不同小麦品种籽粒中LOX活 性及基因型和环境互作分析

王 慧 郑文寅 樊 宏 汪 帆 王 青 王冠球 张文明 姚大年

(安徽农业大学农学院,合肥 230036)

不同小麦品种籽粒中LOX活 性及基因型和环境互作分析

王 慧 郑文寅 樊 宏 汪 帆 王 青 王冠球 张文明 姚大年

(安徽农业大学农学院,合肥 230036)

选用了安徽省淮南片小麦区试 5个生态点的 10个小麦品种 (系)为试验材料,测定其全麦粉脂肪氧化酶 (LOX)活性。研究了基因型、环境及基因型 ×环境互作对小麦 LOX活性的影响。结果表明,全麦粉LOX活性的变幅为 4.27～8.94 nkat·g-1,平均值为 6.61 nkat·g-1,LOX活性的基因型和环境差异均达到极显著,基因型效应大于环境及基因型与环境互作效应。同时,选用皖麦 48等 10个小麦品种 (系)为试材,测定其LOX活性等 9个品质性状,分析了小麦籽粒 LOX活性与若干品质性状的关系。结果表明,全麦粉 LOX活性与小麦粉LOX活性呈极显著正相关,与水溶性戊聚糖含量呈显著正相关,小麦粉LOX活性与水溶性戊聚糖含量和总戊聚糖含量呈显著正相关。讨论了脂肪氧化酶在小麦品质改良中的利用等问题。

小麦 脂肪氧化酶 基因型 环境 品质

小麦籽粒含有丰富的淀粉、较多的蛋白质、少量的脂类及多种矿物质元素,营养价值较高[1]。随着社会经济的发展和人民生活水平的提高,人们对小麦品质要求越来越高,其品质改良也日益受到国内外小麦研究者的重视。

然而,国内外对小麦品质的研究多注重其蛋白质和淀粉品质性状,而关于小麦脂肪氧化酶的研究报道甚少。小麦中脂肪氧化酶含量很低,但是对小麦的营养品质和加工品质都有着重要的影响。脂肪氧化酶 (Lipoxygenase,EC1.13.11.12,简称 LOX)是一种含有非血红素铁的蛋白质,广泛存在于自然界中[2-6]。有研究发现,LOX能专一催化多元不饱和脂肪酸的加氧反应,主要作用底物是亚油酸酯和亚麻酸酯,生成具有共轭双键的过氧化氢衍生物等挥发性物质,能直接与食品中的蛋白质和氨基酸结合,降低食品的风味[7-8]。国内外有关研究表明,LOX会偶联氧化小麦中的类胡萝卜素,可以取代化学漂白剂使小麦粉变白,提高其商品性;但是过高的LOX活性则会破坏小麦籽粒中的黄色素,使小麦粉过于白而失去了许多营养成分,进而造成麦类食品的营养价值下降[9-11]。因此,低 LOX活性小麦品种有利于增加小麦的营养品质。麦类食品的麦香味可作为评价小麦品质一个重要的感官指标,对面条、馒头等食品的评分都有重要影响。LOX能够氧化小麦中一些脂类物质从而使小麦粉丧失麦香味而影响麦类食品的口感[10-13]。抗氧化学说认为,类胡萝卜素可以降低氧化作用的损伤而对人体有一定的保健作用[9],小麦中过多的 LOX会降解类胡萝卜素含量进而影响其保健效果。综上所述,研究小麦中的LOX活性对于改良小麦品质有着重要的现实意义。

目前,小麦LOX已经引起国内外谷物研究者的关注,但是国内针对不同小麦品种 LOX活性及基因型与环境互作的研究报道甚少。本研究选用了安徽省淮南片小麦区域试验 5个生态点的 10个小麦品种(系)为试验材料,测定了籽粒全麦粉 LOX活性,研究基因型、环境及基因型 ×环境互作对脂肪氧化酶活性的影响。同时,测定了来自安徽、江苏、山东等省的 10个小麦品种 (系)的 LOX活性和戊聚糖含量等 9个品质性状指标,分析 LOX活性与品质性状间的相关性,以期为 LOX在小麦品质改良中的利用提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

安徽省淮南片小麦区试 5个生态点的供试材料10个 :扬 06-164、皖垦麦 076、扬辐麦 5242、扬麦 16、皖 0202、扬 06G86、07安徽 03、定红 201和皖 0606,分别种植于安徽省凤台市、天长市、安庆市、六安市以及合肥市等 5个试验地点。种植、田间管理及收获按安徽省区域试验要求进行,于成熟期收获、晾晒,然后在缸内储藏两个月备用。

随机区组试验供试材料 10个:皖麦 48、扬麦 12、郑麦 9023、烟农 19、皖麦 52、皖麦 19、淮麦 20、郑麦9405、豫麦 18-64和安农 1032,于 2008～2009年在安徽农业大学试验农场种植。田间采取随机区组试验,三次重复,每个重复 10个小区,每小区 10行,行长 2 m,行距 25 cm,每行 60株左右。田间管理与大田生产水平一致,晾晒和储藏等同上。

1.2 试验方法

1.2.1 全麦粉和小麦粉制备

安徽省淮南片区试 5个生态点的 10个小麦品种(系)的全麦粉用上海嘉定公司生产的 JFSD-100型旋风磨制备,过直径 0.5 mm筛孔。

随机区组试验的 10个品种 (系)全麦粉用 Foss Tecator公司生产的 Cyclotec1093型旋风磨制备,过直径 0.5 mm筛孔;小麦粉按常规实验方法制备,即小麦籽粒经润麦 24 h使水分达到 14%左右,用 Bra2 bender公司生产的 880110型实验磨制粉,过 100目筛,出粉率 60%左右,小麦粉密封放入冷藏柜中保存备用。

1.2.2 LOX活性的测定

参照 Larisa Catod的分光光度计法[14]测定小麦籽粒中LOX活性,加以适当改良后进行。

底物配置:0.5 mL吐温溶解于 10 mL 0.05 mol/L pH 9.0的硼酸缓冲液中混匀,再逐滴加入 0.5 mL亚油酸,混匀成乳浊液后加入 1.3 mL 1 mol/L的 NaOH至溶液澄清,然后加入 90 mL 0.05 mol/L pH9.0的硼酸缓冲液,用 HCl调节 pH至 7.0后定溶到 200 mL。

酶提取液:称取 0.5 g全麦粉或小麦粉,加入2.5 mL 0.1 mol/L pH 7.5的磷酸缓冲液在 4℃条件下混匀 30 min后在 8 000 r/min 4℃下离心 10 min即为酶提取液。

反应体系:9.5 mL 0.05 mol/L pH 5.6醋酸钠缓冲液加入 0.3 mL亚油酸底物加入 60μL酶提取液,用UV-1100型分光光度计 (上海美谱达公司生产)在 234 nm处用 1 cm光程的石英比色皿测定共轭过氧化物的吸光度,用底物作对照。每 15 s记录一个数据,观察 OD值的变化。

LOX计算公式:A=[OD30-OD15]/0.01

式中:A为酶活性单位;OD30为反应 30 s的 OD值;OD15为反应 15 s的 OD值;0.01为一个常数,即1 min内 3 mL的反应体系在 234 nm吸光度下增加0.01作为一个酶活力单位。

1.2.3 其他性状测定

戊聚糖含量测定:采用地衣酚 -盐酸法[15]。

近红外参数的测定:使用 1255型近红外光谱仪(美国 FOSS公司)测定各供试材料的蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值和籽粒硬度。

1.3 统计分析

室内实验在安徽农业大学种子科学与工程实验室进行,所有测得的数据均输入 Excel进行整理。然后导人DPS统计分析软件进行方差分析、Duncan式多重比较和相关分析。

2 结果与分析

2.1 小麦籽粒中 LOX活性的品种间差异

由表 1可以看出,不同小麦品种 (系)间 LOX活性差别较大,10个参试小麦品种 (系)的全麦粉 LOX活性平均值的变幅为 4.27～8.94 nkat·g-1,平均值为 6.61 nkat·g-1;LOX活性较高的为扬麦 158(8.94 nkat·g-1)和扬 06G86(7.04 nkat·g-1),活性较低的为扬辐麦 5242(4.27 nkat·g-1)和皖垦麦076(4.51 nkat·g-1),它们之间的差异达到极显著水平。而这种差异对于针对LOX活性的小麦品质改良是具有实际意义的。

从参试各品种 LOX活性的变异系数和变幅来看,皖 0202的 LOX活性变异最大,达到 25.35%。其次是定红 201和皖垦麦 076,分别达到 22.98%和19.82%;变异系数最小的是扬 06-164,为 9.85%。

表 1 不同品种间小麦全麦粉脂肪氧化酶活性的平均值,显著性检测结果及变异系数(CV)

2.2 小麦LOX活性的基因型与环境互作分析

2.2.1 方差分析

由表 2可见,全麦粉 LOX活性在基因型间和环境间的差异均达到极显著水平,而基因型与环境互作间差异未达到显著水平。由基因型、环境、基因型与环境互作效应的平方和占总平方和的百分数可以看出,基因型对 LOX活性的影响是环境效应的约3.95倍,是基因型与环境互作效应的约 5.26倍;说明基因型效应对小麦 LOX活性的作用最大,是影响 LOX活性的主要因素。可见,小麦 LOX活性的基因型效应 >环境效应 >基因型与环境互作效应。这与 Borrelli G M等 (2008)的研究结果基本一致[16]。

表 2 小麦脂肪氧化酶活性的基因型和环境及其互作效应的方差分析及对总变异的影响

2.2.2 不同环境对小麦 LOX活性的影响

由表 3可见,环境效应对小麦品种全麦粉LOX活性的影响较大,在 5个生态点中,全麦粉 LOX活性的变幅为 5.00～6.99 nkat·g-1,平均值为 6.00 nkat·g-1。天长点平均值最高 (6.99 nkat·g-1),与六安、合肥、凤台和安庆点差异达到极显著;安庆点平均值最低 (5.00 nkat·g-1),与天长、六安、合肥和凤台点差异也达到极显著;而六安、合肥和凤台点相互之间差异未达到显著水平。

表 3 不同地点间小麦全麦粉脂肪氧化酶活性的平均值及其显著性检测结果及变异系数(CV)

2.3 小麦品种 (系)LOX活性与若干品质性状的相关分析

2.3.1 全麦粉 LOX活性与小麦粉 LOX活性的关系由表 4可以看出,全麦粉 LOX活性与小麦粉

LOX活性呈极显著正相关,且相关系数达到 0.96,由测得的数值 (略)得出,相同的小麦品种 (系),小麦粉中LOX活性普遍低于全麦粉LOX活性。

表 4 LOX活性与戊聚糖和蛋白质品质等性状的相关系数

2.3.2 全麦粉 LOX活性与戊聚糖和蛋白质品质等性状的关系

由表 4可以看出,全麦粉 LOX活性与水溶性戊聚糖含量呈显著正相关,与非水溶性戊聚糖、总戊聚糖、蛋白质含量、湿面筋含量等呈正相关但是未达到显著水平,小麦粉 LOX活性与水溶性戊聚糖含量和总戊聚糖含量均呈显著正相关,与非水溶性戊聚糖、蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值等呈正相关但是未达到显著水平。全麦粉与小麦粉LOX活性均与籽粒硬度呈负相关但未达显著水平。这些对了解小麦品种LOX活性与戊聚糖及蛋白质等品质性状的关系具有参考价值。

3 讨论与结论

Borrelli GM等[12,17]认为 LOX在小麦籽粒中的分布有从外到内递减的趋势,在胚和糊粉层中的活性高于胚乳,本研究结果中,相同小麦品种,小麦粉中LOX活性普遍低于全麦粉 LOX活性,与其得到的结果基本一致。

小麦品质性状既受遗传控制,也受环境条件的影响,而且多数品质性状存在基因型与环境互作效应。研究品质性状的基因型与环境互作效应,有助于选育对环境条件具有广泛适应性或特殊适应性的品种,这对小麦品质遗传改良都具有重大的意义。有研究认为小麦 LOX活性受基因型和环境的影响,其中基因型是决定小麦品种 LOX活性的主导因素[12,18]。研究表明,安徽省 5个生态点的 10个小麦品种 (系)LOX活性在基因型间和环境间的差异皆达到极显著水平,且基因型对小麦 LOX活性的效应大于环境及基因型与环境互作效应,认为基因型是影响小麦LOX活性的主要因素,环境因素亦不可忽视。这与 Borrelli等[16]和 Liavonchanka[18]的研究结果基本一致。

降低小麦品种的LOX活性可以使麦类食品具有较高的附加值,在未来的育种中,为改良麦类食品的加工品质和营养品质及延长小麦的储藏时间,小麦籽粒的 LOX活性将可作为选择的参考性状之一,以保留籽粒及其最终产品中抗氧化的化合物成份,提高麦类食品的加工品质、营养品质和保健功能。从研究的结果来看,不同地点的生态环境对小麦 LOX活性的影响存在较大差异,因此在进行品种选育或利用时,既要注意基因型间差异,又要注意不同地区的环境条件以及基因型与环境互作效应的影响。

LOX可以氧化蛋白质分子中半胱氨酸的二硫键(-S-S-),包括分子间和分子内二硫键,从而使不饱和脂肪酸发生氧化作用[19]。Trufanov VA等[19]研究了LOX活性与面团强度、形成时间、稳定时间和粗面筋含量等品质性状的相关性,认为 LOX活性与面团强度、形成时间、稳定时间、延展性呈显著负相关,与弹延比呈正相关。目前,国内关于 LOX活性与小麦品质性状关系的研究报道甚少。本研究的相关分析结果表明,全麦粉 LOX活性与小麦粉 LOX活性呈极显著正相关,与水溶性戊聚糖含量呈显著正相关;小麦粉LOX活性与水溶性戊聚糖含量和总戊聚糖含量呈显著正相关。全麦粉与小麦粉LOX活性均与非水溶性戊聚糖、蛋白质和湿面筋含量呈正相关,未达到显著水平。本试验受小麦品种 (系)的数量及环境因素等的影响,仅得出一些初步的研究结果,而关于LOX活性与小麦品质性状之间的关系以及 LOX活性在小麦品质改良中的利用等还有待于进一步的研究。

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Lipoxygenase Activity and Its Genotype and Environment Interactions forDifferentWheatVarieties

Wang Hui ZhengWenyin Fan Hong Wang Fan Wang Qing Wang Guanqiu ZhangWenming Yao Danian
(School ofAgronomy,AnhuiAgriculturalUniversity,Hefei 230036)

Ten wheat varietieswere sown in five locations of Huainan field trial in Anhui Province to investigate the effects of genotype and environment on the lipoxygenase(LOX)activity of wheat.Results:The LOX activity of wholemeal range from 4.27 to 8.94 nkat·g-1,average 6.61 nkat o g-1.Genotype and environment both have highly significant influence on the LOX activity,and genotype effect is higher than the effectsof environment and gen2 otype×environment interaction.Meanwhile,another ten wheat varieties or lines,includingWanmai 48,et al,were selected as materials to deter mine LOX activity and other 8 quality traits,and the relationships of LOX activity with some wheat quality traitswere analyzed.Results show LOX activity ofwholemeal is positively correlative(extremely significant)with flours,and with water-soluble pentosan(significant).TheLOX activity of flour ispositively correl2 ative(significant)with water-soluble pentosan and total pentosan content.The utilization of LOX in the improve2 ment ofwheat quality is discussed.

wheat,lipoxygenase,genotype,environment,quality

S512

A

1003-0174(2011)01-0011-05

国家自然科学基金(30671301,31071404)

2010-03-12

王慧,女,1985年出生,硕士,小麦遗传育种

姚大年,男,1955年出生,教授,博士,小麦遗传育种