光质对苜蓿芽苗菜营养品质和抗氧化特性的影响

唐 丽，鲁燕舞，崔 瑾*

（南京农业大学生命科学学院，江苏 南京 210095）

摘 要：采用发光二极管精确调制光质和光量，研究光谱能量分布对苜蓿芽苗菜营养品质和抗氧化特性的影响，以黑暗作为对照。结果表明：与对照和其他光质处理相比，蓝光能显著提高苜蓿芽苗菜中可溶性蛋白、游离氨基酸、VC、总酚类物质和总黄酮的含量以及清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基的能力，并显著降低硝酸盐的含量；红光能显著提高鲜质量产量；白光处理更利于提高干质量产量，显著提高类胡萝卜素和硝酸盐的含量；黄光下培养6、8、12 d的苜蓿芽苗菜槲皮素含量显著提高，苯丙氨酸解胺酶（phenylalanine ammonia-lyase，PAL）活性也相应提高，且槲皮素含量与PAL活性呈显著正相关。总体而言，蓝光有利于提高苜蓿芽苗菜的营养品质。

关键词：苜蓿；芽苗菜；生长；营养品质；抗氧化

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)

Abstract: 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 carotenoid 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.

Key words: alfalfa; sprouts; growth; nutritional quality; antioxidant

中图分类号：S649 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2014）13-0032-05

doi:10.7506/spkx1002-6630-201413006

苜蓿芽苗菜含有丰富的粗蛋白、维生素和矿物质等营养成分[1]，其含量丰富的抗氧化成分（如酚类物质等）使其具有抗癌、抗冠心病等保健功能[2]，不仅在东方国家被广泛种植，在西方消费者中也非常受欢迎[3]。

目前，苜蓿芽苗菜生产实践中一般采用设施立体栽培，光照条件对其生长和品质的影响尚未引起重视。随着芽苗菜工业化生产的发展以及消费者对食品安全的严格要求，在芽苗菜生产过程中调节光环境，尤其是调节光质以提高产量及品质已引起人们的关注，成为设施栽培领域新的研究热点[4]。发光二极管（light emitting diode，LED）是第四代新型照明光源，具有光谱能量调制便捷，节能环保，易于分散或组合控制等诸多优点，已成为植物工厂化生产中最具应用潜力的光源[5-6]。国内外已有学者应用LED进行光质调控，研究其对油葵[7]、豌豆[8]、萝卜[9]、大麦[10]等芽苗生长的影响，证实了LED光质对植物幼苗的生长和品质的调控作用。本实验着重探究LED光质对苜蓿芽苗菜营养品质、抗氧化物质含量以及对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响，为发展苜蓿芽苗菜工业化生产光环境调控技术和研发设施栽培LED光源、提高苜蓿芽苗菜营养品质和抗氧化物质的含量提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试苜蓿（Medicago sativa）品种为‘维多利亚’，购自山东聊城绿远种业有限公司。

1.2 仪器与设备

LED冷光源培养箱 宁波海曙赛福实验仪器厂；BSA 124S分析天平 Sartorius公司；UV-5200型紫外-可见分光光度计 上海元析仪器有限公司；CT14RD离
心机 上海天美科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 培养条件

将浸种12 h的苜蓿种子播种于铺有蛭石的育苗盘中，每盘播种8 g左右（干籽质量）。黑暗培养2 d后置于不同光质的LED光照培养箱中培养，每个处理3 盘。光质处理8 d后测定各项指标。槲皮素含量、苯丙氨酸解胺酶（phenylalanin ammonia-lyase，PAL）活性和查尔酮异构酶（chalcone isomerase，CHI）活性在光质培养4、6、8 d 和12 d进行测定。培养箱内相对湿度为（75±5）%，温度为（25 ± 2）℃，每天照光12 h。

1.3.2 光质处理

实验所用LED冷光源培养箱具顶置LED光源，光质为白光（W）、黄光（Y）、红光（R）和蓝光（B），以黑暗培养（D）作为对照，培养箱的光谱能量分布主要技术参数见表1。调节电流以及光源与植株的距离，使光照强度为（30±3）μmol/（m2•s）左右。

表 1 不同LED光谱能量分布的主要技术参数

Table 1 Major technical parameters of light spectral energy distribution under LEDs

1.4 测定指标

形态指标：光质处理结束后用天平测定苜蓿芽苗菜根系、地上部及整株的鲜质量。将鲜样置于105 ℃杀青15 min，80 ℃烘干至恒质量测定芽苗菜根系、地上部及整株的干质量。

鲜（干）质量产量/（g/g）=

芽苗菜鲜（干）质量/g

种子质量/g

可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G-250染色法[11]；类胡萝卜素含量测定用V（无水乙醇）∶V（丙酮）= 1∶1溶液提取法[12]；VC含量测定采用2,6-二氯酚靛酚滴定法[13]；硝酸盐含量测定采用水杨酸法[14]；粗纤维测定采用酸碱洗涤法[13]。

总酚类物质和总黄酮含量的测定参照Dewanto等[15]的方法。样品中的总酚类物质含量用每克干物质中含有的没食子酸当量毫克数表示，没食子酸（0～200 mg/mL）作标准曲线y = 4.454 4x＋0.042 3（R2 = 0.991 0）。总黄酮含量用每克干物质中含有的芦丁当量微克数表示，芦丁（0～50 μg/mL）作标准曲线y = 14.566 0x＋0.012 5（R2 = 0.998 3）。总酚类物质和总黄酮的体外抗氧化能力评估采用清除DPPH自由基法，抗氧化能力的测定参照Luo Wei等[16]的方法。槲皮素的含量测定参照马莹莹等[17]的方法，以干物质质量计。PAL酶和CHI酶的活性测定参照Lister等[18]的方法，以鲜物质质量计。

1.5 数据处理

采用随机取样，生长指标测定设5 次重复，生理指标测定设3 次重复。采用SPSS 16.0软件进行数据处理，Origin 8.5软件作图，显著性由邓肯氏新复极差法检验，P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 光质对苜蓿芽苗菜产量和部分营养品质的影响

表 2 光质对苜蓿芽苗菜产量和部分营养品质的影响

Table 2 Effects of light quality on yield and some nutrients of Medicago sativa sprouts

注：表中数据均以苜蓿芽苗菜新鲜质量计。同列小写字母不同表示差异显著（P＜0.05）。下同。

如表2所示，与对照和其他光质处理相比，红光处理下的苜蓿芽苗菜鲜质量产量有显著提高；白光处理显著提高苜蓿芽苗菜干质量产量；蓝光处理显著提高苜蓿芽苗菜可溶性蛋白、游离氨基酸和VC的含量，显著降低芽苗菜中硝酸盐的含量；白光处理显著提高芽苗菜类胡萝卜素和硝酸盐的含量。与其他光质处理相比，黄光处理显著提高了芽苗菜中可溶性糖含量。黑暗培养下的苜蓿芽苗菜其可溶性蛋白、游离氨基酸和类胡萝卜素的含量都显著低于光照培养。

2.2 光质对苜蓿芽苗菜总酚类物质含量和DPPH自由基清除能力的影响

字母不同表示差异显著（P＜0.05）。下同。

图 1 光质对苜蓿芽苗菜总酚类物质含量（a）和DPPH
自由基清除能力（b）的影响

Fig.1 Effects of light quality on total phenolics content (a) and DPPH radical scavenging activity (b) of Medicago sativa sprouts

如图1所示，与黑暗培养相比，光质处理均显著提高苜蓿芽苗菜总酚类物质含量，且光质处理间存在显著差异，依次为蓝光＞黄光＞红光＞白光；光质处理均显著提高DPPH自由基清除能力，且光质处理间存在显著差异，依次也为蓝光＞黄光＞红光＞白光，与总酚类物质含量趋势相符。

2.3 光质对苜蓿芽苗菜总黄酮含量和DPPH自由基清除能力的影响

图 2 光质对苜蓿芽苗菜总黄酮含量（a）和DPPH
自由基清除能力（b）的影响

Fig.2 Effects of light quality on total flavonoid content (a) and DPPH radical scavenging activity (b) of Medicago sativa sprouts

如图2所示，与黑暗培养相比，光质处理均显著提高苜蓿芽苗菜总黄酮含量，且光质处理间存在显著差异，依次为蓝光＞红光＞白光＞黄光；光质处理均显著提DPPH自由基清除能力，且光质处理间存在显著差异，依次也为蓝光＞红光＞白光＞黄光，与总黄酮含量趋势相符。

2.4 光质对苜蓿芽苗菜生长过程中槲皮素含量的影响

图 3 光质对苜蓿芽苗菜生长过程中槲皮素含量的影响

Fig.3 Effects of light quality on the content of quercetin of Medicago sativa sprouts during growth

如图3所示，与黑暗培养相比，光质处理均显著提高了苜蓿芽苗菜槲皮素含量，光质处理间的差异也比较明显。培养6、8 d和12 d的苜蓿芽苗菜槲皮素的含量在黄光处理下最高，而培养4、10 d的苜蓿芽苗菜槲皮素的含量在白光处理下最高。

2.5 光质对苜蓿芽苗菜生长过程中PAL、CHI活性变化的影响

图 4 光质对苜蓿芽苗菜生长过程中PAL（a）和CHI（b）活性的影响

Fig.4 Effects of light quality on the activities of PAL (a) and CHI (b) of Medicago sativa sprouts during growth

如图4所示，随着处理时间的延长，光质处理下苜蓿芽苗菜PAL活性基本上呈现先升高后降低趋势，培养至第6天时酶活性最高。与对照和其他光质处理相比，黄光下培养6、8 d和12 d的苜蓿芽苗菜PAL活性显著提高，这与黄光处理对苜蓿芽苗菜槲皮素含量影响规律基本一致。而各处理下苜蓿芽苗菜CHI活变化不一，但都是在培养至10 d时最低。与对照和其他光质处理相比，黄光下培养6 d（白光除外）和8 d的苜蓿芽苗菜的CHI活性显著降低。

2.6 光质对苜蓿芽苗菜槲皮素含量与PAL、CHI活性之间相关性的影响

表 3 光质对苜蓿芽苗菜槲皮素含量与PAL和CHI活性之间
相关性系数的影响

Table 3 Effects of light quality on the correlation coefficients of quercetin content with PAL or CHI activity of Medicago sativa sprouts

注：*. 差异显著（P＜0.05）。

由表3可知，黄光处理下苜蓿芽苗菜的槲皮素含量变化与PAL活性的相关系数为0.882，达到显著水平；而对照和其他光质下，苜蓿芽苗菜槲皮素含量变化与PAL活性变化的相关性不高，没有达到显著性水平。对照和各光质处理下，苜蓿芽苗菜槲皮素含量变化与CHI活性变化相关性的都不高，没有达到显著性水平。

3 结论与讨论

3.1 光质对苜蓿芽苗菜产量和部分营养品质的影响

实验发现苜蓿芽苗菜的生长和营养品质受光质处理影响。红光显著提高了苜蓿芽苗菜鲜质量产量；而白光显著提高芽苗菜干质量产量。这可能与红光促进碳水化合物的积累[19]，而白光适于植株整体生长有关。蓝光能显著提高苜蓿芽苗菜可溶性蛋白的含量，这与王虹[20]、邢泽南[7]等的研究结果基本一致。有研究[21-22]表明，蓝光可诱导抗氧化酶基因的表达和酶活的上升，缓解植物体内可溶性蛋白的降解而提高可溶性蛋白含量。另外，蓝光还显著提高了苜蓿芽苗菜游离氨基酸的含量。Kowallik[19]发现，蓝光显著促进线粒体的暗呼吸，为氨基酸的合成提供了碳架，从而提高了植物体内氨基酸的含量。

植物性食物是人体所需VC的主要来源[8]。本实验发现蓝光显著提高苜蓿芽苗菜VC的含量，而黄光降低VC的含量，这与张立伟[9]、张欢[23]等研究结果基本一致。徐茂军等[24]发现蓝光可提高发芽大豆中VC的含量并且提高GalLDH的活性。说明光质影响芽苗菜VC含量与VC合成过程中关键酶的表达及活性有关。

3.2 光质对苜蓿芽苗菜总酚类物质、总黄酮含量及抗氧化特性的影响

酚类物质和总黄酮作为植物体内重要的次生代谢产物，具有一系列生理功能，如抗氧化、抗癌、清除自由基等。有报道[25]认为长波段的光抑制黄酮和内酯类物质的积累，短波段的光利于黄酮和内酯类物质的积累。本实验研究结果发现，蓝光能显著提高苜蓿芽苗菜总酚类含量和总黄酮的含量及相应的对DPPH自由基的清除能力，这与Lee[10]和Guo Bin[26]等的研究结果一致。Kim等[27]研究报道与黑暗相比，光照通过促进光合作用和丙二酰辅酶A途径来提高黄豆芽苗菜中总酚类的含量。

3.3 光质对苜蓿芽苗菜槲皮素积累以及与PAL、CHI酶活性之间的关系的影响

槲皮素（3,3’,4’,5,7-五羟黄酮）是在植物中广泛分布的一种典型的天然黄酮类化合物，具有抗氧化、抗过敏等多种生物活性[28-29]。有研究[30]发现黄酮类化合物生物合成的第一个关键酶PAL酶的活性受光调控。Hao Gangping等[31]研究表明，在银杏愈伤组织中，UV-B诱导愈伤组织中黄酮含量的提高且此时的PAL活性也相应提高。Kim等[27]发现UV-A提高胡杨中的黄酮化合物含量且同时提高PAL活性。迄今为止，有关黄光对槲皮素生物合成影响的研究报道还未见。本研究发现，黄光处理下苜蓿芽苗菜的槲皮素含量变化与PAL酶活性有显著相关性。这说明，黄光可能是通过提高苜蓿芽苗菜PAL的活性来促进槲皮素的合成，但PAL并不是影响槲皮素合成的唯一关键酶，关于光质调控槲皮素合成的相关机理还需要进一步的研究。

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