單色光對小麥草營養(yǎng)成分的影響

李國強(qiáng)，苗洪利*，劉洪慶，王小娟

(1.中國海洋大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院， 山東 青島 266100； 2.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)院， 山東 青島 266109)

單色光對小麥草營養(yǎng)成分的影響

李國強(qiáng)1，苗洪利1*，劉洪慶2，王小娟1

(1.中國海洋大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院， 山東 青島 266100； 2.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)院， 山東 青島 266109)

摘要：以小麥草為研究對象，通過LED光照實驗，探究不同光質(zhì)對小麥草營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)(葉綠素含量，可溶性蛋白含量，可溶性糖含量，超氧化物歧化酶(SOD)活性，總酸度，脯氨酸含量)的影響。采用與小麥草光合作用吸收光譜吻合的大功率紅、藍(lán)LED燈，紅光峰值波長為655 nm，藍(lán)光峰值波長為438 nm，帶寬均為30 nm左右，對小麥萌發(fā)后幼苗進(jìn)行為期10天的實驗室光照培養(yǎng)箱培養(yǎng)，與日光培養(yǎng)對照，然后測定營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)。除光質(zhì)為變量外，保持其余生長環(huán)境一致，實驗結(jié)果表明: 紅光有利于提高小麥草葉綠素含量、可溶性糖含量和SOD活性；藍(lán)光有利于提高可溶性蛋白含量、總酸度含量和脯氨酸含量。通過紅光和藍(lán)光照射，有利于改善小麥草的營養(yǎng)品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：LED； 紅光； 藍(lán)光； 小麥草； 營養(yǎng)品質(zhì)

0引言

小麥的幼苗-小麥草，比小麥麥粒更富有營養(yǎng)。小麥草嫩葉富含蛋白質(zhì)、天然維生素、礦物質(zhì)及人體所需的全部十八種氨基酸等成分，具有減肥、降脂、抗氧化的功能，是一種全營養(yǎng)食療佳品[1]。小麥嫩葉中含有超氧化物歧化酶(SOD),具有防止細(xì)胞老化、抑制癌細(xì)胞的功能[2]。而富含的天然葉綠素中的錳離子可消除低鉀血癥和低鈉血癥[3]。長期食用可改善人體體質(zhì)，可使酸性體質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)閴A性體質(zhì)，預(yù)防疾病發(fā)生[4]。

已有研究表明，紅光、藍(lán)光不僅可以有效促進(jìn)植物的生長，在植物的生物品質(zhì)方面也有顯著地影響。紅光可以有效提高蘿卜芽苗、番茄、辣椒、黃瓜等蔬菜可溶性糖、葉綠素的含量，有利于碳水化合物的形成[5-7]，藍(lán)光有利于提高蛋白質(zhì)和維生素C的形成[9-10]。紅藍(lán)光均可以提高番茄幼苗的抗氧化酶(包括SOD)的活性[8]。

本課題組在單色光對小麥草生長速率的影響研究結(jié)果已公開發(fā)表，本文通過紅、藍(lán)大功率LED對小麥草光照培養(yǎng)實驗，從對人類的營養(yǎng)角度出發(fā)，探究不同單色光對小麥草與營養(yǎng)品質(zhì)相關(guān)的特征指標(biāo)如葉綠素含量，可溶性蛋白含量，可溶性糖含量，SOD活性，總酸度，脯氨酸含量的影響，從而為實際生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1材料及方法

1.1材料

將經(jīng)過清洗、浸泡、暗光催芽等過程后的小麥草芽分為數(shù)量相等的三部分，分別置于A、B兩個培養(yǎng)箱和室內(nèi)日光中進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)10天后對其幼苗進(jìn)行有關(guān)指標(biāo)的測定。

1.2培養(yǎng)方法

選擇紅、藍(lán)LED光源，紅光峰值波長為655 nm，藍(lán)光峰值波長為438 nm，帶寬均為30 nm左右。LED光源發(fā)射譜與植物光合作用吸收譜基本吻合。紅藍(lán)LED串并混聯(lián)組合成兩塊面光源，安裝在培養(yǎng)箱內(nèi)部兩側(cè)。采用可調(diào)輸出電流的恒流電源供電，可實現(xiàn)紅藍(lán)光及其光強(qiáng)的選擇；利用定時器實現(xiàn)光照周期的調(diào)節(jié)。

為保證實驗結(jié)果的可靠性，采用兩個避光的培養(yǎng)箱A和B。兩箱有相同的溫度和濕度調(diào)節(jié)設(shè)備，自動定時噴水，并在水中調(diào)節(jié)適量的營養(yǎng)液。采用通風(fēng)口換氣，以確保培養(yǎng)箱內(nèi)有充足的二氧化碳。

兩箱均設(shè)定溫度為25 ℃，培養(yǎng)箱A設(shè)置藍(lán)光，培養(yǎng)箱B設(shè)置紅光，使用PR650光譜光度計測定不同單色光的光量子通量密度值，該值是光合作用光強(qiáng)通用的單位。兩箱的光照強(qiáng)度均為500 μmol·m-2·S-1，在室內(nèi)選擇平均光強(qiáng)約為500 的太陽直射平臺作為對照，光周期均設(shè)定為12 h/d。

1.3營養(yǎng)指標(biāo)及其測定方法

1.3.1葉綠素(Chlorophyll)

葉綠素與光合作用密切相關(guān)，對植物的生長起著至關(guān)重要的作用。葉綠素中含有豐富的微量元素、維生素和無機(jī)鹽，具有很高的營養(yǎng)價值。在酶的制造及維持其活性上有重要作用。由于葉綠素中富含微量元素鐵，是天然的造血原料。

葉綠素含量測定采用浸提法，取試樣避光浸泡在丙酮、乙醇和水的混合液(4.5∶4.5∶1)中，等到葉片褪色，在663 nm和645 nm下比色并計算而得。

1.3.2可溶性蛋白(Soluble Protein)

蛋白質(zhì)是一切生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，以小分子狀態(tài)溶于水或其他溶劑時稱之可溶性蛋白。人體攝取蛋白的途徑有動物蛋白和植物蛋白，植物蛋白不含膽固醇和飽和脂肪酸而具獨特優(yōu)勢。

可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍(lán)法進(jìn)行測定。取葉片試樣研磨離心，取定量上清液于試管中，加入考馬斯亮藍(lán)比色并計算而得。

1.3.3可溶性糖(Soluble Sugar)

可溶性糖包括葡萄糖、果糖、麥芽糖和蔗糖。它們在植物體內(nèi)充當(dāng)能量的儲存、轉(zhuǎn)移的介質(zhì)。糖是人體三大主要營養(yǎng)素之一，是人體熱能的主要來源。糖供給人體的熱能約占人體所需總熱能的60～70%。此外，糖還是構(gòu)成組織和保護(hù)肝臟功能的重要物質(zhì)。

可溶性糖含量采用蒽酮法測定。制作標(biāo)準(zhǔn)曲線后，稱取不同的小麥葉片，研磨后于試管中煮沸，冷卻后定容離心，取定量上清液于試管中，加入定量水、蒽酮試劑以及濃硫酸，煮沸后待冷卻后進(jìn)行比色，記錄光密度值，查標(biāo)準(zhǔn)曲線得知可溶性糖的含量。

1.3.4總酸度(Total Acidity)

總酸度又稱可滴定酸度，是指食品中所有酸性物質(zhì)的總量，包括游離酸、結(jié)合酸和來自食物或細(xì)菌代謝的有機(jī)酸。有機(jī)酸包括蘋果酸、乳酸、酒石酸、檸檬酸、草酸、琥珀酸等，具有抗菌消炎、收斂止瀉、消食健脾、抑制結(jié)石等多種醫(yī)藥功能，有機(jī)酸組分不僅是其植物品質(zhì)和特殊風(fēng)味的重要組成因子，它可能還和其它活性物質(zhì)一起共同產(chǎn)生了以上醫(yī)療保健作用。

總酸度的測定采用滴定法測定。取葉片試樣剪碎后75～80 ℃水浴半小時，定容50 mL。過濾出上清液，準(zhǔn)確吸取25 mL加入錐形瓶，加酚酞指示劑，用NaOH標(biāo)準(zhǔn)液滴定。

1.3.5超氧化物歧化酶(SuperOxide Dismutase,SOD)

超氧化物歧化酶(SOD)是一種源于生命體的活性物質(zhì)，能消除生物體在新陳代謝過程中產(chǎn)生的有害的自由基。具有防止細(xì)胞老化、抑制癌細(xì)胞的功能，是護(hù)膚、美容化妝品和保健中必不可少的重要原料。

超氧化物歧化酶活性測定方法如下：取葉片試樣，用預(yù)冷的研缽和磷酸緩沖液研磨，4 ℃離心上清液為SOD粗酶提取液。每個樣品取試管四只，兩只為測定，兩只為對照，其中一個為黑暗對照，加緩沖液代替酶液，其余試劑均一致，混勻照光后560 nm下進(jìn)行比色。計算SOD的活性。

1.3.6脯氨酸(Proline)

脯氨酸是植物蛋白質(zhì)的組分之一，并可以游離狀態(tài)廣泛存在于植物體中。在干旱、鹽漬等脅迫條件下，許多植物體內(nèi)脯氨酸大量積累。積累的脯氨酸除了作為植物細(xì)胞質(zhì)內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)外，還在穩(wěn)定生物大分子結(jié)構(gòu)、降低細(xì)胞酸性、解除氨毒以及作為能量庫調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化還原勢等方面起重要作用。對人而言在治療高血壓方面有顯著作用。

脯氨酸含量的測定方法如下：取葉片試樣剪碎放入試管，加入磺基水楊酸溶液，沸水浴30 min。于另一套試管中加入對應(yīng)提取液，并加入酸性茚三酮，冰醋酸，沸水浴后萃取比色。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線測定液中脯氨酸的質(zhì)量，計算樣品中脯氨酸含量的百分?jǐn)?shù)。

2結(jié)果

紅光(R)、藍(lán)光(B)及日光(CK)分別培養(yǎng)兩批小麥草，每批三種小麥草分別取樣本5份(即5個重復(fù)測試)，日光作為對照組。按照上述檢測方法測得數(shù)據(jù)如表1。

表1不同光質(zhì)下小麥草成分含量

Tab.1 Wheat grass ingredients under different light quality

項目(project)紅光(R)藍(lán)光(B)日光(CK)葉綠素含量(mg/g)Chlorophyllcontent1.69±0.06a1.39±0.14b1.43±0.06b可溶性糖含量(g/100g鮮重)SolubleSugarcontent0.68±0.12a0.40±0.07b0.74±0.08aSOD活性(含量)(U/g鮮重)SODactivity142.46±13.96a113.06±14.39b79.48±8.60c可溶性蛋白質(zhì)含量(μg/g)Solubleproteincontent187.43±6.96c476.53±24.08a246.15±25.13b總酸度(%)Totalaciditycontent0.28±0.02c0.32±0.03b0.43±0.07a脯氨酸含量(μg/g)ProlineContent42.80±8.85c115.62±8.34a72.42±7.69b

對三個不同處理的樣品平均值分別進(jìn)行差異顯著性t檢驗，顯著性水平P<0.05,即置信度為95%。用小寫字母a、b、c…標(biāo)記，見表1。相同字母標(biāo)記的差異不顯著，從標(biāo)記結(jié)果看，絕大多數(shù)測試結(jié)果處于顯著差異。從標(biāo)準(zhǔn)差值可看出，其值較小且同項目、不同處理下的值接近一致，說明多次測量的重復(fù)性較好、測試的精度較高。

3分析與討論

3.1紅光對小麥草成分的顯著影響

葉綠素含量、可溶性糖含量和SOD活性的平均值直方圖及差異顯著性見圖1、圖2、圖3所示。

圖1　不同光質(zhì)小麥草葉綠素含量Fig.1　Different light quality wheat grass chlorophyll content

圖2　不同光質(zhì)小麥草可溶性糖含量Fig.2　Different light quality wheatgrass soluble sugar content

圖3　不同光質(zhì)小麥草SOD活性Fig.3　Different light quality wheat grass SOD activity

圖1可見，紅光下小麥草葉綠素含量顯著高于藍(lán)光和日光，而藍(lán)光與日光差異并不顯著，紅光葉綠素含量高于日光對照18.2%，說明紅光更有利于葉綠素的形成。盡管太陽光中也含有豐富的紅光，但在總光強(qiáng)基本一致的情況下，LED單色紅光要比日光中的相應(yīng)紅光部分要強(qiáng)。

圖2可見，可溶性糖含量紅光和藍(lán)光均不及對照日光，說明可溶性糖還與其他光質(zhì)有關(guān)。但紅光卻顯著高于藍(lán)光70%。說明紅光更有利于可溶性糖含量的增加。這與侯紅英(2006)[5]、張歡(2009)[6]、陳文昊(2011)[7]等人在蘿卜苗、番茄、辣椒、黃瓜等農(nóng)作物上的結(jié)論相似。

從圖3可以看出，SOD活性在三種不同的光質(zhì)下存在顯著差異，紅光和藍(lán)光均高于日光，紅光高出79.2%；藍(lán)光高出42.3%。同樣說明，紅光更有利于SOD活性的增強(qiáng)。蒲高斌(2005)[8]在番茄幼苗光照實驗中也有相同的結(jié)論。

3.2藍(lán)光對小麥草成分的顯著影響

可溶性蛋白含量、總酸度含量和脯氨酸含量的平均值直方圖及差異顯著性見圖4、圖5、圖6所示。

由圖4可見，可溶性蛋白質(zhì)含量在三個實驗對照中出現(xiàn)顯著差異，藍(lán)光尤為突出，顯著高出日光對照93.6%，高出紅光154%。崔瑾(2009)[9]、唐大為(2011)[10]在黃瓜、辣椒和番茄幼苗的光照實驗中也有類似的結(jié)論。

從圖5可以看出，藍(lán)光和紅光對總酸度的影響均不及對照日光，說明總酸度可能還受其它光質(zhì)的影響，有待于研究。但藍(lán)光顯著高于紅光14.3%。

從圖6可見，脯氨酸含量藍(lán)光顯著高于日光對照60%，顯著高出紅光170%。

圖4　不同光質(zhì)小麥草可溶性蛋白含量Fig.4　Different light quality soluble protein content of wheat grass

圖5　不同光質(zhì)小麥草總酸度含量Fig.5　Different light quality wheatgrass total acidity content grass

圖6　不同光質(zhì)小麥草脯氨酸含量Fig.6　Different light quality wheat Proline Content

4結(jié)論

從小麥草的紅藍(lán)光及日光的對照培養(yǎng)實驗結(jié)果可以看出，光質(zhì)對其營養(yǎng)成分有不同的顯著影響。紅光有利于提高小麥草葉綠素含量、可溶性糖含量和SOD活性，而且對于小麥草的葉綠素和SOD的含量具有顯著增加； 藍(lán)光有利于提高可溶性蛋白含量、總酸度含量和脯氨酸含量，對小麥草的可溶性蛋白含量和脯氨酸含量提高幅度尤為顯著。因此，可以通過調(diào)控紅光與藍(lán)光比值，甚至單獨采用紅光或藍(lán)光照射，提高所需的營養(yǎng)組分。

雖然實驗是在小麥草的培育中完成并得到相應(yīng)結(jié)論，但作為同樣高等植物的蔬菜，應(yīng)具有基本一致的光照影響結(jié)果。因此，可以開發(fā)現(xiàn)代化LED家庭蔬菜培養(yǎng)箱，根據(jù)不同的營養(yǎng)品質(zhì)和口味的需求，采用不同光質(zhì)的LED光源補(bǔ)光，能夠有效提高蔬菜生長速率及改善營養(yǎng)品質(zhì)。

本文只對紅光和藍(lán)光影響小麥草的若干生物品質(zhì)含量進(jìn)行了初步實驗研究，其作用機(jī)理有待從植物生理學(xué)角度進(jìn)行解釋。另外，對所列檢測項目是否還受其它光質(zhì)及光強(qiáng)、光照周期的影響均有待深入研究。

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Monochromatic Light Effects on the Nutritional Content of Wheat Grass

LIGuoqiang1，MIAOHongli*1，LIUHongqing2，WangXiaojuan1

(1.Information Science and Engineering Ocean University of China, Qingdao 266100, Shandong, China;2.Life Sciences Qingdao Agricultural University, Qingdao 266100, Shandong, China)

Abstract：The purpose of this paper is through the LED illumination experiment taking the wheat straw as the research object, to explore the effects of different light quality on the nutrition quality indicators of wheat grass which are chlorophyll content, soluble protein content, soluble sugar content, SOD activity, total acidity and proline.We used high-power red, blue LED lights which consistents wheat grass photosynthesis absorption spectrum. Red peak wavelength is 655 nm, the blue peak wavelength is 438 nm, Bandwidth are about 30 nm. After germination of wheat seedlings for a 10-day laboratory light incubation, contrast with sunlight culture, then determine nutritional quality indicators. regarded light quality as a variable, the rest of the growing environment are the same. The results show that red help improve wheat grass chlorophyll content, soluble sugar content and SOD activity; blue will help improve the soluble protein content, total acidity and proline content. By red and blue light, it helps to improve the nutritional quality of wheat grass.

Key words：LED； red light; blue light; wheat grass; nutritional quality

文章編號：1007-7146(2015)06-0556-06

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

中圖分類號：Q682

*通訊作者：苗洪利(1964-)，男，山東青島人，教授，主要從事光譜技術(shù)的研究。(電話)0532-66781134;(電子郵箱)oumhl@ouc.edu.cn

作者簡介：李國強(qiáng)(1990-)，男，漢族，內(nèi)蒙古呼和浩特市人，碩士研究生，光學(xué)工程專業(yè)。(電話)15610556051；(電子郵箱) ligq1990@qq.com

基金項目：青島市科技局攻關(guān)項目(12-4-1-2-GX)

收稿日期：2015-05-06;修回日期:2015-10-09

doi:10.3969/j.issn.1007-7146.2015.06.012