王康君,樊继伟,张广旭,郭明明,谭一罗,李晓峰,陈 凤,孙中伟,张梦涵

(连云港市农业科学院,江苏 连云港 222000)

小麦由皮层(包括外皮和糊粉层)、胚和胚乳组成,皮层沉积的色素含量及种类不同,导致小麦外观颜色存在差异。外观呈现出不同于白粒小麦和红粒小麦籽粒颜色的小麦被称为彩色小麦,如紫色、蓝色和蓝紫色小麦。前人针对彩色小麦籽粒中色素的合成与分布研究较多[1-4],认为紫粒小麦的紫色来源于种皮色素积累,蓝粒小麦的蓝色来源于糊粉层色素的积累,蓝紫粒小麦则是由于其种皮和糊粉层色素叠加的效果。已有诸多报道认为蓝色、紫色等特殊粒色小麦中微量元素、氨基酸等营养物质含量丰富,营养价值较高[5-8]。彩色小麦中的色素提纯、功能性营养物质的提取及产品开发亦逐渐有较多的研究[9-11]。然而,之前的研究更多地集中于彩色小麦成熟后籽粒中色素及营养成分含量,对色素及营养成分的积累过程研究较少。鉴于此，本研究分析了不同粒色小麦籽粒色素及功能营养成分的动态积累过程,以期为丰富彩色小麦的加工利用途径提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

连麦抗1(LMK1,白粒小麦)、CM-L3(蓝粒小麦)、CM-Z2(紫粒小麦)。

1.2 试验设计

试验于2018～2019年在连云港市农业科学院东辛农场试验基地进行,试验田前茬为旱茬,土壤有机碳21.64 g/kg,总氮2.4 g/kg,总磷1.8 g/kg,总钾15.7 g/kg；土壤pH值为7.85;土壤含盐量为0.98 mg/g。

对每个试验材料设置3次重复，采取随机区组设计。在开花期选择同一天开花(以穗子中部第一朵小花的花药露出为准)、大小均匀一致的主茎穗子挂牌,并标明开花日期,于花后7 d开始取样,以后每隔7 d取1次样,测定相关指标。

1.3 测定项目与方法

叶绿素与类胡萝卜素含量的测定采用乙醇浸提法[12];花青素含量的测定采用紫外分光光度法[13];微量元素含量的测定采用原子吸收光谱法[14];黄酮含量的测定采用分光光度法[15];氨基酸含量的测定参照张战凤等[16]的方法。

1.4 数据处理

利用Excel 2003对试验数据进行初步整理,用Simaplot 10.0进行作图分析。

2 结果与分析

2.1 不同粒色小麦籽粒色素的积累

2.1.1 不同粒色小麦籽粒叶绿素的积累 由图1可以看出,不同粒色小麦籽粒中叶绿素含量均表现为先增加后降低的变化趋势,且均在花后14 d达到峰值,之后迅速下降;从花后14 d至花后28 d籽粒中叶绿素含量表现为连麦抗1>CM-L3>CM-Z2,即颜色越深,籽粒中叶绿素含量越低；在其余时期不同粒色小麦籽粒中叶绿素含量差异不显著。

2.1.2 不同粒色小麦籽粒类胡萝卜素的积累 由图2可以看出：随着籽粒发育,不同粒色小麦籽粒中类胡萝卜素含量均呈先增加后降低的变化趋势;不同之处在于紫粒小麦CM-Z2和蓝粒小麦CM-L3籽粒中类胡萝卜素含量在花后15 d达到峰值,而白粒小麦连麦抗1籽粒中类胡萝卜素含量在花后21 d达到峰值,且峰值表现为CM-Z2>蓝粒小麦CM-L3>连麦抗1。

2.1.3 不同粒色小麦籽粒花青素的积累 由图3可以看出：随着籽粒发育,紫粒小麦CM-Z2和蓝粒小麦CM-L3籽粒中花青素含量均表现为逐渐增加的变化趋势,且CM-Z2籽粒中的花青素含量大于CM-L3的；白粒小麦连麦抗1籽粒中花青素含量在各时期基本上无差异，均显著低于CM-Z2和CM-L3的。

2.2 不同粒色小麦籽粒功能营养品质的形成

2.2.1 矿质元素 随着籽粒发育,不同粒色小麦籽粒中铁、锰、铜、锌含量总体上表现出下降趋势,但不同元素略有差异,Fe、Mn、Zn、Cu含量在花后7 d至21 d下降迅速,在花后28 d趋于稳定。不同粒色品种(系)籽粒中Fe、Zn含量表现出CM-Z2>CM-L3 >连麦抗1,即籽粒颜色越深,Fe和Zn含量越高；而Mn和Cu含量与籽粒颜色未表现出显著的相关性(表1)。

表1 不同粒色小麦在籽粒形成期矿质元素含量的变化 μg/g

2.2.2 总黄酮 随着籽粒发育,各小麦品种籽粒中总黄酮含量主要呈逐渐增加的趋势,但不同粒色小麦品种在花后不同阶段籽粒中总黄酮含量存在显著差异。不同粒色小麦籽粒中总黄酮含量从花后14 d至花后21 d表现为CM-Z2>连麦抗1>CM-L3,从花后28 d至花后35 d表现为CM-Z2>CM-L3>连麦抗1(图4)。

2.2.3 限制性氨基酸 不同粒色小麦籽粒中赖氨酸和色氨酸的积累趋势表现一致;赖氨酸含量均在花后7 d最高,之后7 d迅速下降,至成熟期时最低;色氨酸含量则表现为逐渐增加的趋势。不同粒色小麦籽粒中赖氨酸的积累量存在差异,在花后14 d 白粒小麦连麦抗1籽粒中赖氨酸含量显著低于蓝粒小麦CM-L3和紫粒小麦CM-2的,之后表现为CM-Z2显著高于连麦抗1和CM-L3的,后两者间的差异未达到显著水平(图5)。不同小麦品系籽粒中色氨酸积累有差异,但未与籽粒颜色表现出明显的相关性；在灌浆前期连麦抗1籽粒中色氨酸含量显著高于CM-L3和CM-Z2的；在灌浆后期以CM-Z2的色氨酸含量最高,而连麦抗1和CM-L3籽粒中的色氨酸含量差异不显著(图6)。

3 讨论

3.1 不同粒色小麦籽粒色素的积累

彩色小麦与普通小麦相比,最直观的区别就是籽粒颜色更深；彩色小麦籽粒被证明含有丰富的天然色素。前人对成熟彩色小麦籽粒中的色素积累及应用已有较多的研究[17-18],而对彩色小麦籽粒中色素积累过程及其与常规白粒小麦间的比较研究较少。在本研究条件下,各颜色小麦籽粒中叶绿素含量在花后14 d达到最大值,且在花后14 d及花后21 d表现为白粒小麦中叶绿素含量高于紫粒小麦和蓝粒小麦;不同粒色小麦籽粒中类胡萝卜素含量峰值出现时期有所差异,紫粒小麦和蓝粒小麦在花后14 d出现峰值,而白粒小麦则在花后21 d出现峰值;随着籽粒发育,蓝粒小麦和紫粒小麦籽粒中花青素含量均逐渐增加,且紫粒小麦籽粒中花青素含量大于蓝粒小麦中的花青素含量,而白粒小麦籽粒中花青素含量在各时期基本上无差异，均远低于蓝粒和紫粒品种的。

3.2 不同粒色小麦籽粒功能营养成分的积累

人体所需要的营养元素除了空气、水及碳水化合物等含有的常量矿物质营养元素外,还包括10种以上微量矿物质元素[19]；这些微量矿物质元素的含量虽然低,但对人体健康至关重要[20];生物活性物质是一种含量较少却对生物体有显著影响的物质,其是评价彩色小麦籽粒营养品质的必要指标,黄酮类物质即是一种重要的生物活性物质[18];氨基酸可以提供人们膳食中微量元素的生物有效性[]；限制性氨基酸是指含量较低,导致其他必需氨基酸在人体内不能被充分利用的氨基酸。有研究者对我国22个省不同年份的600余份小麦样品进行了分析，得出98%的小麦籽粒以赖氨酸为限制性氨基酸,2%的样品以色氨酸为限制性氨基酸[21]。本研究发现：随着籽粒发育,不同颜色小麦籽粒中矿质元素Fe、Mn、Cu、Zn含量总体上表现出下降趋势,不同粒色小麦粒颜色越深,Fe和Zn含量越高,而Mn和Cu含量与籽粒颜色未呈现出显著的相关性;各小麦品种籽粒中总黄酮含量主要呈逐渐增加的趋势,总体上不同颜色小麦籽粒颜色越深,其最终积累的总黄酮含量越高;不同颜色小麦籽粒中赖氨酸含量表现为逐渐降低的趋势,而色氨酸含量表现为逐渐增加的趋势,且在灌浆前期白粒小麦籽粒中的赖氨酸含量高于蓝粒小麦和紫粒小麦的,而在灌浆中后期紫粒小麦籽粒中的赖氨酸含量高于白粒小麦和蓝粒小麦的。

随着社会、经济的发展及人们生活水平的提高,人们的饮食结构由温饱型逐渐向营养型及保健型转变。彩色小麦由于其特殊的籽粒颜色及营养构成,被认为是营养价值较高的一种特殊类型小麦,受到市场及研究者越来越广泛的关注。本研究分析比较了不同粒色小麦籽粒色素及功能营养物质的积累规律,研究结果对丰富不同粒色小麦的开发利用途径具有重要的参考意义。