15處理下，EAAI最大且比CK1高1.90。此濃度下必需氨基酸均衡性良好，大豆蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高。高濃度稀土鈰對(duì)UV-B脅迫抵御效果優(yōu)于低濃度稀土鈰和稀土鑭處理。

圖6 UV-B輻射脅迫下稀土對(duì)大豆蛋白必需氨基酸指數(shù)變化影響Fig.6 Essential amino acid index in protein of soybean seed treated with CeCl3 and LaCl3 under UV-Bradiation

3 討論與結(jié)論

以氨基酸、蛋白質(zhì)和產(chǎn)量為指標(biāo)，依據(jù)糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織（FAO/WHO）提出氨基酸評(píng)分模式，對(duì)比研究UV-B輻射增強(qiáng)條件下，大豆初花期噴施不同濃度的稀土鑭和鈰，對(duì)東北典型高蛋白大豆東農(nóng)42成熟期籽粒產(chǎn)量、品質(zhì)和蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值影響。試驗(yàn)結(jié)果顯示，不同濃度的稀土鑭和鈰對(duì)大豆產(chǎn)量和品質(zhì)具有促進(jìn)作用。隨濃度增加，產(chǎn)量呈現(xiàn)“低促高抑”效應(yīng)；其中鑭對(duì)氨基酸總量產(chǎn)生“低促高抑”效應(yīng)，稀土鈰則呈現(xiàn)隨濃度升高連續(xù)促進(jìn)作用，說(shuō)明稀土種類(lèi)不同促進(jìn)機(jī)制可能存在差異，其內(nèi)在機(jī)理有待后續(xù)研究。稀土對(duì)蛋白質(zhì)促進(jìn)作用表現(xiàn)為高濃度和低濃度優(yōu)于中等濃度，可能因稀土離子與Ca離子在結(jié)構(gòu)上和性質(zhì)上具有相似性，稀土離子可占據(jù)鈣位置與細(xì)胞膜上磷脂結(jié)合，調(diào)節(jié)鈣代謝。同時(shí)稀土離子還能改變細(xì)胞膜穩(wěn)定性和通透性，提高細(xì)胞膜保護(hù)功能，增強(qiáng)生物對(duì)不良環(huán)境抵抗力，提高植物的抗逆性[25]。

在UV-B輻射增強(qiáng)條件下，大豆產(chǎn)量和品質(zhì)降低。分析其原因，當(dāng)大豆受UV-B輻射影響后，幼苗葉片硝酸還原酶（NR）活性降低，葉片光合作用受到抑制[26]，外源氮素同化下降導(dǎo)致氮代謝過(guò)程受阻，可溶性糖含量下降與其后淀粉合成減少，合成氨基酸的碳骨架匱乏，氨基酸含量下降，最終影響蛋白質(zhì)合成，大豆品質(zhì)下降。鑭和鈰介入可緩解逆境對(duì)大豆影響。高蛋白型大豆東農(nóng)42蛋白質(zhì)含量和氨基酸總量在30 mg·L-1LaCl3濃度下達(dá)到最大值，在此處理下，稀土對(duì)大豆防御UV-B脅迫效果最好，與東農(nóng)47抵御UV-B輻射研究結(jié)果一致，適宜濃度稀土可在抵御逆境同時(shí)提高大豆品質(zhì)[27]。大豆氨基酸總量提高可能因稀土元素具有與微量元素相似性質(zhì)，在適宜濃度下促進(jìn)大豆對(duì)N、P元素的吸收。同時(shí)稀土離子進(jìn)入大豆體內(nèi)后對(duì)生物酶和生長(zhǎng)素等蛋白質(zhì)的大分子配體產(chǎn)生作用，促進(jìn)大豆光合作用和吸收營(yíng)養(yǎng)元素能力，提高相關(guān)酶含量和活力。植物通過(guò)抗氧化物酶的上調(diào)保護(hù)源于UV-B脅迫傷害，通過(guò)增加硝酸還原酶、谷氨酸合成酶等酶活性提高氨基酸總量。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，150 mg·L-1CeCl3處理下，EAAI最大，甚至高于CK1。大部分必需氨基酸在120 mg·L-1CeCl3和150 mg·L-1CeCl3濃度下?tīng)I(yíng)養(yǎng)均衡程度高于CK1或CK2。

在UV-B增加條件下，通過(guò)在初花期噴施適宜濃度稀土鑭和鈰，增加大豆體內(nèi)多種酶活性，加速植物體內(nèi)生物化學(xué)反應(yīng)，形成和累積豐富有機(jī)物質(zhì)。在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段由于有機(jī)物質(zhì)豐富，細(xì)胞分裂進(jìn)程加快，數(shù)目增多，體積增大，植物莖稈粗壯、高度增加，根系發(fā)達(dá)，擴(kuò)大根系吸收養(yǎng)分面積，為作物生殖生長(zhǎng)奠定物質(zhì)基礎(chǔ)，提高抵御逆境能力。本試驗(yàn)表明，在UV-B輻射脅迫下，適宜濃度稀土LaCl3和CeCl3可使大豆東農(nóng)42增產(chǎn)，增加蛋白質(zhì)含量、氨基酸總量、必需氨基酸總量和大豆蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。60 mg·L-1LaCl3產(chǎn)量最大，較CK1增加16.03%，較CK2顯著增加69.03%。30 mg·L-1LaCl3蛋白質(zhì)含量最多為43.53%，較CK1顯著增加11.47%。30 mg·L-1LaCl3氨基酸總量和必需氨基酸總量較CK2分別提高25.96%、20.62%。120 mg·L-1CeCl3的AAS、CS、SRC最高，分別為60.44、46.72和68.93；150 mg· L-1CeCl3的EAAI最高且比CK1高1.90。

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