光質對苜蓿芽苗菜營養品質和抗氧化特性的影響

唐 麗，魯燕舞，崔 瑾*

（南京農業大學生命科學學院，江蘇 南京 210095）

光質對苜蓿芽苗菜營養品質和抗氧化特性的影響

唐 麗，魯燕舞，崔 瑾*

（南京農業大學生命科學學院，江蘇 南京 210095）

采用發光二極管精確調制光質和光量，研究光譜能量分布對苜蓿芽苗菜營養品質和抗氧化特性的影響，以黑暗作為對照。結果表明：與對照和其他光質處理相比，藍光能顯著提高苜蓿芽苗菜中可溶性蛋白、游離氨基酸、VC、總酚類物質和總黃酮的含量以及清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基的能力，并顯著降低硝酸鹽的含量；紅光能顯著提高鮮質量產量；白光處理更利于提高干質量產量，顯著提高類胡蘿卜素和硝酸鹽的含量；黃光下培養6、8、12 d的苜蓿芽苗菜槲皮素含量顯著提高，苯丙氨酸解胺酶（phenylalanine ammonia-lyase，PAL）活性也相應提高，且槲皮素含量與PAL活性呈顯著正相關?？傮w而言，藍光有利于提高苜蓿芽苗菜的營養品質。

苜蓿；芽苗菜；生長；營養品質；抗氧化

苜蓿芽苗菜含有豐富的粗蛋白、維生素和礦物質等營養成分[1]，其含量豐富的抗氧化成分（如酚類物質等）使其具有抗癌、抗冠心病等保健功能[2]，不僅在東方國家被廣泛種植，在西方消費者中也非常受歡迎[3]。

目前，苜蓿芽苗菜生產實踐中一般采用設施立體栽培，光照條件對其生長和品質的影響尚未引起重視。隨著芽苗菜工業化生產的發展以及消費者對食品安全的嚴格要求，在芽苗菜生產過程中調節光環境，尤其是調節光質以提高產量及品質已引起人們的關注，成為設施栽培領域新的研究熱點[4]。發光二極管（light emitting diode，LED）是第四代新型照明光源，具有光譜能量調制便捷，節能環保，易于分散或組合控制等諸多優點，已成為植物工廠化生產中最具應用潛力的光源[5-6]。國內外已有學者應用LED進行光質調控，研究其對油葵[7]、豌豆[8]、蘿卜[9]、大麥[10]等芽苗生長的影響，證實了LED光質對植物幼苗的生長和品質的調控作用。本實驗著重探究LED光質對苜蓿芽苗菜營養品質、抗氧化物質含量以及對1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基清除能力的影響，為發展苜蓿芽苗菜工業化生產光環境調控技術和研發設施栽培LED光源、提高苜蓿芽苗菜營養品質和抗氧化物質的含量提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試苜蓿（Medicago sativa）品種為‘維多利亞’，購自山東聊城綠遠種業有限公司。

1.2 儀器與設備

LED冷光源培養箱 寧波海曙賽福實驗儀器廠；BSA 124 S分析天平 Sartorius公司；UV-5200型紫外-可見分光光度計 上海元析儀器有限公司；CT14RD離心機 上海天美科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 培養條件

將浸種12 h的苜蓿種子播種于鋪有蛭石的育苗盤中，每盤播種8 g左右（干籽質量）。黑暗培養2 d后置于不同光質的LED光照培養箱中培養，每個處理3 盤。光質處理8 d后測定各項指標。槲皮素含量、苯丙氨酸解胺酶（phenylalanin ammonia-lyase，PAL）活性和查爾酮異構酶（chalcone isomerase，CHI）活性在光質培養4、6、8 d 和12 d進行測定。培養箱內相對濕度為（75±5）%，溫度為（25 ± 2）℃，每天照光12 h。

1.3.2 光質處理

實驗所用LED冷光源培養箱具頂置LED光源，光質為白光（W）、黃光（Y）、紅光（R）和藍光（B），以黑暗培養（D）作為對照，培養箱的光譜能量分布主要技術參數見表1。調節電流以及光源與植株的距離，使光照強度為（30±3）μmol/（m2·s）左右。

表1 不同LED光譜能量分布的主要技術參數TTaabbllee 11 MMaajjoorr tteecchhnniiccaall ppaarraammeetteerrss ooff lliigghhtt ssppeeccttrraall eenneerrggyy distribution under LEDs

1.4 測定指標

形態指標：光質處理結束后用天平測定苜蓿芽苗菜根系、地上部及整株的鮮質量。將鮮樣置于105 ℃殺青15 min，80 ℃烘干至恒質量測定芽苗菜根系、地上部及整株的干質量。

可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍G-250染色法[11]；類胡蘿卜素含量測定用V（無水乙醇）∶V（丙酮）= 1∶1溶液提取法[12]；VC含量測定采用2,6-二氯酚靛酚滴定法[13]；硝酸鹽含量測定采用水楊酸法[14]；粗纖維測定采用酸堿洗滌法[13]。

總酚類物質和總黃酮含量的測定參照Dewanto等[15]的方法。樣品中的總酚類物質含量用每克干物質中含有的沒食子酸當量毫克數表示，沒食子酸（0～200 mg/mL）作標準曲線y = 4.454 4x+0.042 3（R2= 0.991 0）?？傸S酮含量用每克干物質中含有的蘆丁當量微克數表示，蘆?。?～50 μg/mL）作標準曲線y = 14.566 0x+0.012 5（R2= 0.998 3）?？偡宇愇镔|和總黃酮的體外抗氧化能力評估采用清除DPPH自由基法，抗氧化能力的測定參照Luo Wei等[16]的方法。槲皮素的含量測定參照馬瑩瑩等[17]的方法，以干物質質量計。PAL酶和CHI酶的活性測定參照Lister等[18]的方法，以鮮物質質量計。

1.5 數據處理

采用隨機取樣，生長指標測定設5 次重復，生理指標測定設3 次重復。采用SPSS 16.0軟件進行數據處理，Origin 8.5軟件作圖，顯著性由鄧肯氏新復極差法檢驗，P＜0.05。

2 結果與分析

2.1 光質對苜蓿芽苗菜產量和部分營養品質的影響

表2 光質對苜蓿芽苗菜產量和部分營養品質的影響Table 2 Effects of light quality on yield and some nutrients of Medicago satiivvaa sprroouuttss

如表2所示，與對照和其他光質處理相比，紅光處理下的苜蓿芽苗菜鮮質量產量有顯著提高；白光處理顯著提高苜蓿芽苗菜干質量產量；藍光處理顯著提高苜蓿芽苗菜可溶性蛋白、游離氨基酸和VC的含量，顯著降低芽苗菜中硝酸鹽的含量；白光處理顯著提高芽苗菜類胡蘿卜素和硝酸鹽的含量。與其他光質處理相比，黃光處理顯著提高了芽苗菜中可溶性糖含量。黑暗培養下的苜蓿芽苗菜其可溶性蛋白、游離氨基酸和類胡蘿卜素的含量都顯著低于光照培養。

2.2 光質對苜蓿芽苗菜總酚類物質含量和DPPH自由基清除能力的影響

圖1 光質對苜蓿芽苗菜總酚類物質含量（a）和DPPH自由基清除能力（b）的影響Fig.1 Effects of light quality on total phenolics content (a) and DPPH radical scavenging activity (b) of Medicago sativa sprouts

如圖1所示，與黑暗培養相比，光質處理均顯著提高苜蓿芽苗菜總酚類物質含量，且光質處理間存在顯著差異，依次為藍光＞黃光＞紅光＞白光；光質處理均顯著提高DPPH自由基清除能力，且光質處理間存在顯著差異，依次也為藍光＞黃光＞紅光＞白光，與總酚類物質含量趨勢相符。

圖2 光質對苜蓿芽苗菜總黃酮含量（a）和DPPH自由基清除能力（b）的影響Fig.2 Effects of light quality on total flavonoid content (a) and DPPH radical scavenging activity (b) of Medicago sativa sprouts

2.3 光質對苜蓿芽苗菜總黃酮含量和DPPH自由基清除能力的影響如圖2所示，與黑暗培養相比，光質處理均顯著提高苜蓿芽苗菜總黃酮含量，且光質處理間存在顯著差異，依次為藍光＞紅光＞白光＞黃光；光質處理均顯著提DPPH自由基清除能力，且光質處理間存在顯著差異，依次也為藍光＞紅光＞白光＞黃光，與總黃酮含量趨勢相符。

2.4 光質對苜蓿芽苗菜生長過程中槲皮素含量的影響

圖3 光質對苜蓿芽苗菜生長過程中槲皮素含量的影響Fig.3 Effects of light quality on the content of quercetin of Medicago sativa sprouts during growth

如圖3所示，與黑暗培養相比，光質處理均顯著提高了苜蓿芽苗菜槲皮素含量，光質處理間的差異也比較明顯。培養6、8 d和12 d的苜蓿芽苗菜槲皮素的含量在黃光處理下最高，而培養4、10 d的苜蓿芽苗菜槲皮素的含量在白光處理下最高。

2.5 光質對苜蓿芽苗菜生長過程中PAL、CHI活性變化的影響

圖4 光質對苜蓿芽苗菜生長過程中PAL（a）和CHI（b）活性的影響Fig.4 Effects of light quality on the activities of PAL (a) and CHI (b) of Medicago sativa sprouts during growth

如圖4所示，隨著處理時間的延長，光質處理下苜蓿芽苗菜PAL活性基本上呈現先升高后降低趨勢，培養至第6天時酶活性最高。與對照和其他光質處理相比，黃光下培養6、8 d和12 d的苜蓿芽苗菜PAL活性顯著提高，這與黃光處理對苜蓿芽苗菜槲皮素含量影響規律基本一致。而各處理下苜蓿芽苗菜CHI活變化不一，但都是在培養至10 d時最低。與對照和其他光質處理相比，黃光下培養6 d（白光除外）和8 d的苜蓿芽苗菜的CHI活性顯著降低。

2.6 光質對苜蓿芽苗菜槲皮素含量與PAL、CHI活性之間相關性的影響

表3 光質對苜蓿芽苗菜槲皮素含量與PAL和CHI活性之間相關性系數的影響Table 3 Effects of light quality on the correlation coefficients of quercetin content with PAL or CHI activity ofMedicago sattiivvaa sprouts

由表3可知，黃光處理下苜蓿芽苗菜的槲皮素含量變化與PAL活性的相關系數為0.882，達到顯著水平；而對照和其他光質下，苜蓿芽苗菜槲皮素含量變化與PAL活性變化的相關性不高，沒有達到顯著性水平。對照和各光質處理下，苜蓿芽苗菜槲皮素含量變化與CHI活性變化相關性的都不高，沒有達到顯著性水平。

3 結論與討論

3.1 光質對苜蓿芽苗菜產量和部分營養品質的影響

實驗發現苜蓿芽苗菜的生長和營養品質受光質處理影響。紅光顯著提高了苜蓿芽苗菜鮮質量產量；而白光顯著提高芽苗菜干質量產量。這可能與紅光促進碳水化合物的積累[19]，而白光適于植株整體生長有關。藍光能顯著提高苜蓿芽苗菜可溶性蛋白的含量，這與王虹[20]、邢澤南[7]等的研究結果基本一致。有研究[21-22]表明，藍光可誘導抗氧化酶基因的表達和酶活的上升，緩解植物體內可溶性蛋白的降解而提高可溶性蛋白含量。另外，藍光還顯著提高了苜蓿芽苗菜游離氨基酸的含量。Kowallik[19]發現，藍光顯著促進線粒體的暗呼吸，為氨基酸的合成提供了碳架，從而提高了植物體內氨基酸的含量。

植物性食物是人體所需VC的主要來源[8]。本實驗發現藍光顯著提高苜蓿芽苗菜VC的含量，而黃光降低VC的含量，這與張立偉[9]、張歡[23]等研究結果基本一致。徐茂軍等[24]發現藍光可提高發芽大豆中VC的含量并且提高GalLDH的活性。說明光質影響芽苗菜VC含量與VC合成過程中關鍵酶的表達及活性有關。

3.2 光質對苜蓿芽苗菜總酚類物質、總黃酮含量及抗氧化特性的影響

酚類物質和總黃酮作為植物體內重要的次生代謝產物，具有一系列生理功能，如抗氧化、抗癌、清除自由基等。有報道[25]認為長波段的光抑制黃酮和內酯類物質的積累，短波段的光利于黃酮和內酯類物質的積累。本實驗研究結果發現，藍光能顯著提高苜蓿芽苗菜總酚類含量和總黃酮的含量及相應的對DPPH自由基的清除能力，這與Lee[10]和Guo Bin[26]等的研究結果一致。Kim等[27]研究報道與黑暗相比，光照通過促進光合作用和丙二酰輔酶A途徑來提高黃豆芽苗菜中總酚類的含量。

3.3 光質對苜蓿芽苗菜槲皮素積累以及與PAL、CHI酶活性之間的關系的影響

槲皮素（3,3’,4’,5,7-五羥黃酮）是在植物中廣泛分布的一種典型的天然黃酮類化合物，具有抗氧化、抗過敏等多種生物活性[28-29]。有研究[30]發現黃酮類化合物生物合成的第一個關鍵酶PAL酶的活性受光調控。Hao Gangping等[31]研究表明，在銀杏愈傷組織中，UV-B誘導愈傷組織中黃酮含量的提高且此時的PAL活性也相應提高。Kim等[27]發現UV-A提高胡楊中的黃酮化合物含量且同時提高PAL活性。迄今為止，有關黃光對槲皮素生物合成影響的研究報道還未見。本研究發現，黃光處理下苜蓿芽苗菜的槲皮素含量變化與PAL酶活性有顯著相關性。這說明，黃光可能是通過提高苜蓿芽苗菜PAL的活性來促進槲皮素的合成，但PAL并不是影響槲皮素合成的唯一關鍵酶，關于光質調控槲皮素合成的相關機理還需要進一步的研究。

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Effects of Light Quality on Nutritional Quality and Antioxidant Properties of Medicago sativa Sprouts

TANG Li, LU Yan-wu, CUI Jin*
(College of Life Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)

The effects of light quality on nutritional quality and antioxidant properties of alfalfa (Medicago sativa) sprouts were investigated in comparison with those of darkness. As compared with control and other light quality treatments, blue light emitting diodes (LEDs) significantly promoted the contents of soluble protein, free amino acids, vitamin C (VC), total phenolics and total flavonoids, and the 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) radical scavenging activity of alfalfa sprouts. Moreover, the content of nitrate was significantly decreased under blue LEDs. The yield of fresh sprouts was increased observably under red LEDs, while white LEDs were suitable for dry matter accumulation in alfalfa sprouts. In addition, white LEDs significantly promoted the accumulation of carotenoi d and nitrate in sprouts. Yellow LEDs were suitable for the accumulation of quercetin after 6, 8 and 12 days of culture, concomitantly with the highest PAL activity among all the investigated treatments. The content of quercetin was positively correlated with phenylalanine ammonia-lyase (PAL) activity under yellow LEDs. These results revealed that blue LEDs were suitable for promoting the nutrient quality of alfalfa sprouts.

alfalfa; sprouts; growth; nutritional quality; antioxidant

S649

A

1002-6630（2014）13-0032-05

10.7506/spkx1002-6630-201413006

2013-07-03

國家自然科學基金面上項目（31171998）；國家基礎科學人才培養基金項目（J1310015）

唐麗（1986—），女，碩士研究生，研究方向為植物光生物學。E-mail：tangli861104@163.com

*通信作者：崔瑾（1974—），女，教授，博士，研究方向為設施栽培環境調控機理。E-mail：cuijin@njau.edu.cn