全 文 ：20 2012, Vol.33, No.21 食品科学 ※基础研究
磁场对苦荞种子萌发过程中黄酮类物质的诱导效应
周小理，方 向，周一鸣，欧阳倩，吕 喆，马 珺
(上海应用技术学院香料香精技术与工程学院，上海 201418)
摘 要：研究不同磁场强度诱导下，苦荞种子萌发过程中苯丙氨酸解氨酶(PAL)、查尔酮异构酶(CHI)及芦丁降解酶
(RDEs)3种关键酶的酶比活力变化规律及与总黄酮含量的关系。结果表明：1)不同磁场强度对同一种酶的诱导效应
不同：PAL酶比活力在磁场强度为0.3T时达到最高值；CHI酶比活力最高值出现在磁场强度为0.2T时；当磁场强度
为0.3T时，RDEs酶比活力与对照相比无显著性差异；2)相同磁场强度对不同酶的诱导效应不同：强度为0.3T时，
PAL酶比活力变化最大；强度为0.2T时，CHI酶比活力变化最大；3)当磁场强度为0.3T时，3种酶的协同作用使苦荞
萌发物中总黄酮含量达到最高值(62.90mg/g)；实验证实磁场对苦荞种子萌发过程中黄酮类物质的增加具有一定诱导
效应。
关键词：磁场处理；苦荞萌发物；酶比活力；总黄酮
Effect of Magnetic Field Stimulation on Flavonoid Synthesis in Tartary Buckwheat (Fagopyrum tataricum
Gaertn.) Sprouts
ZHOU Xiao-li，FANG Xiang，ZHOU Yi-ming，OU-YANG Qian，LÜ Zhe，MA Jun
(School of Perfume and Aroma Technology, Shanghai Institute of Technology, Shanghai 201418, China)
Abstract：In this study, tartary buckwheat seeds were pretreated by different magnetic field intensities. During subsequent
germination, the changes in the specific activity of three key enzymes including phenylalanine ammonia lyase (PAL),
chalconeisomerase (CHI) and rutin-degrading enzymes (RDEs) and their relationships with total fl avonoid content were explored.
The results showed that (1) the same enzyme was induced to different extents by different magnetic fi eld intensities: the biggest
specific activity of PAL was attained at 0.3 T, whereas the specific activity of CHI reached the highest level at 0.2 T, and no
signifi cant difference in the specifi c activity of RDEs was observed when compared with the control; 2) the same magnetic fi eld
intensity induced different enzymes to different extents: PAL showed the biggest variation in its specifi c activity at 0.3 T, while
the biggest variation was observed for CHI at 0.2 T; (3) the highest level (62.90 mg/g) of total fl avonoids in germinated tartary
buckwheat seeds was reached in response to the combined effect of three enzymes at 0.2 T. This study demonstrates that magnetic
fi eld stimulation can induce the production of fl avonoids in tartary buckwheat seeds during germination.
Key words：magnetic fi eld；tartary buckwheat (Fagopyrum tataricum Gaertn.) sprouts；enzyme specifi c activity；total fl avonoids
中图分类号：TS210.1 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2012)21-0020-04
收稿日期：2012-06-05
基金项目：国家自然科学基金项目(31071527)
作者简介：周小理(1957—)，女，教授，学士，研究方向为食品新资源及其功能性。E-mail：zhouxl@sit.edu.cn
早在1930年，就有弱磁场对生物有机体产生不同影响
的相关研究，科学家Savostin[1]发现地磁场可以促进小麦幼
苗的生长，尤其对早期生长具有一定影响[2-3]，揭示了地
磁场对生物体根的生长方向具有作用[4]。Pietruszewski[5]发
现，磁场处理过的小麦种子具有更高的幼苗生长态势、
种子活力和作物产量。McCormack[6]、Pittman[7]将储存
的种子放进弱的人工模拟磁场中处理，可以提高谷物幼
苗的初期生长率，产生预想不到的促进效果。Cerdonio
等[8]研究了“正”磁场与“逆”磁场对极地豌豆的生长
影响，“逆”磁场对极地豌豆的生长有非常明显的抑制
作用。希腊Akoyunoglou[9]曾报道，磁场的作用可以提高
酶的活力，低强度磁场刺激下，可以使种子中的酶被激
活，同时缩短其休眠期。1HNMR数据表明，磁场作用可
使种子在吸胀时期有更强的吸水能力和光合作用能力[10]
等。Podlesni等[11]对两种豆类进行实验，表明磁场对豆类
种子的萌发起到了积极的作用。总之，前期的研究表明
磁场作用可以使植物细胞结构在生化水平、物理特性和
生理上有所改变[12]，但对于磁场对酶激活的程度及被激
※基础研究 食品科学 2012, Vol.33, No.21 21
活的酶的最终作用效果如磁场对苦荞种子萌发过程中黄
酮类物质的诱导效应等尚未见报道。
苦荞是我国特有资源，具有降血糖、降血脂、增强
人体免疫力等作用。苦荞药用功能与苦荞中富含的黄酮
类活性物质有着密切关系，尤其与苦荞黄酮中最主要的
活性物质——芦丁的含量直接相关。黄酮类化合物是植
物在长期进化过程中所形成的次生代谢产物，其合成途
径主要通过苯丙烷代谢过程完成[13]，其中苯丙氨酸解氨
酶(PAL)是此代谢过程中的第一个酶，它可将初级代谢、
苯丙烷类代谢及催化苯丙烷代谢的一系列反应连接起
来，是整个过程中的关键酶也是限速酶[14]。查尔酮异构
酶(CHI)是苯丙烷代谢途径中合成黄酮类活性物质的最
后一个酶，其作用是将查尔酮转化为具有高生物活性的
黄酮类化合物，因此对于黄酮类物质的合成CHI同样占
有重要地位。芦丁降解酶(RDEs)是一种具有高活性且
对强酸强碱和热均稳定的酶，它对芦丁具有专一性降解
作用[15]，如图1所示。
RDEs
RDEs
㊪㣋䝊
ῆⲂ㋴ 哴ᴢ㊪ 㨵㧘㊪
HO
HO
HO
HO
HO
HO
HO
HOOH
OHOH
OH
OH
－OH
OH
OH
OH OH
OH
OH
OH
OH
O
O
O
O
O
O O
O OO
H
H H
H
H
HHH
H
H
H
H HH H
H
H
H
CH3
CH2
CH3
CH2OH
7
8
6
5
4 3
2
6′ 5′
4′
2′
5′
4′
3′
6′
3′2′
7
8
6
5
4
2
1
1
3
+ +
图 1 RDEs降解芦丁的反应
Fig.1 Rutin degradation by RDEs
本实验采用3个不同强度的磁场(0.2、0.3、0.4T)对苦荞
种子进行诱导预处理，研究苦荞萌发期促进黄酮类生物活性
物质合成的关键酶的代谢规律，以及芦丁降解酶(RDEs)对以
芦丁为代表的黄酮类生物活性物质含量的影响，以揭示磁场
诱导预处理与苦荞萌发物中总黄酮含量(以芦丁计)的关系。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
苦荞种子(黑丰一号)购自山西超市。
氯化铝(结晶)、L-苯丙氨酸 上海楷洋生物技术有
限公司；芦丁、2’-羟基查尔酮(alfa aesar，98%)均为国产
分析纯。
754PC紫外-可见光分光光度计 上海菁华科技仪器
有限公司；冷冻离心机 英国Centurion Scientific公司；
SPX-300 IC微电脑人工气候箱 上海博迅实业有限公司。
1.2 方法
1.2.1 磁场处理及萌发方法
选取苦荞饱满籽粒，以水浸泡达充分吸胀后，将其
置于磁场两极之间(距离为5cm)，通过调节电压改变磁场
强度。在强度为0.2、0.3、0.4T条件下处理30min，未磁
场处理组为对照样。将磁场处理后的苦荞籽粒铺种置于
人工气候培养箱内避光培养7d。每天定时收种，并将其
放入－30℃冰箱里冷冻保存。每个水平做3次重复。
1.2.2 指标测定
苦荞萌发物中总黄酮的提取与测定：将苦荞芽去皮经
真空冷冻干燥后研磨成粉。称取1g干粉，用50mL 70%的乙
醇溶液于70℃水浴振荡提取6h，将提取液于3000r/min离心
10min，取上层清液于4℃条件下保存备用。采用铝盐法[16]测
定苦荞萌发物中总黄酮含量。
PAL与CHI粗酶液的提取及酶活力的测定：参照文献
[14,17]的方法。RDEs粗酶液的提取及酶活力的测定：参照
陈鹏等[18]方法并对提取方法略作修改：称取1.0g去皮后的苦
荞芽，加入5mL提取缓冲液(0.2mol/L醋酸缓冲液，pH5.0)，
于冰浴条件下充分研磨后放入4℃冰箱保存3h，冷冻离心机
3000r/min离心10min，取上清液于4℃条件下备用。粗酶液
中蛋白质含量的测定：采用考马斯亮蓝(G-250)法测定。酶
比活力(U/mg)是酶活力与粗酶液中蛋白含量的比。
1.3 数据分析
运用SPSS10.0软件对数据进行分析，以空白组为对照，
计算各磁场强度条件下酶比活力数据的显著性差异。
2 结果与分析
2.1 不同磁场强度对苦荞萌发物中PAL、CHI与RDEs酶比
活力的影响
表 1 不同磁场强度对PAL酶比活力的影响
Table 1 Effect of different magnetic fi eld intensities on the specifi c
activity of PAL
萌发
时间/d
PAL酶比活力/(U/mg)
对照 0.2T 0.3T 0.4T
1 160.582±1.254 164.304±0.672* 172.142±2.474** 161.886±0.501
2 158.420±0.595 157.303±0.467 161.554±1.343** 157.145±1.167
3 151.891±1.899 152.697±1.739 180.027±1.016** 152.342±1.651
4 197.009±2.411 198.908±2.141 193.993±1.198** 195.850±2.338
5 196.575±0.468 201.406±0.884** 208.295±2.020** 193.280±0.754**
6 201.091±2.674 189.271±1.096** 212.406±0.819** 211.024±1.153**
7 187.978±1.199 183.908±3.082** 191.911±1.161** 187.766±2.635
注：*.显著性差异 (P＜ 0.05)；**.极显著性差异 (P＜ 0.01)。下同。
由表1可知，苦荞种子发芽第1天时，磁场强度为
0.2、0.3、0.4T的PAL酶比活力分别较对照组的增加量
为2.3%、7.2%和0.8%。随着发芽天数的增加，PAL的
酶比活力呈上升趋势，第6天达到最高值，表明磁场诱
导处理可有效促进苦荞芽中PAL的比活力；不同的磁场
强度对诱导PAL酶比活力的作用不尽相同。磁场强度为
0.2、0.3、0.4T时，酶比活力的最高增加量分别为2.4%、
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18.5%、4.9%，表明磁场强度为0.3T时诱导效应最为明
显；磁场强度为0.2T时诱导效应可能不足以完全激活
PAL；而磁场强度为0.4T时诱导效应可能使种子中PAL的
部分基因发生突变或异构而使酶比活力有所下降。
表 2 不同磁场强度对CHI酶比活力的影响
Table 2 Effect of different magnetic fi eld intensities on the specifi c
activity of CHI
萌发
时间/d
CHI酶比活力/(U/mg)
对照 0.2T 0.3T 0.4T
1 45.985±0.313 44.371±1.029 42.848±2.019* 44.882±1.135
2 52.003±1.908 47.950±1.621** 53.935±1.025* 44.846±1.243**
3 43.388±2.177 49.021±1.549** 40.404±0.698** 46.610±0.954**
4 58.615±1.092 55.378±0.983** 50.771±0.995** 51.851±0.872**
5 68.010±0.917 75.562±1.633** 73.090±1.779** 64.452±0.712**
6 78.364±0.870 77.219±3.013 75.288±2.402** 76.861±1.058
7 79.815±2.305 86.195±2.109** 80.315±0.992 82.308±1.117*
由表2可知，经磁场诱导后的苦荞萌发物中，CHI酶
比活力随着萌发时间的增加而增加；磁场强度不同，CHI
酶比活力的增加幅度有所不同，分别为12.9%(0.2T)、
7.5%(0.3T)、7.4%(0.4T)。表明0.2T的磁场强度对CHI酶
比活力的诱导效应最明显。
表 3 不同磁场强度对RDEs酶比活力的影响
Table 3 Effect of different magnetic fi eld intensities on the specifi c
activity of REDs
萌发
时间/d
RDEs酶比活力/(U/mg)
对照 0.2T 0.3T 0.4T
1 52.346±1.131 52.059±0.952 53.337±1.233 51.667±1.167
2 49.667±0.726 55.107±1.873** 53.403±0.846** 53.368±2.013**
3 41.333±2.031 58.786±1.016** 56.333±0.962** 51.447±1.334**
4 34.083±1.068 32.903±0.926 33.769±1.647 34.082±0.735
5 18.645±0.864 18.739±1.467 16.668±1.236* 18.602±0.946
6 25.967±1.867 25.826±2.183 24.016±2.013 25.027±1.765
7 11.138±0.837 10.836±0.846 9.254±1.637 18.105±1.648**
由表3可知，苦荞种子自然萌发过程中RDEs的酶比
活力随萌发时间(1～7d)的增加而降低，在萌发后期变化
较大；与对照相比，磁场处理前3d内，RDEs的酶比活力
随萌发时间的增加有明显增加，表示磁场在萌发初期可
以刺激RDEs的酶活性，尤以0.2T最优。磁场处理后4～7d
内，RDEs酶比活力基本没有受到明显的影响，与对照相
比，总体上没有显著性差异，表明在此萌发期内，磁场
基本不影响RDEs酶比活力。
2.2 PAL、CHI、RDEs 3种酶比活力与总黄酮含量变化
的关系
以磁场强度为0.3T时为例，苦荞萌发物中PAL、
CHI、RDEs 3种酶的酶比活力与总黄酮含量变化的关系
由图2可知，经磁场诱导后PAL与CHI的酶比活力均随着
苦荞萌发时间的增加而增加，其中PAL酶比活力提高最
显著，CHI酶比活力次之，从而促使总黄酮含量也随着苦
荞萌发时间的增加而增加。表明磁场的诱导首先使苯丙
氨酸代谢途径中起关键作用的第一个酶——PAL酶比活力
显著提高，为后续代谢储备了足够的肉桂酸，为苦荞中
总黄酮含量的合成提供了理论参考。磁场的诱导还提高
了黄酮类化合物生物合成的限速酶——CHI的酶比活力，
从而加速了查尔酮向黄酮类活性物质的转化，对苦荞中
总黄酮含量的增加有积极作用。RDEs对苦荞黄酮中最主
要的活性物质——芦丁具有降解作用，且本实验苦荞萌
发物中总黄酮含量的测定以其中含量最高的芦丁为标准
计算，磁场的诱导对RDEs酶比活力基本无影响，使得苦
荞总黄酮中代表性物质——芦丁的含量趋于稳定。其机
理可能是蛋白质表达量发生了变化或芦丁量的增加限制
了RDEs的降解速率，均尚待进一步的研究。
1 2 3 4 5 6 7
㧠থᯊ䯈/d
总黄酮含量 PAL↨⌏࡯
CHI↨⌏࡯ RDEs↨⌏࡯
图 2 PAL、CHI、RDEs酶比活力与总黄酮含量变化的关系
Fig.2 Relationships between the specifi c activities of PAL, CHI and
RDEs and total fl avonoid content
2.3 不同磁场强度诱导对苦荞萌发物中总黄酮含量的影响
由图3可知，在不同磁场强度诱导下，萌发期苦荞总
黄酮的含量随萌发时间增加而增加。在3种酶的协同作用
下，强度为0.3T磁场诱导的苦荞萌发物中总黄酮含量提
高最多，第5天时，总黄酮含量(62.90mg/g)较同一天的对
照组(43.92mg/g)提高了43.21%。
1 2 3 4 5 6 710
20
30
40
50
60
70
㢺
㤲
ᘏ
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䝂
৿
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/ (m
g/
g)
㧠থᯊ䯈/d
ᇍ✻ ⺕എᔎᑺ0.2T
⺕എᔎᑺ0.3T ⺕എᔎᑺ0.4T
图 3 不同磁场强度下苦荞萌发物中总黄酮含量的变化
Fig.3 Changes in total fl avonoid content in tartary buckwheat seeds
pretreated by different magnetic fi eld intensities during germination
综上所述，以强度为0.3T的磁场对苦荞种子进行诱
导，通过提高萌发物中PAL、CHI的酶比活力，而提高了
苦荞萌发物中总黄酮的含量。其中，PAL酶比活力的提
高幅度最大，对黄酮类物质的合成起到重要作用。
※基础研究 食品科学 2012, Vol.33, No.21 23
3 结 论
本实验采用不同磁场强度对苦荞种子进行诱导预处
理，研究了苦荞萌发物中与黄酮类生物活性物质合成密切
相关苯丙氨酸解氨酶(PAL)、查尔酮异构酶(CHI)和芦丁降
解酶(RDEs)的变化规律，揭示了诱导处理后苦荞萌发期
中3种酶与黄酮类生物活性物质形成的内在联系。
结果表明：1)对于同一种酶而言，不同的磁场强度
诱导效应不同。PAL酶比活力在磁场强度为0.3T时，达
到最高值；CHI酶比活力的最高值出现于磁场强度为0.2T
时；在0.3T磁场强度下，RDEs酶比活力与对照相比下降
幅度基本相同。2)对于不同种酶而言，相同磁场强度其
诱导效应不同。当磁场强度为0.3T时，对PAL的提高效果
最好，为18.5%；当强度为0.2T时，对CHI酶比活力的提
高率达12.9%。由各酶的变化规律可知，磁场对PAL酶比
活力诱导最强，其次为CHI。3)当磁场强度为0.3T、萌发
5d时，经以上3种酶的协同作用，苦荞萌发物中总黄酮含
量提高效果最好，比对照提高了43.21%。
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