单色光对小麦草营养成分的影响

李国强，苗洪利*，刘洪庆，王小娟

(1.中国海洋大学信息科学与工程学院， 山东 青岛 266100； 2.青岛农业大学生命科学院， 山东 青岛 266109)

单色光对小麦草营养成分的影响

李国强1，苗洪利1*，刘洪庆2，王小娟1

(1.中国海洋大学信息科学与工程学院， 山东 青岛 266100； 2.青岛农业大学生命科学院， 山东 青岛 266109)

摘要：以小麦草为研究对象，通过LED光照实验，探究不同光质对小麦草营养品质指标(叶绿素含量，可溶性蛋白含量，可溶性糖含量，超氧化物歧化酶(SOD)活性，总酸度，脯氨酸含量)的影响。采用与小麦草光合作用吸收光谱吻合的大功率红、蓝LED灯，红光峰值波长为655 nm，蓝光峰值波长为438 nm，带宽均为30 nm左右，对小麦萌发后幼苗进行为期10天的实验室光照培养箱培养，与日光培养对照，然后测定营养品质指标。除光质为变量外，保持其余生长环境一致，实验结果表明: 红光有利于提高小麦草叶绿素含量、可溶性糖含量和SOD活性；蓝光有利于提高可溶性蛋白含量、总酸度含量和脯氨酸含量。通过红光和蓝光照射，有利于改善小麦草的营养品质。

关键词：LED； 红光； 蓝光； 小麦草； 营养品质

0引言

小麦的幼苗-小麦草，比小麦麦粒更富有营养。小麦草嫩叶富含蛋白质、天然维生素、矿物质及人体所需的全部十八种氨基酸等成分，具有减肥、降脂、抗氧化的功能，是一种全营养食疗佳品[1]。小麦嫩叶中含有超氧化物歧化酶(SOD),具有防止细胞老化、抑制癌细胞的功能[2]。而富含的天然叶绿素中的锰离子可消除低钾血症和低钠血症[3]。长期食用可改善人体体质，可使酸性体质转变为碱性体质，预防疾病发生[4]。

已有研究表明，红光、蓝光不仅可以有效促进植物的生长，在植物的生物品质方面也有显著地影响。红光可以有效提高萝卜芽苗、番茄、辣椒、黄瓜等蔬菜可溶性糖、叶绿素的含量，有利于碳水化合物的形成[5-7]，蓝光有利于提高蛋白质和维生素C的形成[9-10]。红蓝光均可以提高番茄幼苗的抗氧化酶(包括SOD)的活性[8]。

本课题组在单色光对小麦草生长速率的影响研究结果已公开发表，本文通过红、蓝大功率LED对小麦草光照培养实验，从对人类的营养角度出发，探究不同单色光对小麦草与营养品质相关的特征指标如叶绿素含量，可溶性蛋白含量，可溶性糖含量，SOD活性，总酸度，脯氨酸含量的影响，从而为实际生产提供理论依据。

1材料及方法

1.1材料

将经过清洗、浸泡、暗光催芽等过程后的小麦草芽分为数量相等的三部分，分别置于A、B两个培养箱和室内日光中进行培养，培养10天后对其幼苗进行有关指标的测定。

1.2培养方法

选择红、蓝LED光源，红光峰值波长为655 nm，蓝光峰值波长为438 nm，带宽均为30 nm左右。LED光源发射谱与植物光合作用吸收谱基本吻合。红蓝LED串并混联组合成两块面光源，安装在培养箱内部两侧。采用可调输出电流的恒流电源供电，可实现红蓝光及其光强的选择；利用定时器实现光照周期的调节。

为保证实验结果的可靠性，采用两个避光的培养箱A和B。两箱有相同的温度和湿度调节设备，自动定时喷水，并在水中调节适量的营养液。采用通风口换气，以确保培养箱内有充足的二氧化碳。

两箱均设定温度为25 ℃，培养箱A设置蓝光，培养箱B设置红光，使用PR650光谱光度计测定不同单色光的光量子通量密度值，该值是光合作用光强通用的单位。两箱的光照强度均为500 μmol·m-2·S-1，在室内选择平均光强约为500 的太阳直射平台作为对照，光周期均设定为12 h/d。

1.3营养指标及其测定方法

1.3.1叶绿素(Chlorophyll)

叶绿素与光合作用密切相关，对植物的生长起着至关重要的作用。叶绿素中含有丰富的微量元素、维生素和无机盐，具有很高的营养价值。在酶的制造及维持其活性上有重要作用。由于叶绿素中富含微量元素铁，是天然的造血原料。

叶绿素含量测定采用浸提法，取试样避光浸泡在丙酮、乙醇和水的混合液(4.5∶4.5∶1)中，等到叶片褪色，在663 nm和645 nm下比色并计算而得。

1.3.2可溶性蛋白(Soluble Protein)

蛋白质是一切生命的物质基础，以小分子状态溶于水或其他溶剂时称之可溶性蛋白。人体摄取蛋白的途径有动物蛋白和植物蛋白，植物蛋白不含胆固醇和饱和脂肪酸而具独特优势。

可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝法进行测定。取叶片试样研磨离心，取定量上清液于试管中，加入考马斯亮蓝比色并计算而得。

1.3.3可溶性糖(Soluble Sugar)

可溶性糖包括葡萄糖、果糖、麦芽糖和蔗糖。它们在植物体内充当能量的储存、转移的介质。糖是人体三大主要营养素之一，是人体热能的主要来源。糖供给人体的热能约占人体所需总热能的60～70%。此外，糖还是构成组织和保护肝脏功能的重要物质。

可溶性糖含量采用蒽酮法测定。制作标准曲线后，称取不同的小麦叶片，研磨后于试管中煮沸，冷却后定容离心，取定量上清液于试管中，加入定量水、蒽酮试剂以及浓硫酸，煮沸后待冷却后进行比色，记录光密度值，查标准曲线得知可溶性糖的含量。

1.3.4总酸度(Total Acidity)

总酸度又称可滴定酸度，是指食品中所有酸性物质的总量，包括游离酸、结合酸和来自食物或细菌代谢的有机酸。有机酸包括苹果酸、乳酸、酒石酸、柠檬酸、草酸、琥珀酸等，具有抗菌消炎、收敛止泻、消食健脾、抑制结石等多种医药功能，有机酸组分不仅是其植物品质和特殊风味的重要组成因子，它可能还和其它活性物质一起共同产生了以上医疗保健作用。

总酸度的测定采用滴定法测定。取叶片试样剪碎后75～80 ℃水浴半小时，定容50 mL。过滤出上清液，准确吸取25 mL加入锥形瓶，加酚酞指示剂，用NaOH标准液滴定。

1.3.5超氧化物歧化酶(SuperOxide Dismutase,SOD)

超氧化物歧化酶(SOD)是一种源于生命体的活性物质，能消除生物体在新陈代谢过程中产生的有害的自由基。具有防止细胞老化、抑制癌细胞的功能，是护肤、美容化妆品和保健中必不可少的重要原料。

超氧化物歧化酶活性测定方法如下：取叶片试样，用预冷的研钵和磷酸缓冲液研磨，4 ℃离心上清液为SOD粗酶提取液。每个样品取试管四只，两只为测定，两只为对照，其中一个为黑暗对照，加缓冲液代替酶液，其余试剂均一致，混匀照光后560 nm下进行比色。计算SOD的活性。

1.3.6脯氨酸(Proline)

脯氨酸是植物蛋白质的组分之一，并可以游离状态广泛存在于植物体中。在干旱、盐渍等胁迫条件下，许多植物体内脯氨酸大量积累。积累的脯氨酸除了作为植物细胞质内渗透调节物质外，还在稳定生物大分子结构、降低细胞酸性、解除氨毒以及作为能量库调节细胞氧化还原势等方面起重要作用。对人而言在治疗高血压方面有显著作用。

脯氨酸含量的测定方法如下：取叶片试样剪碎放入试管，加入磺基水杨酸溶液，沸水浴30 min。于另一套试管中加入对应提取液，并加入酸性茚三酮，冰醋酸，沸水浴后萃取比色。根据标准曲线测定液中脯氨酸的质量，计算样品中脯氨酸含量的百分数。

2结果

红光(R)、蓝光(B)及日光(CK)分别培养两批小麦草，每批三种小麦草分别取样本5份(即5个重复测试)，日光作为对照组。按照上述检测方法测得数据如表1。

表1不同光质下小麦草成分含量

Tab.1 Wheat grass ingredients under different light quality

项目(project)红光(R)蓝光(B)日光(CK)叶绿素含量(mg/g)Chlorophyllcontent1.69±0.06a1.39±0.14b1.43±0.06b可溶性糖含量(g/100g鲜重)SolubleSugarcontent0.68±0.12a0.40±0.07b0.74±0.08aSOD活性(含量)(U/g鲜重)SODactivity142.46±13.96a113.06±14.39b79.48±8.60c可溶性蛋白质含量(μg/g)Solubleproteincontent187.43±6.96c476.53±24.08a246.15±25.13b总酸度(%)Totalaciditycontent0.28±0.02c0.32±0.03b0.43±0.07a脯氨酸含量(μg/g)ProlineContent42.80±8.85c115.62±8.34a72.42±7.69b

对三个不同处理的样品平均值分别进行差异显著性t检验，显著性水平P<0.05,即置信度为95%。用小写字母a、b、c…标记，见表1。相同字母标记的差异不显著，从标记结果看，绝大多数测试结果处于显著差异。从标准差值可看出，其值较小且同项目、不同处理下的值接近一致，说明多次测量的重复性较好、测试的精度较高。

3分析与讨论

3.1红光对小麦草成分的显著影响

叶绿素含量、可溶性糖含量和SOD活性的平均值直方图及差异显著性见图1、图2、图3所示。

图1　不同光质小麦草叶绿素含量Fig.1　Different light quality wheat grass chlorophyll content

图2　不同光质小麦草可溶性糖含量Fig.2　Different light quality wheatgrass soluble sugar content

图3　不同光质小麦草SOD活性Fig.3　Different light quality wheat grass SOD activity

图1可见，红光下小麦草叶绿素含量显著高于蓝光和日光，而蓝光与日光差异并不显著，红光叶绿素含量高于日光对照18.2%，说明红光更有利于叶绿素的形成。尽管太阳光中也含有丰富的红光，但在总光强基本一致的情况下，LED单色红光要比日光中的相应红光部分要强。

图2可见，可溶性糖含量红光和蓝光均不及对照日光，说明可溶性糖还与其他光质有关。但红光却显著高于蓝光70%。说明红光更有利于可溶性糖含量的增加。这与侯红英(2006)[5]、张欢(2009)[6]、陈文昊(2011)[7]等人在萝卜苗、番茄、辣椒、黄瓜等农作物上的结论相似。

从图3可以看出，SOD活性在三种不同的光质下存在显著差异，红光和蓝光均高于日光，红光高出79.2%；蓝光高出42.3%。同样说明，红光更有利于SOD活性的增强。蒲高斌(2005)[8]在番茄幼苗光照实验中也有相同的结论。

3.2蓝光对小麦草成分的显著影响

可溶性蛋白含量、总酸度含量和脯氨酸含量的平均值直方图及差异显著性见图4、图5、图6所示。

由图4可见，可溶性蛋白质含量在三个实验对照中出现显著差异，蓝光尤为突出，显著高出日光对照93.6%，高出红光154%。崔瑾(2009)[9]、唐大为(2011)[10]在黄瓜、辣椒和番茄幼苗的光照实验中也有类似的结论。

从图5可以看出，蓝光和红光对总酸度的影响均不及对照日光，说明总酸度可能还受其它光质的影响，有待于研究。但蓝光显著高于红光14.3%。

从图6可见，脯氨酸含量蓝光显著高于日光对照60%，显著高出红光170%。

图4　不同光质小麦草可溶性蛋白含量Fig.4　Different light quality soluble protein content of wheat grass

图5　不同光质小麦草总酸度含量Fig.5　Different light quality wheatgrass total acidity content grass

图6　不同光质小麦草脯氨酸含量Fig.6　Different light quality wheat Proline Content

4结论

从小麦草的红蓝光及日光的对照培养实验结果可以看出，光质对其营养成分有不同的显著影响。红光有利于提高小麦草叶绿素含量、可溶性糖含量和SOD活性，而且对于小麦草的叶绿素和SOD的含量具有显著增加； 蓝光有利于提高可溶性蛋白含量、总酸度含量和脯氨酸含量，对小麦草的可溶性蛋白含量和脯氨酸含量提高幅度尤为显著。因此，可以通过调控红光与蓝光比值，甚至单独采用红光或蓝光照射，提高所需的营养组分。

虽然实验是在小麦草的培育中完成并得到相应结论，但作为同样高等植物的蔬菜，应具有基本一致的光照影响结果。因此，可以开发现代化LED家庭蔬菜培养箱，根据不同的营养品质和口味的需求，采用不同光质的LED光源补光，能够有效提高蔬菜生长速率及改善营养品质。

本文只对红光和蓝光影响小麦草的若干生物品质含量进行了初步实验研究，其作用机理有待从植物生理学角度进行解释。另外，对所列检测项目是否还受其它光质及光强、光照周期的影响均有待深入研究。

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Monochromatic Light Effects on the Nutritional Content of Wheat Grass

LIGuoqiang1，MIAOHongli*1，LIUHongqing2，WangXiaojuan1

(1.Information Science and Engineering Ocean University of China, Qingdao 266100, Shandong, China;2.Life Sciences Qingdao Agricultural University, Qingdao 266100, Shandong, China)

Abstract：The purpose of this paper is through the LED illumination experiment taking the wheat straw as the research object, to explore the effects of different light quality on the nutrition quality indicators of wheat grass which are chlorophyll content, soluble protein content, soluble sugar content, SOD activity, total acidity and proline.We used high-power red, blue LED lights which consistents wheat grass photosynthesis absorption spectrum. Red peak wavelength is 655 nm, the blue peak wavelength is 438 nm, Bandwidth are about 30 nm. After germination of wheat seedlings for a 10-day laboratory light incubation, contrast with sunlight culture, then determine nutritional quality indicators. regarded light quality as a variable, the rest of the growing environment are the same. The results show that red help improve wheat grass chlorophyll content, soluble sugar content and SOD activity; blue will help improve the soluble protein content, total acidity and proline content. By red and blue light, it helps to improve the nutritional quality of wheat grass.

Key words：LED； red light; blue light; wheat grass; nutritional quality

文章编号：1007-7146(2015)06-0556-06

文献标志码：A

中图分类号：Q682

*通讯作者：苗洪利(1964-)，男，山东青岛人，教授，主要从事光谱技术的研究。(电话)0532-66781134;(电子邮箱)oumhl@ouc.edu.cn

作者简介：李国强(1990-)，男，汉族，内蒙古呼和浩特市人，硕士研究生，光学工程专业。(电话)15610556051；(电子邮箱) ligq1990@qq.com

基金项目：青岛市科技局攻关项目(12-4-1-2-GX)

收稿日期：2015-05-06;修回日期:2015-10-09

doi:10.3969/j.issn.1007-7146.2015.06.012