不同灌水模式對小麥籽粒抗氧化物含量和產(chǎn)量的影響

王 強,劉衛(wèi)星,岳鵬莉,李莎莎,衛(wèi)瓊?cè)?鄭沙沙,褚瑩瑩,王晨陽,2

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南鄭州 450002; 2.國家小麥工程技術(shù)研究中心，河南鄭州 450002)

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不同灌水模式對小麥籽粒抗氧化物含量和產(chǎn)量的影響

王 強1,劉衛(wèi)星1,岳鵬莉1,李莎莎1,衛(wèi)瓊?cè)?,鄭沙沙1,褚瑩瑩1,王晨陽1,2

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南鄭州 450002; 2.國家小麥工程技術(shù)研究中心，河南鄭州 450002)

為明確灌水對小麥產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)的調(diào)控效應(yīng)，在池栽條件下，以河南主推品種矮抗58為材料，研究了不同灌水模式對籽粒中抗氧化物含量、積累量和籽粒產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，小麥生育期間灌水可提高籽粒中抗氧化物含量和積累量，其中類胡蘿卜素、類黃酮含量和抗氧化活性均以灌拔節(jié)水1水處理最高；類黃酮和類胡蘿卜素積累量則以灌拔節(jié)水+孕穗水+灌漿水3水處理最高。灌水顯著提高了小麥產(chǎn)量，較不灌水處理平均提高37.5%(2012-2013年)和37.2%(2013-2014年)，差異達(dá)顯著水平。相關(guān)分析表明，籽粒類胡蘿卜素和類黃酮含量與土壤的硝態(tài)氮含量呈顯著正相關(guān)，而與土壤含水量相關(guān)不顯著，表明較高土壤氮素含量有助于提高小麥籽粒中類胡蘿卜素、類黃酮含量，促進(jìn)抗氧化物積累。

灌水模式；小麥；抗氧化物；產(chǎn)量

小麥?zhǔn)俏覈饕Z食作物，不僅提供淀粉、蛋白質(zhì)等物質(zhì)，同時小麥籽粒中存在許多抗氧化活性物質(zhì),如類黃酮、類胡蘿卜素、木酚素等[1-2]。食用全粒谷物或相關(guān)產(chǎn)品對降低癌癥等慢性疾病的發(fā)病率具有很好的效果，主要是因為全粒谷物中類胡卜素具有抗氧化作用[3-4]。Adom等[5]報道，類黃酮具有潛在的抗氧化和抗癌能力。

植物中的類黃酮、類胡蘿卜素等抗氧化物受基因和栽培措施等因素的影響。有研究表明，玉米籽粒的類胡蘿卜素含量和抗氧化活性高于小麥[4,6]；硬粒小麥籽粒的類胡蘿卜素含量比普通小麥多五倍以上，更具有營養(yǎng)和保健功能[7-8]；黑色小麥比紫紅色小麥的類胡蘿卜素含量高，并有更強的抗氧化能力[9-10]；施氮和灌水可以增加小麥籽粒的類黃酮含量及抗氧化能力[11]；而水分脅迫會降低玉米籽粒的類胡蘿卜素含量和抗氧化能力[12]；水分對辣椒的類黃酮含量有顯著影響[13]；低溫處理有利于植物類黃酮的積累[14]；遮陰處理可以降低銀杏葉中類黃酮含量[15]。

水分調(diào)控是小麥栽培過程中的重要農(nóng)藝措施，對小麥的產(chǎn)量及品質(zhì)有較大影響。但關(guān)于水分運籌對小麥籽粒中抗氧化物效應(yīng)的研究較少。本試驗以不同灌水模式對小麥籽粒中抗氧化物含量及其抗氧化活性的影響為研究目標(biāo)，旨在為小麥優(yōu)質(zhì)栽培管理措施的制定提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗材料與設(shè)計

試驗于2012-2014年間在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)網(wǎng)室內(nèi)池栽進(jìn)行，供試小麥品種為矮抗58。池子規(guī)格1 m×1.5 m，池深2 m(下不封底)。供試土壤為潮土，于2008年用河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園區(qū)試驗田原狀土分層回填而成。播種前土壤0～30 cm土壤有機質(zhì)含量為7.6 g·kg-1，全氮0.65 g·kg-1，堿解氮32.7 mg·kg-1，速效磷40.5 mg·kg-1，速效鉀154.16 mg·kg-1，pH 7.83。

試驗設(shè)4個水分處理：小麥全生育期不灌水(W0)、灌1水(拔節(jié)水，W1)、灌2水(拔節(jié)水+孕穗水，W2)和灌3水(拔節(jié)水+孕穗水+灌漿水，W3)，每次灌水量用水表計算，定額45 mm。試驗采用隨機排列，重復(fù)3次。1 hm2施純氮300 kg、磷肥(P2O5)150 kg和鉀肥(K2O)120 kg，氮肥按5∶5比例分播前和拔節(jié)期兩次施入，磷、鉀肥在播前一次性施入。分別于2012年10月17日和2013年10月20日播種，2013年5月27日和2014年5月30日收獲。

1.2氣象條件

2012-2013年度和2013-2014年度小麥生育期間降雨量分別是204.5和222.6 mm；3-5月份的降雨量分別為152.3和110.8 mm；12月-2月的平均最低氣溫分別為-4.7 ℃和2 ℃。

1.3測定項目和方法

在小麥成熟期收獲籽粒，磨全麥粉于4 ℃貯藏備用。

1.3.1類黃酮含量測定

準(zhǔn)確稱取1 g全麥粉，加入10 mL含1%鹽酸的甲醇，24 ℃在搖床提取24 h，5 000 r·min-1離心10 min，上清液即提取液，避光冷藏。

參照J(rèn)ia等[16]的方法并適當(dāng)改進(jìn)，取上述提取液0.5 mL于試管中，加入2 mL蒸餾水，8% NaNO2溶液0.2 mL，混勻靜置反應(yīng)10 min；加10% Al(NO3)3溶液0.15 mL，混勻靜置7 min；加1 mol·L-1NaOH溶液1 mL，靜置20 min；5 000 r·min-1離心10 min，取上清液于波長510 nm處測定吸光值，試劑空白作為對照，以蘆丁作為標(biāo)品繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，重復(fù)3次。

1.3.2類胡蘿卜素含量測定

參照汪 帆等[17]的方法并適當(dāng)改進(jìn)，稱取全麥粉4.00 g，置于40 mL帶蓋離心管中，加入飽和正丁醇8 mL，振蕩2 min；靜置2 h，室溫下5 000 r·min-1離心15 min；用濾紙過濾，取上清液，測定440 nm處吸光值。

1.3.3抗氧化活性測定

取140 mmol·L-1的過硫酸鉀溶液88 μL加入10 mL離心管，加入7 mmol·L-1的ABTS溶液5 mL混合，室溫暗反應(yīng)24 h；用無水乙醇調(diào)節(jié)溶液吸光度為0.700±0.001。

參照Miller等[18]的方法，吸取1.3.1中的提取液0.1 mL到10 mL離心管，加入3.9 mL上述吸光度為0.700的溶液，混勻后室溫避光放置5 min；測定734 nm波長下的吸光值。用Trolox作為標(biāo)品繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，重復(fù)3次。

1.3.4土壤含水量和硝態(tài)氮含量測定

在小麥灌漿期，分別取各小區(qū)0～60 cm土層土樣，每20 cm作為一個土層,置于冰箱中保存。土樣放于鋁盒中，105 ℃連續(xù)烘12 h至恒重，計算含水量。取土樣10 g，用2 mol·L-1的氯化鉀溶液50 mL浸提鮮土,振蕩1 h后用濾紙過濾,使用分光光度計測定 220 nm和275 nm的吸光值，計算硝態(tài)氮含量。

1.3.5產(chǎn)量測定

成熟期每小區(qū)選取10株代表性小麥進(jìn)行考種，測定有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重等，收獲全部小區(qū)(1.5 m2)脫粒計產(chǎn)。

1.4統(tǒng)計分析

用Microsoft Excel進(jìn)行各指標(biāo)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，用SPSS 17.0軟件進(jìn)行方差分析，用Duncan法檢驗差異顯著性。

2　結(jié)果與分析

2.1小麥籽粒抗氧化物含量及抗氧化活性的方差分析

從表1可以看出，年份和灌水處理對小麥籽粒類胡蘿卜素、類黃酮含量及抗氧化活性的影響均達(dá)到極顯著水平；同時，籽粒的類胡蘿卜素和類黃酮含量存在年份×灌水互作效應(yīng)。

2.2不同灌水模式對小麥籽粒抗氧化物含量及抗氧化活性的影響

由表2可知，小麥籽粒的類黃酮、類胡蘿卜素含量及抗氧化活性均以W1處理最大，與不灌水處理(W0)相比，上述指標(biāo)在2012-2013年度分別增加0.028 μg·g-1、0.211 μg·g-1和3.369 μmol·g-1；2013-2014年度分別增加0.052 μg·g-1、0.445 μg·g-1和3.886 μmol·g-1，差異顯著。

表1　小麥籽粒抗氧化物含量和抗氧化活性的方差分析

*和**分別表示在0.05和0.01水平相關(guān)顯著。表5同。

* and ** indicate significance correlation at 0.05 and 0.01 levels,respectively. The same as in table 5.

2.3不同灌水模式對小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

灌水可提高小麥生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量(表3)。與對照相比，灌水處理(各灌水處理平均)的生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量分別增加10.7%、37.5%(2012-2013)和15.7%、37.2%(2013-2014)。2012-2013年度以W3處理籽粒產(chǎn)量最高，較W0處理增加40.8%；其中有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重分別增加46.8%、28.2%和9.6%。2013-2014年度以W2處理籽粒產(chǎn)量最高，較W0處理增加41.8%；其中有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重分別增加12.3%、32.5%和0.9%。可以看出，2012-2013年度灌水增產(chǎn)主要是有效穗數(shù)和穗粒數(shù)的增加，而2013-2014年度則是穗粒數(shù)增加，這與不同年份降雨等氣象條件有關(guān)。

表2　不同灌水模式對小麥籽粒抗氧化物含量及抗氧化活性的影響

同列同年份數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

Different small letters following data in the same column and year mean significant difference at 0.05 level among treatments.The same as in table 3 and 4.

表3　不同灌水模式對小麥籽粒產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

表4　不同灌水模式對小麥籽粒

2.4不同灌水模式對小麥籽粒抗氧化物積累量的影響

由表4可知，小麥籽粒類黃酮和類胡蘿卜素積累量均以W3處理最高，以W0處理最低，兩年結(jié)果一致。W3籽粒類黃酮和類胡蘿卜素積累量較W0增加43.2%、43.4%(2012-2013)和44.3%、44.6%(2013-2014)，差異顯著。

2.5小麥籽粒抗氧化物與灌漿期土壤硝態(tài)氮及水分含量的相關(guān)性

由表5可知，小麥籽粒類黃酮含量與0～20 cm和40～60 cm土層硝態(tài)氮含量呈顯著正相關(guān)；類胡蘿卜素含量與0～20 cm和20～40 cm土層硝態(tài)氮含量呈顯著或極顯著正相關(guān)。表明較高的土壤硝態(tài)氮含量有利于小麥抗氧化物含量的提高。而土壤含水量與抗氧化物含量相關(guān)性不顯著。

表5　灌漿期小麥籽粒抗氧化物含量及抗氧化活性與土壤硝態(tài)氮及水分含量的相關(guān)系數(shù)

3　討 論

谷物籽粒中不僅含有豐富的碳水化合物、蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)，同時也含有豐富的類黃酮、類胡蘿卜素、葡聚糖、木質(zhì)素、酚類化合物等抗氧化物。提高小麥籽粒中抗氧化物的含量是改善人類膳食營養(yǎng)成分的一個方面。有關(guān)灌溉對植物類黃酮和類胡羅卜素含量影響的結(jié)論并不一致，蔡 娜等[19]的研究表明，水分脅迫可以增加蕎麥籽粒中的類黃酮含量；Zhang等[20]和Khosh等[21]認(rèn)為干旱脅迫會破壞植物抗氧化系統(tǒng)，從而降低類黃酮的合成；也有研究認(rèn)為灌溉對葡萄的類胡蘿卜含量和酸棗(Ziziphusjujuba)的類黃酮含量沒有顯著影響[22-23]；賈芳芳等[24]認(rèn)為隨著灌水量的增加，煙草中類胡蘿卜素含量先增加后降低。在本研究中，灌溉增加了小麥籽粒的類黃酮和類胡蘿卜素含量，這與Ma等[25]的研究結(jié)果一致。這可能是因為適宜的灌水量可促進(jìn)植物對氮素的吸收，并平衡了土壤養(yǎng)分[26]，促進(jìn)植物體中苯丙氨酸的合成，利于類黃酮及類胡蘿卜素合成[11,27-28]。盡管如此，本試驗發(fā)現(xiàn)土壤含水量與抗氧化物含量無顯著的相關(guān)性。

相關(guān)研究認(rèn)為高氮會抑制水稻類黃酮等抗氧化物的積累[29]。而在本研究中，土壤中的氮素與小麥的類黃酮和類胡蘿卜素含量顯著相關(guān)。這與前人對小麥[11]和枸杞[30]的研究一致。這可能是因為氮素可提高植物蛋白質(zhì)的合成，進(jìn)而為苯丙氨酸合成提供充足的前體物質(zhì)，同時促進(jìn)植物根系生長和代謝[28,31]，有利于類黃酮及類胡蘿卜素合成。

有研究認(rèn)為小麥的產(chǎn)量和水分利用效率以灌拔節(jié)+開花水最高，繼續(xù)增加灌水，產(chǎn)量和水分利用效率降低，而且灌水對產(chǎn)量的影響與降雨分布有關(guān)[32-33]。在本試驗期間，2012-2013年度小麥產(chǎn)量隨灌水次數(shù)的增加而增加，以W3處理(灌拔節(jié)水+孕穗水+灌漿水)的產(chǎn)量最高；而2013-2014年度小麥產(chǎn)量則以W2處理(灌拔節(jié)水+孕穗水)產(chǎn)量最高。這主要是由于2012-2013年度小麥生育發(fā)育關(guān)鍵的中后期降雨量相對較少的緣故。該年度小麥拔節(jié)-開花期(3月10日-4月15日)降雨量僅為13.1 mm，占全生育期降雨量的6.4%，而5月下旬降雨量高達(dá)100.6 mm，因此表現(xiàn)出該年度灌水的增產(chǎn)效應(yīng)明顯。在2013-2014年度，小麥拔節(jié)至開花期(3月8日-4月13日)降雨量為50 mm，占全生育期總降雨量的23.3%，基本滿足小麥對水分的需求，因此表現(xiàn)出灌3水未能明顯提高小麥產(chǎn)量。綜合兩年的試驗結(jié)果表明，河南生態(tài)條件下小麥以灌2水(拔節(jié)水+孕穗水)或3水(拔節(jié)水+孕穗水+灌漿水)有利于提高產(chǎn)量和促進(jìn)抗氧化物的積累。

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Effect of Different Irrigation Regimes on Grain Antioxidant Content and Yield of Winter Wheat

WANG Qiang1,LIU Weixing1,YUE Pengli1,LI Shasha1,WEI Qiongru1,ZHENG Shasha1,CHU Yingying1,WANG Chenyang1,2

(1.College of Agronomy,Henan Agricultural University,Zhengzhou,Henan 450002,China;2.National Engineering Research Center for Wheat,Zhengzhou,Henan 450002,China)

Irrigation regimes; Wheat; Antioxidant; Yield

2016-03-11

2016-03-30

國家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201203079)；國家科技支撐計劃項目(2015BAD26B01,2013BAD07B07)；河南省小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位專家項目(S2010-01-G07)

E-mail：wangqiang3854@163.com

王晨陽(E-mail:xmzxwang@163.com)

S512.1；S311

A

1009-1041(2016)08-1037-06

網(wǎng)絡(luò)出版時間：2016-08-01

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160801.1120.020.html