黑米被认为是稻米中的珍品, 黑米有滋阴补肾、补中益气、活血化淤等功效。黑米具有的很多生理功能都与其所含的花色苷类色素有关。黑米花色苷 (anthocyanin) 属于黄酮多酚类化合物, 是由花青素 (anthocyanidin) 与各种糖以糖苷键结合形成的糖苷[1], 黑米花色苷中含量最多的是花青素-3-葡萄糖苷[2]。研究发现黑米成熟过程中会在种皮内积聚形成大量花色苷, 从而使其糙米呈现出棕红色、紫红色、紫黑色乃至黑色等颜色。花色苷是植物重要的次级代谢产物之一, 在植物组织中, 花色苷作为吸收紫外线的色素对植物体起着保护作用, 当植物遭遇低温、干旱等环境胁迫时, 植物体内会迅速积累花色苷帮助植物体抵御逆境[3]。
由于食品加工业中常用的人工合成色素的安全性越来越多地受到人们的关注, 以及黑米花色苷色素的工业化生产和应用的实现, 使食品工业对黑米花色苷的需求量日益增加。目前对水稻的环境胁迫研究较多, 但对黒稻的研究较少。试验以干旱胁迫处理黒稻, 探讨其干旱程度对黒稻的产量和花青素-3-葡萄糖苷含量的影响, 以期为提高黒稻中花色苷产量提供理论依据。
供试品种选自吉林新星天然植物开发有限责任公司提供的优质品种“龙井一号”黑稻。本试验于吉林农业科技学院植物科学学院实验基地进行。
采用盆栽实验, 土壤为水稻土, 所用塑料盆直径大小为30 cm, 高40 cm, 于2010年8月上旬进行移栽, 挑选生长一致的秧苗每盆3棵苗。2010年8月25日开始水分胁迫处理。设对照CK (土壤相对持水量100%) 、轻度胁迫A1 (最大持水量的30%) 、中度胁迫A2 (最大持水量的60%) 3个处理。水分胁迫处理前, 将全部试验材料浇水至盆土水分饱和。以后对照植株保持每天浇水至土壤水分饱和, 每天定时取土测定处理植株盆土含水量, 使处理植株盆土含水量分别达到相对应的水分含量。整个试验过程取样8次, 每隔5天取样1次, 取样后立即放入冰盒, 带回实验室, 用于花青素-3葡萄糖苷测定的黒稻于-80℃保存备用, 成熟时测定千粒重及产量。
土壤含水量:按5点取样法取土, 105℃烘干24 h, 土壤含水量= (土壤鲜重-土壤干重) /干土重×100%[4]。
采用高效液相色谱法[5]:吸取黑米提取物的制备液1 mL定容至10 mL, 取10μL上样。标准曲线的绘制:将花青素-3-葡萄糖苷标准品10 mg溶于10 mL1%的盐酸甲醇溶液, 即为1 mg/mL的标准液。从标准液中吸取一定量, 用1%盐酸甲醇稀释成0.1、0.2、0.5、0.7、1.0 mg/mL标准品待测液, 取10μL上样, 以花青素-3-葡萄糖苷浓度为横坐标, 峰面积为纵坐标进行线性回归分析, 绘制标准品的标准曲线:Y=1.864960×10-5×-0.329793, r=0.9999。
A1:土壤相对含水量30%;A2:土壤相对含水量60%;CK:对照土壤相对含水量100%。
色谱条件:OD SC 18柱 (4.6 mm×250mm, 5μm) ;流动相:4%磷酸∶乙腈 (8.8∶1.2, V∶V, pH=2) , 0.45μm滤膜抽滤, 等梯度洗脱, 流速0.8 mL/min;柱温30℃;检测波长520 nm。
折合成公顷产量计算。
由表1可以看出各种控水处理均引起黒稻产量的降低, 干旱程度越严重, 降低幅度越大。土壤相对含水量60% (A1) 和土壤相对含水量30% (A2) 在控水结束后产量分别比对照降低了0.9%和3.1%。
黑米种皮中主要含有花青素-3-葡萄糖苷和芍药素-3-葡萄糖苷两种花色苷单体, 且花青素-3-葡萄糖苷含量最高[6]。由图2可知, 在整个试验过程中花青素-3-葡萄糖苷含量的变化均呈上升趋势, 且两个干旱处理的黒稻中花青素-3-葡萄糖苷含量均高于CK。
(1) 灌浆是禾谷类作物生长的重要时段, 其持续时间和灌浆速率决定了最终的籽粒重量是产量的重要构成因子之一[7]。干旱是影响水稻产量和品质的主要环境因子, 水稻灌浆期的干旱胁迫能使籽粒产量下降[8]。下降的程度取决于胁迫的轻重和持续时间, 试验结果表明两种程度的干旱胁迫下产量都比对照组低。
(2) 黑米花色苷中含量最多的是花青素-3-葡萄糖苷, 花色苷的合成是内因和外因共同作用的结果, 基因编码的酶决定了花色苷合成的种类, 而环境因子不仅能影响花色苷生物合成的速率, 而且可以对其积累量和稳定性产生作用[9]。黑米进入着色期, 花色苷开始大量积累, 给黑米一个干旱的逆境生长环境, 使黒稻中抗逆因子之一的花色苷增多来抵御缺水的逆境, 干旱处理下花色苷含量均高于对照。因此, 创造适度干旱的土壤环境, 可提高黒稻中花色苷的含量。花色苷抗逆的机制目前还不十分清晰, 因此干旱胁迫对增加黒稻中花色苷含量的机制还有待进一步研究。
摘要：以“龙井一号”黒稻为试验材料, 研究了不同程度干旱胁迫对黒稻产量及花青素-3-葡萄糖苷的影响。结果表明, 随着干旱胁迫程度的增加, 千粒重和实际产量呈下降趋势, 黒米中花青素-3-葡萄糖苷的含量随着干旱胁迫程度的增加而增加。
关键词：干旱胁迫,黒稻,花青素-3-葡萄糖苷
[1] 王艳龙, 石绍福, 韩豪, 等.中国黑米花色苷研究现状及展望[J], 中国生化药物杂志, 2010, 31 (1) :63-66.
[2] 张芳轩, 张名位, 张瑞芬, 等.黑米种皮中花色苷组成及含量的HPLC分析[J].中国粮油学报, 2010, 25 (12) :122-125.
[3] 胡可, 韩科厅, 戴思兰.环境因子调控植物花青素苷合成及呈色的机理[J].植物学报, 2010, 45 (3) :307-317.
[4] 许丽颖, 赫玉苹, 王刚, 等.水分胁迫对紫叶李叶片色素含量与PAL活性的影响[J].吉林农业大学学报, 2007, 29 (2) :1 6 8 2-1 7 2.
[5] 薛晓丽.HPLC法测定黑米中花青素的主要成分及含量[J].安徽农业科学, 2009, 37 (11) :4854-4855.
[6] 孔令瑶, 汪云, 曹玉华, 等.黑米色素的组成与结构分析[J].食品与生物技术学报, 2008, 27 (2) :25-29.
[7] 王成瑷, 王伯伦, 张文香, 等.干旱胁迫时期对水稻产量及产量性状的影响[J].农艺科学, 2008, 24 (2) :160-166.
[8] 梁满中, 谭周镃, 陈良碧, 等.干旱胁迫对水稻水分利用效率的影响[J].生命科学研究, 2000, 4 (4) :351-353.
[9] 黄鸿曼, 袁利兵, 彭志红, 等.花青素的生物合成与环境调控研究进展[J].湖北农业科学, 2011, 13:118-120.
