不同濃度FeSO4浸種對小麥芽苗菜生長和生理活性物質的影響

薛建福， 杜軍利， 楊文彪， 杜天慶， 高志強

(山西農業大學農學院，作物生態與旱作栽培生理山西省重點實驗室， 山西 太谷 030801)

世界衛生組織《2018全球營養報告》顯示，全球約有20億人正遭受“隱性饑餓”的困擾，而我國是面臨“隱性饑餓”嚴峻挑戰的國家之一[1]。據估計，全世界有15億人缺乏一種或多種微量元素[2]。通過作物營養強化手段來加強食物中營養成分是解決“隱性饑餓”的有效措施之一。此外，隨著社會經濟的快速發展，飲食需求發生了很大改變，越來越注重食物的營養功能。

鐵(Fe)是人體不可缺少的微量元素，是組成血紅蛋白、肌紅蛋白及多種酶的重要元素。育齡婦女的缺鐵性貧血是微量營養素缺乏的一種表現形式，目前全球約32.8%的育齡婦女受到貧血的影響并仍在升高[3]，如何解決這一問題是全球眾多科學家所關注的焦點之一。通過生物強化來加強食物中Fe含量是補充人體Fe的一個有效途徑[4-5]。

芽苗菜又稱“活體蔬菜”，是各種谷類、豆類、樹類種子培育出可以食用的“芽菜”。由于芽苗菜培養周期短，不需要噴灑任何化學藥品，被認為是一類典型的綠色食品[6]，且在其發芽過程中能夠產生很多活性物質，具有一定營養功能[7]，栽培簡便，速生清潔，效益較高，具有很大的應用推廣價值，對芽苗菜進行微量營養強化是解決“隱性饑餓”潛在的有效措施之一。

目前，市場上常見的芽苗菜有大豆、綠豆、豌豆、蠶豆、蘿卜、香椿、蕎麥、苜蓿芽苗菜等30多種，但大多以豆科作物的芽苗菜最為常見[5]。關于芽苗菜的研究主要集中在外界環境(如光質、溫度)與栽培方式對芽苗菜生長、生理活性物質和品質方面的影響[8-14]，而關于營養強化微量營養素的研究還很少[15-16]。小麥是我國三大主要的糧食作物之一，關于小麥富鐵營養強化的研究主要集中在籽粒方面[17-18]。小麥發芽過程中能夠產生對人體有益的獨特營養成分[19-20]，但當前關于小麥發芽的相關研究主要是為了改善大田出苗情況及提高抗性，以小麥芽苗菜為載體進行富鐵營養強化的研究則少有報道[21]。本研究將小麥種子在不同濃度FeSO4溶液浸種處理后，分析其發芽特性、干鮮重、生理活性物質及Fe含量的影響，以期為生產富鐵小麥芽苗菜提供一定的理論依據與技術支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗設計

試驗于2019年4月在山西農業大學農學院實驗室內進行，培養小麥芽苗菜的品種為運旱618，采用單因素完全隨機設計方法，以FeSO4·7 H2O配置FeSO4溶液進行比較，設置0(CFe 0)、0.05 g·L-1(CFe 0.05)、0.1 g·L-1(CFe 0.1)、0.2 g·L-1(CFe 0.2)、0.4 g·L-1(CFe 0.4)和0.8 g·L-1(CFe 0.8)共6個處理，重復3次。選取籽粒飽滿一致、無破損、無病蟲的種子，用70%酒精消毒15 min，用蒸餾水漂洗5次，用濾紙擦干后置于不同濃度FeSO4溶液(對照為蒸餾水)中，使小麥種子完全浸泡，24 h后將種子取出并用蒸餾水清洗，濾紙擦干后，用消毒鑷子夾取種子整齊的擺放在培養盒(14 cm×8 cm×7 cm)中，每個重復50粒。在培養期內，定時定量補充水分，以保證芽苗菜能夠正常的生長。

1.2 測定項目及方法

開始培養后，每天統計小麥芽苗菜發芽數，直至全部發芽。在小麥發芽第10天后，各重復隨機選取小麥芽苗菜5株，稱量鮮重和干重(不包括根系)，并計算小麥種子的發芽勢、發芽率、發芽指數和活力指數。

采用硫代巴比妥酸-分光光度計法測定小麥芽苗菜的丙二醛[22]，采用丙酮-分光光度計法測定葉綠素a和葉綠素b含量[22]，采用愈創木酚法測定過氧化物酶活性[22]。采用分光光度法進行測定維生素C含量[23]。采用紫外吸收法測定可溶性蛋白質含量[24]，測定采用原子吸收分光光度計法測定芽苗菜Fe含量[25]，并計算單株芽苗菜的Fe累積量(干重)。

1.3 數據分析

采用Microsoft Excel 2013軟件進行數據常規處理并作圖，不同處理間的相關試驗數據采用SPSS 16.0軟件進行方差分析及多重比較，其中不同處理間多重比較采用新復極差法(Duncan)進行。

2 結果與分析

2.1 FeSO4浸種對小麥芽苗菜發芽的影響

與CFe 0處理相比，用FeSO4溶液浸泡后，小麥的發芽勢、發芽率和發芽指數均有一定程度的降低(圖1 A、B、C)。不同FeSO4濃度處理下小麥芽苗菜的發芽勢介于72.7%～97.3%之間(圖1 A)。與CFe 0處理相比，CFe 0.1和CFe 0.8處理下小麥芽苗菜的發芽勢較之分別顯著降低了17.1%和25.3%(p<0.05)，而CFe 0.05、CFe 0.2和CFe 0.4處理與其無顯著差異。此外，CFe 0.4處理下小麥芽苗菜發芽勢較CFe 0.1和CFe 0.8處理分別顯著提高了13.2%和25.7%(p<0.05)。不同處理下小麥芽苗菜發芽率介于91.3%～99.3%之間，CFe 0.8處理下的小麥發芽率較CFe 0和CFe 0.2處理分別顯著降低了8.1%和7.3%(p<0.05，圖1 B)。對于發芽指數(圖1 C)，CFe 0處理較CFe 0.1、CFe 0.4和CFe 0.8處理分別顯著提高了20.4%、18.8%和38.9%(p<0.05)，且CFe 0.8處理顯著低于其他處理13.3%～28.0%(p<0.05)。除CFe 0.05處理外，CFe 0處理小麥芽苗菜的發芽活力較其他處理顯著增加了28.2%～86.8%(p<0.05)，但其與CFe 0.05處理無顯著差異；CFe 0.05處理較其他處理顯著提高了33.1%～94.0%(p<0.05)。

注：不同小寫字母表示各處理在0.05水平上的統計差異。圖中A、B、C和D分別代表不同FeSO4濃度下小麥芽苗菜發芽勢、發芽率、發芽指數和發芽活力。

注：不同小寫字母表示各處理在0.05水平上的統計差異。圖中A和B分別代表不同FeSO4濃度下小麥芽苗菜的單株鮮重和干重。

2.2 FeSO4浸種對小麥芽苗菜干鮮重的影響

隨著FeSO4溶液濃度的升高，小麥芽苗菜的鮮重與干重均表現為先增加后降低的單峰變化趨勢，低濃度FeSO4溶液浸泡小麥種子能夠促進芽苗菜鮮重和干重形成。其中，CFe 0.05和CFe 0.1處理下小麥芽苗菜的鮮重與干重較CFe 0、CFe 0.4與CFe 0.8處理顯著提高了32.0%～47.1%(p<0.05)，而CFe 0.05和CFe 0.1處理間、CFe 0、CFe 0.4與CFe 0.8處理間均無顯著差異。

2.3 FeSO4浸種對小麥芽苗生理活性物質的影響

由圖3可看出，不同處理下小麥芽苗菜葉綠素a和葉綠素b含量變化規律基本一致，均表現為CFe 0.1處理顯著高于其他處理(p<0.05)；CFe 0、CFe 0.05和CFe 0.2處理間差異不顯著，且3個處理顯著高于CFe 0.4和CFe 0.8處理；此外，CFe 0.8較CFe 0.4處理顯著降低了39.1%～39.5%(p<0.05)。與CFe 0處理相比，不同濃度FeSO4溶液浸泡處理下，小麥芽苗菜中丙二醛含量均有所提高，其中CFe 0.05、CFe 0.2和CFe 0.4較之分別顯著提高了46.0%、35.5%和30.4%；此外，CFe 0.05處理下較CFe 0.1和CFe 0.8處理顯著提高了19.9%和26.2%(圖3 C，p<0.05)。分析過氧化物酶活性看出(圖3 D)，CFe 0.2處理較其他處理顯著提高了22.5%～146%，CFe 0.05和CFe 0.1處理下顯著高于CFe 0、CFe 0.4和CFe 0.8處理(p<0.05)，而后三者間無顯著差異。

注：不同小寫字母表示各處理在0.05水平上的統計差異。圖中A、B、C和D分別代表不同FeSO4濃度下小麥芽苗菜葉綠素a、葉綠素b、丙二醛含量和過氧化物酶活性。

注：不同小寫字母表示各處理在0.05水平上的統計差異。圖中A、B、C分別代表不同FeSO4濃度下小麥芽苗菜維生素C、可溶性糖、可溶性蛋白質含量。

注：不同小寫字母表示各處理在0.05水平上的統計差異。圖中A和B分別代表不同FeSO4濃度下小麥芽苗菜的Fe含量和單株Fe積累量。

不同濃度FeSO4溶液浸泡處理下小麥芽苗菜中維生素C含量差異不顯著(圖4 A)。相比較CFe 0處理，FeSO4溶液浸泡處理后的小麥芽苗菜可溶性糖含量顯著增加了21.7%～46.0%(除CFe 0.8處理外，p<0.05)，其中CFe 0.05處理較CFe 0.1和CFe 0.8處理顯著提高了19.9%～26.2%(p<0.05)。此外，FeSO4溶液浸泡處理后的小麥芽苗菜中可溶性蛋白質含量與CFe 0處理未達到顯著差異，但CFe 0.05處理較CFe 0.2和CFe 0.8處理顯著提高了1.9%～5.0%(p<0.05)。

2.4 FeSO4浸種對小麥芽苗菜Fe元素含量的影響

與CFe 0相比，用FeSO4溶液浸泡小麥種子后，其芽苗菜中Fe含量顯著增加了22.1%～52.4%(除CFe 0.05處理外，p<0.05)，且隨著濃度的增加，Fe含量呈增加趨勢(圖5 A)。此外，與CFe 0相比，不同濃度FeSO4處理后的小麥芽苗菜Fe積累量均有所提高(圖5 B)，其中CFe 0.1、CFe 0.2和CFe 0.8處理較之顯著提高了46.7%～75.1%(p<0.05)。

3 討 論

3.1 FeSO4浸種對小麥芽苗菜生長的影響

與對照相比，FeSO4溶液浸泡均對小麥芽苗菜的發芽勢、發芽率、發芽指數、活力指數有不同程度的抑制作用。蒿寶珍等研究顯示，當Fe2+濃度≤150 mg·L-1時，對小麥籽粒的發芽勢、發芽率、發芽指數和活力指數有促進作用；超過該濃度時有抑制作用[21]。此外，與對照相比，較低濃度(0.05～0.1 g·L-1)浸泡顯著提高了小麥芽苗菜的干鮮重，但較高濃度(0.2～0.8 g·L-1)差異不顯著。本研究中小麥芽苗菜的干重為10.34～14.85 mg·株-1，與其他研究相比差別較大。蒿寶珍等研究得出，在0～250 mg·L-1Fe2+濃度下小麥幼苗地上干重為3.76～6.96 mg·株-1[21]；而張紅巖等得出，在2.5～250 μmol·L-1Fe3+濃度下小麥幼苗地上干重為195.28～379.71 mg·株-1[26]。芽苗菜干重結果的差異可能與不同試驗中Fe2+濃度、Fe2+用量、Fe離子價態、小麥品種、籽粒狀況、籽粒處理方式、培養基質狀況、培養時長、培養密度及其他光溫條件等方面的差異有關，進一步加強該方面的研究能夠為培養高質量小麥芽苗菜提供相應的理論依據。

3.2 不同濃度FeSO4浸種對小麥芽苗菜生理活性物質的影響

Fe雖不是植物葉綠素的組成成分，但參與葉綠素的合成，影響葉綠體的構造，而葉綠體是合成葉綠素的先決條件[27]。研究表明，與不供Fe相比，正常供Fe處理(100 μmol·L-1FeEDTA)小麥芽苗菜葉片的葉綠素含量或SPAD值顯著得到提升[28-29]。本研究中，與對照相比，在0.1 g·L-1FeSO4浸種處理下小麥芽苗菜葉綠素含量顯著增加，在其他低濃度(0.05和0.2 g·L-1)處理下差異不顯著，但在高濃度(≥0.4 g·L-1)處理下表現為顯著抑制作用。張紅巖等研究發現，當Fe2+濃度從2.5 μmol·L-1增加到250 μmol·L-1時，小麥芽苗菜葉綠素含量逐漸降低[26]；這與本研究在高濃度處理下規律基本類似。楊穎麗等研究得出，隨Fe濃度的增加(0～500 μmol·L-1)，小麥幼苗葉綠素含量呈先升高后降低的變化趨勢，鐵脅迫誘導小麥幼苗葉片光合色素減少[30]。不同研究中葉綠素含量變化規律的不同可能與小麥品種、Fe2+濃度、Fe2+形態、培養條件等方面差異有關，有待進一步試驗來驗證。

丙二醛是作物膜脂過氧化作用的產物之一，其含量的高低是膜脂過氧化程度的重要標志。與對照相比，FeSO4溶液浸泡后小麥芽苗菜中丙二醛含量均有所增加，但在高濃度條件下，隨濃度的升高而有所降低。陳增明等[31]研究不同形態Fe對小麥芽苗的影響亦得出基本類似的結果。由于種子處理、Fe形態與濃度、培養條件與環境等方面的差異，丙二醛含量有所不同，其詳細的影響機制需進一步深入研究。此外，本研究中低濃度Fe(0.05～0.2 g·L-1)處理下小麥芽苗菜的過氧化物酶活性較對照顯著提高，但隨濃度的繼續升高則大幅降低且與對照差異不顯著。分析以上兩指標認為，不同FeSO4溶液浸種后形成一定逆境，小麥芽苗菜生長均在不同程度上受到損傷。低濃度條件下，小麥芽苗菜有一定的適應能力，且對其生長有一定的激發效應；而在高濃度下兩指標有所降低，可能是與小麥芽苗菜的代謝機能快速降低，導致其難以適應Fe處理后的逆境。此外，不同FeSO4溶液浸泡處理下小麥芽苗菜的可溶性糖含量較對照均有不同程度的提高，與汪丹丹[32]的研究結果類似，在一定程度上同樣反映出FeSO4溶液處理后對小麥芽苗菜形成了一定的逆境。

3.3 FeSO4浸種對小麥芽苗菜Fe積累的影響

目前，關于生物強化富鐵小麥的研究主要集中在籽粒富鐵方面[17-18]，而小麥芽苗菜富鐵的研究很少[21]。本研究得出，隨著FeSO4濃度增加(0.05～0.8 g·L-1)，小麥芽苗菜的Fe含量逐步增加，Fe積累量呈先增加后降低再增加的趨勢，這與蒿寶珍等[21]研究結果基本一致。然而，蒿寶珍等[21]研究中小麥芽苗菜Fe含量略高于本研究，這可能與其研究條件下，每天添加Fe溶液，而本研究僅用Fe溶液進行浸種有關；但其研究中小麥芽苗菜的Fe積累量低于本研究，這可能其研究中芽苗菜干物質量較低有關。此外，小麥芽苗菜Fe含量和Fe積累量的差異可能與小麥品種、培養環境等因素亦有一定關系，需進一步進行研究驗證。假設每天使用200株小麥芽苗菜炒菜飲食，當前研究中各處理下Fe積累量為130～227 μg，其中以0.1 g·L-1濃度下最高，較其他處理增加了15%～73%，但仍低于中國營養學會關于中國普通成年人群12 mg·d-1的Fe推薦攝入量[33]，此外在炒菜過程及人體代謝吸收過程中也會造成一定的損失。因此，需另補充其他食品來補充Fe以供人體需求。

4 結 論

較低濃度(0.05～0.1 g·L-1)浸泡小麥種子能夠顯著提高小麥芽苗菜的干鮮重，高濃度Fe(≥0.4 g·L-1)浸泡對葉綠素a和葉綠素b含量有一定的抑制作用，較低濃度(0.05～0.2 g·L-1)對氧化物酶活性有促進作用。一定濃度范圍內(0.05～0.4 g·L-1)，丙二醛和可溶性糖含量顯著提高。Fe浸種對小麥芽苗菜維生素C含量和可溶性蛋白含量影響較小。低濃度(0.05 g·L-1)對小麥芽苗菜中Fe含量影響不大，但浸種濃度≥0.1 g·L-1時，Fe含量顯著增加，且單株Fe積累量明顯增加。總體上來看，浸種濃度0.1 g·L-1條件下小麥芽苗菜干鮮重和大部分生理活性物質表現較好，且Fe積累量高，可以作為富鐵營養強化的措施來推薦使用。