中国大豆核心种质异黄酮含量的分析

袁凤杰 姜 莹 董德坤 朱丹华 李百权 朱申龙 付旭军

(浙江省农科院作物与核技术利用研究所 国家大豆改良杭州分中心,杭州 310021)

中国大豆核心种质异黄酮含量的分析

袁凤杰 姜 莹 董德坤 朱丹华 李百权 朱申龙 付旭军

(浙江省农科院作物与核技术利用研究所 国家大豆改良杭州分中心,杭州 310021)

应用大豆核心种质库中的部分夏秋种质,分析了不同品种、省份和生态类型之间,总异黄酮含量和 12种异黄酮组分含量的差异。结果表明:不同品种间总异黄酮含量差异较大,参试所有品种总异黄酮含量集中分布在 1 000～4 000μg/g之间;发现了 5个总异黄酮含量大于 5 000μg/g的品种。将 12种不同的异黄酮组分划分为 4大类进行比较分析,发现不同品种间异黄酮组分含量差异显著;大豆异黄酮主成分与总异黄酮含量具有良好的正相关。比较不同省份和生态地区的总异黄酮含量和组分含量,发现不同省份之间总异黄酮含量存在显著的差异。总体来说,黄淮海区域省份内大豆的异黄酮总含量显著高于南方省份内大豆的异黄酮总含量;夏大豆类型品种的总异黄酮含量显著高于秋大豆类型品种。大豆异黄酮的主要组成成分黄豆黄素苷和染料木苷的含量在不同省份之间差异显著;黄豆黄素苷和黄豆苷在不同生态类型之间具有较为显著的差异。

大豆 总异黄酮 异黄酮组分 省份 生态类型

大豆不仅可以为人类提供优质蛋白和油脂,而且还含有丰富的生理活性物质,如大豆异黄酮、低聚糖、大豆皂苷和大豆磷脂等,这些活性物质在人们的健康保健以及抗病等方面发挥着积极的作用。大豆异黄酮具有抗癌、抗氧化、防止骨质疏松、抗心血管疾病和缓解更年期综合症等功能[1-2]。大豆异黄酮是一种多酚类的混合物,是大豆生长过程中形成的次级代谢产物。迄今为止,从大豆中共分离出 12种大豆异黄酮异构体,分为游离型苷元 (Aglycons)和结合型糖苷 (Glucosides)两类,其中苷元占总量的 2%～3%,包括染料木素 (Genistein)、大豆苷元(Daidzein)和黄豆黄素 (Glycitein)3种。结合型糖苷由 3种苷元衍生而成,占总量 97%～98%,主要以染料木苷 (Genistin)、大豆苷 (Daidzin)和 6″-O-丙二酰基染料木苷 (6″-O-Maloylgenistin)等 9种形式存在[3]。

不同大豆品种其异黄酮含量存在明显的差异,如美国大豆品种比日本大豆品种异黄酮总量高[4],北方春大豆品种异黄酮含量比南方春大豆品种高[5]。此外产地、生产年份、生态类型和气候条件等大豆异黄酮含量也具有显著的影响[6-8]。本研究应用具有广泛代表性的我国大豆核心种质库中的部分夏秋大豆资源,对其总异黄酮含量和不同异黄酮组分进行了分析测定,明确这部分核心种质异黄酮含量的变异范围,鉴定高异黄酮含量的核心种质资源,以用于高异黄酮等优质品种的选育。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

300份大豆种质中,部分为夏秋大豆核心种质,引自中国农科院作物科学研究所国家种质资源库,部分种质来自于杭州国家大豆改良分中心种质库。种质于 2006年夏种植于浙江省农科院试验农场。所有品种按小区种植,成熟后收获种子,风干,密闭于 -20℃冰箱内保存待用。其供试品种的原产地、生态类型和供试份数见表 1。

12种异黄酮组分标样 (黄豆苷、黄豆黄素苷、染料木苷、丙二酰黄豆苷、丙二酰黄豆黄素苷、丙二酰染料木苷、乙酰基黄豆苷、乙酰基黄豆黄素苷、黄豆苷元、黄豆黄素苷元、乙酰基染料木苷 和染料木苷元):美国 Sigma公司。Agilent 110高效液相色谱:美国安捷伦公司。

表 1 参试品种基本信息表

1.2 试验方法

1.2.1 样品的制备

取 50 g种子于 60℃烘干 72 h,然后使用手提式高速中药粉碎机磨粉,过 60目筛,保存于干燥器中备用。

1.2.2 异黄酮的提取及测定

取 0.5 g大豆粉加入 2 mL甲醇和 0.l mol/L盐酸的混合液 (3∶1),180 r/min充分震荡 2 h,取 1.5 mL混合液于离心管中,10 000 r/min离心 10 min,取上清液,用 0.45μm的油性过滤头过滤至上样瓶中,高效液相色谱 (HPLC)分析异黄酮以及其组分的含量。其中流动相 A为 0.1%三氟乙酸水溶液,B为0.1%的三氟乙酸乙啨溶液,流动体系为 (A%/B%):14 min(71/29),18 min(70/30),24 min(58/42),34 min(100/0),流速为 1 mL/mi m,进样品量为5μL,柱温 37℃。

根据标准样品的保留时间对样品进行定性,根据标准峰峰面积确定样品中异黄酮各组分的含量。

1.2.3 数据分析

方差分析和多重比较数据应用 SAS9.0软件进行分析;总异黄酮和单一异黄酮组分的变异分析应用Excel 2000。

2 结果与分析

2.1 大豆种质总异黄酮含量的分析

用 HPLC对参试材料进行总异黄酮含量分析,发现不同品种之间总异黄酮含量差异较大,参试所有品种总异黄酮平均含量为 2 393.17μg/g,其含量集中分布在 1 000～4 000μg/g之间 (图 1);其中异黄酮含量最高品种为广西夏大豆品种响水黑豆(ZDD17256)6 068.92μg/g,含量最低的为浙江兰溪秋大豆大青豆 (ZDD06322),其异黄酮含量仅为180.23μg/g。总异黄酮含量大于 5 000μg/g的品种有 5个,分别为:酱黄豆 (ZDD10812,陕西)、小红楂豆 (ZDDZ03076,山东 )、刺猬子黄豆 (ZDD11697,湖北)、74-424(ZDD11588,湖北 )和响水黑豆(ZDD17256,广西),分布在 4个不同的省份。总异黄酮含量小于 1 000μg/g的品种共 6份,分别为:大青豆 (ZDD06322,浙江)、石芽黄 (ZDD17227,广西 ),迟黄豆 1(ZDD12023,湖北),小花豆 (ZDD11467,安徽)、禾亭药豆 (ZDD14770,湖南)和平顶黄(ZDD02710,山东),分布在 6个不同的省份。

图 1 参试品种总异黄酮含量分布图

2.2 大豆种质异黄酮组分含量的分析

应用 HPLC方法可以将 12种不同的异黄酮组分清晰的分开,各种组分的保留时间和大致含量如图 2所示。

图 2 大豆异黄酮组分的保留时间和含量的 HPLC图

分析结果表明:与总异黄酮含量的结果相似,不同品种之间各异黄酮组分含量存在及其较大的差异。其中大豆异黄酮主要成分黄豆苷变异范围为8.61～779.26μg/g,丙二酰型黄豆苷变异范围为38.33～2 483.08μg/g,丙二酰型染料木苷变异范围为83.01～3 343.75μg/g,染料木苷变异范围 10.03～510.42μg/g(表 2)。主要抗癌活性成分染料木苷元和黄豆黄素苷元的最高含量为 98.47和 20.06μg/g(表 2)。分析总异黄酮含量和不同组分的相关性,发现主要成分黄豆苷,丙二酰黄豆苷,丙二酰染料木苷和染料木苷与总异黄酮含量的相关性均达 80%以上,主要活性成分染料木苷元与总异黄酮含量的相关性也达到 86%,总异黄酮含量高的品种其活性成分含量也较高 (表 2)。

表 2 大豆核心种质资源异黄酮组分含量分析一览表/μg/g

12种异黄酮组分分析发现:大豆异黄酮主要以丙二酰基型的黄豆苷、黄豆黄素苷和染料木苷的形式存在;而苷元类在大豆中所占的比例极低,在很多品种中,某些苷元的成分几乎检测不到。在丙二酰基型的 3种成分中,丙二酰黄豆苷与丙二酰染料木苷与总异黄酮含量的相关性达到 80%以上,而丙二酰黄豆黄素苷与总异黄酮含量几乎没有相关关系。

2.3 不同省份和生态类型之间总异黄酮含量的比较分析

对 17个省份之间核心种质大豆异黄酮总量进行多重比较和方差分析 (见表3、表4),发现不同省份之间大豆品种中的异黄酮含量存在显著的差异;其中河南省大豆品种中异黄酮含量最高,显著高于其他省份,包括河南、河北、湖北、江苏、山东和陕西省黄淮海夏大豆区域种质的异黄酮含量明显偏高与南方区域的夏秋大豆品种,但广西省 5个样品的大豆异黄酮平均含量仅次于河南省,明显高于南方其他省份的大豆含量;而位于黄淮区域内的安徽省大豆异黄酮含量则明显低于黄淮区域内的其他省份。

表 3 不同省份大豆品种异黄酮组分的统计分析及多重比较/μg/g

表 4 不同省份大豆异黄酮总含量及其组分含量的方差分析

对样本中的夏、秋两个不同生态类型的大豆异黄酮含量进行统计分析,发现不同生态类型之间存在显著的差异,夏大豆品种异黄酮含量显著高于秋大豆 (表 5)。

表 5 不同生态类型之间异黄酮总量的方差分析

2.4 不同省份和生态类型之间异黄酮组分含量的比较分析

由表 3、表 4可知,方差分析表明:黄豆黄素苷类和染料木苷类在不同省份之间含量差异显著,而黄豆苷类在各省份之间含量无显著差异。将不同省份的种质异黄酮组分含量进行多重比较发现:河南省的种质中异黄酮组分含量均处于前 5位;江苏、广西、河北和山东省的异黄酮组分含量均较高,而甘肃、上海、云南和安徽省的异黄酮组分含量较低,处于 17个省的最后几位,该结果与异黄酮总含量一致。

由表 5可知,不同生态类型之间,夏大豆类型的黄豆苷类和黄豆黄素苷类显著高于秋大豆类型,而染料木苷和苷元类在不同生态类型之间无显著差异。

3 讨论和结论

随着对大豆异黄酮生理功能的深入认识,培育高异黄酮含量的优质大豆品种已成为育种家的共识;对品种资源进行评价,进而筛选出高异黄酮含量的种质资源是为高异黄酮育种提供亲本材料和理论依据的重要基础研究工作。本研究应用核心种质库中 17个省份中的夏秋大豆种质异黄酮总量和组分含量进行了评价,核心种质代表了广泛的变异和遗传多样性,对这些种质资源进行各种性状和品质指标的评价,丰富他们的各种信息,对于核心种质的应用具有极大的推动作用。

研究发现,在这些核心资源中异黄酮总含量和组分含量存在广泛的变异,这与核心种质所代表的广泛的变异性是相符的,与以往所报道的研究结果也比较一致[9];所发现的高异黄酮品种和低异黄酮品种分别分布在不同的省份,说明在我国各个大豆栽培省份都极有可能筛选出高异黄酮含量和低异黄酮含量的特用种质,开展高异黄酮含量的优质育种工作具有良好的基础。

对异黄酮组分含量进行了分析和比对,发现尽管大豆异黄酮中的部分主成分与总异黄酮含量存在较高的相关性,但仍有一些主要的成分如:丙二酰黄豆黄苷和黄豆黄素苷与总异黄酮含量的相关关系不足 60%,而乙酰基化的黄豆苷和染料木苷与总异黄酮含量的相关性更低;说明在对某个组分的含量进行选择时,不能仅凭总异黄酮含量的高低来评判,某些总异黄酮含量低的品种某些组分的含量可能较高。在分析异黄酮组分时,发现大豆异黄酮主要以黄豆苷、染料木苷和丙二酰基化的黄豆苷、染料木苷的形式存在,游离型苷元的含量极低,这与前人的研究报道结果也比较一致[8]。

不同生态类型大豆异黄酮含量和组分存在明显的差异,夏大豆品种中异黄酮含量显著高于秋大豆品种,黄淮区域的大豆资源异黄酮含量显著高于南方区域的大豆资源,这与以往的报道也基本一致[6,10];但其中广西省的大豆异黄酮含量总体表现出较高的趋势,这可能和所选用的样本量较小有关,扩大广西省的试验样本量将更能如实反映该地区大豆异黄酮含量的变异情况,但就本研究的结果来看,该地区大豆异黄酮含量明显高于其他南方各省。

[1]杨茂区,陈伟,冯磊,等.大豆异黄酮的生理功能研究进展[J].大豆科学,2006,25(3):320-324

[2]殷丽君,李里特,李再贵,等.大豆异黄酮的研究近况与展望[J].食品科学,2002,23(4):152-154

[3]高荣海,张春红,赵秀红,等.大豆异黄酮研究进展 [J].粮食与油脂,2009,5:1-4

[4]Zhuo X G,Melby M K,Watanabe S.Soy isoflavone intake lowers serum LDL cholesterol:a meta-analysis of random2 ized controlled trials in humans[J].American Society for Nutritional Sciences,2004,6:2395-2400

[5]孙君明,丁安林,常汝镇,等.中国大豆异黄酮含量的初步分析[J],中国粮油学报,1995,10(4):51-54

[6]孙君明,丁安林.大豆异黄酮含量及影响因素的评价[J],中国粮油学报,1998,13(2):10-16

[7]刘广阳,齐宁,林红,等.大豆异黄酮含量与品质性状相关性分析[J],大豆科学,2008,27(4):701-707

[8]周三,关崎春雄,岳旺,等.野生大豆、黑豆和大豆的异黄酮类成分比较[J],大豆科学,2008,27(2):315-319

[9]宋冰,李鹏月,王丕武,等.大豆异黄酮的品种间差异分析[J],大豆科学,2008,27(4):675-678

[10]马嘉萌,李建东.不同环境条件对大豆异黄酮含量的影响研究[J],中国种业,2008,7:23-24.

Analysis of Isoflavone Content in Soybean Core Collection

Yuan Fengjie Jiang Ying Dong Dekun Zhu Danhua LiBaiquan Zhu Shenlong Fu Xujun
(Institute of Crop Science and Nuclear Technology Utilization/Hangzhou National Soybean Improvement Sub-center,ZhejiangAcademy ofAgricultural Sciences,Hangzhou 310021)

300 summer and autumn soybean varieties from core collection were tested to compare their total isoflavone content and isoflavone component contents among different varieties,provinces and ecotypes.Results:There are significant differences for total isoflavone content among different varieties;the isoflavone contentsofmost varieties are in the range of 1 000～4 000μg/g,5 varieties have isoflavone contents over 5 000μg/g.Isoflavone compositions are also significantly different among different varieties.There are high correlations between total isoflavone content and major isoflavone components.Total isoflavone contents are significantly different among different provinces,and the total isoflavone contents in soybean varieties from Huang HuaiHai area are higher than those from South of China.Summer soybean varieties have higher total isoflavone content than autumn soybean varieties.The contents of major isoflavone components Glycitin groups and Genistin groups are significantly different among different provinces,and the contents of Glycitin groups and Daidzin groups are different among different ecotypes.

soybean,total isoflavone,isoflavone composition,province,ecotype

S565.1

A

1003-0174(2011)02-0005-05

国家重点基础研究发展规划 (2004CB 117203),浙江省科技厅公关项目(2005R16 A50B01)

2010-03-10

袁凤杰,女,1971年出生,副研究员,博士,大豆种质资源创新与新基因发掘