不同粒色小麥籽粒色素與功能營養(yǎng)成分積累的分析

王康君,樊繼偉,張廣旭,郭明明,譚一羅,李曉峰,陳 鳳,孫中偉,張夢涵

(連云港市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,江蘇 連云港 222000)

小麥由皮層(包括外皮和糊粉層)、胚和胚乳組成,皮層沉積的色素含量及種類不同,導(dǎo)致小麥外觀顏色存在差異。外觀呈現(xiàn)出不同于白粒小麥和紅粒小麥籽粒顏色的小麥被稱為彩色小麥,如紫色、藍(lán)色和藍(lán)紫色小麥。前人針對(duì)彩色小麥籽粒中色素的合成與分布研究較多[1-4],認(rèn)為紫粒小麥的紫色來源于種皮色素積累,藍(lán)粒小麥的藍(lán)色來源于糊粉層色素的積累,藍(lán)紫粒小麥則是由于其種皮和糊粉層色素疊加的效果。已有諸多報(bào)道認(rèn)為藍(lán)色、紫色等特殊粒色小麥中微量元素、氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)含量豐富,營養(yǎng)價(jià)值較高[5-8]。彩色小麥中的色素提純、功能性營養(yǎng)物質(zhì)的提取及產(chǎn)品開發(fā)亦逐漸有較多的研究[9-11]。然而,之前的研究更多地集中于彩色小麥成熟后籽粒中色素及營養(yǎng)成分含量,對(duì)色素及營養(yǎng)成分的積累過程研究較少。鑒于此，本研究分析了不同粒色小麥籽粒色素及功能營養(yǎng)成分的動(dòng)態(tài)積累過程,以期為豐富彩色小麥的加工利用途徑提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

連麥抗1(LMK1,白粒小麥)、CM-L3(藍(lán)粒小麥)、CM-Z2(紫粒小麥)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018～2019年在連云港市農(nóng)業(yè)科學(xué)院東辛農(nóng)場試驗(yàn)基地進(jìn)行,試驗(yàn)田前茬為旱茬,土壤有機(jī)碳21.64 g/kg,總氮2.4 g/kg,總磷1.8 g/kg,總鉀15.7 g/kg；土壤pH值為7.85;土壤含鹽量為0.98 mg/g。

對(duì)每個(gè)試驗(yàn)材料設(shè)置3次重復(fù)，采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。在開花期選擇同一天開花(以穗子中部第一朵小花的花藥露出為準(zhǔn))、大小均勻一致的主莖穗子掛牌,并標(biāo)明開花日期,于花后7 d開始取樣,以后每隔7 d取1次樣,測定相關(guān)指標(biāo)。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

葉綠素與類胡蘿卜素含量的測定采用乙醇浸提法[12];花青素含量的測定采用紫外分光光度法[13];微量元素含量的測定采用原子吸收光譜法[14];黃酮含量的測定采用分光光度法[15];氨基酸含量的測定參照張戰(zhàn)鳳等[16]的方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2003對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理,用Simaplot 10.0進(jìn)行作圖分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同粒色小麥籽粒色素的積累

2.1.1 不同粒色小麥籽粒葉綠素的積累 由圖1可以看出,不同粒色小麥籽粒中葉綠素含量均表現(xiàn)為先增加后降低的變化趨勢,且均在花后14 d達(dá)到峰值,之后迅速下降;從花后14 d至花后28 d籽粒中葉綠素含量表現(xiàn)為連麥抗1>CM-L3>CM-Z2,即顏色越深,籽粒中葉綠素含量越低；在其余時(shí)期不同粒色小麥籽粒中葉綠素含量差異不顯著。

2.1.2 不同粒色小麥籽粒類胡蘿卜素的積累 由圖2可以看出：隨著籽粒發(fā)育,不同粒色小麥籽粒中類胡蘿卜素含量均呈先增加后降低的變化趨勢;不同之處在于紫粒小麥CM-Z2和藍(lán)粒小麥CM-L3籽粒中類胡蘿卜素含量在花后15 d達(dá)到峰值,而白粒小麥連麥抗1籽粒中類胡蘿卜素含量在花后21 d達(dá)到峰值,且峰值表現(xiàn)為CM-Z2>藍(lán)粒小麥CM-L3>連麥抗1。

2.1.3 不同粒色小麥籽?；ㄇ嗨氐姆e累 由圖3可以看出：隨著籽粒發(fā)育,紫粒小麥CM-Z2和藍(lán)粒小麥CM-L3籽粒中花青素含量均表現(xiàn)為逐漸增加的變化趨勢,且CM-Z2籽粒中的花青素含量大于CM-L3的；白粒小麥連麥抗1籽粒中花青素含量在各時(shí)期基本上無差異，均顯著低于CM-Z2和CM-L3的。

2.2 不同粒色小麥籽粒功能營養(yǎng)品質(zhì)的形成

2.2.1 礦質(zhì)元素 隨著籽粒發(fā)育,不同粒色小麥籽粒中鐵、錳、銅、鋅含量總體上表現(xiàn)出下降趨勢,但不同元素略有差異,Fe、Mn、Zn、Cu含量在花后7 d至21 d下降迅速,在花后28 d趨于穩(wěn)定。不同粒色品種(系)籽粒中Fe、Zn含量表現(xiàn)出CM-Z2>CM-L3 >連麥抗1,即籽粒顏色越深,Fe和Zn含量越高；而Mn和Cu含量與籽粒顏色未表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性(表1)。

表1 不同粒色小麥在籽粒形成期礦質(zhì)元素含量的變化 μg/g

2.2.2 總黃酮 隨著籽粒發(fā)育,各小麥品種籽粒中總黃酮含量主要呈逐漸增加的趨勢,但不同粒色小麥品種在花后不同階段籽粒中總黃酮含量存在顯著差異。不同粒色小麥籽粒中總黃酮含量從花后14 d至花后21 d表現(xiàn)為CM-Z2>連麥抗1>CM-L3,從花后28 d至花后35 d表現(xiàn)為CM-Z2>CM-L3>連麥抗1(圖4)。

2.2.3 限制性氨基酸 不同粒色小麥籽粒中賴氨酸和色氨酸的積累趨勢表現(xiàn)一致;賴氨酸含量均在花后7 d最高,之后7 d迅速下降,至成熟期時(shí)最低;色氨酸含量則表現(xiàn)為逐漸增加的趨勢。不同粒色小麥籽粒中賴氨酸的積累量存在差異,在花后14 d 白粒小麥連麥抗1籽粒中賴氨酸含量顯著低于藍(lán)粒小麥CM-L3和紫粒小麥CM-2的,之后表現(xiàn)為CM-Z2顯著高于連麥抗1和CM-L3的,后兩者間的差異未達(dá)到顯著水平(圖5)。不同小麥品系籽粒中色氨酸積累有差異,但未與籽粒顏色表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性；在灌漿前期連麥抗1籽粒中色氨酸含量顯著高于CM-L3和CM-Z2的；在灌漿后期以CM-Z2的色氨酸含量最高,而連麥抗1和CM-L3籽粒中的色氨酸含量差異不顯著(圖6)。

3 討論

3.1 不同粒色小麥籽粒色素的積累

彩色小麥與普通小麥相比,最直觀的區(qū)別就是籽粒顏色更深；彩色小麥籽粒被證明含有豐富的天然色素。前人對(duì)成熟彩色小麥籽粒中的色素積累及應(yīng)用已有較多的研究[17-18],而對(duì)彩色小麥籽粒中色素積累過程及其與常規(guī)白粒小麥間的比較研究較少。在本研究條件下,各顏色小麥籽粒中葉綠素含量在花后14 d達(dá)到最大值,且在花后14 d及花后21 d表現(xiàn)為白粒小麥中葉綠素含量高于紫粒小麥和藍(lán)粒小麥;不同粒色小麥籽粒中類胡蘿卜素含量峰值出現(xiàn)時(shí)期有所差異,紫粒小麥和藍(lán)粒小麥在花后14 d出現(xiàn)峰值,而白粒小麥則在花后21 d出現(xiàn)峰值;隨著籽粒發(fā)育,藍(lán)粒小麥和紫粒小麥籽粒中花青素含量均逐漸增加,且紫粒小麥籽粒中花青素含量大于藍(lán)粒小麥中的花青素含量,而白粒小麥籽粒中花青素含量在各時(shí)期基本上無差異，均遠(yuǎn)低于藍(lán)粒和紫粒品種的。

3.2 不同粒色小麥籽粒功能營養(yǎng)成分的積累

人體所需要的營養(yǎng)元素除了空氣、水及碳水化合物等含有的常量礦物質(zhì)營養(yǎng)元素外,還包括10種以上微量礦物質(zhì)元素[19]；這些微量礦物質(zhì)元素的含量雖然低,但對(duì)人體健康至關(guān)重要[20];生物活性物質(zhì)是一種含量較少卻對(duì)生物體有顯著影響的物質(zhì),其是評(píng)價(jià)彩色小麥籽粒營養(yǎng)品質(zhì)的必要指標(biāo),黃酮類物質(zhì)即是一種重要的生物活性物質(zhì)[18];氨基酸可以提供人們膳食中微量元素的生物有效性[]；限制性氨基酸是指含量較低,導(dǎo)致其他必需氨基酸在人體內(nèi)不能被充分利用的氨基酸。有研究者對(duì)我國22個(gè)省不同年份的600余份小麥樣品進(jìn)行了分析，得出98%的小麥籽粒以賴氨酸為限制性氨基酸,2%的樣品以色氨酸為限制性氨基酸[21]。本研究發(fā)現(xiàn)：隨著籽粒發(fā)育,不同顏色小麥籽粒中礦質(zhì)元素Fe、Mn、Cu、Zn含量總體上表現(xiàn)出下降趨勢,不同粒色小麥粒顏色越深,Fe和Zn含量越高,而Mn和Cu含量與籽粒顏色未呈現(xiàn)出顯著的相關(guān)性;各小麥品種籽粒中總黃酮含量主要呈逐漸增加的趨勢,總體上不同顏色小麥籽粒顏色越深,其最終積累的總黃酮含量越高;不同顏色小麥籽粒中賴氨酸含量表現(xiàn)為逐漸降低的趨勢,而色氨酸含量表現(xiàn)為逐漸增加的趨勢,且在灌漿前期白粒小麥籽粒中的賴氨酸含量高于藍(lán)粒小麥和紫粒小麥的,而在灌漿中后期紫粒小麥籽粒中的賴氨酸含量高于白粒小麥和藍(lán)粒小麥的。

隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及人們生活水平的提高,人們的飲食結(jié)構(gòu)由溫飽型逐漸向營養(yǎng)型及保健型轉(zhuǎn)變。彩色小麥由于其特殊的籽粒顏色及營養(yǎng)構(gòu)成,被認(rèn)為是營養(yǎng)價(jià)值較高的一種特殊類型小麥,受到市場及研究者越來越廣泛的關(guān)注。本研究分析比較了不同粒色小麥籽粒色素及功能營養(yǎng)物質(zhì)的積累規(guī)律,研究結(jié)果對(duì)豐富不同粒色小麥的開發(fā)利用途徑具有重要的參考意義。