不同小麥品種籽粒中LOX活 性及基因型和環境互作分析

王 慧 鄭文寅 樊 宏 汪 帆 王 青 王冠球 張文明 姚大年

(安徽農業大學農學院,合肥 230036)

不同小麥品種籽粒中LOX活 性及基因型和環境互作分析

王 慧 鄭文寅 樊 宏 汪 帆 王 青 王冠球 張文明 姚大年

(安徽農業大學農學院,合肥 230036)

選用了安徽省淮南片小麥區試 5個生態點的 10個小麥品種 (系)為試驗材料,測定其全麥粉脂肪氧化酶 (LOX)活性。研究了基因型、環境及基因型 ×環境互作對小麥 LOX活性的影響。結果表明,全麥粉LOX活性的變幅為 4.27～8.94 nkat·g-1,平均值為 6.61 nkat·g-1,LOX活性的基因型和環境差異均達到極顯著,基因型效應大于環境及基因型與環境互作效應。同時,選用皖麥 48等 10個小麥品種 (系)為試材,測定其LOX活性等 9個品質性狀,分析了小麥籽粒 LOX活性與若干品質性狀的關系。結果表明,全麥粉 LOX活性與小麥粉LOX活性呈極顯著正相關,與水溶性戊聚糖含量呈顯著正相關,小麥粉LOX活性與水溶性戊聚糖含量和總戊聚糖含量呈顯著正相關。討論了脂肪氧化酶在小麥品質改良中的利用等問題。

小麥 脂肪氧化酶 基因型 環境 品質

小麥籽粒含有豐富的淀粉、較多的蛋白質、少量的脂類及多種礦物質元素,營養價值較高[1]。隨著社會經濟的發展和人民生活水平的提高,人們對小麥品質要求越來越高,其品質改良也日益受到國內外小麥研究者的重視。

然而,國內外對小麥品質的研究多注重其蛋白質和淀粉品質性狀,而關于小麥脂肪氧化酶的研究報道甚少。小麥中脂肪氧化酶含量很低,但是對小麥的營養品質和加工品質都有著重要的影響。脂肪氧化酶 (Lipoxygenase,EC1.13.11.12,簡稱 LOX)是一種含有非血紅素鐵的蛋白質,廣泛存在于自然界中[2-6]。有研究發現,LOX能專一催化多元不飽和脂肪酸的加氧反應,主要作用底物是亞油酸酯和亞麻酸酯,生成具有共軛雙鍵的過氧化氫衍生物等揮發性物質,能直接與食品中的蛋白質和氨基酸結合,降低食品的風味[7-8]。國內外有關研究表明,LOX會偶聯氧化小麥中的類胡蘿卜素,可以取代化學漂白劑使小麥粉變白,提高其商品性;但是過高的LOX活性則會破壞小麥籽粒中的黃色素,使小麥粉過于白而失去了許多營養成分,進而造成麥類食品的營養價值下降[9-11]。因此,低 LOX活性小麥品種有利于增加小麥的營養品質。麥類食品的麥香味可作為評價小麥品質一個重要的感官指標,對面條、饅頭等食品的評分都有重要影響。LOX能夠氧化小麥中一些脂類物質從而使小麥粉喪失麥香味而影響麥類食品的口感[10-13]?？寡趸瘜W說認為,類胡蘿卜素可以降低氧化作用的損傷而對人體有一定的保健作用[9],小麥中過多的 LOX會降解類胡蘿卜素含量進而影響其保健效果。綜上所述,研究小麥中的LOX活性對于改良小麥品質有著重要的現實意義。

目前,小麥LOX已經引起國內外谷物研究者的關注,但是國內針對不同小麥品種 LOX活性及基因型與環境互作的研究報道甚少。本研究選用了安徽省淮南片小麥區域試驗 5個生態點的 10個小麥品種(系)為試驗材料,測定了籽粒全麥粉 LOX活性,研究基因型、環境及基因型 ×環境互作對脂肪氧化酶活性的影響。同時,測定了來自安徽、江蘇、山東等省的 10個小麥品種 (系)的 LOX活性和戊聚糖含量等 9個品質性狀指標,分析 LOX活性與品質性狀間的相關性,以期為 LOX在小麥品質改良中的利用提供參考依據。

1 材料和方法

1.1 供試材料

安徽省淮南片小麥區試 5個生態點的供試材料10個 :揚 06-164、皖墾麥 076、揚輻麥 5242、揚麥 16、皖 0202、揚 06G86、07安徽 03、定紅 201和皖 0606,分別種植于安徽省鳳臺市、天長市、安慶市、六安市以及合肥市等 5個試驗地點。種植、田間管理及收獲按安徽省區域試驗要求進行,于成熟期收獲、晾曬,然后在缸內儲藏兩個月備用。

隨機區組試驗供試材料 10個:皖麥 48、揚麥 12、鄭麥 9023、煙農 19、皖麥 52、皖麥 19、淮麥 20、鄭麥9405、豫麥 18-64和安農 1032,于 2008～2009年在安徽農業大學試驗農場種植。田間采取隨機區組試驗,三次重復,每個重復 10個小區,每小區 10行,行長 2 m,行距 25 cm,每行 60株左右。田間管理與大田生產水平一致,晾曬和儲藏等同上。

1.2 試驗方法

1.2.1 全麥粉和小麥粉制備

安徽省淮南片區試 5個生態點的 10個小麥品種(系)的全麥粉用上海嘉定公司生產的 JFSD-100型旋風磨制備,過直徑 0.5 mm篩孔。

隨機區組試驗的 10個品種 (系)全麥粉用 Foss Tecator公司生產的 Cyclotec1093型旋風磨制備,過直徑 0.5 mm篩孔;小麥粉按常規實驗方法制備,即小麥籽粒經潤麥 24 h使水分達到 14%左右,用 Bra2 bender公司生產的 880110型實驗磨制粉,過 100目篩,出粉率 60%左右,小麥粉密封放入冷藏柜中保存備用。

1.2.2 LOX活性的測定

參照 Larisa Catod的分光光度計法[14]測定小麥籽粒中LOX活性,加以適當改良后進行。

底物配置:0.5 mL吐溫溶解于 10 mL 0.05 mol/L pH 9.0的硼酸緩沖液中混勻,再逐滴加入 0.5 mL亞油酸,混勻成乳濁液后加入 1.3 mL 1 mol/L的 NaOH至溶液澄清,然后加入 90 mL 0.05 mol/L pH9.0的硼酸緩沖液,用 HCl調節 pH至 7.0后定溶到 200 mL。

酶提取液:稱取 0.5 g全麥粉或小麥粉,加入2.5 mL 0.1 mol/L pH 7.5的磷酸緩沖液在 4℃條件下混勻 30 min后在 8 000 r/min 4℃下離心 10 min即為酶提取液。

反應體系:9.5 mL 0.05 mol/L pH 5.6醋酸鈉緩沖液加入 0.3 mL亞油酸底物加入 60μL酶提取液,用UV-1100型分光光度計 (上海美譜達公司生產)在 234 nm處用 1 cm光程的石英比色皿測定共軛過氧化物的吸光度,用底物作對照。每 15 s記錄一個數據,觀察 OD值的變化。

LOX計算公式:A=[OD30-OD15]/0.01

式中:A為酶活性單位;OD30為反應 30 s的 OD值;OD15為反應 15 s的 OD值;0.01為一個常數,即1 min內 3 mL的反應體系在 234 nm吸光度下增加0.01作為一個酶活力單位。

1.2.3 其他性狀測定

戊聚糖含量測定:采用地衣酚 -鹽酸法[15]。

近紅外參數的測定:使用 1255型近紅外光譜儀(美國 FOSS公司)測定各供試材料的蛋白質含量、濕面筋含量、沉降值和籽粒硬度。

1.3 統計分析

室內實驗在安徽農業大學種子科學與工程實驗室進行,所有測得的數據均輸入 Excel進行整理。然后導人DPS統計分析軟件進行方差分析、Duncan式多重比較和相關分析。

2 結果與分析

2.1 小麥籽粒中 LOX活性的品種間差異

由表 1可以看出,不同小麥品種 (系)間 LOX活性差別較大,10個參試小麥品種 (系)的全麥粉 LOX活性平均值的變幅為 4.27～8.94 nkat·g-1,平均值為 6.61 nkat·g-1;LOX活性較高的為揚麥 158(8.94 nkat·g-1)和揚 06G86(7.04 nkat·g-1),活性較低的為揚輻麥 5242(4.27 nkat·g-1)和皖墾麥076(4.51 nkat·g-1),它們之間的差異達到極顯著水平。而這種差異對于針對LOX活性的小麥品質改良是具有實際意義的。

從參試各品種 LOX活性的變異系數和變幅來看,皖 0202的 LOX活性變異最大,達到 25.35%。其次是定紅 201和皖墾麥 076,分別達到 22.98%和19.82%;變異系數最小的是揚 06-164,為 9.85%。

表 1 不同品種間小麥全麥粉脂肪氧化酶活性的平均值,顯著性檢測結果及變異系數(CV)

2.2 小麥LOX活性的基因型與環境互作分析

2.2.1 方差分析

由表 2可見,全麥粉 LOX活性在基因型間和環境間的差異均達到極顯著水平,而基因型與環境互作間差異未達到顯著水平。由基因型、環境、基因型與環境互作效應的平方和占總平方和的百分數可以看出,基因型對 LOX活性的影響是環境效應的約3.95倍,是基因型與環境互作效應的約 5.26倍;說明基因型效應對小麥 LOX活性的作用最大,是影響 LOX活性的主要因素?？梢?小麥 LOX活性的基因型效應 >環境效應 >基因型與環境互作效應。這與 Borrelli G M等 (2008)的研究結果基本一致[16]。

表 2 小麥脂肪氧化酶活性的基因型和環境及其互作效應的方差分析及對總變異的影響

2.2.2 不同環境對小麥 LOX活性的影響

由表 3可見,環境效應對小麥品種全麥粉LOX活性的影響較大,在 5個生態點中,全麥粉 LOX活性的變幅為 5.00～6.99 nkat·g-1,平均值為 6.00 nkat·g-1。天長點平均值最高 (6.99 nkat·g-1),與六安、合肥、鳳臺和安慶點差異達到極顯著;安慶點平均值最低 (5.00 nkat·g-1),與天長、六安、合肥和鳳臺點差異也達到極顯著;而六安、合肥和鳳臺點相互之間差異未達到顯著水平。

表 3 不同地點間小麥全麥粉脂肪氧化酶活性的平均值及其顯著性檢測結果及變異系數(CV)

2.3 小麥品種 (系)LOX活性與若干品質性狀的相關分析

2.3.1 全麥粉 LOX活性與小麥粉 LOX活性的關系由表 4可以看出,全麥粉 LOX活性與小麥粉

LOX活性呈極顯著正相關,且相關系數達到 0.96,由測得的數值 (略)得出,相同的小麥品種 (系),小麥粉中LOX活性普遍低于全麥粉LOX活性。

表 4 LOX活性與戊聚糖和蛋白質品質等性狀的相關系數

2.3.2 全麥粉 LOX活性與戊聚糖和蛋白質品質等性狀的關系

由表 4可以看出,全麥粉 LOX活性與水溶性戊聚糖含量呈顯著正相關,與非水溶性戊聚糖、總戊聚糖、蛋白質含量、濕面筋含量等呈正相關但是未達到顯著水平,小麥粉 LOX活性與水溶性戊聚糖含量和總戊聚糖含量均呈顯著正相關,與非水溶性戊聚糖、蛋白質含量、濕面筋含量和沉降值等呈正相關但是未達到顯著水平。全麥粉與小麥粉LOX活性均與籽粒硬度呈負相關但未達顯著水平。這些對了解小麥品種LOX活性與戊聚糖及蛋白質等品質性狀的關系具有參考價值。

3 討論與結論

Borrelli GM等[12,17]認為 LOX在小麥籽粒中的分布有從外到內遞減的趨勢,在胚和糊粉層中的活性高于胚乳,本研究結果中,相同小麥品種,小麥粉中LOX活性普遍低于全麥粉 LOX活性,與其得到的結果基本一致。

小麥品質性狀既受遺傳控制,也受環境條件的影響,而且多數品質性狀存在基因型與環境互作效應。研究品質性狀的基因型與環境互作效應,有助于選育對環境條件具有廣泛適應性或特殊適應性的品種,這對小麥品質遺傳改良都具有重大的意義。有研究認為小麥 LOX活性受基因型和環境的影響,其中基因型是決定小麥品種 LOX活性的主導因素[12,18]。研究表明,安徽省 5個生態點的 10個小麥品種 (系)LOX活性在基因型間和環境間的差異皆達到極顯著水平,且基因型對小麥 LOX活性的效應大于環境及基因型與環境互作效應,認為基因型是影響小麥LOX活性的主要因素,環境因素亦不可忽視。這與 Borrelli等[16]和 Liavonchanka[18]的研究結果基本一致。

降低小麥品種的LOX活性可以使麥類食品具有較高的附加值,在未來的育種中,為改良麥類食品的加工品質和營養品質及延長小麥的儲藏時間,小麥籽粒的 LOX活性將可作為選擇的參考性狀之一,以保留籽粒及其最終產品中抗氧化的化合物成份,提高麥類食品的加工品質、營養品質和保健功能。從研究的結果來看,不同地點的生態環境對小麥 LOX活性的影響存在較大差異,因此在進行品種選育或利用時,既要注意基因型間差異,又要注意不同地區的環境條件以及基因型與環境互作效應的影響。

LOX可以氧化蛋白質分子中半胱氨酸的二硫鍵(-S-S-),包括分子間和分子內二硫鍵,從而使不飽和脂肪酸發生氧化作用[19]。Trufanov VA等[19]研究了LOX活性與面團強度、形成時間、穩定時間和粗面筋含量等品質性狀的相關性,認為 LOX活性與面團強度、形成時間、穩定時間、延展性呈顯著負相關,與彈延比呈正相關。目前,國內關于 LOX活性與小麥品質性狀關系的研究報道甚少。本研究的相關分析結果表明,全麥粉 LOX活性與小麥粉 LOX活性呈極顯著正相關,與水溶性戊聚糖含量呈顯著正相關;小麥粉LOX活性與水溶性戊聚糖含量和總戊聚糖含量呈顯著正相關。全麥粉與小麥粉LOX活性均與非水溶性戊聚糖、蛋白質和濕面筋含量呈正相關,未達到顯著水平。本試驗受小麥品種 (系)的數量及環境因素等的影響,僅得出一些初步的研究結果,而關于LOX活性與小麥品質性狀之間的關系以及 LOX活性在小麥品質改良中的利用等還有待于進一步的研究。

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Lipoxygenase Activity and Its Genotype and Environment Interactions forDifferentWheatVarieties

Wang Hui ZhengWenyin Fan Hong Wang Fan Wang Qing Wang Guanqiu ZhangWenming Yao Danian
(School ofAgronomy,AnhuiAgriculturalUniversity,Hefei 230036)

Ten wheat varietieswere sown in five locations of Huainan field trial in Anhui Province to investigate the effects of genotype and environment on the lipoxygenase(LOX)activity of wheat.Results:The LOX activity of wholemeal range from 4.27 to 8.94 nkat·g-1,average 6.61 nkat o g-1.Genotype and environment both have highly significant influence on the LOX activity,and genotype effect is higher than the effectsof environment and gen2 otype×environment interaction.Meanwhile,another ten wheat varieties or lines,includingWanmai 48,et al,were selected as materials to deter mine LOX activity and other 8 quality traits,and the relationships of LOX activity with some wheat quality traitswere analyzed.Results show LOX activity ofwholemeal is positively correlative(extremely significant)with flours,and with water-soluble pentosan(significant).TheLOX activity of flour ispositively correl2 ative(significant)with water-soluble pentosan and total pentosan content.The utilization of LOX in the improve2 ment ofwheat quality is discussed.

wheat,lipoxygenase,genotype,environment,quality

S512

A

1003-0174(2011)01-0011-05

國家自然科學基金(30671301,31071404)

2010-03-12

王慧,女,1985年出生,碩士,小麥遺傳育種

姚大年,男,1955年出生,教授,博士,小麥遺傳育種