藍光光周期對甘藍芽苗菜營養(yǎng)品質(zhì)的影響

車功恒，張國華，肖軍霞，3，李曉丹，3，郭麗萍，3*

（1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266109；2.青島產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，山東 青島 266100；3.青島特種食品研究院，山東 青島 266109）

甘藍（Brassica oleracea var.capitata）屬十字花科蕓薹屬植物，也稱包菜、大頭菜、卷心菜，在我國種植面積非常廣；富含膳食纖維、維生素（A、B1、B2、C）及礦物質(zhì)（鈣、鐵、磷）；此外，還含有多種對人體有益的次生代謝產(chǎn)物，如硫代葡萄糖苷（簡稱硫苷）、酚類物質(zhì)和花色苷等[1]。當(dāng)植物細胞破碎時，黑芥子酶會釋放出來與硫代葡萄糖苷結(jié)合形成水解產(chǎn)物，如異硫氰酸酯、硫氰酸酯、腈類和2-S惡唑烷等[2]，其中異硫氰酸酯是研究較多且具有重要生理活性的物質(zhì)。研究表明，甘藍具有降低血糖、抗癌、抗氧化、調(diào)節(jié)機體免疫力等功能，這主要與酚類物質(zhì)和硫苷代謝產(chǎn)物等生物活性物質(zhì)密切相關(guān)[3]。由于芽苗菜含有比成熟蔬菜更高的活性物質(zhì)，其作為功能性蔬菜已被廣泛食用，雖然甘藍芽苗菜在我國還鮮有食用，但也引起了研究者的重視。

光作為一種環(huán)境因子，能夠參與調(diào)控植物葉片光合作用、種子萌發(fā)、植物生長、調(diào)節(jié)氣孔對外界環(huán)境變化的反應(yīng)[4]。發(fā)光二極管（lighting emitting diode，LED）作為光源也可以調(diào)控芽苗菜的品質(zhì)和次生代謝[5]。Chen等[6]研究發(fā)現(xiàn)藍光處理下羽衣甘藍芽苗菜中脂肪族硫苷含量最高，分別是紅光和白光處理的1.6倍和2倍。Yamada等[7]研究發(fā)現(xiàn)，藍光照射蘿卜下胚軸10 min內(nèi)，黑芥子酶活性顯著增強，在30 min時活性最高，約為黑暗對照下的9.8倍。戚楠楠等[8]比較黑暗、白光、藍光和紫外UV-A不同光質(zhì)及光周期條件下對大豆芽苗花色苷含量的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)藍光照射處理24 h后，大豆芽苗中花色苷含量達到最大值（24 U/g FW），明顯高于白光和黑暗處理。姜宗慶[9]發(fā)現(xiàn)藍光處理香椿芽苗菜能夠富集總酚和總黃酮含量，較白光處理分別提高了128.57%和204.76%；此外，還發(fā)現(xiàn)藍光能夠促進香椿芽苗體內(nèi)抗壞血酸的生成，效果優(yōu)于白光和紅光。LED藍光處理下能促進大白菜抗壞血酸基因生物合成以及轉(zhuǎn)錄水平，進而提高抗壞血酸含量[10]。藍光在提高西蘭花芽苗菜營養(yǎng)品質(zhì)方面的效果優(yōu)于白光、紅光、綠光、黃光和紫光[11]。但關(guān)于藍光光周期調(diào)控甘藍芽苗菜生理生化及次級代謝產(chǎn)物的積累鮮有報道。

因此，本研究以“新夏50”和“紫紅鉆”兩種甘藍種子為試材，研究藍光不同光周期對甘藍芽苗菜的生長狀況、抗壞血酸含量、花色苷含量、硫代葡萄糖苷含量、黑芥子酶活性、異硫氰酸酯形成的影響，旨在為藍光用于甘藍芽苗菜的工業(yè)化生產(chǎn)提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

甘藍種子：壽光萬和種業(yè)有限公司；DEAE Sephadex TMA25樹脂：北京索萊寶有限公司；烯丙基硫苷標準品、蘿卜硫素標準品、硫酸酯酶、葡萄糖試劑盒、抗壞血酸（分析純）：美國Sigma公司；二氯甲烷、1，2-苯二硫醇、牛血清白蛋白、醋酸鈉（分析純）：國藥集團（上海）化學(xué)試劑有限公司；乙腈、甲醇（色譜純）：天津科密歐化學(xué)試劑公司。

1.2 儀器與設(shè)備

智能光照培養(yǎng)箱（RTOB-500B）：上海高致精密儀器有限公司；高效液相色譜儀（Thermo Ultimate 3000）：美國賽默飛公司；數(shù)顯恒溫水浴鍋（HH-S2）：金壇市醫(yī)療儀器廠；離心機（TDL-40B）：上海安亭科學(xué)儀器廠；紫外分光光度計（UV-5100）：上海元析儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 甘藍種子發(fā)芽條件

將甘藍種子用1.5%的次氯酸鈉浸泡15 min消毒，用蒸餾水沖洗至中性，于30℃蒸餾水浸泡3 h。將浸泡完的甘藍種子均勻平鋪在裝有蛭石的培養(yǎng)盤中，于25℃培養(yǎng)箱中黑暗發(fā)芽1 d后，置于藍光下培養(yǎng)，甘藍種子距離燈源約40 cm，光周期分別為4、8、12、16、20 h/d和24 h/d，以黑暗條件下培養(yǎng)為對照，每天噴灑去離子水2次，于4 d時進行取樣測定。

1.3.2 芽長及株重的測定

隨機取20株甘藍芽苗為一組，使用游標卡尺測量其芽長，使用電子天平測量其株重。

1.3.3 抗壞血酸含量的測定

參照Volden等[12]的方法，稱0.2 g甘藍芽苗，加4 mL2%的草酸溶液進行研磨，于10000×g離心15min，取1 mL上清液過0.45 μm膜，進行高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）測定。HPLC條件：色譜柱為SB-C18；波長為254 nm；流速為0.8 mL/min；柱溫設(shè)置 30 ℃；進樣量為 20 μL；流動相為0.1%甲酸-甲醇（體積比為95∶5）?？箟难岷恳怎r重計，用mg/100 g FW表示。

1.3.4 花色苷含量的測定

根據(jù)于海鑫等[13]的方法，稱0.2 g甘藍芽苗菜，加4 mL酸化乙醇快速研磨，10 000×g離心5 min，取上清液在535 nm處測量吸光度?；ㄉ蘸坑胢g/100 g FW表示。

1.3.5 硫代葡萄糖苷含量的測定

選用Guo等[14]的方法，稱0.5 g甘藍芽苗，加4 mL煮沸的75%的甲醇溶液研磨，于80℃浸提15 min，10 000×g離心10 min，取1 mL上清液流經(jīng)DEAE Sephadex A-25樹脂后加入800 μL硫酸酯酶，于35℃反應(yīng)16 h，過夜流掉后用3 mL蒸餾水沖洗，取1 mL上清液過0.45 μm膜，進行HPLC測定。HPLC條件：色譜柱為Agilent C18柱；波長226 nm；流速 1 mL/min；柱溫30℃；進樣量20 μL；流動相用20%乙腈和超純水。硫代葡萄糖苷含量用μmol/g FW表示。

1.3.6 黑芥子酶活性的測定

根據(jù)王志英等[15]的試驗方法，稱0.5 g甘藍芽苗菜，加入3 mL磷酸鹽緩沖液（0.1 mol/L，pH6.5），在冰浴條件下研磨，于10 000×g冷凍離心15 min，所得上清液即為粗酶液。取0.5 mL粗酶液和0.5 mL烯丙基硫苷（1 mmol/L）充分混合，37℃恒溫水浴鍋反應(yīng)10 min，于100℃滅酶5 min后用葡萄糖試劑盒測定。以每分鐘被黑芥子酶轉(zhuǎn)化生成1 nmol葡萄糖為一個酶活力單位。黑芥子酶活性用nmol/（min·mg prot）表示。

1.3.7 異硫氰酸酯含量的測定

選取Guo等[16]的方法，稱甘藍芽苗菜0.5 g，加4 mL蒸餾水研磨，于40℃利用內(nèi)源酶酶解3 h，10 000×g離心15 min。取100 μL上清液，分別向其中加入200 μL 7 nmol/L 1，2-苯二硫醇、2 mL甲醇和1.8 mL 0.2 mol/L pH8.5硼砂緩沖液，混勻。65℃反應(yīng)1 h，過0.45 μm濾膜，HPLC測定。HPLC條件為色譜柱：Agilent C18柱；波長：365 nm；流速：1 mL/min；進樣量：20 μL；流動相：甲醇-水（體積比為7∶3）。異硫氰酸酯含量用mg/100 g FW表示。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有試驗均設(shè)3次重復(fù)，數(shù)據(jù)用SPSS 26進行顯著性分析（p＜0.05），用 Mircosoft Excle 2013進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 藍光光周期對甘藍芽苗菜芽長及株重的影響

藍光光周期對甘藍芽苗菜芽長及株重的影響見圖1。

圖1 藍光光周期對甘藍芽苗菜芽長及株重的影響Fig.1 Effect of blue light photoperiod on sprout length and weight of cabbage sprouts

由圖1可知，與黑暗相比，藍光處理顯著抑制了甘藍芽苗菜的生長（p＜0.05），與 Zhuang等[11]對西蘭花芽苗菜的研究結(jié)果一致。在光周期為0～12 h/d，“新夏50”芽苗菜芽長明顯高于“紫紅鉆”，但在 16 h/d～24 h/d，兩個品種之間無顯著差異。張歡等[17]報道指出，紅光光周期從0延長到20 h/d，油葵芽苗菜下胚軸長逐漸降低，在20 h/d時達到最小值，本研究也得到相似結(jié)果，隨著光周期的延長，甘藍芽苗菜芽長不斷降低，光周期為16 h/d～24 h/d，芽長變化不顯著。同時，藍光對擬南芥芽長的抑制作用也與本研究相似，研究認為這種抑制作用開始于陰離子通道介導(dǎo)的質(zhì)膜去極化[18]。與對照組相比，藍光處理使兩種甘藍芽苗的株重顯著降低（p＜0.05），光周期為 24 h/d 時，“新夏 50”和“紫紅鉆”的株重分別比黑暗條件下減少了46.4%和55.2%，與芽長變化趨勢一致。

2.2 藍光光周期對甘藍芽苗菜抗壞血酸含量的影響

藍光光周期對甘藍芽苗菜抗壞血酸含量的影響見圖2。

圖2 藍光光周期對甘藍芽苗菜抗壞血酸含量的影響Fig.2 Effect of blue light photoperiod on ascorbic acid content in cabbage sprouts

藍光處理能夠顯著提高甘藍芽苗菜的抗壞血酸含量（p＜0.05），隨著光周期的延長，芽苗菜抗壞血酸含量整體呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，兩個品種之間差異不明顯。張歡等[19]研究表明，藍光處理蘿卜芽苗菜下胚軸中抗壞血酸含量最高，可能與抗壞血酸合成分解相關(guān)酶（半乳糖內(nèi)酯脫氫酶、抗壞血酸氧化酶和抗壞血酸過氧化物酶）對光的響應(yīng)機理不同。此外，還發(fā)現(xiàn)藍光可促進擬南芥和煙草中的磷酸甘醇突變酶的表達，此酶與抗壞血酸生物合成基因密切相關(guān)，從而使抗壞血酸含量增加[20]。本研究中，“新夏50”在16 h/d抗壞血酸含量達到最高，“紫紅鉆”在12 h/d抗壞血酸含量最高，分別是對照組的1.86倍和1.72倍。

2.3 藍光光周期對甘藍芽苗菜花色苷含量的影響

藍光光周期對甘藍芽苗菜花色苷含量的影響見圖3。

圖3 藍光光周期對甘藍芽苗菜花色苷含量的影響Fig.3 Effect of blue light photoperiod on anthocyanin content in cabbage sprouts

研究表明，光照處理通過提高花色苷合成通路中相關(guān)基因表達水平實現(xiàn)花色苷的積累[21]。藍光處理提高花色苷合成途徑中苯丙氨酸解氨酶及查爾酮異構(gòu)酶活力，從而提高西蘭花芽苗菜中的花色苷含量[22]。由圖3可知，藍光處理顯著提高甘藍芽苗菜中花色苷含量（p＜0.05），光周期為 20 h/d 時，“紫紅鉆”芽苗菜花色苷含量為66.07 mg/100 g FW，是對照的9.14倍。“新夏50”芽苗菜在光周期24 h/d時花色苷含量最高，為20.53 mg/100 g FW，為對照組的10.98倍?！白霞t鉆”芽苗菜花色苷含量明顯高于“新夏50”。

2.4 藍光光周期對甘藍芽苗菜硫代葡萄糖苷含量的影響

藍光光周期對甘藍芽苗菜硫代葡萄糖苷含量的影響見表1。

表1 藍光光周期對甘藍芽苗菜硫代葡萄糖苷含量的影響Table 1 Effect of blue light photoperiod on glucosinolate content in cabbage sprouts μmol/g FW

研究發(fā)現(xiàn)，植物品種不同硫苷含量差異很大[15]。本研究中兩種芽苗菜硫苷種類和含量也不同，“新夏50”和“紫紅鉆”芽苗菜中均以脂肪族硫苷為主，分別占總硫代葡萄糖苷的95.91%和86.63%；“新夏50”芽苗菜中最多的硫苷為2-丙烯基硫苷，3-甲基亞磺?；蜍沾沃?，而紫紅鉆”芽苗菜中3-甲基亞磺?；蜍蘸孔罡?；但芳香族硫苷未在“新夏50”中檢測到。藍光處理明顯提高了兩種甘藍芽苗中硫苷含量，與黑暗相比，脂肪族硫苷、芳香族硫苷和吲哚族硫苷含量都有不同程度的增加。在光周期16 h/d時，“新夏50”甘藍芽苗中總硫代葡萄糖苷含量達到最大值，為22.23 μmol/g FW，比對照增加了81.91%；2-丙烯基硫苷和3-甲基亞磺?；蜍蛰^對照相比增加了66.45%和43.02%?！白霞t鉆”甘藍芽苗菜中總硫代葡萄糖苷含量在光周期12h/d時最高，是黑暗處理下的2.23倍，3-甲基亞磺酰基丙基硫苷較對照組提高63.92%。

2.5 藍光光周期對甘藍芽苗菜黑芥子酶活性的影響

藍光光周期對甘藍芽苗菜黑芥子酶活性的影響見圖4。

圖4 藍光光周期對甘藍芽苗菜黑芥子酶活性的影響Fig.4 Effect of blue light photoperiod on myrosinase activity in cabbage sprouts

光處理能夠誘導(dǎo)黑芥子酶基因表達并提高其活性[7]。如圖4所示，不同藍光光周期下，兩種甘藍芽苗菜的黑芥子酶活性變化基本一致，呈折線型變化。與黑暗相比，藍光處理降低了“新夏50”甘藍芽苗菜的黑芥子酶活性，在4 h/d藍光處理黑芥子酶活性最低，較對照降低77.08%；光周期4 h/d～24 h/d黑芥子酶活性不斷增強，然后又持續(xù)下降?！白霞t鉆”黑芥子酶活性則不同于“新夏50”，光周期為12 h/d和16 h/d時黑芥子酶活性略高于對照組，12 h/d時藍光處理活性最高，為24.75 nmol/（min·mg prot），20 h/d時活性最低，為5.61 nmol/（min·mg prot）。本研究結(jié)果表明藍光光周期對不同品種植物的黑芥子酶活性影響也不同，這可能與黑芥子酶基因表達有關(guān)，但具體機理還有待于深入研究。

2.6 藍光光周期對甘藍芽苗菜異硫氰酸酯含量的影響

藍光光周期對甘藍芽苗菜異硫氰酸酯含量的影響見圖5。

圖5 藍光光周期對甘藍芽苗菜異硫氰酸酯含量的影響Fig.5 Effect of blue light photoperiod on isothiocyanate content in cabbage sprouts

異硫氰酸酯是硫代葡萄糖苷在黑芥子酶的作用下形成的產(chǎn)物之一，也是十字花科植物中起重要生理功能的物質(zhì)。異硫氰酸酯主要來自于脂肪族硫苷和芳香族硫苷，而吲哚族硫苷降解生成的異硫氰酸酯非常不穩(wěn)定，會迅速降解生成其它產(chǎn)物，如GB的最終降解產(chǎn)物是3-吲哚甲醇，3-吲哚乙腈和3，3-二吲哚甲烷[23]。如圖5所示，“紫紅鉆”芽苗菜的異硫氰酸酯含量明顯高于“新夏50”，而“新夏50”芽苗菜中異硫氰酸酯的前體物質(zhì)——硫苷的含量顯著高于“紫紅鉆”，原因一方面是由于“紫紅鉆”芽苗菜的黑芥子酶活力更高；另一方面可能是“新夏50”芽苗菜中上皮硫特異蛋白的活性更高，因為上皮硫特異蛋白的存在使硫苷向腈類物質(zhì)方向水解，從而降低異硫氰酸酯的形成[24]。Zhuang等[11]研究表明藍光主要通過調(diào)控硫苷降解途徑從而提高西蘭花芽苗菜中蘿卜硫素形成。本研究中，與對照相比，藍光處理顯著提高甘藍芽苗菜中異硫氰酸酯的形成（p＜0.05），兩種芽苗菜均在光周期8 h/d時異硫氰酸酯含量最高，分別是對照處理的1.51倍和1.41倍，與硫苷變化趨勢不同，表明藍光光周期也調(diào)控了硫苷的降解途徑，但機理有待進一步研究。

3 結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)藍光雖然抑制甘藍芽苗菜的生長，但活性物質(zhì)抗壞血酸、花色苷、硫代葡萄糖苷和異硫氰酸酯含量明顯提高。隨著藍光光周期增加，抗壞血酸含量先增加后降低，2種芽苗菜在光周期為12 h/d～20 h/d，抗壞血酸含量相對較高。花色苷含量隨著光周期增加先增加并逐漸趨于平緩，“紫紅鉆”芽苗菜顯著高于“新夏50”芽苗菜。2種甘藍芽苗菜中硫代葡萄糖苷含量均在光周期12 h/d～16 h/d達到最高。雖然“新夏50”芽苗菜中硫苷含量明顯高于“紫紅鉆”芽苗菜，但異硫氰酸酯相反，“紫紅鉆”芽苗菜中異硫氰酸酯明顯高于“新夏50”，且均在藍光光周期8 h/d時相對較高。綜合考慮，藍光光周期12 h/d～16 h/d更適合甘藍芽苗菜的培育，且“紫紅鉆”芽苗菜比“新夏50”營養(yǎng)價值更高。本研究為藍光在甘藍芽苗菜的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論支撐，為我國甘藍芽苗菜產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。