2022, Vol. 49文章信息
引用本文 |
基金项目
- 国家现代农业产业技术体系（CARS-10-B03，CARS-10-C15）；广东省现代农业产业技术体系（2021KJ111）
作者简介
- 贾瑞雪(1990-), 女, 在读硕士生, 研究方向为甘薯遗传育种, E-mail: jiaruixue91@126.com.
通讯作者
- 王章英(1978-), 女, 博士, 研究员, 研究方向为甘薯资源与遗传育种, E-mail: wangzhangying@gdaas.cn.
文章历史
- 收稿日期：2022-01-10
2. 河北科 技师范学院农学与生物科技学院, 河北 昌黎 066600
2. College of Agronomy and Biotechnology, Hebei Normal University of Science and Technology, Changli 066600, China
【研究意义】我国是世界上最大的甘薯生产国, 据世界粮农组织(Food and Agriculture Organization, FAO) 统计数据显示[1], 2020年我国甘薯种植面积为224.99×104 hm2, 占世界甘薯种植总面积的30.4%。甘薯是世界三大块根和块茎(甘薯、马铃薯和木薯)作物之一[2], 其块根广泛应用于淀粉和食品加工生产等方面。然而, 甘薯地上部(茎叶)的利用率很低, 一般在收获期约95%~98% 甘薯茎叶被丢弃, 仅2%~5% 会被用作动物饲料[3]。研究表明, 甘薯茎叶含有丰富的可溶性糖、碳水化合物、粗蛋白、粗纤维、矿物质、酚类物质等营养成分[4-5], 对人体健康具有抗氧化性、抗癌、抗菌消炎、降血压、降血糖等功效[5-8]。甘薯茎尖总酚含量约为空心菜、菠菜、野苋菜、芥菜等常见蔬菜的1.5~4倍[9-11], 是一种高营养的蔬菜品种。随着人们生活质量的提高和保健意识的增强, 叶菜型甘薯因其特殊的香气、清脆的口感及其保健价值, 逐渐受到人们的青睐。特别是在华南地区广泛种植, 是自然环境中少数能抵抗台风侵袭的叶菜之一, 可作为特色叶菜填补炎热夏季叶菜生产淡季的空白。因此, 研究叶菜型甘薯新品种的抗氧化性不仅可以筛选出优质叶菜型甘薯品种, 而且可以为叶菜型甘薯的开发利用提供数据参考。
【前人研究进展】目前关于叶菜型甘薯的研究主要集中在营养和功能成分的测定[4, 12-15]、生理功能[14, 16]、理化特性[17]等方面。张赟彬等[18]研究了甘薯总酚提取液自由基清除率、还原能力、抗脂质过氧化活性以及对食用油脂抗氧化性的影响等, 表明甘薯总酚提取液具有较强的综合抗氧化能力。Ghasemzadeh等[19]通过测定6个不同品种甘薯叶片的总酚含量及抗氧化性, 表明总酚含量与抗氧化活性高度相关, 可作为甘薯抗氧化活性的指标。抗氧化活性不仅与总酚含量显著相关, 也与蔬菜和水果的颜色有一定关系, 一般情况下红色、蓝色、紫色的蔬菜和水果更受消费者喜爱[20]。已有研究表明, 紫肉甘薯的抗氧化性显著高于白肉、黄肉和橙肉甘薯[21-24]。抗氧化活性的测定方法有很多种, 一般常用DPPH、ABTS自由基清除能力和FRAP铁离子还原能力等多个指标评价果蔬多酚提取物的抗氧化活性[25-26]。
【本研究切入点】关于甘薯体外抗氧化活性的研究多以普通甘薯的茎叶、块根为主, 而以叶菜专用型甘薯茎尖为对象的研究鲜有公开报道, 且现有的类似研究一般只采用3~4个抗氧化评价指标, 虽然可以较全面详细地评价抗氧化活性, 但不便于不同品种或者样品间综合抗氧化能力的对比。【拟解决的关键问题】本研究选用我国华南地区新选育的食味品质优良的紫绿色和纯绿色叶菜专用型甘薯新品种(系)作为试验材料, 测定并比较不同甘薯品种茎尖和不同颜色茎尖总酚含量、DPPH和ABTS自由基清除能力、FRAP铁离子还原能力及综合抗氧化能力, 为筛选优质菜用甘薯品种和菜用品种茎尖开发利用提供参考。
1 材料与方法 1.1 试验材料供试11个叶菜型甘薯品种(品系)中, 甘薯茎尖为绿色的品种有广菜薯2号(GCS-2)、广菜薯3号(GCS-3)、广菜薯5号(GCS-5)、广菜薯6号(GCS-6)、广菜薯7号(GCS-7)、广菜薯11-52(GCS11-52)、福薯18号(FS-18)、台农71(TNG-71), 茎尖为紫绿色的有广菜薯17-10(GCS-17-10)、广菜薯17-23(GCS-17-23) 和广菜薯16-11(GCS-16-11)。
盐酸、正己烷、无水乙醇、碳酸钠, 均为分析纯, 购自中国化学试剂有限公司; 1, 1-二苯基-2-苦基肼(1, 1-diphenyl-2-picrylhydrazyl, DPPH)、没食子酸(Gallic acid, GA), 购自上海麦克林生化科技有限公司; 水溶性维生素E(6-hydroxy-2, 5, 7, 8-tetramethylchroman-2- carboxylic acid, Trolox)、2, 2'-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸) 二铵盐(2, 2'-azinobis-3- ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid diammonium salt, ABTS), 购自美国Sigma公司; 福林酚购自上海源叶生物科技有限公司。
UV-1800型紫外可见分光光度计, 上海翱艺仪器有限公司; FE28-standard型pH计, 上海梅特勒-托利多国际贸易有限公司; FS100S粉碎机, 广州雷迈机械设备有限公司。
1.2 试验方法供试甘薯于2018年6月23日在广东省农业科学院白云试验基地(113°26'E、23°23'N, 海拔20 m)种植。土壤为粘土, pH 5.81, 有机质含量22.9 g/kg, 水解性氮含量78.1 mg/kg, 有机磷含量35.0 mg/kg, 速效钾含量173 mg/kg。
试验采用完全随机区组设计, 3次重复, 小区面积5.4 m2, 行距30 cm, 株距20 cm。甘薯栽插60 d后开始采摘, 每个品种挑选无病、叶片无虫孔的植株, 剪取从顶芽到茎15 cm长度的茎尖可食用部分, 清洗、沥干后进行裁剪(1~2 cm), 液氮速冻, 在-80℃冰箱中保存。取样品单层平铺在冷冻干燥机中, 干燥至恒重后用液氮研磨仪磨粉, 装入50 mL离心管中, 置于-20℃条件下保存、备用。
1.3 测定指标及方法取冷冻干燥后粉粹的样品, 测定样品的总酚含量、抗氧化活性, 每个样品重复测3次。
1.3.1 总酚提取液制备 参照Yang等[27]的方法制备总酚提取液。称取甘薯茎尖冻干粉2 g, 用锥形管转移至50 mL棕色容量瓶中, 加入15 mL盐酸乙醇(15:85, V/V)提取液, 并用盐酸乙醇提取液反复冲洗锥形管使粉末完全转移至容量瓶中, 置于4℃条件下过夜。将样品溶液收集至50 mL离心管中, 于4℃、5 000 r/min离心10 min, 保留上清液。用正己烷清除提取液(上清液)中的极性脂质和其他干扰物质[28]: 取6 mL粗提液, 加入正己烷, 震荡后去除己烷层, 重复操作3~5次, 直至己烷层无杂质, 去除己烷层后, 得总酚粗提液, 在4℃下保存用于后续检测。
1.3.2 总酚含量测定 总酚含量的测定采用福林酚法[29], 取稀释10倍的总酚粗提液1.0 mL, 加入2 mL福林酚试剂, 混匀后静置5 min; 加入2 mL 10% Na2CO3溶液, 混匀, 室温避光反应1 h后, 测定760 nm处吸光值。总酚含量用没食子酸当量(Gallic Acid Equivalents, GAE)表示, 单位为mg/g(GAE)。以没食子酸的质量(mg)为横坐标(x), 吸光度值为纵坐标(y), 绘制标准曲线。没食子酸线性回归方程为: y=0.2802 x +0.0605, R2=0.9964。
1.3.3 DPPH自由基清除能力测定 参照SokolLetowska等[30]的方法, 用Trolox当量(Trolox Equivalent, TE)表示, 单位为μmol/g(TE)。以水溶性维生素E的质量浓度为横坐标(x), 吸光度值为纵坐标(y), 绘制标准曲线, 回归方程为: y=0.3386 x -2.3306, R2=0.9973。
1.3.4 FRAP铁离子还原能力测定 参照Benzie等[31]的方法, 吸取提取液2.5 mL, 加入0.2 mol/ L磷酸盐缓冲溶液(pH 6.6)、1% 铁氰化钾溶液各2.5 mL, 混匀后50℃水浴20 min。冷却后加入10% 三氯乙酸2.5 mL, 4 000 r/min离心10 min, 取上清液2.5 mL, 加入0.1% FeCl3溶液0.5 mL、蒸馏水2.5 mL, 混匀, 反应10 min后, 测定700 nm处吸光值。铁离子还原能力用Trolox当量(TE) 表示, 单位为μmol/g(TE)。以水溶性维生素E的质量浓度为横坐标(x), 吸光度值为纵坐标(y), 绘制标准曲线, 回归方程为: y=0.0144 x +0.2627, R2=0.9925。
1.3.5 ABTS自由基清除能力测定 参照Liao等[24]的方法, 测定提取液ABTS自由基清除能力, 用Trolox当量(TE)表示, 单位为μmol/g(TE)。以水溶性维生素E的质量浓度为横坐标(x), 吸光度值为纵坐标(y), 绘制标准曲线, 回归方程为: y=0.1199 x +0.4501, R2=0.9974。
试验数据采用SPSS 26.0进行单因素方差分析(ANOVA) 和Pearson相关性分析; 利用Origin 2018软件组平均法将所测得的总酚含量、ABTS、DPPH自由基清除能力和FRAP铁离子还原能力4个指标进行聚类分析; 采用Seeram等[32]报道的综合抗氧化评价指数(Antioxidant Potency Composite Index, APCI)综合评价不同品种甘薯茎尖抗氧化能力的高低, 并进行排序。
2 结果与分析 2.1 不同叶菜型甘薯品种(系)茎尖总酚含量及抗氧化能力分析由表 1可知, 不同叶菜型甘薯品种(系) 茎尖总酚含量、抗氧化能力存在显著差异, 总酚含量变异范围为2.37~5.32 mg/g(GAE), 其中GCS-3总酚含量显著高于其他品种, FS-18次之, GCS-2最低, GCS-3总酚含量为GCS-2的2.24倍。
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供试品种(系)茎尖ABTS自由基清除能力变异范围为173.00~401.33 μmol/g(TE), 其中GCS-3自由基清除能力最强, FS-18次之, GCS-5最低, GCS-3为GCS-5的2.32倍; DPPH自由基清除能力变异范围为186.33~338.00 μmol/g(TE), 其中FS-18清除能力最强, GCS-3次之, GCS- 11-52最低; FRAP铁离子还原能力变异范围为249.33~519.00 μmol/g(TE), 其中FS-18还原能力最强, GCS-3次之, GCS-5还原能力最低、约为FS-18的48%;APCI变异范围为46.97~93.50, 其中GCS-3最高, 其次为FS-18和GCS-17-10, GCS-5综合抗氧化能力最低。
由图 1可知, 不同颜色甘薯茎尖的总酚含量、ABTS和DPPH自由基清除能力无显著差异, 但铁离子还原能力差异显著(P < 0.05)。绿色品种(系)茎尖总酚含量平均值为3.76 mg GAE/g, 比紫绿色品种茎尖(系)高12%;紫绿色品种(系) 茎尖FRAP平均值为448.11 μmol TE/g, 比绿色品种高22%。
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| 柱上小写英文字母不同者表示差异显著 Different lowercase letters on bar chart represent significant differences 图 1 不同颜色叶菜型甘薯品种(系)茎尖总酚含量及抗氧化能力 Fig. 1 Total phenolic contents and antioxidant activities of stem tips of different colored leaf-vegetable sweet potato cultivars (lines) |
2.2 不同叶菜型甘薯品种(系)茎尖总酚含量与抗氧化能力的相关性
由图 2可知, 本研究所选叶菜型甘薯品种(系) 茎尖的总酚含量与ABTS、DPPH自由基清除能力和FRAP铁离子还原能力均呈极显著正相关关系, 其中总酚含量与ABTS法、DPPH法和FRAP法测得的抗氧化能力间的相关系数分别为0.785、0.531和0.537;3种抗氧化能力测定方法ABTS、DPPH、FRAP之间呈极显著正相关, 其中DPPH与FRAP相关性最高、相关系数为0.919, ABTS与FRAP、ABTS与DPPH的相关系数分别为0.800和0.768。
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| 图 2 不同叶菜型甘薯品种(系)茎尖总酚含量与抗氧化能力的相关性 Fig. 2 Correlation between total phenolic content and a ntioxidant activity of stem tips of different leaf-vegetable sweet potato cultivars (lines) |
2.3 不同叶菜型甘薯品种(系)茎尖抗氧化能力聚类分析
系统聚类把11个叶菜专用型甘薯品种(系) 分为3类(图 3), 其中FS-18、GCS-17-10和GCS-3为第一类, 茎尖抗氧化能力最强; GCS- 16-11、GCS-17-23和TNG-71为第二类, 茎尖抗氧化能力居中; GCS-2、GCS-5、GCS-6、GCS- 11-52和GCS-7为第三类, 茎尖均为绿色, 抗氧化能力最低。
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| 图 3 不同叶菜型甘薯品种(系)茎尖抗氧化能力聚类结果 Fig. 3 Cluster result of antioxidant activity of stem tips of different leaf-vegetable sweet potato cultivars (lines) |
3 讨论
本研究中, 不同叶菜型甘薯品种(系)茎尖总酚含量存在显著差异, 变异范围为2.37~5.32 mg/g (GAE), 平均值为3.64(±0.90)mg/g(GAE), 甘薯茎尖总酚含量为藜麦[33]、葡萄籽[34]、山竹果肉[35]、番石榴叶茶[36]等总酚含量的2~9倍, 且与Guanthilake等[9]研究的斯里兰卡34种主流绿叶蔬菜的结果相近, 总酚含量高于包括菠菜、空心菜、大猪草、积雪草等在内的20多种绿叶蔬菜, 说明甘薯茎尖富含酚类物质。本研究测定甘薯茎尖总酚含量的结果低于陈蓬凤等[37]、Hue等[3]、Liao等[38]研究结果, 与曹清河等[13]、Islam等[39]分析结果相似, 表明不同品种间甘薯茎尖总酚含量存在较大差异。
抗氧化性是叶菜型甘薯品种茎尖的重要生理活性指标, 本研究发现甘薯茎尖抗氧化能力与总酚含量呈极显著正相关关系, 与前人研究结果一致[37, 40-41], 表明酚类物质是甘薯茎尖中重要的抗氧化成分, 可作为评价甘薯茎尖抗氧化能力的重要指标。采用ABTS、DPPH、FRAP三种方法测定11个不同叶菜用甘薯品种(系)茎尖抗氧化能力, 发现不同品种抗氧化能力有所不同, 其中ABTS、DPPH自由基清除能力和铁离子还原能力变异范围分别为173.00~401.33 μmol/g(TE)、186.33~338.00 μmol/g(TE)和249.33~519.00 μmol/g (TE), 高于陈蓬凤等[37]、Truong等[42]研究结果, 并明显高于紫薯块根[43]、苦瓜[26]、枣[25]、柑橘[44]等蔬果的抗氧化能力, 表明叶菜专用型甘薯茎尖具有较强的抗氧化能力, 是天然的抗氧化剂。
虽然ABTS、DPPH、FRAP三种方法可以比较全面评价样品的抗氧化能力, 但是对11个不同品种抗氧化能力高低的评价次序不完全一致, 而APCI指标可以更好地反映不同品种间综合抗氧化能力的高低次序。GCS-5、GCS-6、GCS-7和GCS11-52这4个甘薯品种(系)的自由基清除能力和铁离子还原能力无显著差异, 而通过APCI可将这4个品种抗氧化能力进行对比排序。根据APCI指数排序结果, 在11个叶菜型甘薯品种(系) 中, GCS-3、FS-18、GCS-17-10综合抗氧化能力最强, 是优质的蔬菜资源, 具有较大的开发利用潜力, 其中GCS-3和FS-18为纯绿色茎尖品种, 而GCS-17-10为紫绿色茎尖新品系。该结果可为进一步研究不同颜色甘薯茎尖抗氧化性、叶菜型甘薯新品种的培育提供重要的数据支撑。
研究显示, 紫绿色的甘薯茎尖总酚含量略低于纯绿色品种, 但铁离子还原能力显著高于纯绿色品种。这可能是由于紫绿色甘薯茎尖与纯绿色甘薯茎尖的酚类物质组成及含量不同而导致, 或是酚类物质对铁离子的还原能力与样品的颜色或色素组成存在一定的相关性。Jang等[45]研究了6个不同品种甘薯的叶片和叶柄总酚含量及抗氧化性, 结果发现紫绿色甘薯茎尖总酚含量及抗氧化性与纯绿色甘薯茎尖无明显差异, 这与本研究结果不完全一致。其原因, 一方面可能是由于甘薯不同品种间总酚含量及抗氧化能力的差异而导致, 另一方面可能与研究的品种数量及甘薯类型有关。目前, 关于甘薯茎尖抗氧化性的研究较少, 尤其以叶菜型甘薯为研究对象的不同颜色甘薯茎尖研究更少, 因此, 本研究结果不仅可以对叶菜型甘薯茎尖抗氧化水平提供一定的参考价值, 也为深入研究不同颜色甘薯茎尖抗氧化性提供了前期基础。
4 结论本研究以华南地区11个叶菜专用型甘薯品种(系)作为材料, 通过测定并比较不同品种(系)及不同颜色间茎尖总酚含量和抗氧化能力, 发现不同叶菜型甘薯品种间茎尖总酚含量、ABTS、DPPH自由基清除能力和铁离子还原能力具有显著的品种差异性, 此外, 铁离子还原能力在绿色与紫绿色甘薯茎尖之间也存在显著差异。叶菜型甘薯茎尖总酚含量与抗氧化性呈极显著正相关关系, 甘薯茎尖总酚含量是抗氧化活性的主要贡献物质。11个叶菜专用型甘薯新品种(系) 中GCS-3、FS-18和GCS-17-10综合抗氧化能力最强, 其中GCS-3、FS-18为绿色甘薯茎尖中综合抗氧化能力最强的品种, GCS-17-10为紫绿色甘薯茎尖中综合抗氧化能力最强的新选品系。
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(责任编辑 邹移光)