不同小麥品種籽粒中LOX活 性及基因型和環(huán)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(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院,合肥 230036)

不同小麥品種籽粒中LOX活 性及基因型和環(huán)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(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院,合肥 230036)

選用了安徽省淮南片小麥區(qū)試 5個生態(tài)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(huán)境及基因型 ×環(huán)境互作對小麥 LOX活性的影響。結(jié)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(huán)境差異均達到極顯著,基因型效應大于環(huán)境及基因型與環(huán)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(zhì)性狀,分析了小麥籽粒 LOX活性與若干品質(zhì)性狀的關(guān)系。結(jié)果表明,全麥粉 LOX活性與小麥粉LOX活性呈極顯著正相關(guān),與水溶性戊聚糖含量呈顯著正相關(guān),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(guān)。討論了脂肪氧化酶在小麥品質(zhì)改良中的利用等問題。

小麥 脂肪氧化酶 基因型 環(huán)境 品質(zhì)

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

然而,國內(nèi)外對小麥品質(zhì)的研究多注重其蛋白質(zhì)和淀粉品質(zhì)性狀,而關(guān)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(yǎng)品質(zhì)和加工品質(zhì)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(zhì),廣泛存在于自然界中[2-6]。有研究發(fā)現(xiàn),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(fā)性物質(zhì),能直接與食品中的蛋白質(zhì)和氨基酸結(jié)合,降低食品的風味[7-8]。國內(nèi)外有關(guān)研究表明,LOX會偶聯(lián)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(yǎng)成分,進而造成麥類食品的營養(yǎng)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(yǎng)品質(zhì)。麥類食品的麥香味可作為評價小麥品質(zhì)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(zhì)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(zhì)有著重要的現(xiàn)實意義。

目前,小麥LOX已經(jīng)引起國內(nèi)外谷物研究者的關(guān)注,但是國內(nèi)針對不同小麥品種 LOX活性及基因型與環(huán)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(qū)域試驗 5個生態(tài)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(huán)境及基因型 ×環(huán)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(zhì)性狀指標,分析 LOX活性與品質(zhì)性狀間的相關(guān)性,以期為 LOX在小麥品質(zhì)改良中的利用提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

安徽省淮南片小麥區(qū)試 5個生態(tài)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(qū)域試驗要求進行,于成熟期收獲、晾曬,然后在缸內(nèi)儲藏兩個月備用。

隨機區(qū)組試驗供試材料 10個:皖麥 48、揚麥 12、鄭麥 9023、煙農(nóng) 19、皖麥 52、皖麥 19、淮麥 20、鄭麥9405、豫麥 18-64和安農(nóng) 1032,于 2008～2009年在安徽農(nóng)業(yè)大學試驗農(nóng)場種植。田間采取隨機區(qū)組試驗,三次重復,每個重復 10個小區(qū),每小區(qū) 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(chǎn)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(qū)試 5個生態(tài)點的 10個小麥品種(系)的全麥粉用上海嘉定公司生產(chǎn)的 JFSD-100型旋風磨制備,過直徑 0.5 mm篩孔。

隨機區(qū)組試驗的 10個品種 (系)全麥粉用 Foss Tecator公司生產(chǎn)的 Cyclotec1093型旋風磨制備,過直徑 0.5 mm篩孔;小麥粉按常規(guī)實驗方法制備,即小麥籽粒經(jīng)潤麥 24 h使水分達到 14%左右,用 Bra2 bender公司生產(chǎn)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?zhèn)溆谩?/p>

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(diào)節(jié) 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(chǎn))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(shù)據(jù),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(shù),即1 min內(nèi) 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(shù)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(zhì)含量、濕面筋含量、沉降值和籽粒硬度。

1.3 統(tǒng)計分析

室內(nèi)實驗在安徽農(nóng)業(yè)大學種子科學與工程實驗室進行,所有測得的數(shù)據(jù)均輸入 Excel進行整理。然后導人DPS統(tǒng)計分析軟件進行方差分析、Duncan式多重比較和相關(guān)分析。

2 結(jié)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(zhì)改良是具有實際意義的。

從參試各品種 LOX活性的變異系數(shù)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(shù)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(jié)果及變異系數(shù)(CV)

2.2 小麥LOX活性的基因型與環(huán)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(huán)境間的差異均達到極顯著水平,而基因型與環(huán)境互作間差異未達到顯著水平。由基因型、環(huán)境、基因型與環(huán)境互作效應的平方和占總平方和的百分數(shù)可以看出,基因型對 LOX活性的影響是環(huán)境效應的約3.95倍,是基因型與環(huán)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(huán)境效應 >基因型與環(huán)境互作效應。這與 Borrelli G M等 (2008)的研究結(jié)果基本一致[16]。

表 2 小麥脂肪氧化酶活性的基因型和環(huán)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(huán)境對小麥 LOX活性的影響

由表 3可見,環(huán)境效應對小麥品種全麥粉LOX活性的影響較大,在 5個生態(tài)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(jié)果及變異系數(shù)(CV)

2.3 小麥品種 (系)LOX活性與若干品質(zhì)性狀的相關(guān)分析

2.3.1 全麥粉 LOX活性與小麥粉 LOX活性的關(guān)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(guān),且相關(guān)系數(shù)達到 0.96,由測得的數(shù)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(zhì)品質(zhì)等性狀的相關(guān)系數(shù)

2.3.2 全麥粉 LOX活性與戊聚糖和蛋白質(zhì)品質(zhì)等性狀的關(guān)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(guān),與非水溶性戊聚糖、總戊聚糖、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量等呈正相關(guān)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(guān),與非水溶性戊聚糖、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和沉降值等呈正相關(guān)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(guān)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(zhì)等品質(zhì)性狀的關(guān)系具有參考價值。

3 討論與結(jié)論

Borrelli GM等[12,17]認為 LOX在小麥籽粒中的分布有從外到內(nèi)遞減的趨勢,在胚和糊粉層中的活性高于胚乳,本研究結(jié)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(jié)果基本一致。

小麥品質(zhì)性狀既受遺傳控制,也受環(huán)境條件的影響,而且多數(shù)品質(zhì)性狀存在基因型與環(huán)境互作效應。研究品質(zhì)性狀的基因型與環(huán)境互作效應,有助于選育對環(huán)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(zhì)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(huán)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(tài)點的 10個小麥品種 (系)LOX活性在基因型間和環(huán)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(huán)境及基因型與環(huán)境互作效應,認為基因型是影響小麥LOX活性的主要因素,環(huán)境因素亦不可忽視。這與 Borrelli等[16]和 Liavonchanka[18]的研究結(jié)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(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)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(chǎn)品中抗氧化的化合物成份,提高麥類食品的加工品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)和保健功能。從研究的結(jié)果來看,不同地點的生態(tài)環(huán)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(qū)的環(huán)境條件以及基因型與環(huán)境互作效應的影響。

LOX可以氧化蛋白質(zhì)分子中半胱氨酸的二硫鍵(-S-S-),包括分子間和分子內(nèi)二硫鍵,從而使不飽和脂肪酸發(fā)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(wěn)定時間和粗面筋含量等品質(zhì)性狀的相關(guān)性,認為 LOX活性與面團強度、形成時間、穩(wěn)定時間、延展性呈顯著負相關(guān),與彈延比呈正相關(guān)。目前,國內(nèi)關(guān)于 LOX活性與小麥品質(zhì)性狀關(guān)系的研究報道甚少。本研究的相關(guān)分析結(jié)果表明,全麥粉 LOX活性與小麥粉 LOX活性呈極顯著正相關(guān),與水溶性戊聚糖含量呈顯著正相關(guān);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(guān)。全麥粉與小麥粉LOX活性均與非水溶性戊聚糖、蛋白質(zhì)和濕面筋含量呈正相關(guān),未達到顯著水平。本試驗受小麥品種 (系)的數(shù)量及環(huán)境因素等的影響,僅得出一些初步的研究結(jié)果,而關(guān)于LOX活性與小麥品質(zhì)性狀之間的關(guān)系以及 LOX活性在小麥品質(zhì)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