不同高粱基因型在两个生长季节的游离态与结合态酚类成分特征及其与抗氧化能力的关系

《Journal of Cereal Science》：Free and bound phenolic profiles and their relationship with antioxidant capacity in different sorghum genotypes across two growing seasons

　　自由酚类组分在高粱籽粒中表现出比结合酚类组分更高的抗氧化能力。结合型阿魏酸是高粱籽粒中的主要酚酸。绿原酸仅存在于自由酚类组分中，而不存在于结合酚类组分中。有色基因型在各个生长季均保持其酚类优势。**引言**高粱（Sorghum bicolor [L.] Moench）是全球第五大重要的谷物作物，种植于半干旱和干旱地区（Sankarapillai 等，2026）。在中国，高粱年产量约为310万吨，种植面积约64万公顷（FAO，2024）。高粱越来越多地被用作发达市场的功能性食品原料，这主要归因于其无麸质特性以及丰富的植物化学物质成分（Rather 等，2023；Zahid 等，2025）。高粱面粉中的生物活性成分包括酚酸、类黄酮和花青素（Espitia-Hernandez 等，2022；Frankowski 等，2022；Miftahurrahmi 等，2026）。这些化合物具有抗氧化、抗癌、抗糖尿病和抗炎特性，可能降低心血管疾病、2型糖尿病和某些癌症的风险（Ham 等，2024；Rather 等，2023）。具体而言，高粱中的3-脱氧花青素苷、芹菜素元和木樨草素元可通过诱导细胞凋亡来抑制HT-29人结肠癌细胞生长（Yang 等，2009）。其抗氧化作用包括清除自由基和金属螯合，这可以显著减少氧化性DNA损伤和炎症（De Oliveira 和 De Alencar Figueiredo，2024；Dykes 和 Rooney，2006）。高粱酚类化合物是苯丙烷衍生的次生代谢产物，其特征是具有一个或多个羟基的苯环（Moazzen 等，2022）。大多数酚类化合物高度富集于种皮、果皮和糊粉层中（D'almeida 等，2025）。这也导致高粱籽粒颜色性状出现表型变异；较高的酚类含量与有色果皮或种皮的存在有关（Aruna 等，2020）。有色种皮基因型的体外抗氧化特性强于无色果皮高粱基因型（Dhar 等，2024）。酚类组成在不同组分之间也存在差异，其中结合酚类主要以阿魏酸为主，而高抗氧化基因型的自由酚类提取物通常富含儿茶素、高异黄酮和糖基化类黄酮（Miafo 等，2020）。抗氧化活性不仅受酚类总含量的影响，还受个体酚酸的组成和相对丰度的影响（Espitia-Hernandez 等，2022；Ghimire 等，2021）；因此，酚类总量和化合物特异性分析对于筛选适用于食品和功能性应用的高粱基因型均至关重要。环境条件对高粱中酚类物质的积累有显著调节作用，其响应取决于基因型和具体的环境因子。研究表明，太阳紫外辐射、生长温度和水资源状况会改变多酚谱和抗氧化活性，且通常表现出显著的基因型依赖性响应（Wu 等，2016；Wu 等，2017b）。例如，水分亏缺灌溉可增加不同高粱基因型中的自由、结合及总多酚含量和抗氧化活性，且存在显著的基因型×灌溉互作效应（Wu 等，2017a；Wu 等，2017b）。同样，在三年内评估的60个高粱基因型中，总多酚含量存在显著的遗传和环境变异，其值在55.6至553.1 mg GAE/100 g之间（Aruna 等，2020）。最新证据进一步表明，品种×管理×地点的互作效应会影响籽粒酚类和抗氧化性状（Elsafy 等，2024）。然而，系统表征高粱籽粒中自由和结合酚类组分分布及稳定性的G×E效应的多环境研究仍然有限。本研究的主要目的是通过跨两个生长季对高粱面粉和籽粒的颜色性状、ABTS和DPPH自由基清除活性、总酚和总黄酮含量，以及自由和结合组分的个体酚酸进行表征，从而量化高粱多酚的遗传变异，并评估生长季对基因型间酚类特性的贡献。最终目标是解析所评估性状的基因型、环境和G×E方差。研究结果可为筛选具有优质酚类成分的高粱基因型、服务于功能性食品应用提供指导。**植物材料**本研究评估的高粱基因型已在此前由Zahid等（2026）描述。简言之，32个高粱基因型在两个生长季（2021年：E1和2024年：E2）种植于中国杭州浙江大学试验农场。在每个环境中，基因型按随机区组设计排列，设有两个区组，代表每个基因型的两个独立田间重复。气象数据包括7月至11月期间的降水量、温度和日照时数。**颜色特性**籽粒颜色反映了高粱中多酚类物质的沉积情况，可作为高粱育种中植物化学物质含量的快速指标（Dykes 等，2005）。然而，这些颜色性状在不同环境中的稳定性及其作为基因型分类指标的可靠性在高粱中尚未得到充分阐明。为此，我们测量了在两个季节种植的28个基因型的籽粒和面粉的CIELAB颜色参数。高粱籽粒颜色性状在两个季节之间均存在差异（图1）。**结论**本研究系统考察了在两个季节种植的28个高粱基因型的颜色性状、抗氧化能力以及自由和结合酚类组成。所有性状均表现出显著的G×E互作效应。籽粒颜色的环境稳定性高于面粉颜色。pCA_b的G×E效应显著超过pCA_f，而HBA_f表现出最高的G×E/G比值。FA_b、PA_b和pCA_b对结合型抗氧化能力有显著贡献，而HBA_f和GA_f则与自由型抗氧化能力相关。**CRediT作者贡献声明****Muhammad Khubaib Zahid：** 撰写—审阅与编辑，撰写—原稿撰写，调查研究，形式化分析。**卢华兵：** 调查研究。**Haroon Rasheed：** 调查研究。**余晶：** 调查研究，形式化分析。**鲍金松：** 撰写—审阅与编辑，撰写—原稿撰写，资源提供，概念设计。**吕桂华：** 调查研究**利益冲突声明**作者声明不存在任何利益冲突。**数据可用性**数据可应要求提供。**利益冲突声明**? 作者声明不存在任何已知的可能影响本文所述工作的经济利益或个人关系。**致谢**感谢李桂英和吕桂华提供部分高粱基因型。本研究获得"三亚—塞内加尔国际合作"热带农林综合发展项目（B26S50001）的资金支持。Muhammad Khubaib Zahid | 余晶 | Haroon Rasheed | 卢华兵 | 吕桂华 | 鲍金松