全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2014, 40(11): 20462051 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn
本研究由国家“十二五”科技支撑计划项目(2012BAD04B07), 国家现代农业产业体系建设专项(CARS-03)和国家公益性行业(农业)科
研专项(201203031)资助。
* 通讯作者(Corresponding authors): 马冬云, E-mail: xmzxmdy@126.com; 郭天财, E-mail: tcguo888@sina.com
第一作者联系方式: 孙德祥, E-mail: sundexiang88@163.com
Received(收稿日期): 2014-02-21; Accepted(接受日期): 2014-09-16; Published online(网络出版日期): 2014-09-26.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20140926.0824.006.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2014.02046
不同水氮处理对豫麦 49-198籽粒抗氧化物含量的影响
孙德祥 马冬云* 王晨阳 李耀光 刘卫星 李秋霞 冯 伟 郭天财*
河南农业大学 / 国家小麦工程技术研究中心, 河南郑州 450002
摘 要: 2012—2013年度, 在河南温县和郑州大田条件下, 研究不同水氮处理对冬小麦品种豫麦 49-198籽粒总酚、类黄
酮、类胡萝卜素含量及抗氧化活性的影响。结果表明, 在施纯氮 0~300 kg hm–2范围内, 所有观测指标均随施氮量的增
加而增加, 以施氮 300 kg hm–2处理最高。随灌水次数(0~2次)的增加, 总酚、类黄酮含量和抗氧化活性呈先增加后降低
趋势, 以灌拔节水处理最高; 类胡萝卜素含量在不同试点间表现不一致。水氮耦合, 以灌拔节水+施氮 240~300 kg hm–2
处理的抗氧化物含量及抗氧化活性较高, 而总酚、类黄酮及类胡萝卜素的积累量则以灌拔节和开花水+施氮 240~300 kg
hm–2处理较高。相关分析表明, 籽粒总酚、类黄酮含量与抗氧化活性均呈显著正相关, 表明总酚、类黄酮含量增加可以
提高小麦籽粒抗氧化活性; 不同深度土层土壤水分含量及硝态氮含量与籽粒抗氧化物质含量的相关性存在差异, 总体
而言, 氮含量有助于总酚及类胡萝卜素含量的积累, 而水分含量可能有助于类黄酮含量的提高。
关键词: 灌水; 氮肥; 冬小麦; 抗氧化物质; 籽粒
Effects of Irrigation and Nitrogen on Antioxidant Contents in Yumai 49-198
Grains
SUN De-Xiang, MA Dong-Yun*, WANG Chen-Yang, LI Yao-Guang, LIU Wei-Xing, LI Qiu-Xia, FENG Wei,
and GUO Tian-Cai*
National Engineering Research Center for Wheat / Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China
Abstract: Two field experiments were carried out in Wenxian and Zhengzhou of Henan Province in 2012–2013 wheat season to
study the effects of nitrogen (N) application rate and irrigation on total phenol, flavonoids, and carotenoid contents and antioxi-
dant activity in winter wheat cultivar Yumai 49-198. In the N application range of 0–300 kg ha–1, all indices tested increased with
increasing N rate and reached peak values under 300 kg ha–1. With the increase of irrigation frequency (0–2 irrigations), total phe-
nol and flavonoids contents and antioxidant activity had the maximum values under one irrigation condition at jointing, whereas
the carotenoid content varied across locations. The interaction between N application rate and irrigation had a significant effect on
antioxidants in wheat grain. Treatments of irrigation at jointing stage plus N application of 240–300 kg ha–1 resulted in the high
antioxidant content and antioxidant activity, whereas twice irrigation at jointing and anthesis stages plus N application of 240–300
kg ha–1 resulted in antioxidant accumulation. Total phenol and flavonoids contents were positively correlated with antioxidant
activity, indicating that high contents of total phenol and flavonoids were favorable for high antioxidation. The correlations of
grain antioxidant content with soil moisture and NO3–-N content varied in different soil layers. Generally, N fertilizer had the ef-
fect on increasing total phenol and carotenoid contents and soil water had the effect on accumulating flavonoids.
Keywords: Irrigation; Nitrogen fertilization; Winter wheat; Antioxidant; Grain
小麦是我国主要粮食作物之一, 不仅提供热量、蛋白
质等物质, 同时还含有多种生物活性物质, 如酚酸、类黄
酮、类胡萝卜素等抗氧化物质; 这些生物活性物质具有较
强的抗氧化能力, 可以抑制体内氧化酶活性, 清除自由基
等, 提高机体免疫力, 有益人体健康[1-2]。经常食用富含抗
氧化物质的全谷物食品有利于减少总死亡率 , 降低罹患
冠心病、中风以及 II 型糖尿病的概率等[3-5]。近年来, 小
麦籽粒中抗氧化物质含量及活性引起了许多学者的兴趣。
第 11期 孙德祥等: 不同水氮处理对豫麦 49-198籽粒抗氧化物含量的影响 2047
小麦籽粒中酚类物质有游离酚、自由酚和结合酚, 主要存
在于种皮中, 而在面粉中含量较低[2]。Marquart 等[6]研究
了小麦籽粒中不同种类抗氧化物质的含量及其作用 , 认
为其中酚类物质对人体健康最为有益。Fester 等[7]研究表
明, 不同种类小麦的类胡萝卜素含量不同, 其中硬粒小麦
含量较高 , 而高类胡萝卜素含量的食品具有营养和保健
功能。不同种皮色泽小麦的抗氧化物质含量不同, 其中黑
粒小麦类黄酮含量高于白粒小麦 , 且籽粒抗氧化活性与
类黄酮含量呈极显著正相关[8]。
植物中总酚、类黄酮等含量受基因型决定, 但生长环
境及栽培措施等对其有显著影响。研究表明, 施氮可显著
增加小麦籽粒总酚含量和抗氧化能力[9], 随施肥总量(有机
复混肥)的增加, 植株总酚含量呈先增加后降低趋势[10]。
Konopka等[11]对施用不同类型肥料(矿物肥、有机肥)后小
麦籽粒总酚、类胡萝卜含量的分析发现, 有机肥显著降低
籽粒中的酚酸含量。
水、氮调控是小麦栽培管理中最重要的农艺措施之一,
对小麦籽粒产量及品质有重要影响。然而, 目前有关水氮
处理对小麦籽粒抗氧化物质含量的影响还少有报道。在烟
草及中药上的研究表明, 水氮处理对植物中总酚、类黄酮
等有显著影响[12-13]。本文初步研究了小麦籽粒中抗氧化物
质含量及抗氧化活性的变化规律 , 能为提高小麦籽粒抗
氧化物质含量的最佳水氮管理提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验设计
2012—2013 年度, 在焦作温县祥云镇平安种业试验田
(河南温县)和河南农业大学科教示范园区(河南郑州)进行田
间试验, 小麦品种均为豫麦 49-198。温县试验点土壤为黏质
潮土, 前茬作物为玉米, 耕层土壤基础养分含量为有机质
15.60 g kg–1、全氮 1.53 g kg–1、速效磷 42.95 mg kg–1、速效
钾 97.2 mg kg–1; 郑州试验点土壤为潮土, 耕层土壤含有机
质 10.6 g kg–1、全氮 0.91 g kg–1、速效磷 25.6 mg kg–1、速效
钾 124.5 mg kg–1。小麦生长期内试验点的气候参数见图 1。
图 1 小麦生长季两试验地点气候条件
Fig. 1 Climatic conditions during winter wheat growth in two experimental locations
采用裂区设计, 灌水处理为主区, 施氮量为副区, 小
区面积为 21 m2 (7 m × 3 m), 3次重复。当地正常年份小麦
只灌一次拔节水, 缺水年份一般于拔节和开花期(或孕穗
期)各灌水一次, 本试验灌水处理分别为自然降水(W0)、
灌拔节水(W1)和灌拔节水和开花水(W2), 每次灌水 750
m3 hm–2。河南省高产灌溉麦田氮肥最佳推荐用量为 225
kg hm–2, 而生产中实际用量高于该推荐值, 因此本试验
设置的施氮梯度为 0 (N1)、180 (N2)、240 (N3)和 300 kg
hm–2 (N4)。氮肥 50%作基肥底施, 另 50%于拔节期期追施;
磷(P2O5 120 kg hm–2)、钾(K2O 120 kg hm–2)肥全部底施。
温县点 10月 14日播种, 郑州点 10月 12日播种, 三叶期
定苗, 基本苗 225×10 4 hm–2, 其他管理同常规高产麦田。
1.2 测定项目与方法
成熟期收获部分籽粒 , 采用旋风磨 (Cyclotec 1093,
FOSS, 瑞士)磨全粉, 备用。
1.2.1 类胡萝卜素含量 按略改进的 AACC14-50方法
提取类胡萝卜素。称取面粉 3.000 g, 置 50 mL具塞容量
瓶中, 加 8 mL饱和正丁醇; 振荡 1 min, 静置提取 30 min,
4000×g离心 15 min; 用 Whatman No.1 滤纸过滤上清液,
测定 440 nm处吸光值[14]。
1.2.2 总酚含量 采用 Folin-Ciocalteau 法[15], 有所修
改。准确称取 0.500 g全粉, 加入 8 mL甲醇(含 1%盐酸),
在 24℃下振荡提取 24 h; 3500×g离心 10 min, 取上清液,
重复 2次, 合并上清液, 避光冷藏。取 1 mL上述提取液,
置 10 mL 容量瓶中 , 加 1 mol L–1 福林酚试剂 (Folin-
Ciocalteau) 2.5 mL, 用 10%碳酸钠溶液定容, 35℃温育 2 h,
测定 765 nm处吸光值, 以没食子酸为标品绘制标准曲线。
1.2.3 类黄酮含量 参照董李平等[16]描述的方法, 取
提取液 0.5 mL于试管中, 加入 2 mL双蒸水 5%亚硝酸钠
溶液 0.15 mL, 混匀静置 5 min; 加 10%六水氯化铝溶液
0.15 mL, 混匀静置 5 min; 再加 1 mol L–1 氢氧化钠溶液
1 mL, 静置 15 min; 测定 415 nm处的吸光值, 试剂空白
为对照, 以芦丁为标品绘制标准曲线。
1.2.4 抗氧化能力 首先配制 ABTS+ 试剂。取 140
mmol L–1 过硫酸钾 88 μL与 7 mmol L–1 ABTS溶液 5 mL
混合, 避光反应 16 h, 然后用乙醇稀释该溶液至吸光度为
0.700±0.002。按照 Miller等[17]的方法, 将提取液适当稀释
后取 0.1 mL, 加 ABTS+试剂 3.9 mL, 混合均匀, 室温放置
2048 作 物 学 报 第 40卷
6 min, 立即测定 734 nm下的吸光值。以 Trolox (维生素 E
水溶性类似物)为标品绘制标准曲线。
1.2.5 土壤含水量及硝态氮含量 小麦灌浆期, 取各
小区 0~100 cm土层土壤, 每 20 cm为一个土层, 称鲜重,
然后 105℃烘 12 h至恒重, 计算含水量。用 2 mol L–1氯化
钾溶液浸提土壤样品 , 振荡后过滤 , 用分光光度计测定
220 nm和 275 nm吸光值, 计算硝态氮含量。
1.3 统计分析
用Microsoft Excel进行各指标数据的统计, 并建立线
性回归方程, 用 SAS V8 软件进行方差分析, 用 Fisher’s-
LSD法检验显著性。
2 结果与分析
2.1 小麦籽粒抗氧化物含量及抗氧化活性的方差分析
氮肥、灌水处理对总酚、类黄酮、类胡萝卜含量及抗
氧化活性均有显著影响 , 地点对除总酚含量以外的其他
指标有显著影响; 同时, 氮肥、灌水和地点之间的互作效
应也达到显著水平(表 1)。
表 1 小麦籽粒抗氧化物质含量及抗氧化活性的方差分析
Table 1 ANOVA of antioxidant contents and antioxidant activity in grain of wheat
总酚 Total phenol 类黄酮 Flavonoids 类胡萝卜素 Carotenoid 抗氧化活性 Antioxidant activity变异来源
Source SS F SS F SS F SS F
地点 Location (L) 15.31 0.07 201.20 97.10** 0.18 4.45** 0.47 13.46**
灌水 Irrigation (I) 26646.78 59.55** 34.90 8.42** 0.35 4.36* 0.42 6.10**
氮肥 Nitrogen (N) 26729.88 39.82** 53.03 8.53** 0.54 4.42* 0.77 7.47**
L × I 58.73 0.13 20.03 4.83* 0.47 5.72** 0.35 5.02*
L × N 1465.93 2.18 9.00 1.45 0.41 3.38* 0.12 1.13
I × N 20588.01 15.34** 34.01 2.73* 0.81 3.29* 0.29 1.38
L × I × N 15259.48 11.37** 2.57 0.21 0.86 3.52* 0.39 1.89
*和**分别表示在 0.05和 0.01概率水平显著。* and ** indicated significance at 0.05 and 0.01 probability level, respectively.
2.2 施氮量对小麦籽粒抗氧化物质含量的影响
小麦籽粒中总酚、类黄酮、类胡萝卜素含量及抗氧化
活性在 2个地点均随施氮量的增加总体呈增加的趋势, 且
N3 处理的数值均最高。在温县点, 类胡萝卜素含量在不
同氮肥处理之间的差异不显著, 而总酚、类黄酮含量和抗
氧化活性在不同氮肥处理间差异显著; 且 N3 处理的总
酚、类黄酮含量及抗氧化活性较 N0 处理分别提高 0.41
μmol g–1、0.084 μg g–1和 0.93 μmol g–1。在郑州点, N3处
理的总酚、类黄酮、类胡萝卜素含量、抗氧化活性较 N0
处理分别增加 0.41 μmol g–1、0.046 μg g–1、0.47 μg g–1和
2.51 μmol g–1。N0 处理的抗氧化物质含量略高于 N1 处
理 , 而随着施氮量增加 , 抗氧化物质含量呈增加趋势 ,
表明适宜增施氮肥有助于小麦籽粒抗氧化物质含量的提
高(表 2)。
2.3 不同灌水处理对小麦籽粒抗氧化物质含量及抗氧化
活性的影响
不同灌水处理对小麦籽粒抗氧化物质含量及抗氧化
活性有显著影响。在温县点, 小麦籽粒中总酚、类黄酮含
量及抗氧化活性均表现为在 W1处理最大, 较 W0处理分
别增加 0.55 μmol g–1、0.10 μg g–1和 0.87 μmol g–1。在郑
州点, 总酚含量和抗氧化活性表现为 W1、W2 处理较高,
与 W0 差异显著; 而类胡萝卜素含量则以 W1 最高, 与
W0、W2差异显著(表 3)。
2.4 不同水氮处理对小麦籽粒抗氧化物质积累量的影响
小麦籽粒总酚积累量在郑州和温县点均以 W1 处理
较高, 而 W0 处理较低; 最高积累量均在 W2N2 处理, 分
别为 49.31 mol hm–2和 43.33 mol hm–2。类黄酮也以 W2
处理积累量较高, W0 处理的积累量较低; 在温县点, 最
高积累量出现在W2N3, 为 4.75 kg hm–2, 与W2N2、W1N3
和W1N2处理差异不显著; 在郑州点, 最高积累量出现在
W2N1处理(3.19 kg hm–2), 与 W2N2、W2N3处理差异不
显著。类胡萝卜素最大积累量出现在 W2N1处理, 分别为
28.32 g hm–2 和 25.15 g hm–2, 最低积累量为 W0N0处理,
分别为 16.81 g hm–2和 7.06 g hm–2 (表 4)。
表 2 不同施氮处理对小麦籽粒抗氧化物质的影响
Table 2 Effects of nitrogen application rates on antioxidant of wheat grain
温县 Wenxian 郑州 Zhengzhou
处理
Treatment
总酚
Total phenol
(μmol g–1)
类黄酮
Flavonoids
(μg g–1)
类胡萝卜
Carotenoid
(μg g–1)
抗氧化活性
Antioxidant activity
(μmol g–1)
总酚
Total phenol
(μmol g–1)
类黄酮
Flavonoids
(mg g–1)
类胡萝卜
Carotenoid
(μg g–1)
抗氧化活性
Antioxidant activity
(μmol g–1)
N0 6.93 bc 0.57 b 4.05 a 47.21 a 7.01 b 0.48 b 4.01 c 44.92 ab
N1 6.83 c 0.57 b 4.08 a 45.53 b 6.63 c 0.47 b 4.02 c 42.89 b
N2 7.14 ab 0.65 a 3.96 a 47.11 a 7.14 b 0.48 b 4.19 b 43.84 b
N3 7.34 a 0.66 a 4.11 a 48.14 a 7.42 a 0.53 a 4.48 a 47.43 a
数据后不同字母表示处理间有显著差异(P<0.05)。Means followed by different letters are significantly different (P<0.05).
第 11期 孙德祥等: 不同水氮处理对豫麦 49-198籽粒抗氧化物含量的影响 2049
表 3 不同灌水处理对小麦籽粒抗氧化物质的影响
Table 3 Effects of irrigation treatment on antioxidant of wheat grain
地点
Location
处理
Treatment
总酚
Total phenol (μmol g–1)
类黄酮
Flavonoids (μg g–1)
类胡萝卜
Carotenoid (μg g–1)
抗氧化活性
Antioxidant activity (μmol g–1)
W0 6.72 b 0.56 c 4.20 a 46.75 a
W1 7.27 a 0.66 a 4.02 a 47.62 a
温县
Wenxian
W2 7.20 a 0.62 b 3.93 a 45.87 b
W0 6.73 b 0.47 b 4.08 b 42.51 b
W1 7.23 a 0.49 ab 4.38 a 46.25 a
郑州
Zhengzhou
W2 7.19 a 0.52 a 4.07 b 45.74 a
数据后不同字母表示处理间有显著差异(P<0.05)。Means followed by different letters are significantly different (P<0.05).
表 4 不同水氮处理对小麦籽粒抗氧化物质积累量的影响
Table 4 Effects of irrigation with coupling nitrogen fertilizer on the accumulation of antioxidant of winter wheat grain
温县 Wenxian 郑州 Zhengzhou
处理
Treatment
总酚
Total phenol
(mol hm–2)
类黄酮
Flavonoids
(kg hm–2)
类胡萝卜素
Carotenoid
(g hm–2)
总酚
Total phenol
(mol hm–2)
类黄酮
Flavonoids
(kg hm–2)
类胡萝卜素
Carotenoid
(g hm–2)
W0N0 23.49 c 2.00 c 16.81 c 12.12 d 0.89 c 7.06 d
W0N1 31.48 c 2.71 c 19.18 b 21.62 c 1.48 bc 13.14 bc
W0N2 38.84 bc 3.21 c 23.53 ab 20.27 c 1.28 c 12.26 bc
W0N3 41.33 b 3.44 bc 23.95 ab 22.59 c 1.67 bc 14.12 bc
W1N0 31.94 c 2.69 c 17.49 bc 19.17 c 1.29 c 11.21 c
W1N1 38.92 bc 3.37 bc 22.92 ab 29.00 b 2.11 b 18.17 b
W1N2 41.35 ab 4.35 a 22.75 ab 31.16 b 2.23 b 18.30 b
W1N3 44.24 ab 3.92 ab 23.41 ab 28.91 b 1.79 bc 18.03 b
W2N0 40.73 ab 3.27 bc 20.67 b 22.33 c 1.50 bc 12.31 c
W2N1 47.53 a 3.75 b 28.32 a 43.21 a 3.19 a 25.15 a
W2N2 49.31 a 4.27 a 25.06 a 43.33 a 3.02 ab 24.64 a
W2N3 47.94 a 4.75 a 27.51 a 38.07 ab 3.05 ab 21.37 ab
数据后不同字母表示处理间有显著差异(P<0.05)。Means followed by different letters are significantly different (P<0.05).
2.5 小麦籽粒抗氧化物质含量与抗氧化活性的相关性分析
小麦籽粒类黄酮、总酚含量与籽粒抗氧化活性呈极显
著正相关(r=0.559, r=0.621, P<0.01), 表明这些抗氧化物
质含量的增加有助于提高籽粒的抗氧化活性(表 5)。
表 5 小麦籽粒抗氧化物质及抗氧化活性间的相关性
Table 5 Correlation coefficients between antioxidants and
antioxidant activities of wheat grain
指标
Indicator
总酚
Total phenol
类黄酮
Flavonoids
类胡萝卜素
Carotenoid
抗氧化活性
Antioxidant activity
0.621** 0.559** 0.267
类胡萝卜素
Carotenoid
0.363 –0.185
类黄酮 Flavonoids 0.375
**表示在 0.01概率水平显著。
** indicates significance at 0.01 probability level.
2.6 小麦籽粒抗氧化物质与灌浆期土壤水分含量及硝态
氮含量的相关性分析
类黄酮含量与土壤 0~100 cm不同土层的水分含量均呈
显著正相关(r=0.416~0.660, P<0.05); 并与 60~80 cm和 80~
100 cm 土层硝态氮含量呈显著正相关(r=0.423, r=0.485,
P<0.05), 表明较高的土壤水分和养分有利于籽粒中类黄酮
的积累。类胡萝卜素含量与不同土层水分含量呈负相关, 而
与 20~40 cm土层硝态氮含量呈显著正相关(r=0.494, P<0.05),
表明较高的土壤水分可能不利于籽粒中类胡萝卜的积累。抗
氧化活性与深层土壤水分含量(80~100 cm)相关性显著(表 6)。
通过对类黄酮含量、类胡萝卜素含量及抗氧化活性与
土壤水分含量及硝态氮含量进行的回归分析 , 回归方程
分别为 Y 类 黄 酮 =38.60+7.09X1–8.35X2+2.66X5 (t1=5.03,
P<0.01; t2=5.90, P<0.01; t5=7.22, P<0.01), Y 抗氧化活性=4.97–
0.11X2+0.064X5 (t2=2.61, P<0.05; t5=3.45, P<0.01), Y 类胡萝卜素=
3.89+0.015X7 (t7=2.66, P<0.05), X1、X2、X5分别表示土壤
0~20 cm、20~40 cm 和 80~100 cm 土层含水量, X7表示
20~40 cm 土层硝态氮含量。各回归方程的决定系数均达
到了显著水平, 表明回归方程是有效方程。籽粒类黄酮含
量和抗氧化性可以用不同土层水分含量来表示, 而类胡萝
卜素含量则可以用 20~40 cm土层硝态氮含量来表示。
2050 作 物 学 报 第 40卷
表 6 灌浆期小麦籽粒抗氧化物质及抗氧化活性与土壤水分及硝态氮含量的相关性
Table 6 Correlation of coefficients between antioxidants of wheat grain with soil moisture content and NO3–-N content
土层 Soil layer 相关指标
Correlation index 0–20 cm 20–40 cm 40–60 cm 60–80 cm 80–100 cm
土壤含水量 Soil moisture content
总酚 Total phenol 0.015 0.074 0.042 0.010 0.024
类黄酮 Flavonoids 0.498* 0.416* 0.519** 0.657** 0.660**
类胡萝卜素 Carotenoid –0.382 –0.348 –0.382 –0.354 –0.317
抗氧化活性 Antioxidant activity 0.054 0.135 0.107 0.329 0.414*
土壤 NO3-N含量 Soil NO3-N content
总酚 Total phenol –0.003 0.275 0.329 0.296 0.197
类黄酮 Flavonoids 0.384 –0.169 0.145 0.423* 0.485*
类胡萝卜素 Carotenoid 0.085 0.494* 0.248 0.139 0.108
抗氧化活性 Antioxidant activity 0.131 –0.038 0.238 0.251 0.287
*和**分别表示在 P<0.05和 P<0.01显著水平。* and ** indicates significances at P<0.05 and P<0.01, respectively.
3 讨论
全谷物不仅含有丰富的 B 族维生素、镁、铁和膳食
纤维, 还含有多酚、维生素 E、类胡萝卜素、类黄酮等常
见抗氧化成分 , 而且还含有一些果蔬食品中少见但具有
很高营养价值的抗氧化成分, 如 γ-谷维素等。提高小麦籽
粒中抗氧化成分含量是改善小麦营养品质的一个重要方
面。氮肥对植物中总酚、类黄酮等抗氧化物质含量是否有
影响, 不同学者持不同观点。Mogren等[18]认为氮肥对总
酚等第二代谢产物没有明显影响; Nguyen等[19]研究表明,
增加施氮抑制罗勒(Ocimum basilicum L.)中总酚的积累;
王爱华等 [13]在烟草上的试验表明, 高氮处理的多酚类物
质含量较高。本研究中, 增施氮肥可以增加籽粒中总酚和
类黄酮含量, 这与 Engert 等 [9]在小麦上的报道一致, 即
施加氮肥可显著增加籽粒酚酸含量及抗氧化活性。王祥
军等 [20]也发现 , 随着氮素浓度水平的提高 , 大麦籽粒中
酚酸含量与粗蛋白有协同增加的趋势。这可能是由于增施
氮肥促进了蛋白质的合成, 进而提供了充足的苯丙氨酸[21],
而由苯丙氨酸解氨酶催化苯丙氨酸生成桂皮酸的反应是
植物中酚酸及类黄酮生物合成途径中的第一步 , 对植物
中酚酸及类黄酮的合成起关键作用[22]。王爱华等[13]的研
究也表明, 苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性随施氮量的增加而
增强。本研究的相关分析表明土壤中硝态氮含量与总酚含
量、类黄酮含量及抗氧化活性均呈显著正相关, 然而, 不
施氮处理的总酚及类黄酮含量略高于低氮处理 , 尤其是
在郑州点, 这或许可以用生长-分化平衡(growth-differen-
tiation balance)来解释。在氮胁迫下, 植株生长分配下降,
而与储存和防御有关的第二代谢产物则增加 [23]。Bryant
等 [24]认为碳/氮平衡理论可能更好地解释了低氮水平(氮
抑制)促进植株中含碳物质(多酚)的积累。当然, 不同氮肥
处理下不同的试验结果可能是由于不同作物对氮肥水平
的反应差异造成的。
研究表明, 适度的水分胁迫增加植株中总酚、类黄酮
等抗氧化物质含量[25]。而在本试验条件下, 灌溉增加了小
麦籽粒总酚、类黄酮含量及抗氧化能力。这主要是由于水
氮耦合中, 适宜灌溉可以增加植株对土壤中氮素的吸收,
从而促进蛋白质的合成 , 为苯丙氨酸合成途径提供充足
的合成前体, 有利于总酚及类黄酮的合成。梁宗锁等 [12]
也报道合适的土壤含水量 55% (相对于 35%和 75%)可增
加丹参(Salvia miltiorrhiza Bunge) PAL活性, 有利于多酚
的合成。土壤水分对类胡萝卜素含量有影响, 陈义强等[26]
试验表明 , 烟草中类胡萝卜素含量随着土壤水分的增加
呈现先增加后下降趋势 , 在 70%含水量时最高 ; 而
Oliverira等 [27]提出灌溉对类胡萝卜素含量的影响受土壤
持水能力的影响, 在持水能力高的土壤上, 灌溉与非灌溉
对类胡萝卜素没有明显影响。本研究中, 在温县点不同灌
溉次数对类胡萝卜素含量没有明显影响; 但在郑州点, 灌
1次水时, 籽粒中类胡萝卜素含量高于不灌溉和灌 2次水,
这可能与温县试点土壤持水力高于郑州点有关。由八氢番
茄红素合成酶(PSY)催化异戊烯基焦磷酸生成八氢番茄红
素是小麦籽粒中类胡萝卜素合成的关键第一步, 对类胡萝
卜素合成起关键调控作用[28], 适宜的水氮处理是否促进类
胡萝卜素合成途径相关酶活性及基因的表达有待研究。
References
[1] 石碧, 狄莹. 植物多酚. 北京: 科学出版社, 2000
Shi B, Di Y. Plant Polyphenol. Beijing: Science Press, 2000 (in
Chinese)
[2] Onyeneho S N, Hettiarachchi N S. Antioxidant activity of durum
wheat bran. J Agric Food Sci, 1992, 40: 1496–1500
[3] Liu S, Stampfer H J, Giovannucci E, Rimm E, Manson J E, Hen-
nekens C H, Willett W C. Whole grain consumption and risk of
coronary heart disease: result from the nurses’ health study. Am
Clin Nutr, 2000, 71: 412–419
[4] Liu S, Stampfer H J, Rexrode, K M, Hu F B, Willett W C. Whole
grain consumption and risk of ischemic stroke in women: a pro-
spective study. Am Med Assoc, 2000, 90: 1534–1540
第 11期 孙德祥等: 不同水氮处理对豫麦 49-198籽粒抗氧化物含量的影响 2051
[5] Liu S, Stampfer H J, Rexrode, K M, Hu F B, Giovannucci E,
Colditz G A, Manson Je, Hennekens C H, Willett W C. A pro-
spective study of whole grain intake and risk of type 2 diabetes
mellitus in US women. Am Public Health, 2000, 90: 1409–1415
[6] Marquart L, Jacobs D R, Slavin J L. Whole grains and health: an
overview. Am Coll Nutr, 2000, 19: 289S–301S
[7] Fester T, Schmidt D, Lohse S, Walter M H, Giuliano G, Bramley
P M, Fraser P D, Hause B, Strack D. Stimulation of carotenoid
metabolism in arbuscular mycorrhizal roots. Planta, 2002, 216:
148–154
[8] 宗学凤, 张建奎, 李帮秀, 余国东, 石有明, 王三根. 小麦籽
粒颜色与抗氧化作用. 作物学报, 2006, 62: 238–241
Zong X F, Zhang J K, Li B X, Yu G D, Shi Y M, Wang S G. Rela-
tionship between antioxidation and grain colors of wheat (Ttiti-
cum aestivum L.). Acta Agron Sin, 2006, 32: 238–241 (in Chinese
with English abstract)
[9] Engert N, John A, Henning W, Honermeier B. Effect of sprouting
on the concentration of phenolic acids and antioxidative capacity
in wheat cultivars (Triticum aestivum ssp. aestivum L.) in de-
pendency of nitrogen fertilization. J Appl Bot Food Q, 2011, 84:
111–118
[10] Alizdeh A, Khoshkhui M, Javidnia K, Firuzi O, Tafazoli E,
Khalighi. Effect of fertilizer on yield, essential oil composition,
total phenolic content and antioxidant activity in Satureja horten-
sis L. (Lamiaceae) cultivated in Iran. J Med Plant Res, 2010, 4:
33–39
[11] Konopka I, Tanska M, Faron A, Stepien A, Wojtkowiak K. Com-
parison of the phenolic compounds, carotenoids and tocochro-
manols content in wheat grain under organic and mineral fertili-
zation regimes. Molecules, 2012, 17: 12341–12355
[12] 梁宗锁, 杨东风, 杨宗岐, 韩蕊莲, 刘晓蕾. 不同土壤水分对
丹参叶片总酚酸类成分积累及相关酶活性的影响. 浙江理工
大学学报, 2013, 30: 573–578
Liang Z S, Yang D F, Yang Z Q, Han R L, Liu X L. Effect of dif-
ferent soil moistures on total phenolic acid composition accumu-
lation and relevant enzymatic activity of Salvia miltiorrhiza
Lamina. J Zhejiang Sci-Tech Univ, 2013, 30: 573–578 (in Chi-
nese with English abstract)
[13] 王爱华, 王松峰, 宫长荣. 氮素用量对烤烟上部叶片多酚类物
质动态的影响. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 2005,
33(3): 57–60
Wang A H, Wang S F, Gong C R. The dynamic effects of nitrogen
rate on polyphenols of flue-cured tobacco upper leaf. J Northwest
Sci Tech Univ Agric For (Nat Sci Edn), 2005, 33(3): 57–60 (in
Chinese with English abstract)
[14] American Association of Cereal Chemist. Approved Methods of
the AACC, 9th Edn. The Association: St. Paul, MN, U.S.A. 1995
[15] Shen Y, Jin L, Xiao P, Lu Y, Bao J S. Total phenolics, flavonoids,
antioxidant capacity in rice grain and their relations to grain color,
size and weight. J Cereal Sci, 2009, 49: 106–111
[16] Bao J S, Cai Y, Sun M, Wang G Y, Corke H. Anthocyanins,
flavonols, and free radical scavenging activity of Chinese bay-
berry (Myrica rubra) extracts and their color properties and sta-
bility. J Agric Food Chem, 2005, 53: 2327–2332
[17] Miller N J, Diplock A T, Rice E C, Davies M J, Gopinathan V,
Milner A. A novel method for measuring antioxidant capacity and
its application to monitoring the antioxidant status in premature
neonates. Clin Sci, 1993, 84: 407–412
[18] Mogren L M, Olsson M E, Gertsson U E. Quercetin content in
field-cured onions (Allium cepa L.): effects of cultivar, lifting
time, and nitrogen fertilizer level. J Agric Food Chem, 2006, 54:
6185–6191
[19] Nguyen P M, Niemeyer E D. Effects of nitrogen fertilization on
the phenolic composition and antioxidant properties of Basil
(Ocimum basilicum L.). J Agric Food Chem, 2008, 56:
8685–8691
[20] 王祥军, 齐军仓, 贾力群, 王倩, 王琴, 马建峰, 王仙, 曹连莆.
氮素对大麦籽粒中酚酸及蛋白质含量的影响. 核农学报, 2011,
25: 162–168
Wang X J, Qi J C, Jia L Q, Wang Q, Wang Q, Ma J F, Wang X,
Cao L P. Effect of nitrogen on phenolic acid and protein content
in barley (Hordeum vulgare L.) grain. J Nucl Agric Sci, 2011, 25:
162–168 (in Chinese with English abstract)
[21] Margna U. Control at the level of substrate supply: an alternative
in the regulation of phenylpropanoid accumulation in plant cells.
Phytochemistry, 1977, 16: 419–426
[22] Shih C H, Chu H, Tang L K, Sakamoto W, Maekawa M, Chu I K,
Wang M F, Lo C. Functional characterization of key structural
genes in rice flavonoid biosynthesis. Planta, 2008, 228:
1043–1054
[23] Herms D A, Mattson W J. The dilemma of plants: to grow or de-
fend. Q Rev Biol, 1992, 67: 283–335
[24] Bryant J P, Chapin III F S, Klein D R. Carbon/nutrient balance of
boreal plants in relation to vertebrate herbivory. J Ecol, 1983, 40:
357–368
[25] 冯虎元, 安黎哲, 陈书燕, 王勋陵, 程国栋. 增强UV-B辐射与
干旱复合处理对小麦幼苗生理特性的影响. 生态学报, 2002,
22: 1564–1567
Feng H Y, An L Z, Chen S Y, Wang X L, Cheng G D. The inter-
active effect of enhanced UV-B irradiation and water deficit on
physiological properties of spring wheat seeding. Acta Ecol Sin,
2002, 22: 1564–1567 (in Chinese with English abstract)
[26] 陈义强, 刘国顺, 凌爱芬, 张毅, 王芳, 习红昂. 氮、磷、钾肥
和土壤水分对烟草烤后叶中类胡萝卜素含量的影响. 植物生
理学通讯, 2008, 44: 279–282
Chen Y Q, Liu G S, Ling A F, Zhang Y, Wang F, Xi H A. Effects
of nitrogen, phosphate, potassium fertilizers and soil water on
cartenoids contents of flue-cured tobacco (Nicotiana tabacum L.)
leaves. Plant Physiol Commun, 2008, 44: 279–282 (in Chinese
with English abstract)
[27] Oliveira C, Silva Ferreira A C, Mendes Pinto M, Hogg T, Alves F,
Guedes D E, Pinho P. Carotenoid compounds in grapes and their
relationship to plant water status. J Agric Food Chem, 2003, 51:
5967–5971
[28] He X Y, He Z H, Ma W, Appels R, Xia X C. Allelic variants of
phytoene synthase1 (Psy1) genes in Chinese and CIMMYT wheat
cultivars and development of functional markers for flour colour.
Mol Breed, 2009, 23: 553–563