海藻酸鈉對苦蕎芽生長和黃酮類物質富集的影響

江蘭，趙江林，*，何小慧，吳志偉，周敏，林永翅，趙鋼

（1.成都大學農業農村部雜糧加工重點實驗室，四川成都610106；2.西昌市正中食品有限公司，四川西昌615000）

苦蕎[Fagopyrum tataricum（L.）Gaertn]是一種著名的特色雜糧作物，其營養價值高，富含蛋白質（9.3%～11.7%）、脂肪（1.7%～2.6%）、淀粉（71.6%～72.6%）等營養成分，并且含其他禾谷類作物所沒有的生物黃酮類功能成分[1-3]。近年來，隨著人們生活水平的提高和健康意識的增強，苦蕎加工制品越來越深受消費者的青睞，其市場前景廣闊，開發潛力巨大[4]。黃酮類物質是植物中一類具有重要生理活性的次生代謝物，與植物防御反應密切相關，具有抗菌、抗氧化、調節血脂、降血糖和降血壓等多種生理活性[5-12]。因此，提高苦蕎中黃酮類化合物的含量具有重要意義。

眾多研究表明，在適宜條件下，生物誘導子可促進酚酸類、黃酮類、萜類、生物堿，以及皂甙類等化合物的合成，其被認為是提高植物次生代謝物含量的有效途徑，已被廣泛應用于提高植物次生代謝物合成積累的研究中[13-14]。劉冉等[15]研究發現100 mg/L殼聚糖溶液能提高紅松幼苗中多酚物質含量；金海紅等[16]認為酵母細胞壁多糖能促進杭白菊中黃酮類物質的合成積累；張國利等[17]研究發現3種真菌多糖誘導子均能促進桑黃胞內黃酮類成分的積累。海藻酸鈉是從褐藻類的海帶或馬尾藻中提取的一種天然多糖，海藻酸鈉及其水解物對植物生長發育與次生代謝物的合成積累具有一定調節作用[18-22]。目前，尚未見關于海藻酸鈉誘導苦蕎黃酮類物質合成積累的研究報道。因此，本試驗選用不同濃度的海藻酸鈉溶液對苦蕎種子進行誘導處理，著重研究海藻酸鈉對苦蕎芽黃酮類物質合成積累的影響規律，為提高苦蕎芽品質提供一種新的方法和途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

西蕎1號：由成都大學-農業農村部雜糧加工重點實驗室提供。

海藻酸鈉：成都市科隆化學品有限公司；蘆丁：四川省維克奇生物科技有限公司；槲皮素：上海源葉生物科技有限公司；甲醇（色譜級）：西格瑪奧德里奇（上海）貿易有限公司；無水甲醇、氯化鈉、冰乙酸、三氯化鋁、乙酸鉀（分析純）：成都市科龍化工試劑廠。

LDZX-50KBS立式壓力蒸汽滅菌器：上海申安醫療器械廠；RXZ-300B人工氣候箱：寧波東南儀器有限公司；ESJ210-4B電子分析天平：龍騰電子有限公司；KQ-5200DE型數控超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司；島津LC-20A型高效液相色譜：日本Shimadzu；Biotek Synerey HTX多功能酶標儀：美國伯騰儀器有限公司；H2050R冷凍離心機：長沙湘儀離心機儀器有限公司；DGG-9246A電熱恒溫鼓風干燥箱：上海齊欣科學儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 海藻酸鈉溶液誘導處理及萌發方法

采用胚根生長抑制法[23]，選取大小均一、黑色飽滿健康的苦蕎籽粒（西蕎1號），經清洗、消毒、晾干，置于等量不同質量濃度（0、50、100、200、300、400 μg/mL）的海藻酸鈉溶液中浸泡12 h，以去離子水為對照組。將浸泡后的苦蕎籽粒置于鋪有2層紗布1層濾紙的培養皿內，于70%～75%濕度人工氣候箱中25℃恒溫培養（12 h光照，12 h黑暗）。待培養至10 d后收獲，測定其發芽率、芽長、根長、鮮重、干重，并將收獲的苦蕎芽烘干至恒重，打粉，冷凍保存于-20℃冰箱，待分析測定。每個處理做3次重復。

發芽率/%=（第10天種子總發芽數/試驗總種子數）×100

1.2.2 海藻酸鈉溶液對苦蕎芽黃酮含量的測定

稱取苦蕎芽粉末50 mg，加入5 mL、70%的甲醇，40℃超聲處理30 min，過濾，收集上清液作為樣品提取液備用。

1）采用三氯化鋁比色法[24]在420 nm下測定樣品提取液的總黃酮含量。以蘆丁質量濃度（C）為橫坐標，吸光度（A）為縱坐標，繪制標準曲線，得到蘆丁質量濃度與吸光度的關系曲線的回歸方程：Y=18.576 X-0.001，R2=0.999 6。根據回歸方程計算苦蕎芽提取物中的總黃酮含量。

2）參考王靜波等[25]的試驗方法，采用反向高效液相色譜法測定苦蕎芽中蘆丁和槲皮素的含量。色譜條件為色譜柱：Diamonsil-C18柱（4.6 mm×250 mm，5 μm）；流動相為A：1%冰乙酸溶液，B：純甲醇；洗脫程序見表1；流速：1.0 mL/min；檢測波長：360 nm；進樣量：10 μL；柱溫35℃。分別以蘆丁和槲皮素溶液濃度為縱坐標，峰面積為橫坐標，繪制標準曲線，得到蘆丁質量濃度與峰面積的關系曲線：Y=21 583 389.282 4X+288 644.574 9，R2=0.994 1；得到槲皮素質量濃度與峰面積的關系曲線：Y=10 208 431.250 0X+195 254.400 0，R2=0.998 7。根據各物質的回歸方程，即得各樣品的蘆丁和槲皮素的濃度。

表1 梯度洗脫程序Table 1 Gradient elution program

1.3 試驗數據統計與方法

試驗數據為3次重復，結果以平均值±標準差表示。采用SPSS19.0和Microsoft Office Excel 2010等軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 海藻酸鈉溶液對苦蕎種子發芽率的影響

圖1為不同濃度海藻酸鈉溶液對苦蕎發芽率的影響。

圖1 不同濃度海藻酸鈉溶液對苦蕎種子發芽率的影響Fig.1 Effects of sodium alginate at different concentrations on the seed germination rate of tartary buckwheat

由圖1可知，在一定供試濃度（50μg/mL～200μg/mL）范圍內，與空白對照組相比，隨著海藻酸鈉溶液濃度的增加，苦蕎種子的發芽率呈逐漸增加趨勢。在其供試濃度為200 μg/mL時，苦蕎種子的發芽率達到最大值91.33%，為對照組80.00%的1.14倍。當海藻酸鈉溶液的處理濃度進一步增大時（300μg/mL和400μg/mL），苦蕎種子的發芽率略呈下降趨勢，其主要原因可能為在適宜濃度范圍內，海藻酸鈉溶液能有效誘導苦蕎種子內α-淀粉酶、蛋白酶等水解酶的合成，進而促進苦蕎種子的萌發；當采用更高濃度的海藻酸鈉溶液進行誘導處理時，其對苦蕎種子內相關水解酶無明顯增強活性，甚至還具有一定的抑制作用。這與他人報道的關于海藻酸鈉溶液對玉米和水稻種子的萌發生長誘導效應基本一致[26]。

2.2 海藻酸鈉溶液對苦蕎芽生長的影響

圖2和圖3分別描述了海藻酸鈉溶液對苦蕎芽根長、芽長和生物量（鮮重、干重）的影響。

結果表明，經海藻酸鈉溶液誘導處理后，苦蕎芽的根長和芽長均比對照組有所提高，苦蕎芽的根長介于5.06 cm～6.05 cm之間，芽長介于3.38 cm～4.00 cm之間。對于苦蕎芽的生物量而言，苦蕎芽的生物量隨著海藻酸鈉溶液濃度的增加呈現先增加后降低的趨勢。在200 μg/mL濃度處理下能顯著提高苦蕎芽的鮮重和干重，分別為6.30 g/100株和0.91 g/100株，為對照組的1.34倍（4.70 g/100株）和1.10倍（0.83 g/100株）。相關研究表明，低濃度的海藻酸鈉溶液能提高大豆、玉米、水稻的株高和生物量，而高濃度的海藻酸鈉溶液對其生長則呈現出一定的抑制作用，其主要原因可能是適宜濃度的誘導子能改善幼苗的光合作用性能，能提高植物產物的積累量；當誘導子濃度較高時會誘導植物的抗性反應而造成細胞生長受阻[26-29]。

圖2 不同濃度海藻酸鈉溶液對苦蕎芽根長和芽長的影響Fig.2 Effects of different sodium alginate concentrations on the root and bud length of tartary buckwheat sprout

圖3 不同濃度海藻酸鈉溶液對苦蕎芽生物量的影響Fig.3 Effects of sodium alginate at different concentrations on the sprout biomass of tartary buckwheat

2.3 海藻酸鈉溶液對苦蕎芽總黃酮含量的影響

圖4為不同濃度海藻酸鈉溶液對苦蕎芽總黃酮合成積累的影響。

圖4 不同濃度海藻酸鈉溶液對苦蕎芽總黃酮含量的影響Fig.4 Effect of sodium alginate at different concentrations on the total flavonoid content of tartary buckwheat sprouts

由圖4可知，海藻酸鈉溶液能顯著提高苦蕎芽總黃酮的含量，且與其供試濃度緊密相關。在供試濃度200 μg/mL～300 μg/mL范圍內時，苦蕎芽總黃酮含量增加最為明顯。其中，當供試濃度為200 μg/mL時，苦蕎芽總黃酮含量達到最大值54.69 mg/g，為對照組49.38 mg/g的1.12倍。隨著海藻酸鈉溶液處理濃度的進一步增大（400 μg/mL），這種促進苦蕎芽黃酮類成分積累的誘導效應有所減弱。導致這種現象的原因一方面可能是苦蕎芽中積累的代謝物反饋抑制了該合成途徑的關鍵酶——苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonialyase，PAL），使合成受阻；另一方面也可能是由于產生的其他代謝物與海藻酸鈉共同競爭結合植物細胞位點，使得誘導信號不被識別或傳導，從而導致海藻酸鈉溶液的誘導作用減弱[18，30-31]。

2.4 海藻酸鈉溶液對苦蕎芽蘆丁和槲皮素的影響

蘆丁、槲皮素混合標準品及苦蕎芽提取物樣品的高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）圖分別如圖 5（A）和圖 5（B）所示。

圖5 蘆丁、槲皮素混合標準品及苦蕎芽提取物的高效液相色譜圖Fig.5 HPLC analysis profiles of the mixture of rutin and quercetin（standards）and the extraction of tartary buckwheat sprouts

在該分析條件下，苦蕎芽樣品中的2種主要黃酮類成分（蘆丁和槲皮素）的分離效果較好。經海藻酸鈉溶液誘導處理后，苦蕎芽中蘆丁和槲皮素的含量得以明顯提升。

海藻酸鈉溶液對苦蕎芽蘆丁及槲皮素含量的影響見圖6。

圖6 海藻酸鈉溶液對苦蕎芽蘆丁及槲皮素含量的影響Fig.6 Effects of sodium alginate solutions on the rutin and quercetin content of tartary buckwheat sprouts

由圖6可以看出，在供試濃度（50 μg/mL～400 μg/mL）范圍內，苦蕎芽中蘆丁和槲皮素的含量均較對照組有所增加。其中，在供試濃度為200 μg/mL時，苦蕎芽中的蘆丁及槲皮素含量達到最大值，分別為43.77 mg/g和5.28 mg/g，是對照組中蘆丁含量（39.45 mg/g）的1.11倍和槲皮素含量（3.25 mg/g）的1.62倍。

3 結論

本研究結果表明，在適宜濃度海藻酸鈉溶液（50 μg/mL ～200 μg/mL）的誘導作用下，苦蕎種子的發芽率、生物量及黃酮類物質的含量均較對照組有所增加，但隨著海藻酸鈉溶液濃度的進一步增加，苦蕎芽的生長受到一定抑制，黃酮類物質的含量也有所降低。

通過試驗得出：1）海藻酸鈉溶液有助于提高苦蕎種子發芽率、生物量及黃酮類物質的合成積累。2）海藻酸鈉溶液的最佳誘導濃度為200 μg/mL。在該處理條件下，苦蕎種子的發芽率為對照組的1.14倍、鮮重為對照組的1.34倍、干重是對照組的1.14倍、總黃酮含量比對照組提高10.75%、蘆丁含量較對照組提高10.95%、槲皮素含量比對照組提高62.46%。本研究為促進苦蕎種子萌發生長、黃酮類物質的合成積累，以及高品質苦蕎芽的生產奠定了基礎。