木薯塊根β-胡蘿卜素與采后腐爛的相關(guān)性研究

羅妙明 陳松筆 安飛飛 薛晶晶 蔡杰 羅秀芹

(1中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部木薯種質(zhì)資源保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 海南?？?71101;2廣東省興寧市寧中鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村服務(wù)中心 廣東興寧514500)

木薯（Manihot esculantaCrantz）是世界亞熱帶和熱帶地區(qū)近8億人的主要糧食作物［1］，在中國(guó)南方木薯主要作為淀粉工業(yè)和生物質(zhì)能源的重要原料［2］。木薯貯藏根收獲后，在24～72 h其周邊部位逐漸出現(xiàn)褐變或青褐變，稱(chēng)為PPD［3］。木薯PPD過(guò)程主要分為初級(jí)變質(zhì)和次級(jí)變質(zhì)2種。初級(jí)變質(zhì)是一個(gè)內(nèi)在的生理生化過(guò)程，由酚類(lèi)等物質(zhì)氧化引起，可導(dǎo)致貯藏根變質(zhì)［4］。木薯貯藏根采后24～72 h內(nèi)迅速變質(zhì)［5］，影響食用、加工及產(chǎn)品性能，給農(nóng)民和淀粉及燃料乙醇加工企業(yè)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，阻礙木薯產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展［3，6-8］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年亞洲、拉丁美洲和加勒比海地區(qū)及非洲因木薯PPD所造成的經(jīng)濟(jì)損失分別為8%、10%和29%［3］），直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)2億美元［9-10］。

類(lèi)胡蘿卜素一種優(yōu)良的抗氧化劑，具有抗衰老、提高免疫力等多種生物學(xué)功能，尤其在保護(hù)人類(lèi)健康方面起著重要作用。Morante等［11］對(duì)21個(gè)木薯品種（系）開(kāi)展篩選試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)貯藏根富含類(lèi)胡蘿卜素的木薯品種最高能延遲PPD 40 d左右。Sánchez等［12］對(duì)101個(gè)木薯品種（系）干物質(zhì)和類(lèi)胡蘿卜素含量與PPD的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，PPD與干物質(zhì)含量關(guān)系不大，但與類(lèi)胡蘿卜素含量存在負(fù)相關(guān)，表明富含類(lèi)胡蘿卜素的木薯貯藏根有助于延緩PPD。Luo等［13］以SC9木薯為試驗(yàn)材料，通過(guò)雜交進(jìn)行初步篩選，得到β-胡蘿卜素含量不同的群體種質(zhì)。

本研究以14個(gè)不同木薯種質(zhì)為材料，種植10個(gè)月后收獲塊根；放置12 d觀察其腐爛情況，并在0、3、6、9和12 d分別取樣檢測(cè)其β-胡蘿卜素的含量，旨在探討類(lèi)胡蘿卜素與木薯采后腐爛的相關(guān)性，為選育高含量β-胡蘿卜素和耐PPD木薯新品種奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

隨機(jī)選取14個(gè)不同木薯種質(zhì)（以SC9木薯為母本的自然雜交種），編號(hào)分別為137、70、310、79、260、60、186、266、270、268、369、237、280、261）。

1.2 方法

1.2.1 材料處理與觀察

將木薯種質(zhì)種植于儋州木薯基地，10個(gè)月后采收；選取完好的木薯塊根于25℃、40%濕度培養(yǎng)箱中放置；分別在0、3、6、9和12 d切開(kāi)塊根觀察其變質(zhì)情況，并切碎備用，每個(gè)種質(zhì)每個(gè)時(shí)間點(diǎn)取樣3份。

1.2.2β-胡蘿卜素的提取

稱(chēng)取上述保存樣品約0.3 g，放入2.0 mL的EP管中，加入400μL預(yù)冷水，2個(gè)2 mm的鋼珠，放入打樣機(jī)中以55 Hz研磨1 min；加入800μL的乙酸乙酯、100μL飽和氯化鈉溶液，以渦旋振蕩器混勻30 s，12 000 r/min離心2 min；加入200μL二氯甲烷，渦旋振蕩器混勻30 s，以12 000 r/min離心2 min；加入50μL正己烷，渦旋振蕩器混勻30 s，12 000 r/min離心5 min；吸上清，用0.22μm有機(jī)濾膜過(guò)濾，待測(cè)。

1.2.3β-胡蘿卜素的測(cè)定

吸取200μL提取樣品放置于樣品瓶中，HPLC測(cè)定β-胡蘿卜素含量。測(cè)定條件：流動(dòng)相為甲醇/叔丁基甲醚（70/30）；檢測(cè)波長(zhǎng)450 nm；柱溫（30±0.1）℃，進(jìn)樣量20μL，流速1 mL/min。β-胡蘿卜標(biāo)準(zhǔn)品購(gòu)自sigma公司，純度99.0%。

2 結(jié)果與分析

2.1 采后腐爛觀察

從圖1可以看出，在相同條件下放置14個(gè)不同木薯種質(zhì)塊根，部分種質(zhì)在3 d就開(kāi)始出現(xiàn)腐爛現(xiàn)象，后期逐漸出現(xiàn)腐爛加劇現(xiàn)象；大部分種質(zhì)塊根放置12 d基本都出現(xiàn)了不同程度的腐爛；但也有部分種質(zhì)如268、237、70、60放置12 d仍然比較完好；部分如270、310、79出現(xiàn)個(gè)體差異，即放置9 d出現(xiàn)腐爛，12 d塊根卻完好。

2.2 采后腐爛等級(jí)劃分

國(guó)際熱帶農(nóng)業(yè)中心（CIAT）將木薯PPD分為6個(gè)等級(jí)，其中沒(méi)有任何PPD為完好；PPD 10%以下為一級(jí)腐爛；10%～20%為二級(jí)腐爛；20%～40%為三級(jí)腐爛；40%～60%為四級(jí)腐爛；60%～80%為五級(jí)腐爛；80%～100%為六級(jí)腐爛。從圖1可知，14個(gè)不同木薯種質(zhì)塊根等級(jí)劃分見(jiàn)表1，但也會(huì)存在肉眼誤差。

2.3 β-胡蘿卜素含量分析

從圖2可以看出，實(shí)驗(yàn)選取木薯種質(zhì)的塊根β-胡蘿卜素在收獲后幾乎都出現(xiàn)不同程度的增加，6 d達(dá)到峰值，之后呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì)；同時(shí)結(jié)合采后腐爛情況可以看出，β-胡蘿卜素含量相對(duì)較高的種質(zhì)其耐采后腐爛能力較強(qiáng)，即有一定的相關(guān)性，具體機(jī)理還需要進(jìn)一步研究。隨著放置天數(shù)的增加，β-胡蘿卜素含量整體降低，其腐爛程度也出現(xiàn)加重情況。

圖1 十四個(gè)木薯種質(zhì)采后腐爛觀察

表1 十四個(gè)木薯種質(zhì)PPD等級(jí)劃分

3 討論

本研究對(duì)不同木薯種質(zhì)調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，β-胡蘿卜素含量高的木薯種質(zhì)，其塊根PPD發(fā)生相對(duì)較為延緩。Sánchez等［12］報(bào)道稱(chēng)，木薯塊根中β-胡蘿卜素含量較高的品種，PPD發(fā)生要比常規(guī)品種延遲1～2 d。本研究發(fā)現(xiàn)，在放置6 d時(shí)β-胡蘿卜素上升，6 d之后出現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)；比如60號(hào)種質(zhì)，在放置6 d時(shí)β-胡蘿卜素達(dá)到高峰，放置12 d時(shí)還比較完好；推測(cè)這是因?yàn)轭?lèi)胡蘿卜素參與了木薯采后的抗氧化過(guò)程，類(lèi)胡蘿卜素是一種優(yōu)良的抗氧化劑，在一定程度上能及時(shí)清除PPD發(fā)生過(guò)程中產(chǎn)生的ROS，對(duì)木薯塊根PPD發(fā)生起到抑制作用［3，8，14］。但也存在PPD跟β-胡蘿卜素含量不相關(guān)的情況，比如70號(hào)種質(zhì)β-胡蘿卜素含量很低，但是其能在12 d后表現(xiàn)出相對(duì)完好的狀態(tài)；266號(hào)種質(zhì)β-胡蘿卜素含量相對(duì)比較高，但是其放置3 d時(shí)即出現(xiàn)了腐爛情況。Chavez等［15］報(bào)道稱(chēng)，木薯貯藏根類(lèi)胡蘿卜素含量達(dá)到一定水平可降低PPD程度，認(rèn)為0.5μg/g的β-胡蘿卜素含量是評(píng)價(jià)木薯PPD耐性的閾值，當(dāng)β-胡蘿卜素含量高于閾值時(shí)，可使貯藏根PPD發(fā)生程度下降30%。木薯采后生理腐爛是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，目前許多發(fā)達(dá)國(guó)家（包括美國(guó)、英國(guó)、瑞士等）加大了對(duì)影響木薯初級(jí)變質(zhì)的各種因子的研究力度，尤其是耐初級(jí)變質(zhì)木薯種質(zhì)的創(chuàng)制成為木薯研究熱點(diǎn)；而次級(jí)變質(zhì)主要是由于微生物侵染所導(dǎo)致，是引起后期變質(zhì)的主要原因。關(guān)于類(lèi)胡蘿卜素抑制采后腐爛的機(jī)理尚未有明確的報(bào)道，本研究結(jié)果為木薯采后腐爛機(jī)制研究提供理論基礎(chǔ)，為培育高含量β-胡蘿卜素耐采后腐爛的木薯品種提供科學(xué)依據(jù)。

圖2 十四個(gè)木薯種植放置12 dβ-胡蘿卜素的含量變化趨勢(shì)