不同粒色小麥籽粒色素與功能營養成分積累的分析

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

(連云港市農業科學院,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,導致小麥外觀顏色存在差異。外觀呈現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、藍色和藍紫色小麥。前人針對彩色小麥籽粒中色素的合成與分布研究較多[1-4],認為紫粒小麥的紫色來源于種皮色素積累,藍粒小麥的藍色來源于糊粉層色素的積累,藍紫粒小麥則是由于其種皮和糊粉層色素疊加的效果。已有諸多報道認為藍色、紫色等特殊粒色小麥中微量元素、氨基酸等營養物質含量豐富,營養價值較高[5-8]。彩色小麥中的色素提純、功能性營養物質的提取及產品開發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成分含量,對色素及營養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成分的動態積累過程,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 試驗材料

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

1.2 試驗設計

試驗于2018～2019年在連云港市農業科學院東辛農場試驗基地進行,試驗田前茬為旱茬,土壤有機碳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。

對每個試驗材料設置3次重復，采取隨機區組設計。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)、大小均勻一致的主莖穗子掛牌,并標明開花日期,于花后7 d開始取樣,以后每隔7 d取1次樣,測定相關指標。

1.3 測定項目與方法

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鳳等[16]的方法。

1.4 數據處理

利用Excel 2003對試驗數據進行初步整理,用Simaplot 10.0進行作圖分析。

2 結果與分析

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為先增加后降低的變化趨勢,且均在花后14 d達到峰值,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和藍粒小麥CM-L3籽粒中類胡蘿卜素含量在花后15 d達到峰值,而白粒小麥連麥抗1籽粒中類胡蘿卜素含量在花后21 d達到峰值,且峰值表現為CM-Z2>藍粒小麥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：隨著籽粒發育,紫粒小麥CM-Z2和藍粒小麥CM-L3籽粒中花青素含量均表現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品質的形成

2.2.1 礦質元素 隨著籽粒發育,不同粒色小麥籽粒中鐵、錳、銅、鋅含量總體上表現出下降趨勢,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趨于穩定。不同粒色品種(系)籽粒中Fe、Zn含量表現出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出顯著的相關性(表1)。

表1 不同粒色小麥在籽粒形成期礦質元素含量的變化 μg/g

2.2.2 總黃酮 隨著籽粒發育,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表現為CM-Z2>連麥抗1>CM-L3,從花后28 d至花后35 d表現為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,至成熟期時最低;色氨酸含量則表現為逐漸增加的趨勢。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粒小麥CM-L3和紫粒小麥CM-2的,之后表現為CM-Z2顯著高于連麥抗1和CM-L3的,后兩者間的差異未達到顯著水平(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出明顯的相關性；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。前人對成熟彩色小麥籽粒中的色素積累及應用已有較多的研究[17-18],而對彩色小麥籽粒中色素積累過程及其與常規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達到最大值,且在花后14 d及花后21 d表現為白粒小麥中葉綠素含量高于紫粒小麥和藍粒小麥;不同粒色小麥籽粒中類胡蘿卜素含量峰值出現時期有所差異,紫粒小麥和藍粒小麥在花后14 d出現峰值,而白粒小麥則在花后21 d出現峰值;隨著籽粒發育,藍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期基本上無差異，均遠低于藍粒和紫粒品種的。

3.2 不同粒色小麥籽粒功能營養成分的積累

人體所需要的營養元素除了空氣、水及碳水化合物等含有的常量礦物質營養元素外,還包括10種以上微量礦物質元素[19]；這些微量礦物質元素的含量雖然低,但對人體健康至關重要[20];生物活性物質是一種含量較少卻對生物體有顯著影響的物質,其是評價彩色小麥籽粒營養品質的必要指標,黃酮類物質即是一種重要的生物活性物質[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,導致其他必需氨基酸在人體內不能被充分利用的氨基酸。有研究者對我國22個省不同年份的600余份小麥樣品進行了分析，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]。本研究發現：隨著籽粒發育,不同顏色小麥籽粒中礦質元素Fe、Mn、Cu、Zn含量總體上表現出下降趨勢,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出顯著的相關性;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為逐漸降低的趨勢,而色氨酸含量表現為逐漸增加的趨勢,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粒小麥的。

隨著社會、經濟的發展及人們生活水平的提高,人們的飲食結構由溫飽型逐漸向營養型及保健型轉變。彩色小麥由于其特殊的籽粒顏色及營養構成,被認為是營養價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注。本研究分析比較了不同粒色小麥籽粒色素及功能營養物質的積累規律,研究結果對豐富不同粒色小麥的開發利用途徑具有重要的參考意義。