不同濃度FeSO4浸種對(duì)小麥芽苗菜生長(zhǎng)和生理活性物質(zhì)的影響

薛建福， 杜軍利， 楊文彪， 杜天慶， 高志強(qiáng)

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，作物生態(tài)與旱作栽培生理山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山西 太谷 030801)

世界衛(wèi)生組織《2018全球營(yíng)養(yǎng)報(bào)告》顯示，全球約有20億人正遭受“隱性饑餓”的困擾，而我國(guó)是面臨“隱性饑餓”嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的國(guó)家之一[1]。據(jù)估計(jì)，全世界有15億人缺乏一種或多種微量元素[2]。通過(guò)作物營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化手段來(lái)加強(qiáng)食物中營(yíng)養(yǎng)成分是解決“隱性饑餓”的有效措施之一。此外，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，飲食需求發(fā)生了很大改變，越來(lái)越注重食物的營(yíng)養(yǎng)功能。

鐵(Fe)是人體不可缺少的微量元素，是組成血紅蛋白、肌紅蛋白及多種酶的重要元素。育齡婦女的缺鐵性貧血是微量營(yíng)養(yǎng)素缺乏的一種表現(xiàn)形式，目前全球約32.8%的育齡婦女受到貧血的影響并仍在升高[3]，如何解決這一問題是全球眾多科學(xué)家所關(guān)注的焦點(diǎn)之一。通過(guò)生物強(qiáng)化來(lái)加強(qiáng)食物中Fe含量是補(bǔ)充人體Fe的一個(gè)有效途徑[4-5]。

芽苗菜又稱“活體蔬菜”，是各種谷類、豆類、樹類種子培育出可以食用的“芽菜”。由于芽苗菜培養(yǎng)周期短，不需要噴灑任何化學(xué)藥品，被認(rèn)為是一類典型的綠色食品[6]，且在其發(fā)芽過(guò)程中能夠產(chǎn)生很多活性物質(zhì)，具有一定營(yíng)養(yǎng)功能[7]，栽培簡(jiǎn)便，速生清潔，效益較高，具有很大的應(yīng)用推廣價(jià)值，對(duì)芽苗菜進(jìn)行微量營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化是解決“隱性饑餓”潛在的有效措施之一。

目前，市場(chǎng)上常見的芽苗菜有大豆、綠豆、豌豆、蠶豆、蘿卜、香椿、蕎麥、苜蓿芽苗菜等30多種，但大多以豆科作物的芽苗菜最為常見[5]。關(guān)于芽苗菜的研究主要集中在外界環(huán)境(如光質(zhì)、溫度)與栽培方式對(duì)芽苗菜生長(zhǎng)、生理活性物質(zhì)和品質(zhì)方面的影響[8-14]，而關(guān)于營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化微量營(yíng)養(yǎng)素的研究還很少[15-16]。小麥?zhǔn)俏覈?guó)三大主要的糧食作物之一，關(guān)于小麥富鐵營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化的研究主要集中在籽粒方面[17-18]。小麥發(fā)芽過(guò)程中能夠產(chǎn)生對(duì)人體有益的獨(dú)特營(yíng)養(yǎng)成分[19-20]，但當(dāng)前關(guān)于小麥發(fā)芽的相關(guān)研究主要是為了改善大田出苗情況及提高抗性，以小麥芽苗菜為載體進(jìn)行富鐵營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化的研究則少有報(bào)道[21]。本研究將小麥種子在不同濃度FeSO4溶液浸種處理后，分析其發(fā)芽特性、干鮮重、生理活性物質(zhì)及Fe含量的影響，以期為生產(chǎn)富鐵小麥芽苗菜提供一定的理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年4月在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，培養(yǎng)小麥芽苗菜的品種為運(yùn)旱618，采用單因素完全隨機(jī)設(shè)計(jì)方法，以FeSO4·7 H2O配置FeSO4溶液進(jìn)行比較，設(shè)置0(CFe 0)、0.05 g·L-1(CFe 0.05)、0.1 g·L-1(CFe 0.1)、0.2 g·L-1(CFe 0.2)、0.4 g·L-1(CFe 0.4)和0.8 g·L-1(CFe 0.8)共6個(gè)處理，重復(fù)3次。選取籽粒飽滿一致、無(wú)破損、無(wú)病蟲的種子，用70%酒精消毒15 min，用蒸餾水漂洗5次，用濾紙擦干后置于不同濃度FeSO4溶液(對(duì)照為蒸餾水)中，使小麥種子完全浸泡，24 h后將種子取出并用蒸餾水清洗，濾紙擦干后，用消毒鑷子夾取種子整齊的擺放在培養(yǎng)盒(14 cm×8 cm×7 cm)中，每個(gè)重復(fù)50粒。在培養(yǎng)期內(nèi)，定時(shí)定量補(bǔ)充水分，以保證芽苗菜能夠正常的生長(zhǎng)。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

開始培養(yǎng)后，每天統(tǒng)計(jì)小麥芽苗菜發(fā)芽數(shù)，直至全部發(fā)芽。在小麥發(fā)芽第10天后，各重復(fù)隨機(jī)選取小麥芽苗菜5株，稱量鮮重和干重(不包括根系)，并計(jì)算小麥種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。

采用硫代巴比妥酸-分光光度計(jì)法測(cè)定小麥芽苗菜的丙二醛[22]，采用丙酮-分光光度計(jì)法測(cè)定葉綠素a和葉綠素b含量[22]，采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定過(guò)氧化物酶活性[22]。采用分光光度法進(jìn)行測(cè)定維生素C含量[23]。采用紫外吸收法測(cè)定可溶性蛋白質(zhì)含量[24]，測(cè)定采用原子吸收分光光度計(jì)法測(cè)定芽苗菜Fe含量[25]，并計(jì)算單株芽苗菜的Fe累積量(干重)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2013軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)常規(guī)處理并作圖，不同處理間的相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行方差分析及多重比較，其中不同處理間多重比較采用新復(fù)極差法(Duncan)進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 FeSO4浸種對(duì)小麥芽苗菜發(fā)芽的影響

與CFe 0處理相比，用FeSO4溶液浸泡后，小麥的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均有一定程度的降低(圖1 A、B、C)。不同F(xiàn)eSO4濃度處理下小麥芽苗菜的發(fā)芽勢(shì)介于72.7%～97.3%之間(圖1 A)。與CFe 0處理相比，CFe 0.1和CFe 0.8處理下小麥芽苗菜的發(fā)芽勢(shì)較之分別顯著降低了17.1%和25.3%(p<0.05)，而CFe 0.05、CFe 0.2和CFe 0.4處理與其無(wú)顯著差異。此外，CFe 0.4處理下小麥芽苗菜發(fā)芽勢(shì)較CFe 0.1和CFe 0.8處理分別顯著提高了13.2%和25.7%(p<0.05)。不同處理下小麥芽苗菜發(fā)芽率介于91.3%～99.3%之間，CFe 0.8處理下的小麥發(fā)芽率較CFe 0和CFe 0.2處理分別顯著降低了8.1%和7.3%(p<0.05，圖1 B)。對(duì)于發(fā)芽指數(shù)(圖1 C)，CFe 0處理較CFe 0.1、CFe 0.4和CFe 0.8處理分別顯著提高了20.4%、18.8%和38.9%(p<0.05)，且CFe 0.8處理顯著低于其他處理13.3%～28.0%(p<0.05)。除CFe 0.05處理外，CFe 0處理小麥芽苗菜的發(fā)芽活力較其他處理顯著增加了28.2%～86.8%(p<0.05)，但其與CFe 0.05處理無(wú)顯著差異；CFe 0.05處理較其他處理顯著提高了33.1%～94.0%(p<0.05)。

注：不同小寫字母表示各處理在0.05水平上的統(tǒng)計(jì)差異。圖中A、B、C和D分別代表不同F(xiàn)eSO4濃度下小麥芽苗菜發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽活力。

注：不同小寫字母表示各處理在0.05水平上的統(tǒng)計(jì)差異。圖中A和B分別代表不同F(xiàn)eSO4濃度下小麥芽苗菜的單株鮮重和干重。

2.2 FeSO4浸種對(duì)小麥芽苗菜干鮮重的影響

隨著FeSO4溶液濃度的升高，小麥芽苗菜的鮮重與干重均表現(xiàn)為先增加后降低的單峰變化趨勢(shì)，低濃度FeSO4溶液浸泡小麥種子能夠促進(jìn)芽苗菜鮮重和干重形成。其中，CFe 0.05和CFe 0.1處理下小麥芽苗菜的鮮重與干重較CFe 0、CFe 0.4與CFe 0.8處理顯著提高了32.0%～47.1%(p<0.05)，而CFe 0.05和CFe 0.1處理間、CFe 0、CFe 0.4與CFe 0.8處理間均無(wú)顯著差異。

2.3 FeSO4浸種對(duì)小麥芽苗生理活性物質(zhì)的影響

由圖3可看出，不同處理下小麥芽苗菜葉綠素a和葉綠素b含量變化規(guī)律基本一致，均表現(xiàn)為CFe 0.1處理顯著高于其他處理(p<0.05)；CFe 0、CFe 0.05和CFe 0.2處理間差異不顯著，且3個(gè)處理顯著高于CFe 0.4和CFe 0.8處理；此外，CFe 0.8較CFe 0.4處理顯著降低了39.1%～39.5%(p<0.05)。與CFe 0處理相比，不同濃度FeSO4溶液浸泡處理下，小麥芽苗菜中丙二醛含量均有所提高，其中CFe 0.05、CFe 0.2和CFe 0.4較之分別顯著提高了46.0%、35.5%和30.4%；此外，CFe 0.05處理下較CFe 0.1和CFe 0.8處理顯著提高了19.9%和26.2%(圖3 C，p<0.05)。分析過(guò)氧化物酶活性看出(圖3 D)，CFe 0.2處理較其他處理顯著提高了22.5%～146%，CFe 0.05和CFe 0.1處理下顯著高于CFe 0、CFe 0.4和CFe 0.8處理(p<0.05)，而后三者間無(wú)顯著差異。

注：不同小寫字母表示各處理在0.05水平上的統(tǒng)計(jì)差異。圖中A、B、C和D分別代表不同F(xiàn)eSO4濃度下小麥芽苗菜葉綠素a、葉綠素b、丙二醛含量和過(guò)氧化物酶活性。

注：不同小寫字母表示各處理在0.05水平上的統(tǒng)計(jì)差異。圖中A、B、C分別代表不同F(xiàn)eSO4濃度下小麥芽苗菜維生素C、可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)含量。

注：不同小寫字母表示各處理在0.05水平上的統(tǒng)計(jì)差異。圖中A和B分別代表不同F(xiàn)eSO4濃度下小麥芽苗菜的Fe含量和單株Fe積累量。

不同濃度FeSO4溶液浸泡處理下小麥芽苗菜中維生素C含量差異不顯著(圖4 A)。相比較CFe 0處理，F(xiàn)eSO4溶液浸泡處理后的小麥芽苗菜可溶性糖含量顯著增加了21.7%～46.0%(除CFe 0.8處理外，p<0.05)，其中CFe 0.05處理較CFe 0.1和CFe 0.8處理顯著提高了19.9%～26.2%(p<0.05)。此外，F(xiàn)eSO4溶液浸泡處理后的小麥芽苗菜中可溶性蛋白質(zhì)含量與CFe 0處理未達(dá)到顯著差異，但CFe 0.05處理較CFe 0.2和CFe 0.8處理顯著提高了1.9%～5.0%(p<0.05)。

2.4 FeSO4浸種對(duì)小麥芽苗菜Fe元素含量的影響

與CFe 0相比，用FeSO4溶液浸泡小麥種子后，其芽苗菜中Fe含量顯著增加了22.1%～52.4%(除CFe 0.05處理外，p<0.05)，且隨著濃度的增加，F(xiàn)e含量呈增加趨勢(shì)(圖5 A)。此外，與CFe 0相比，不同濃度FeSO4處理后的小麥芽苗菜Fe積累量均有所提高(圖5 B)，其中CFe 0.1、CFe 0.2和CFe 0.8處理較之顯著提高了46.7%～75.1%(p<0.05)。

3 討 論

3.1 FeSO4浸種對(duì)小麥芽苗菜生長(zhǎng)的影響

與對(duì)照相比，F(xiàn)eSO4溶液浸泡均對(duì)小麥芽苗菜的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)有不同程度的抑制作用。蒿寶珍等研究顯示，當(dāng)Fe2+濃度≤150 mg·L-1時(shí)，對(duì)小麥籽粒的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)有促進(jìn)作用；超過(guò)該濃度時(shí)有抑制作用[21]。此外，與對(duì)照相比，較低濃度(0.05～0.1 g·L-1)浸泡顯著提高了小麥芽苗菜的干鮮重，但較高濃度(0.2～0.8 g·L-1)差異不顯著。本研究中小麥芽苗菜的干重為10.34～14.85 mg·株-1，與其他研究相比差別較大。蒿寶珍等研究得出，在0～250 mg·L-1Fe2+濃度下小麥幼苗地上干重為3.76～6.96 mg·株-1[21]；而張紅巖等得出，在2.5～250 μmol·L-1Fe3+濃度下小麥幼苗地上干重為195.28～379.71 mg·株-1[26]。芽苗菜干重結(jié)果的差異可能與不同試驗(yàn)中Fe2+濃度、Fe2+用量、Fe離子價(jià)態(tài)、小麥品種、籽粒狀況、籽粒處理方式、培養(yǎng)基質(zhì)狀況、培養(yǎng)時(shí)長(zhǎng)、培養(yǎng)密度及其他光溫條件等方面的差異有關(guān)，進(jìn)一步加強(qiáng)該方面的研究能夠?yàn)榕囵B(yǎng)高質(zhì)量小麥芽苗菜提供相應(yīng)的理論依據(jù)。

3.2 不同濃度FeSO4浸種對(duì)小麥芽苗菜生理活性物質(zhì)的影響

Fe雖不是植物葉綠素的組成成分，但參與葉綠素的合成，影響葉綠體的構(gòu)造，而葉綠體是合成葉綠素的先決條件[27]。研究表明，與不供Fe相比，正常供Fe處理(100 μmol·L-1FeEDTA)小麥芽苗菜葉片的葉綠素含量或SPAD值顯著得到提升[28-29]。本研究中，與對(duì)照相比，在0.1 g·L-1FeSO4浸種處理下小麥芽苗菜葉綠素含量顯著增加，在其他低濃度(0.05和0.2 g·L-1)處理下差異不顯著，但在高濃度(≥0.4 g·L-1)處理下表現(xiàn)為顯著抑制作用。張紅巖等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Fe2+濃度從2.5 μmol·L-1增加到250 μmol·L-1時(shí)，小麥芽苗菜葉綠素含量逐漸降低[26]；這與本研究在高濃度處理下規(guī)律基本類似。楊穎麗等研究得出，隨Fe濃度的增加(0～500 μmol·L-1)，小麥幼苗葉綠素含量呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，鐵脅迫誘導(dǎo)小麥幼苗葉片光合色素減少[30]。不同研究中葉綠素含量變化規(guī)律的不同可能與小麥品種、Fe2+濃度、Fe2+形態(tài)、培養(yǎng)條件等方面差異有關(guān)，有待進(jìn)一步試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。

丙二醛是作物膜脂過(guò)氧化作用的產(chǎn)物之一，其含量的高低是膜脂過(guò)氧化程度的重要標(biāo)志。與對(duì)照相比，F(xiàn)eSO4溶液浸泡后小麥芽苗菜中丙二醛含量均有所增加，但在高濃度條件下，隨濃度的升高而有所降低。陳增明等[31]研究不同形態(tài)Fe對(duì)小麥芽苗的影響亦得出基本類似的結(jié)果。由于種子處理、Fe形態(tài)與濃度、培養(yǎng)條件與環(huán)境等方面的差異，丙二醛含量有所不同，其詳細(xì)的影響機(jī)制需進(jìn)一步深入研究。此外，本研究中低濃度Fe(0.05～0.2 g·L-1)處理下小麥芽苗菜的過(guò)氧化物酶活性較對(duì)照顯著提高，但隨濃度的繼續(xù)升高則大幅降低且與對(duì)照差異不顯著。分析以上兩指標(biāo)認(rèn)為，不同F(xiàn)eSO4溶液浸種后形成一定逆境，小麥芽苗菜生長(zhǎng)均在不同程度上受到損傷。低濃度條件下，小麥芽苗菜有一定的適應(yīng)能力，且對(duì)其生長(zhǎng)有一定的激發(fā)效應(yīng)；而在高濃度下兩指標(biāo)有所降低，可能是與小麥芽苗菜的代謝機(jī)能快速降低，導(dǎo)致其難以適應(yīng)Fe處理后的逆境。此外，不同F(xiàn)eSO4溶液浸泡處理下小麥芽苗菜的可溶性糖含量較對(duì)照均有不同程度的提高，與汪丹丹[32]的研究結(jié)果類似，在一定程度上同樣反映出FeSO4溶液處理后對(duì)小麥芽苗菜形成了一定的逆境。

3.3 FeSO4浸種對(duì)小麥芽苗菜Fe積累的影響

目前，關(guān)于生物強(qiáng)化富鐵小麥的研究主要集中在籽粒富鐵方面[17-18]，而小麥芽苗菜富鐵的研究很少[21]。本研究得出，隨著FeSO4濃度增加(0.05～0.8 g·L-1)，小麥芽苗菜的Fe含量逐步增加，F(xiàn)e積累量呈先增加后降低再增加的趨勢(shì)，這與蒿寶珍等[21]研究結(jié)果基本一致。然而，蒿寶珍等[21]研究中小麥芽苗菜Fe含量略高于本研究，這可能與其研究條件下，每天添加Fe溶液，而本研究?jī)H用Fe溶液進(jìn)行浸種有關(guān)；但其研究中小麥芽苗菜的Fe積累量低于本研究，這可能其研究中芽苗菜干物質(zhì)量較低有關(guān)。此外，小麥芽苗菜Fe含量和Fe積累量的差異可能與小麥品種、培養(yǎng)環(huán)境等因素亦有一定關(guān)系，需進(jìn)一步進(jìn)行研究驗(yàn)證。假設(shè)每天使用200株小麥芽苗菜炒菜飲食，當(dāng)前研究中各處理下Fe積累量為130～227 μg，其中以0.1 g·L-1濃度下最高，較其他處理增加了15%～73%，但仍低于中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)關(guān)于中國(guó)普通成年人群12 mg·d-1的Fe推薦攝入量[33]，此外在炒菜過(guò)程及人體代謝吸收過(guò)程中也會(huì)造成一定的損失。因此，需另補(bǔ)充其他食品來(lái)補(bǔ)充Fe以供人體需求。

4 結(jié) 論

較低濃度(0.05～0.1 g·L-1)浸泡小麥種子能夠顯著提高小麥芽苗菜的干鮮重，高濃度Fe(≥0.4 g·L-1)浸泡對(duì)葉綠素a和葉綠素b含量有一定的抑制作用，較低濃度(0.05～0.2 g·L-1)對(duì)氧化物酶活性有促進(jìn)作用。一定濃度范圍內(nèi)(0.05～0.4 g·L-1)，丙二醛和可溶性糖含量顯著提高。Fe浸種對(duì)小麥芽苗菜維生素C含量和可溶性蛋白含量影響較小。低濃度(0.05 g·L-1)對(duì)小麥芽苗菜中Fe含量影響不大，但浸種濃度≥0.1 g·L-1時(shí)，F(xiàn)e含量顯著增加，且單株Fe積累量明顯增加?？傮w上來(lái)看，浸種濃度0.1 g·L-1條件下小麥芽苗菜干鮮重和大部分生理活性物質(zhì)表現(xiàn)較好，且Fe積累量高，可以作為富鐵營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化的措施來(lái)推薦使用。