不同基因型菜薹硫代葡萄糖苷組分及含量分析

何玲莉,佘旭東,李 軍,蔣明敏,牟建梅,張國芹

(蘇州市農(nóng)業(yè)科學院,江蘇 蘇州 215155)

菜薹(BrassicacampestrisL. ssp.chinensisvar.utilisTsen et Lee),又名菜心,屬于十字花科蕓薹屬白菜亞種蔬菜,為一、二年生草本植物,是中國的特產(chǎn)蔬菜,具有很高的營養(yǎng)價值和保健功能。硫代葡萄糖苷(glucosinolates, GLS，簡稱硫苷)是一類含氮、硫的次生代謝產(chǎn)物,廣泛存在于十字花科植物中,尤其在蕓薹屬植物中含量較高,目前在十字花科植物中已發(fā)現(xiàn)的硫苷有200多種[1]。硫代葡萄糖苷具有決定十字花科植物的風味、植物保護和生物殺菌等功能,其水解產(chǎn)物異硫氰酸酯(Isothiocyanates, ITCs)在抗腫瘤中發(fā)揮著決定性作用[2]。不同十字花科植物所含的硫代葡萄糖苷種類及含量有所不同,甚至在同一種植物的不同品種間其種類與含量也存在巨大的差異[3-4]。何洪巨等的研究結(jié)果表明菜薹中含有7種硫苷組分[5]。

目前,國內(nèi)外學者對多種蕓薹屬蔬菜的硫苷構(gòu)成及含量等做了不少研究,如臺菜[6]、青花菜[7]、蕪菁[8]等。而有關(guān)中國的特產(chǎn)蔬菜菜薹硫苷方面的研究較少。本研究以11個菜薹品種為材料,對不同基因型菜薹不同組織部位(葉片和薹)的硫苷成分及含量進行了鑒定與分析,以期篩選出具有適當硫苷含量的菜薹品種,為蘇州地區(qū)菜薹種質(zhì)資源的利用以及菜薹硫苷含量與食用品質(zhì)相關(guān)性等研究提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

選擇不同來源的11個早熟菜薹品種用于本次實驗(表1)。將這些材料于2017年3月20日播種于蘇州市農(nóng)業(yè)科學院試驗設施大棚內(nèi),株距25 cm,行距25 cm,每個品種1個小區(qū),3次重復，隨機排列。于2017年4月21日成熟期取樣,將葉片和薹分開保存,用于硫苷檢測。

1.2 方法

1.2.1 硫苷的提取 取新鮮菜薹的葉片和薹,切成小片或小塊,于-30 ℃冷凍。樣品經(jīng)真空冷凍干燥機干燥,進行粉碎(過1 mm篩),真空包裝,-30 ℃冰箱保存、備用。準確稱取0.2 g冷凍干燥樣品于15 mL塑料管中,依次加入0.25 mL內(nèi)標(苯甲基硫苷)和5 mL煮沸的甲醇(100%),80 ℃恒溫水浴20 min；離心(3000 r/min, 10 min),將上清液倒入另一塑料管中,冰浴保存；再用5 mL 70%的甲醇重復上述過程兩次,然后合并上清液。取2 mL上清液經(jīng)DEAE離子交換柱,然后用2 mL 0.02 mol/L醋酸鈉溶液沖洗柱子。把柱子沖洗液轉(zhuǎn)移至另一試管,加入75 μL硫酸酯酶溶液,在室溫下封口過夜。第2天用0.5 mL雙蒸水清洗柱子3次。洗出液經(jīng)0.45 μm濾膜過濾后保存于小玻璃瓶中,用于HPLC分析。

表1 供試11個菜薹品種的信息

1.2.2 HPLC分析 采用WatersM820高效液相色譜系統(tǒng),具有510型梯度泵、717型自動進樣器(進樣量為20 μL)、2487型紫外檢測器(檢測波長為229 nm)和Novapak C18色譜柱。流動相A為0.05%四甲基氯化銨，流動相B為0.05%四甲基氯化銨雙蒸水∶乙腈=4∶1(體積比)。流動相流速為1 mL/min。梯度洗脫在31 min內(nèi)可使硫苷全部分離。流動相A和B呈梯度變化:0～1 min(A,100%;B,0%);1～21 min(A,100%～0%;B,0%～100%);21～26 min(A,0%～100%;B,100%～0%);26～31 min(A,0%～100%;B,0%)。

采用苯甲基硫苷作為內(nèi)標,根據(jù)保留時間、峰面積、內(nèi)標和響應因子對硫苷組分進行定量測定。利用內(nèi)標和響應因子計算硫苷的含量,計量單位為μmol/100 g FW。

2 結(jié)果與分析

2.1 菜薹中硫苷組分

本實驗對11個菜薹品種中的硫苷組分進行檢測,根據(jù)不同保留時間和特征峰形,在菜薹的葉片和薹中都鑒定得到7種不同的硫苷(圖1)。在7種硫苷組分中,有3種脂肪族硫苷和4種吲哚族硫苷,沒有檢測到芳香族硫苷。

2.2 不同基因型菜薹的總硫苷含量

由圖2可以看出,在11個基因型菜薹的葉片和薹中總硫苷含量差異顯著。在葉片中,2號材料的硫苷含量最高,為34.17 μmol/100 g FW;其次是4號,為32.82 μmol/100 g FW;含量最低的是9號,為3.25 μmol/100 g FW。在薹中,4號的硫苷含量最高,為50.09 μmol/100 g FW;其次是5號,為42.25 μmol/100 g FW;含量最低的是9號,為21.89 μmol/100 g FW。薹中的硫苷含量是葉片的1.16～6.74倍；不同基因型菜薹硫苷含量差異顯著(P<0.05)。

2.3 菜薹葉片中硫苷成分的鑒定與分析

不同十字花科植物含有的硫苷組分不同,在蕓薹屬蔬菜中已發(fā)現(xiàn)了20種硫苷[9]。在本實驗條件下,在11個菜薹品種的葉片中都檢測到7種硫苷組分(表2),其中有3種為脂肪族硫苷,分別為2-羥基-3-丁烯基硫代葡萄糖苷(PRO)、3-丁烯基硫代葡萄糖苷(NAP)和4-戊烯基硫代葡萄糖苷(GBN),還有4種為吲哚族硫苷,分別為4-羥基-3-吲哚甲基硫代葡萄糖苷(4OH)、3-甲基吲哚基硫代葡萄糖苷(GBC)、4-甲氧基吲哚基-3-甲基硫代葡萄糖苷(4ME)和1-甲氧基-3-吲哚基甲基硫代葡萄糖苷(NEO)。

2:2-羥基-3-丁烯基硫代葡萄糖苷(PRO);3:3-丁烯基硫代葡萄糖苷(NAP);4:4-羥基-3-吲哚甲基硫代葡萄糖苷(4OH);5:4-戊烯基硫代葡萄糖苷(GBN);7:3-甲基吲哚基硫代葡萄糖苷(GBC);8:4-甲氧基吲哚基-3-甲基硫代葡萄糖苷(4ME);9:1-甲氧基-3-吲哚基甲基硫代葡萄糖苷(NEO)。檢測波長為229 nm。

圖1菜薹硫苷的HPLC圖譜

由表2還可以看出：不同基因型的菜薹各硫苷含量差異顯著(P<0.05)；葉片中的脂肪族硫苷含量為1.57～29.96 μmol/100 g FW,占總硫苷含量的48.31%～91.29%;吲哚族硫苷含量為1.68～5.43 μmol/100 g FW,占總硫苷含量的8.71%～51.69%,可見脂肪族硫苷總量顯著高于吲哚族硫苷總量。

表2 不同基因型菜薹葉片中硫苷的組成與含量 μmol/100 g FW

注:表中數(shù)據(jù)為3個重復的平均值；同列數(shù)據(jù)后附不同小寫字母表示在0.05水平下差異顯著，否則差異不顯著。下同。

圖2 不同基因型菜薹葉片和薹中總硫苷含量

2.4 菜薹的薹中硫苷成分的鑒定與分析

在11個菜薹品種的薹中也都檢測到7種硫苷組分(表3),與葉片中硫苷成分相同,同樣也含有3種脂肪族硫苷和4種吲哚族硫苷,沒有檢測到芳香族硫苷。

從薹中所含硫苷種類和含量來看,脂肪族硫苷含量為17.15～45.94 μmol/100 g FW,占總硫苷含量的71.27%～91.71%；吲哚族硫苷含量為3.67～8.15 μmol/100 g FW,占總硫苷含量的8.31%～28.73%。在7種硫苷組分中,基本上都是NAP含量最高,4ME含量最低,只是在一些品種中4OH含量最低。

表3 不同基因型菜薹的薹中硫苷的組成與含量 μmol/100 g FW

2.5 葉片和薹中硫苷成分的比較

通過進一步比較可知,不同基因型菜薹薹中硫苷的含量均高于葉片中硫苷的含量。薹中總硫苷含量是葉片中的1.16～6.74倍,薹中脂肪族硫苷的含量是葉片中的1.20～10.16倍，薹中吲哚族硫苷的含量是葉片中的0.95～3.54倍。各種硫苷含量的總體趨勢都是薹中大于葉片中的,但是也有例外,例如2號品種薹中的吲哚族硫苷總量略低于葉片中的。

3 討論

在本實驗條件下,在菜薹的葉片和薹中均檢測到7種硫苷,且葉片和薹中的硫苷成分相同,其中2-羥基-3-丁烯基硫代葡萄糖苷(PRO)、3-丁烯基硫代葡萄糖苷(NAP)和4-戊烯基硫代葡萄糖苷(GBN)為脂肪族硫苷;4-羥基-3-吲哚甲基硫代葡萄糖苷(4OH)、3-甲基吲哚基硫代葡萄糖苷(GBC)、4-甲氧基吲哚基-3-甲基硫代葡萄糖苷(4ME)和1-甲氧基-3-吲哚基甲基硫代葡萄糖苷(NEO)為吲哚族硫苷。硫苷的組成和含量因品種、生境不同而異,同一植株中也隨部位和生長階段不同而變[10]。本次實驗未檢測到芳香族硫苷,可能與所選擇的品種、種植季節(jié)和栽培條件有關(guān)。菜薹中主要的硫苷組分為NAP和PRO,這與何洪巨等[5]的研究結(jié)果一致。

Brown等[11]研究發(fā)現(xiàn)在擬南芥生長發(fā)育過程中,不同器官的硫苷含量表現(xiàn)為成熟種子>花>莢>根>莖>莖生葉>蓮座葉。在本研究中，同一基因型的菜薹薹中的硫苷含量顯著高于葉片中的；不同基因型菜薹總硫苷的含量差異顯著。說明菜薹硫苷含量既存在基因型差異,也存在器官差異。

十字花科蔬菜的特殊風味主要是由硫苷的降解產(chǎn)物異硫氰酸酯引起的[12]。3-丁烯基硫代葡萄糖苷(NAP)和4-戊烯基硫代葡萄糖苷(GBN)相應的異硫氰酸酯化合物是形成白菜類蔬菜的風味來源。本研究結(jié)果表明,菜薹中NAP和GBN含量較高,對菜薹的風味具有決定性作用。硫苷的降解產(chǎn)物具有抗癌功能,有報道稱3-甲基吲哚基硫苷(GBC)的水解產(chǎn)物通過調(diào)節(jié)生物轉(zhuǎn)化酶的活性來抑制乳腺癌和前列腺癌細胞的活性[13]。本實驗在11個菜薹品種的葉片和薹中都檢測到了GBC,其中6號品種的GBC含量相對高一些。PRO被認為是對人體有害的硫苷組分[14],有研究認為PRO的降解產(chǎn)物可引起哺乳動物甲狀腺腫大[15]。本研究結(jié)果顯示,來自新西蘭的9號菜薹品種的PRO含量最低,因此這個品種可作為低PRO菜薹品種選育的親本材料。鑒于各種硫苷成分的功能各異,各種硫苷組分的作用有待深入研究,菜薹品質(zhì)與硫苷種類和含量的關(guān)系需要進一步的研究與分析。

致謝：非常感謝北京市農(nóng)林科學院蔬菜研究中心何洪巨主任的指導與幫助。

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