不同灌水模式对小麦籽粒抗氧化物含量和产量的影响

王 强,刘卫星,岳鹏莉,李莎莎,卫琼茹,郑沙沙,褚莹莹,王晨阳,2

(1.河南农业大学农学院，河南郑州 450002; 2.国家小麦工程技术研究中心，河南郑州 450002)



不同灌水模式对小麦籽粒抗氧化物含量和产量的影响

王 强1,刘卫星1,岳鹏莉1,李莎莎1,卫琼茹1,郑沙沙1,褚莹莹1,王晨阳1,2

(1.河南农业大学农学院，河南郑州 450002; 2.国家小麦工程技术研究中心，河南郑州 450002)

为明确灌水对小麦产量和营养品质的调控效应，在池栽条件下，以河南主推品种矮抗58为材料，研究了不同灌水模式对籽粒中抗氧化物含量、积累量和籽粒产量的影响。结果表明，小麦生育期间灌水可提高籽粒中抗氧化物含量和积累量，其中类胡萝卜素、类黄酮含量和抗氧化活性均以灌拔节水1水处理最高；类黄酮和类胡萝卜素积累量则以灌拔节水+孕穗水+灌浆水3水处理最高。灌水显著提高了小麦产量，较不灌水处理平均提高37.5%(2012-2013年)和37.2%(2013-2014年)，差异达显著水平。相关分析表明，籽粒类胡萝卜素和类黄酮含量与土壤的硝态氮含量呈显著正相关，而与土壤含水量相关不显著，表明较高土壤氮素含量有助于提高小麦籽粒中类胡萝卜素、类黄酮含量，促进抗氧化物积累。

灌水模式；小麦；抗氧化物；产量

小麦是我国主要粮食作物，不仅提供淀粉、蛋白质等物质，同时小麦籽粒中存在许多抗氧化活性物质,如类黄酮、类胡萝卜素、木酚素等[1-2]。食用全粒谷物或相关产品对降低癌症等慢性疾病的发病率具有很好的效果，主要是因为全粒谷物中类胡卜素具有抗氧化作用[3-4]。Adom等[5]报道，类黄酮具有潜在的抗氧化和抗癌能力。

植物中的类黄酮、类胡萝卜素等抗氧化物受基因和栽培措施等因素的影响。有研究表明，玉米籽粒的类胡萝卜素含量和抗氧化活性高于小麦[4,6]；硬粒小麦籽粒的类胡萝卜素含量比普通小麦多五倍以上，更具有营养和保健功能[7-8]；黑色小麦比紫红色小麦的类胡萝卜素含量高，并有更强的抗氧化能力[9-10]；施氮和灌水可以增加小麦籽粒的类黄酮含量及抗氧化能力[11]；而水分胁迫会降低玉米籽粒的类胡萝卜素含量和抗氧化能力[12]；水分对辣椒的类黄酮含量有显著影响[13]；低温处理有利于植物类黄酮的积累[14]；遮阴处理可以降低银杏叶中类黄酮含量[15]。

水分调控是小麦栽培过程中的重要农艺措施，对小麦的产量及品质有较大影响。但关于水分运筹对小麦籽粒中抗氧化物效应的研究较少。本试验以不同灌水模式对小麦籽粒中抗氧化物含量及其抗氧化活性的影响为研究目标，旨在为小麦优质栽培管理措施的制定提供理论依据。

1　材料与方法

1.1试验材料与设计

试验于2012-2014年间在河南农业大学网室内池栽进行，供试小麦品种为矮抗58。池子规格1 m×1.5 m，池深2 m(下不封底)。供试土壤为潮土，于2008年用河南农业大学科教园区试验田原状土分层回填而成。播种前土壤0～30 cm土壤有机质含量为7.6 g·kg-1，全氮0.65 g·kg-1，碱解氮32.7 mg·kg-1，速效磷40.5 mg·kg-1，速效钾154.16 mg·kg-1，pH 7.83。

试验设4个水分处理：小麦全生育期不灌水(W0)、灌1水(拔节水，W1)、灌2水(拔节水+孕穗水，W2)和灌3水(拔节水+孕穗水+灌浆水，W3)，每次灌水量用水表计算，定额45 mm。试验采用随机排列，重复3次。1 hm2施纯氮300 kg、磷肥(P2O5)150 kg和钾肥(K2O)120 kg，氮肥按5∶5比例分播前和拔节期两次施入，磷、钾肥在播前一次性施入。分别于2012年10月17日和2013年10月20日播种，2013年5月27日和2014年5月30日收获。

1.2气象条件

2012-2013年度和2013-2014年度小麦生育期间降雨量分别是204.5和222.6 mm；3-5月份的降雨量分别为152.3和110.8 mm；12月-2月的平均最低气温分别为-4.7 ℃和2 ℃。

1.3测定项目和方法

在小麦成熟期收获籽粒，磨全麦粉于4 ℃贮藏备用。

1.3.1类黄酮含量测定

准确称取1 g全麦粉，加入10 mL含1%盐酸的甲醇，24 ℃在摇床提取24 h，5 000 r·min-1离心10 min，上清液即提取液，避光冷藏。

参照Jia等[16]的方法并适当改进，取上述提取液0.5 mL于试管中，加入2 mL蒸馏水，8% NaNO2溶液0.2 mL，混匀静置反应10 min；加10% Al(NO3)3溶液0.15 mL，混匀静置7 min；加1 mol·L-1NaOH溶液1 mL，静置20 min；5 000 r·min-1离心10 min，取上清液于波长510 nm处测定吸光值，试剂空白作为对照，以芦丁作为标品绘制标准曲线，重复3次。

1.3.2类胡萝卜素含量测定

参照汪 帆等[17]的方法并适当改进，称取全麦粉4.00 g，置于40 mL带盖离心管中，加入饱和正丁醇8 mL，振荡2 min；静置2 h，室温下5 000 r·min-1离心15 min；用滤纸过滤，取上清液，测定440 nm处吸光值。

1.3.3抗氧化活性测定

取140 mmol·L-1的过硫酸钾溶液88 μL加入10 mL离心管，加入7 mmol·L-1的ABTS溶液5 mL混合，室温暗反应24 h；用无水乙醇调节溶液吸光度为0.700±0.001。

参照Miller等[18]的方法，吸取1.3.1中的提取液0.1 mL到10 mL离心管，加入3.9 mL上述吸光度为0.700的溶液，混匀后室温避光放置5 min；测定734 nm波长下的吸光值。用Trolox作为标品绘制标准曲线，重复3次。

1.3.4土壤含水量和硝态氮含量测定

在小麦灌浆期，分别取各小区0～60 cm土层土样，每20 cm作为一个土层,置于冰箱中保存。土样放于铝盒中，105 ℃连续烘12 h至恒重，计算含水量。取土样10 g，用2 mol·L-1的氯化钾溶液50 mL浸提鲜土,振荡1 h后用滤纸过滤,使用分光光度计测定 220 nm和275 nm的吸光值，计算硝态氮含量。

1.3.5产量测定

成熟期每小区选取10株代表性小麦进行考种，测定有效穗数、穗粒数和千粒重等，收获全部小区(1.5 m2)脱粒计产。

1.4统计分析

用Microsoft Excel进行各指标数据的统计，用SPSS 17.0软件进行方差分析，用Duncan法检验差异显著性。

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

从表1可以看出，年份和灌水处理对小麦籽粒类胡萝卜素、类黄酮含量及抗氧化活性的影响均达到极显著水平；同时，籽粒的类胡萝卜素和类黄酮含量存在年份×灌水互作效应。

2.2不同灌水模式对小麦籽粒抗氧化物含量及抗氧化活性的影响

由表2可知，小麦籽粒的类黄酮、类胡萝卜素含量及抗氧化活性均以W1处理最大，与不灌水处理(W0)相比，上述指标在2012-2013年度分别增加0.028 μg·g-1、0.211 μg·g-1和3.369 μmol·g-1；2013-2014年度分别增加0.052 μg·g-1、0.445 μg·g-1和3.886 μmol·g-1，差异显著。

表1　小麦籽粒抗氧化物含量和抗氧化活性的方差分析

*和**分别表示在0.05和0.01水平相关显著。表5同。

* and ** indicate significance correlation at 0.05 and 0.01 levels,respectively. The same as in table 5.

2.3不同灌水模式对小麦籽粒产量及其构成因素的影响

灌水可提高小麦生物产量和籽粒产量(表3)。与对照相比，灌水处理(各灌水处理平均)的生物产量和籽粒产量分别增加10.7%、37.5%(2012-2013)和15.7%、37.2%(2013-2014)。2012-2013年度以W3处理籽粒产量最高，较W0处理增加40.8%；其中有效穗数、穗粒数和千粒重分别增加46.8%、28.2%和9.6%。2013-2014年度以W2处理籽粒产量最高，较W0处理增加41.8%；其中有效穗数、穗粒数和千粒重分别增加12.3%、32.5%和0.9%。可以看出，2012-2013年度灌水增产主要是有效穗数和穗粒数的增加，而2013-2014年度则是穗粒数增加，这与不同年份降雨等气象条件有关。

表2　不同灌水模式对小麦籽粒抗氧化物含量及抗氧化活性的影响

同列同年份数据后不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。

Different small letters following data in the same column and year mean significant difference at 0.05 level among treatments.The same as in table 3 and 4.

表3　不同灌水模式对小麦籽粒产量和产量构成因素的影响

表4　不同灌水模式对小麦籽粒

2.4不同灌水模式对小麦籽粒抗氧化物积累量的影响

由表4可知，小麦籽粒类黄酮和类胡萝卜素积累量均以W3处理最高，以W0处理最低，两年结果一致。W3籽粒类黄酮和类胡萝卜素积累量较W0增加43.2%、43.4%(2012-2013)和44.3%、44.6%(2013-2014)，差异显著。

2.5小麦籽粒抗氧化物与灌浆期土壤硝态氮及水分含量的相关性

由表5可知，小麦籽粒类黄酮含量与0～20 cm和40～60 cm土层硝态氮含量呈显著正相关；类胡萝卜素含量与0～20 cm和20～40 cm土层硝态氮含量呈显著或极显著正相关。表明较高的土壤硝态氮含量有利于小麦抗氧化物含量的提高。而土壤含水量与抗氧化物含量相关性不显著。

表5　灌浆期小麦籽粒抗氧化物含量及抗氧化活性与土壤硝态氮及水分含量的相关系数

3　讨 论

谷物籽粒中不仅含有丰富的碳水化合物、蛋白质和矿物质，同时也含有丰富的类黄酮、类胡萝卜素、葡聚糖、木质素、酚类化合物等抗氧化物。提高小麦籽粒中抗氧化物的含量是改善人类膳食营养成分的一个方面。有关灌溉对植物类黄酮和类胡罗卜素含量影响的结论并不一致，蔡 娜等[19]的研究表明，水分胁迫可以增加荞麦籽粒中的类黄酮含量；Zhang等[20]和Khosh等[21]认为干旱胁迫会破坏植物抗氧化系统，从而降低类黄酮的合成；也有研究认为灌溉对葡萄的类胡萝卜含量和酸枣(Ziziphusjujuba)的类黄酮含量没有显著影响[22-23]；贾芳芳等[24]认为随着灌水量的增加，烟草中类胡萝卜素含量先增加后降低。在本研究中，灌溉增加了小麦籽粒的类黄酮和类胡萝卜素含量，这与Ma等[25]的研究结果一致。这可能是因为适宜的灌水量可促进植物对氮素的吸收，并平衡了土壤养分[26]，促进植物体中苯丙氨酸的合成，利于类黄酮及类胡萝卜素合成[11,27-28]。尽管如此，本试验发现土壤含水量与抗氧化物含量无显著的相关性。

相关研究认为高氮会抑制水稻类黄酮等抗氧化物的积累[29]。而在本研究中，土壤中的氮素与小麦的类黄酮和类胡萝卜素含量显著相关。这与前人对小麦[11]和枸杞[30]的研究一致。这可能是因为氮素可提高植物蛋白质的合成，进而为苯丙氨酸合成提供充足的前体物质，同时促进植物根系生长和代谢[28,31]，有利于类黄酮及类胡萝卜素合成。

有研究认为小麦的产量和水分利用效率以灌拔节+开花水最高，继续增加灌水，产量和水分利用效率降低，而且灌水对产量的影响与降雨分布有关[32-33]。在本试验期间，2012-2013年度小麦产量随灌水次数的增加而增加，以W3处理(灌拔节水+孕穗水+灌浆水)的产量最高；而2013-2014年度小麦产量则以W2处理(灌拔节水+孕穗水)产量最高。这主要是由于2012-2013年度小麦生育发育关键的中后期降雨量相对较少的缘故。该年度小麦拔节-开花期(3月10日-4月15日)降雨量仅为13.1 mm，占全生育期降雨量的6.4%，而5月下旬降雨量高达100.6 mm，因此表现出该年度灌水的增产效应明显。在2013-2014年度，小麦拔节至开花期(3月8日-4月13日)降雨量为50 mm，占全生育期总降雨量的23.3%，基本满足小麦对水分的需求，因此表现出灌3水未能明显提高小麦产量。综合两年的试验结果表明，河南生态条件下小麦以灌2水(拔节水+孕穗水)或3水(拔节水+孕穗水+灌浆水)有利于提高产量和促进抗氧化物的积累。

[1]张桂芝,耿 莎,杨海燕,等.植物抗氧化成分的研究进展[J].食品科学,2007,28(12):551-553.

ZHANG G Z,GENG S,YANG H Y,etal.Research progress on antioxidantive components of plants [J].FoodScience,2007,28(12):551-553.

[2]ZHOU K K,LAUX J J,YU L L.Comparison of Swiss red wheat grain and fractions for their antioxidant properties [J].JournalofAgriculturalandFoodChemistry,2004,52(5):1118-1123.

[3]MILLER H H,RIGELHOF F F,MARQUART L L,etal.Antioxidant content of whole grain breakfast cereals,fruits and vegetables [J].JournaloftheAmericanCollegeofNutrition,2000,19(3):312S-319S.

[4]谭 斌,谭洪卓,刘 明,等.粮食(全谷物)的营养与健康[J].中国粮油学报,2010,25(4):100-107.

TAN B,TAN H Z,LIU M,etal.Nutrition and health of food(whole grain) [J].JournaloftheChineseCerealsandOilsAssociation,2010,25(4):100-107.

[5]ADOM K K,LIU R H.Antioxidant activity of grains [J].JournalofAgricultural&FoodChemistry,2002,50(21):6182-6187.

[6]JACOBS D D,ANDERSEN L L,BLOMHOFF R R.Whole-grain consumption is associated with a reduced risk of noncardiovascular,noncancer death attributed to inflammatory diseases in the Iowa women’s health study [J].TheAmericanJournalofClinicalNutrition,2007,85(6):1606-1614.

[7]ADOM K K,SORRELLS M M,LIU R R.Phytochemicals and antioxidant activity of milled fractions of different wheat varieties [J].JournalofAgriculturalandFoodChemistry,2005,53(6):2297-2306.

[8]LIU R H.Whole grain phytochemicals and health [J].JournalofCerealScience,2007,46:207-219.

[9]宋 伟,孙兰珍,类承斌,等.有色小麦籽粒发育过程中籽粒色素含量动态变化[J].麦类作物学报,2004,24(2):103-105.

SONG W,SUN L Z,LEI C B,etal.Dynamic changes of seed pigment content of color wheat at different seed development stage [J].JournalofTriticeaeCrops,2004,24(2):103-105.

[10]周桂娟,王 坤,刘佳明,等.彩色小麦色素的光谱及抗氧化特性[J].中国农学通报,2011,27(5)：109-114.

ZHOU G J,WANG K,LIU J M,etal.The pigment color wheat spectroscopic and antioxidant properties[J].ChineseAgriculturalScienceBulletin,2011,27(5):109-114.

[11]孙德祥,马冬云,王晨阳,等.不同水氮处理对豫麦49-198籽粒抗氧化物含量的影响[J].作物学报,2014(11):2046-2051.

SUN D X,MA D Y,WANG C Y,etal.Effects of irrigation and nitrogen on antioxidant contents in yumai 49-198 grains [J].ActaAgronomicaSinica,2014(11):2046-2051.

[12]ALI Q Q,ANWAR F F,ASHRAF M M,etal.Ameliorating effects of exogenously applied proline on seed composition,seed oil quality and oil antioxidant activity of maize(ZeamaysL.) under drought stress [J].InternationalJournalofMolecularSciences,2013,14(1):818-835.

[13]张 珍,刘世琦,杜洪涛,等.土壤含水量对辣椒果实抗氧化物质含量及酶活性的影响[J].西北农业学报,2005,14(5):74-78.

ZHANG Z,LIU S Q,DU H T,etal.Effect of different soil water content on the antioxidant content and enzyme activities in hot pepper fruit [J].ActaAgriculturaeBoreali-occidentalisSinica,2005,14(5):74-78.

[14]汪贵斌,郭旭琴,常 丽,等.温度和土壤水分对银杏叶黄酮类化合物积累的影响[J].应用生态学报,2013,24(11):3077-3083.

WANG G B,GUO X Q,CHANG L,etal.Effects of air temperature and soil moisture on flavonoids accumulation in ginkgo biloba leaves [J].ChineseJournalofAppliedEcology,2013,24(11):3077-3083.

[15]冷平生,苏淑钗,王天华,等.光强与光质对银杏光合作用及黄酮苷与萜类内酯含量的影响[J].植物资源与环境学报,2002,10(1):1- 4.

LENG P S,SU S C,WANG T H,etal.Effects of light intensity and light quality on photosynthesis,flavonol glycoside and terpenelactone contents ofGinkgobilobaL.seedlings [J].JournalofPlantResourcesandEnvironment,2002,10(1):1-4.

[16]JIA Z S,TANG M C,WU J M.The determination of flavonoid contents in mulberry and their scavenging effects on superoxide radicals [J].FoodChemistry,1999,64(4):555-559.

[17]汪 帆,郑文寅,黄建华,等.20个小麦品种(系)籽粒LOX活性和类胡萝卜素含量及全麦粉色泽的研究[J].麦类作物学报,2012,32(1):68-73.

WANG F,ZHENG W Y,HUANG J H,etal.Lipoxygenase activity,carotenoids content and whole mill colors in grains of twenty wheat varieties [J].JournalofTriticeaeCrops,2012,32(1):68-73.

[18]MILLER N N,RICE-EVANS C C,DAVIES M M,etal.A novel method for measuring antioxidant capacity and its application to monitoring the antioxidant status in premature neonates [J].ClinicalScience,1993,84(4):407-412.

[19]蔡 娜,淡 荣,陈 鹏,等.水分胁迫对苦荞幼苗黄酮类物质含量的影响[J].西北农业学报,2008,17(4):91-93.

CAI N,DAN R,CHEN P,etal.Effects of water stress on flavonoids content of tartary buckwheat seedlings [J].ActaAgriculturaeBoreali-occidentalisSinica,2008,17(4):91-93.

[20]ZHANG J,KIRKHAM M B.Antioxidant responses to drought in sunflower and sorghum seedlings [J].NewPhytol,1996,132(3):361-373.

[21]KHOSH K M,ASHIRI F,SAHARKHIZ M J.Effects of irrigation regimes on antioxidant activity and total phenolic content of thyme(ThymusvulgarisL) [J].JournalofMolecularBiology,2012,1(7):789-803.

[22]OLIVEIRA C,SILVA F A C,MENDES P M,etal.Carotenoid compounds in grapes and their relationship to plant water status [J].JournalofAgriculturalandFoodChemistry,2003,51:5967-5971.

[23]王改利,魏 忠,贺少轩,等.土壤干旱胁迫对酸枣叶片黄酮类代谢及某些生长和生理指标的影响[J].植物资源与环境学报,2011,20(3):1-8.

WANG G L,WEI Z,HE S X.etal.Effects of drought stress in soil on flavonoids metabolism in leaf and some growth and physiological indexes ofZiziphusjujubavar.spinosa[J].JournalofPlantResourcesandEnvironment,2011,20(3):1-8.

[24]贾方方,马新明,李春明,等.不同水分处理对烟草叶片高光谱及红边特征的影响[J].中国生态农业学报,2011,19(6):1330-1335.

JIA F F,MA X M,LI C M,etal.Effect of water condition on hyperspectral and red-edge characteristics of tobacco leaf [J].ChineseJournalofEco-agriculture,2011,19(6):1330-1335.

[25]MA D Y,SUN D X,LI Y G,etal.Effect of nitrogen fertilisation and irrigation on phenolic content,phenolic acid composition,and antioxidant activity of winter wheat grain [J].JournaloftheScienceofFoodandAgriculture,2014,95(5):1039-1046.

[26]SUN M,GAO Z Q,YANG Z P,etal.Absorption and accumulation characteristics of nitrogen in different wheat cultivars under irrigated and dryland conditions [J].AustralianJournalofCropScience,2012,6(4):613-617.

[27]SHIRLEY B W.Flavonoid biosynthesis:‘new’functions for an‘old’pathway [J].TrendsinPlantScience,1996,1(11):377-382.

[28]秦卫普,赵铭钦,李元实,等.不同灌溉方法对烤后烟叶中质体色素及其降解产物的影响[J].西南农业学报,2010,23(2):363-367.

QIN W P,ZHAO M Q,LI Y S,etal.Effects of different irrigation modes on chromoplast pigment and its degradation products in flue-cured tobacco leaves [J].SouthwestChinaJournalofAgriculturalScience,2010,23(2):363-367.

[29]卢国理,汤 利,楚扶欧,等.单/间作条件下氮肥水平对水稻总酚和类黄酮的影响[J].植物营养与肥料学报,2008,14(6):1064-1069.

LU G L,TANG L,CHU F O,etal.Effect of nitrogen levels on the changes of phenol and flavonoid contents under rice monocropping and intercropping system [J].JournalofPlantNutritionandFertilizerScience,2008,14(6):1064-1069.

[30]蔡国军,张广忠,张宝琳,等.氮、磷、钾对枸杞果实糖类、胡萝卜素含量的影响[J].西南农业学报,2013,26(1):209-212.

CAI G J,ZHANG G Z,ZHANG B L,etal.Effect of N,P,K on Chinese wolfberry fruit sugar and carotene content [J].SouthwestChinaJournalofAgriculturalScience,2013,26(1):209-212.

[31]MARGNA U.Control at the level of substrate supply:an alternative in the regulation of phenyl propanoid accumulation in plant cells [J].Phytochemistry,1977,16:419-426.

[32]褚鹏飞,王 东,张永丽,等.灌水时期和灌水量对小麦耗水特性、籽粒产量及蛋白质组分含量的影响[J].中国农业科学,2009,42(4):1306-1315.

CHU P F,WANG D,ZHANG Y L,etal.Effects of irrigation stage and amount on water consumption characteristics,grain yield and content of protein components of wheat [J].ScientiaAgriculturaSinica,2009,42(4):1306-1315.

[33]张胜全,方保停,王志敏,等.春灌模式对晚播冬小麦水分利用及产量形成的影响[J].生态学报,2009,29(4):2035-2044.

ZHANG S Q,FANG B T,WANG Z M,etal.Influence of different spring irrigation treatments on water use and yield formation of late-sowing winter wheat [J].ActaEcologicaSinca,2009,29(4):2035-2044.

Effect of Different Irrigation Regimes on Grain Antioxidant Content and Yield of Winter Wheat

WANG Qiang1,LIU Weixing1,YUE Pengli1,LI Shasha1,WEI Qiongru1,ZHENG Shasha1,CHU Yingying1,WANG Chenyang1,2

(1.College of Agronomy,Henan Agricultural University,Zhengzhou,Henan 450002,China;2.National Engineering Research Center for Wheat,Zhengzhou,Henan 450002,China)

Irrigation regimes; Wheat; Antioxidant; Yield

2016-03-11

2016-03-30

国家公益性行业(农业)科研专项(201203079)；国家科技支撑计划项目(2015BAD26B01,2013BAD07B07)；河南省小麦产业技术体系岗位专家项目(S2010-01-G07)

E-mail：wangqiang3854@163.com

王晨阳(E-mail:xmzxwang@163.com)

S512.1；S311

A

1009-1041(2016)08-1037-06

网络出版时间：2016-08-01

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160801.1120.020.html