有机种植体系下突尼斯硬粒小麦地方品种与现代基因型的酚类物质谱与抗氧化能力评价

《Food Science & Nutrition》：Evaluation of the Phenolic Profile and Antioxidant Capacity of Landraces and Modern Tunisian Durum Wheat Genotypes Under Organic Farming System

　　

摘要专业翻译 本研究评估了种植体系（有机与传统）及十三种突尼斯硬粒小麦品种（包括地方品种与现代基因型）的多样性对酚类物质谱与抗氧化能力的影响。超高效液相色谱-多级质谱联用技术分析鉴定出八种酚酸，主要以结合态形式存在，而对香豆酸是唯一在游离态中检测到的化合物。结果表明，种植体系和品种对所有已鉴定酸的结合态与总含量、总酚含量及总抗氧化能力均有极显著影响，凸显了遗传与环境因素对其积累的共同作用。平均而言，利用铁离子还原抗氧化能力法测定的抗氧化能力在传统种植下达到2.70 mmol Fe/100 g，在有机种植下达到2.90 mmol Fe/100 g，表明有机体系略有提升。品种Jenah Khotifa和Chili在有机体系中表现出最高值，分别为3.65 mmol Fe/100 g和3.38 mmol Fe/100 g，而Chili在传统体系中亦达3.04 mmol Fe/100 g。基因型和种植体系共同影响酚类物质谱。相较于现代品种，有机种植促进了生物活性化合物的积累并增强了抗氧化能力，尤其在地方品种Chili、Biskri和Jenah Khotifa中表现突出。这些发现强调了传统基因型与有机种植在改善突尼斯硬粒小麦功能品质方面的价值，同时有助于保护当地谷物生物多样性并提升营养品质。

论文解读文章

研究背景

全谷物消费因其富含酚类化合物等营养成分而日益增长。酚酸是全谷物中最常见的酚类物质形式，对预防心血管疾病、II型糖尿病、肥胖症及某些癌症具有重要作用。然而，植物化学物质在以往的育种计划中关注有限，育种工作主要聚焦于产量、抗逆性等技术品质性状，营养品质的提升被视为次要目标。对于地中海地区的主要谷类作物——硬粒小麦而言，其微量营养素和次生代谢物尤其被忽视。尽管地方品种和古老品种保存了宝贵的遗传多样性，可用于改良新品种的营养与功能品质，但关于现代育种策略如何影响酚类物质含量的信息仍然有限。因此，有必要探究种植体系与基因型如何共同影响总酚含量、酚类物质谱及总抗氧化能力，从而为筛选既高产又营养强化且适应可持续种植体系的品种提供依据。

研究内容与结论

研究人员选取了代表20世纪突尼斯种植群体的13个硬粒小麦品种（包括4个地方品种和9个现代品种），在同一田间试验条件下分别采用有机和传统两种种植体系进行栽培。通过测定不同品种在不同种植体系下的总酚含量、酚酸组成及抗氧化能力，旨在揭示基因型与种植环境对上述指标的交互影响。研究得出结论：种植体系和品种均对酚类物质的积累有极显著影响，且二者之间存在显著的交互作用；有机种植总体上促进了酚类化合物尤其是结合态酚酸的积累，并提升了抗氧化能力；地方品种如Chili、Biskri和Jenah Khotifa在有机种植下表现出最高的酚类物质含量和抗氧化潜力，是现代品种所不及的，这凸显了传统基因型在改善硬粒小麦功能品质方面的重要价值。

关键技术方法

1. 1.
   田间试验设计：在突尼斯贝贾Gnadil试验站进行，采用裂区设计，主区为种植体系（有机与传统），副区为13个品种，三次重复。
2. 2.
   酚类化合物提取：采用甲醇/酸化水超声提取游离态酚类，随后用氢氧化钠碱水解和乙酸乙酯萃取获得结合态酚类。
3. 3.
   总酚含量测定：采用福林-酚比色法，结果以阿魏酸当量（FAE）和没食子酸当量（GAE）表示。
4. 4.
   酚酸鉴定与定量：使用超高效液相色谱-线性离子阱质谱联用技术（UHPLC-LTQ XL）在负离子模式下进行分析，通过与标准品比对保留时间和质谱碎片进行鉴定和定量。
5. 5.
   抗氧化能力测定：采用铁离子还原抗氧化能力法（FRAP）评估样品的总抗氧化能力。

研究结果

3.1 硬粒小麦品种的游离、结合及总多酚含量

方差分析显示，种植体系对游离、结合及总多酚含量均有极显著影响。品种对结合态和总多酚含量影响极显著，但对游离态影响不显著。结合态多酚是主要存在形式，其含量远高于游离态。总体均值显示，有机种植下结合态和总多酚含量略高于传统种植。地方品种Biskri、Mahmoudi和Chili表现出最高的游离酚含量，而现代品种内部变异较小。现代品种Dhahbi的总酚含量异常高。总体而言，地方品种的总酚含量最高，现代品种最低。

3.2 硬粒小麦品种中酚类化合物的鉴定

通过保留时间和紫外-可见光谱与标准品比对，在有机种植的小麦样品中鉴定出六种酚酸：咖啡酸、芥子酸、对香豆酸、阿魏酸、二阿魏酸（a、b、c三种异构体）和三阿魏酸。其中，六种酚酸仅在结合态组分中被检出，只有对香豆酸在游离态组分中被检出。对羟基苯甲酸、丁香酸和香草酸未被检出。

3.3 硬粒小麦品种中酚酸的定量

方差分析表明，种植体系和品种对所有结合态和总酚酸组分均有极显著影响，且二者的交互作用也高度显著。咖啡酸主要存在于结合态，在Salim和Monastir两个现代品种中完全缺失。芥子酸在品种Khiar中未检出。对香豆酸是唯一在游离和结合态中均存在的酚酸，其总量在有机种植下更高。阿魏酸是含量最丰富的酚酸，有机种植下的平均浓度（44.87 mg/100 g）高于传统种植（36.76 mg/100 g），地方品种Biskri含量最高（73.87 mg/100 g）。二阿魏酸a、b、c及三阿魏酸均在结合态中检出，且有机种植下的含量普遍高于传统种植。地方品种Biskri、Chili、Jenah Khotifa和Mahmoudi在多种二阿魏酸及总阿魏酸含量上均表现突出。总的来看，有机种植促进了酚酸尤其是结合态酚酸的积累，地方品种的酚酸浓度普遍高于现代品种。

3.4 硬粒小麦品种的抗氧化活性

FRAP测定结果显示，种植体系、品种及其交互作用对抗氧化活性均有极显著影响。结合态组分的FRAP值远高于游离态组分。有机种植下的平均FRAP值（游离态0.17，结合态2.73 mmol Fe/100 g）高于传统种植（游离态0.15，结合态2.55 mmol Fe/100 g）。地方品种Jenah Khotifa在有机种植下表现出最高的结合态FRAP值（3.43 mmol Fe/100 g），其次是Chili、Biskri和Mahmoudi。现代品种中Dhahbi和Razzak表现较好，而Salim和Monastir最低。总抗氧化能力与总酚含量呈强相关性。

3.5 利用主成分分析和聚类分析对酚类物质多样性的整体评估

对有机种植下13个品种的主成分分析（PCA）解释了83.13%的总方差。第一主成分（PC1，69.78%）反映了酚类丰富度和抗氧化能力的梯度，将高酚含量和高抗氧化能力的品种（Biskri、Jenah Khotifa、Chili、Dhahbi等）与低水平品种（Salim、Monastir、Khiar等）分开。第二主成分（PC2，13.35%）突出了酚类谱的定性差异。层次聚类分析形成了三个主要簇群：簇1包含中等水平的品种；簇2包含酚类含量和抗氧化能力最低的品种（Monastir、Khiar、Salim、Saragolla）；簇3则聚集了酚类含量高、抗氧化能力强的品种，即三个地方品种（Biskri、Chili、Jenah Khotifa）和一个现代品种（Dhahbi）。

讨论与结论总结

讨论部分指出，有机种植下游离酚的适度减少可能与氮素有效性降低或苯丙烷代谢途径的差异调控有关。结合态酚类是小麦籽粒中主要的酚类库，其在有机胁迫下可能激活了与细胞壁的结合机制。有机种植通过增加生理胁迫，促进了防御性次生代谢物的生物合成。阿魏酸是主要的酚酸，其在有机条件下积累更多，并促进了二阿魏酸交联的形成。地方品种在酚类积累上的优势归因于其未经过以最大产量为目标的选育，因而保留了更高的代谢能力。基因型与环境的互作效应甚至可能超过单一因素的影响。FRAP结果表明，结合态酚类是抗氧化活性的主要贡献者，有机种植通过诱导适度的氧化胁迫促进了酚类代谢物的生物合成。

结论：本研究发现突尼斯硬粒小麦基因型间存在显著变异，证实了其遗传多样性的丰富度。总体而言，有机种植导致更高的总酚含量和增强的抗氧化能力，表明有机条件促进了有益次生代谢物的积累。UHPLC-MSⁿ分析鉴定了八种酚酸，其中大部分以结合态存在。在测试品种中，特定地方品种（特别是Chili、Biskri和Jenah Khotifa）在有机种植下以其高酚类含量和强抗氧化潜力脱颖而出，成为专注于营养和功能品质的育种计划的宝贵资源。主成分分析和聚类分析进一步确认了基因型分化主要由酚类组成驱动，并指出了优先候选品种。这些发现强调了本地突尼斯硬粒小麦品种的农艺和营养价值，并支持将有机种植纳入可持续生产战略。由于本研究仅在一个生长季进行，未来需要在多年多点环境下验证这些响应的稳定性。