不同基因型菜薹硫代葡萄糖苷组分及含量分析

何玲莉,佘旭东,李 军,蒋明敏,牟建梅,张国芹

(苏州市农业科学院,江苏 苏州 215155)

菜薹(BrassicacampestrisL. ssp.chinensisvar.utilisTsen et Lee),又名菜心,属于十字花科芸薹属白菜亚种蔬菜,为一、二年生草本植物,是中国的特产蔬菜,具有很高的营养价值和保健功能。硫代葡萄糖苷(glucosinolates, GLS，简称硫苷)是一类含氮、硫的次生代谢产物,广泛存在于十字花科植物中,尤其在芸薹属植物中含量较高,目前在十字花科植物中已发现的硫苷有200多种[1]。硫代葡萄糖苷具有决定十字花科植物的风味、植物保护和生物杀菌等功能,其水解产物异硫氰酸酯(Isothiocyanates, ITCs)在抗肿瘤中发挥着决定性作用[2]。不同十字花科植物所含的硫代葡萄糖苷种类及含量有所不同,甚至在同一种植物的不同品种间其种类与含量也存在巨大的差异[3-4]。何洪巨等的研究结果表明菜薹中含有7种硫苷组分[5]。

目前,国内外学者对多种芸薹属蔬菜的硫苷构成及含量等做了不少研究,如臺菜[6]、青花菜[7]、芜菁[8]等。而有关中国的特产蔬菜菜薹硫苷方面的研究较少。本研究以11个菜薹品种为材料,对不同基因型菜薹不同组织部位(叶片和薹)的硫苷成分及含量进行了鉴定与分析,以期筛选出具有适当硫苷含量的菜薹品种,为苏州地区菜薹种质资源的利用以及菜薹硫苷含量与食用品质相关性等研究提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

选择不同来源的11个早熟菜薹品种用于本次实验(表1)。将这些材料于2017年3月20日播种于苏州市农业科学院试验设施大棚内,株距25 cm,行距25 cm,每个品种1个小区,3次重复，随机排列。于2017年4月21日成熟期取样,将叶片和薹分开保存,用于硫苷检测。

1.2 方法

1.2.1 硫苷的提取 取新鲜菜薹的叶片和薹,切成小片或小块,于-30 ℃冷冻。样品经真空冷冻干燥机干燥,进行粉碎(过1 mm筛),真空包装,-30 ℃冰箱保存、备用。准确称取0.2 g冷冻干燥样品于15 mL塑料管中,依次加入0.25 mL内标(苯甲基硫苷)和5 mL煮沸的甲醇(100%),80 ℃恒温水浴20 min；离心(3000 r/min, 10 min),将上清液倒入另一塑料管中,冰浴保存；再用5 mL 70%的甲醇重复上述过程两次,然后合并上清液。取2 mL上清液经DEAE离子交换柱,然后用2 mL 0.02 mol/L醋酸钠溶液冲洗柱子。把柱子冲洗液转移至另一试管,加入75 μL硫酸酯酶溶液,在室温下封口过夜。第2天用0.5 mL双蒸水清洗柱子3次。洗出液经0.45 μm滤膜过滤后保存于小玻璃瓶中,用于HPLC分析。

表1 供试11个菜薹品种的信息

1.2.2 HPLC分析 采用WatersM820高效液相色谱系统,具有510型梯度泵、717型自动进样器(进样量为20 μL)、2487型紫外检测器(检测波长为229 nm)和Novapak C18色谱柱。流动相A为0.05%四甲基氯化铵，流动相B为0.05%四甲基氯化铵双蒸水∶乙腈=4∶1(体积比)。流动相流速为1 mL/min。梯度洗脱在31 min内可使硫苷全部分离。流动相A和B呈梯度变化:0～1 min(A,100%;B,0%);1～21 min(A,100%～0%;B,0%～100%);21～26 min(A,0%～100%;B,100%～0%);26～31 min(A,0%～100%;B,0%)。

采用苯甲基硫苷作为内标,根据保留时间、峰面积、内标和响应因子对硫苷组分进行定量测定。利用内标和响应因子计算硫苷的含量,计量单位为μmol/100 g FW。

2 结果与分析

2.1 菜薹中硫苷组分

本实验对11个菜薹品种中的硫苷组分进行检测,根据不同保留时间和特征峰形,在菜薹的叶片和薹中都鉴定得到7种不同的硫苷(图1)。在7种硫苷组分中,有3种脂肪族硫苷和4种吲哚族硫苷,没有检测到芳香族硫苷。

2.2 不同基因型菜薹的总硫苷含量

由图2可以看出,在11个基因型菜薹的叶片和薹中总硫苷含量差异显著。在叶片中,2号材料的硫苷含量最高,为34.17 μmol/100 g FW;其次是4号,为32.82 μmol/100 g FW;含量最低的是9号,为3.25 μmol/100 g FW。在薹中,4号的硫苷含量最高,为50.09 μmol/100 g FW;其次是5号,为42.25 μmol/100 g FW;含量最低的是9号,为21.89 μmol/100 g FW。薹中的硫苷含量是叶片的1.16～6.74倍；不同基因型菜薹硫苷含量差异显著(P<0.05)。

2.3 菜薹叶片中硫苷成分的鉴定与分析

不同十字花科植物含有的硫苷组分不同,在芸薹属蔬菜中已发现了20种硫苷[9]。在本实验条件下,在11个菜薹品种的叶片中都检测到7种硫苷组分(表2),其中有3种为脂肪族硫苷,分别为2-羟基-3-丁烯基硫代葡萄糖苷(PRO)、3-丁烯基硫代葡萄糖苷(NAP)和4-戊烯基硫代葡萄糖苷(GBN),还有4种为吲哚族硫苷,分别为4-羟基-3-吲哚甲基硫代葡萄糖苷(4OH)、3-甲基吲哚基硫代葡萄糖苷(GBC)、4-甲氧基吲哚基-3-甲基硫代葡萄糖苷(4ME)和1-甲氧基-3-吲哚基甲基硫代葡萄糖苷(NEO)。

2:2-羟基-3-丁烯基硫代葡萄糖苷(PRO);3:3-丁烯基硫代葡萄糖苷(NAP);4:4-羟基-3-吲哚甲基硫代葡萄糖苷(4OH);5:4-戊烯基硫代葡萄糖苷(GBN);7:3-甲基吲哚基硫代葡萄糖苷(GBC);8:4-甲氧基吲哚基-3-甲基硫代葡萄糖苷(4ME);9:1-甲氧基-3-吲哚基甲基硫代葡萄糖苷(NEO)。检测波长为229 nm。

图1菜薹硫苷的HPLC图谱

由表2还可以看出：不同基因型的菜薹各硫苷含量差异显著(P<0.05)；叶片中的脂肪族硫苷含量为1.57～29.96 μmol/100 g FW,占总硫苷含量的48.31%～91.29%;吲哚族硫苷含量为1.68～5.43 μmol/100 g FW,占总硫苷含量的8.71%～51.69%,可见脂肪族硫苷总量显著高于吲哚族硫苷总量。

表2 不同基因型菜薹叶片中硫苷的组成与含量 μmol/100 g FW

注:表中数据为3个重复的平均值；同列数据后附不同小写字母表示在0.05水平下差异显著，否则差异不显著。下同。

图2 不同基因型菜薹叶片和薹中总硫苷含量

2.4 菜薹的薹中硫苷成分的鉴定与分析

在11个菜薹品种的薹中也都检测到7种硫苷组分(表3),与叶片中硫苷成分相同,同样也含有3种脂肪族硫苷和4种吲哚族硫苷,没有检测到芳香族硫苷。

从薹中所含硫苷种类和含量来看,脂肪族硫苷含量为17.15～45.94 μmol/100 g FW,占总硫苷含量的71.27%～91.71%；吲哚族硫苷含量为3.67～8.15 μmol/100 g FW,占总硫苷含量的8.31%～28.73%。在7种硫苷组分中,基本上都是NAP含量最高,4ME含量最低,只是在一些品种中4OH含量最低。

表3 不同基因型菜薹的薹中硫苷的组成与含量 μmol/100 g FW

2.5 叶片和薹中硫苷成分的比较

通过进一步比较可知,不同基因型菜薹薹中硫苷的含量均高于叶片中硫苷的含量。薹中总硫苷含量是叶片中的1.16～6.74倍,薹中脂肪族硫苷的含量是叶片中的1.20～10.16倍，薹中吲哚族硫苷的含量是叶片中的0.95～3.54倍。各种硫苷含量的总体趋势都是薹中大于叶片中的,但是也有例外,例如2号品种薹中的吲哚族硫苷总量略低于叶片中的。

3 讨论

在本实验条件下,在菜薹的叶片和薹中均检测到7种硫苷,且叶片和薹中的硫苷成分相同,其中2-羟基-3-丁烯基硫代葡萄糖苷(PRO)、3-丁烯基硫代葡萄糖苷(NAP)和4-戊烯基硫代葡萄糖苷(GBN)为脂肪族硫苷;4-羟基-3-吲哚甲基硫代葡萄糖苷(4OH)、3-甲基吲哚基硫代葡萄糖苷(GBC)、4-甲氧基吲哚基-3-甲基硫代葡萄糖苷(4ME)和1-甲氧基-3-吲哚基甲基硫代葡萄糖苷(NEO)为吲哚族硫苷。硫苷的组成和含量因品种、生境不同而异,同一植株中也随部位和生长阶段不同而变[10]。本次实验未检测到芳香族硫苷,可能与所选择的品种、种植季节和栽培条件有关。菜薹中主要的硫苷组分为NAP和PRO,这与何洪巨等[5]的研究结果一致。

Brown等[11]研究发现在拟南芥生长发育过程中,不同器官的硫苷含量表现为成熟种子>花>荚>根>茎>茎生叶>莲座叶。在本研究中，同一基因型的菜薹薹中的硫苷含量显著高于叶片中的；不同基因型菜薹总硫苷的含量差异显著。说明菜薹硫苷含量既存在基因型差异,也存在器官差异。

十字花科蔬菜的特殊风味主要是由硫苷的降解产物异硫氰酸酯引起的[12]。3-丁烯基硫代葡萄糖苷(NAP)和4-戊烯基硫代葡萄糖苷(GBN)相应的异硫氰酸酯化合物是形成白菜类蔬菜的风味来源。本研究结果表明,菜薹中NAP和GBN含量较高,对菜薹的风味具有决定性作用。硫苷的降解产物具有抗癌功能,有报道称3-甲基吲哚基硫苷(GBC)的水解产物通过调节生物转化酶的活性来抑制乳腺癌和前列腺癌细胞的活性[13]。本实验在11个菜薹品种的叶片和薹中都检测到了GBC,其中6号品种的GBC含量相对高一些。PRO被认为是对人体有害的硫苷组分[14],有研究认为PRO的降解产物可引起哺乳动物甲状腺肿大[15]。本研究结果显示,来自新西兰的9号菜薹品种的PRO含量最低,因此这个品种可作为低PRO菜薹品种选育的亲本材料。鉴于各种硫苷成分的功能各异,各种硫苷组分的作用有待深入研究,菜薹品质与硫苷种类和含量的关系需要进一步的研究与分析。

致谢：非常感谢北京市农林科学院蔬菜研究中心何洪巨主任的指导与帮助。

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