不同浓度FeSO4浸种对小麦芽苗菜生长和生理活性物质的影响

薛建福， 杜军利， 杨文彪， 杜天庆， 高志强

(山西农业大学农学院，作物生态与旱作栽培生理山西省重点实验室， 山西 太谷 030801)

世界卫生组织《2018全球营养报告》显示，全球约有20亿人正遭受“隐性饥饿”的困扰，而我国是面临“隐性饥饿”严峻挑战的国家之一[1]。据估计，全世界有15亿人缺乏一种或多种微量元素[2]。通过作物营养强化手段来加强食物中营养成分是解决“隐性饥饿”的有效措施之一。此外，随着社会经济的快速发展，饮食需求发生了很大改变，越来越注重食物的营养功能。

铁(Fe)是人体不可缺少的微量元素，是组成血红蛋白、肌红蛋白及多种酶的重要元素。育龄妇女的缺铁性贫血是微量营养素缺乏的一种表现形式，目前全球约32.8%的育龄妇女受到贫血的影响并仍在升高[3]，如何解决这一问题是全球众多科学家所关注的焦点之一。通过生物强化来加强食物中Fe含量是补充人体Fe的一个有效途径[4-5]。

芽苗菜又称“活体蔬菜”，是各种谷类、豆类、树类种子培育出可以食用的“芽菜”。由于芽苗菜培养周期短，不需要喷洒任何化学药品，被认为是一类典型的绿色食品[6]，且在其发芽过程中能够产生很多活性物质，具有一定营养功能[7]，栽培简便，速生清洁，效益较高，具有很大的应用推广价值，对芽苗菜进行微量营养强化是解决“隐性饥饿”潜在的有效措施之一。

目前，市场上常见的芽苗菜有大豆、绿豆、豌豆、蚕豆、萝卜、香椿、荞麦、苜蓿芽苗菜等30多种，但大多以豆科作物的芽苗菜最为常见[5]。关于芽苗菜的研究主要集中在外界环境(如光质、温度)与栽培方式对芽苗菜生长、生理活性物质和品质方面的影响[8-14]，而关于营养强化微量营养素的研究还很少[15-16]。小麦是我国三大主要的粮食作物之一，关于小麦富铁营养强化的研究主要集中在籽粒方面[17-18]。小麦发芽过程中能够产生对人体有益的独特营养成分[19-20]，但当前关于小麦发芽的相关研究主要是为了改善大田出苗情况及提高抗性，以小麦芽苗菜为载体进行富铁营养强化的研究则少有报道[21]。本研究将小麦种子在不同浓度FeSO4溶液浸种处理后，分析其发芽特性、干鲜重、生理活性物质及Fe含量的影响，以期为生产富铁小麦芽苗菜提供一定的理论依据与技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验设计

试验于2019年4月在山西农业大学农学院实验室内进行，培养小麦芽苗菜的品种为运旱618，采用单因素完全随机设计方法，以FeSO4·7 H2O配置FeSO4溶液进行比较，设置0(CFe 0)、0.05 g·L-1(CFe 0.05)、0.1 g·L-1(CFe 0.1)、0.2 g·L-1(CFe 0.2)、0.4 g·L-1(CFe 0.4)和0.8 g·L-1(CFe 0.8)共6个处理，重复3次。选取籽粒饱满一致、无破损、无病虫的种子，用70%酒精消毒15 min，用蒸馏水漂洗5次，用滤纸擦干后置于不同浓度FeSO4溶液(对照为蒸馏水)中，使小麦种子完全浸泡，24 h后将种子取出并用蒸馏水清洗，滤纸擦干后，用消毒镊子夹取种子整齐的摆放在培养盒(14 cm×8 cm×7 cm)中，每个重复50粒。在培养期内，定时定量补充水分，以保证芽苗菜能够正常的生长。

1.2 测定项目及方法

开始培养后，每天统计小麦芽苗菜发芽数，直至全部发芽。在小麦发芽第10天后，各重复随机选取小麦芽苗菜5株，称量鲜重和干重(不包括根系)，并计算小麦种子的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数。

采用硫代巴比妥酸-分光光度计法测定小麦芽苗菜的丙二醛[22]，采用丙酮-分光光度计法测定叶绿素a和叶绿素b含量[22]，采用愈创木酚法测定过氧化物酶活性[22]。采用分光光度法进行测定维生素C含量[23]。采用紫外吸收法测定可溶性蛋白质含量[24]，测定采用原子吸收分光光度计法测定芽苗菜Fe含量[25]，并计算单株芽苗菜的Fe累积量(干重)。

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel 2013软件进行数据常规处理并作图，不同处理间的相关试验数据采用SPSS 16.0软件进行方差分析及多重比较，其中不同处理间多重比较采用新复极差法(Duncan)进行。

2 结果与分析

2.1 FeSO4浸种对小麦芽苗菜发芽的影响

与CFe 0处理相比，用FeSO4溶液浸泡后，小麦的发芽势、发芽率和发芽指数均有一定程度的降低(图1 A、B、C)。不同FeSO4浓度处理下小麦芽苗菜的发芽势介于72.7%～97.3%之间(图1 A)。与CFe 0处理相比，CFe 0.1和CFe 0.8处理下小麦芽苗菜的发芽势较之分别显著降低了17.1%和25.3%(p<0.05)，而CFe 0.05、CFe 0.2和CFe 0.4处理与其无显著差异。此外，CFe 0.4处理下小麦芽苗菜发芽势较CFe 0.1和CFe 0.8处理分别显著提高了13.2%和25.7%(p<0.05)。不同处理下小麦芽苗菜发芽率介于91.3%～99.3%之间，CFe 0.8处理下的小麦发芽率较CFe 0和CFe 0.2处理分别显著降低了8.1%和7.3%(p<0.05，图1 B)。对于发芽指数(图1 C)，CFe 0处理较CFe 0.1、CFe 0.4和CFe 0.8处理分别显著提高了20.4%、18.8%和38.9%(p<0.05)，且CFe 0.8处理显著低于其他处理13.3%～28.0%(p<0.05)。除CFe 0.05处理外，CFe 0处理小麦芽苗菜的发芽活力较其他处理显著增加了28.2%～86.8%(p<0.05)，但其与CFe 0.05处理无显著差异；CFe 0.05处理较其他处理显著提高了33.1%～94.0%(p<0.05)。

注：不同小写字母表示各处理在0.05水平上的统计差异。图中A、B、C和D分别代表不同FeSO4浓度下小麦芽苗菜发芽势、发芽率、发芽指数和发芽活力。

注：不同小写字母表示各处理在0.05水平上的统计差异。图中A和B分别代表不同FeSO4浓度下小麦芽苗菜的单株鲜重和干重。

2.2 FeSO4浸种对小麦芽苗菜干鲜重的影响

随着FeSO4溶液浓度的升高，小麦芽苗菜的鲜重与干重均表现为先增加后降低的单峰变化趋势，低浓度FeSO4溶液浸泡小麦种子能够促进芽苗菜鲜重和干重形成。其中，CFe 0.05和CFe 0.1处理下小麦芽苗菜的鲜重与干重较CFe 0、CFe 0.4与CFe 0.8处理显著提高了32.0%～47.1%(p<0.05)，而CFe 0.05和CFe 0.1处理间、CFe 0、CFe 0.4与CFe 0.8处理间均无显著差异。

2.3 FeSO4浸种对小麦芽苗生理活性物质的影响

由图3可看出，不同处理下小麦芽苗菜叶绿素a和叶绿素b含量变化规律基本一致，均表现为CFe 0.1处理显著高于其他处理(p<0.05)；CFe 0、CFe 0.05和CFe 0.2处理间差异不显著，且3个处理显著高于CFe 0.4和CFe 0.8处理；此外，CFe 0.8较CFe 0.4处理显著降低了39.1%～39.5%(p<0.05)。与CFe 0处理相比，不同浓度FeSO4溶液浸泡处理下，小麦芽苗菜中丙二醛含量均有所提高，其中CFe 0.05、CFe 0.2和CFe 0.4较之分别显著提高了46.0%、35.5%和30.4%；此外，CFe 0.05处理下较CFe 0.1和CFe 0.8处理显著提高了19.9%和26.2%(图3 C，p<0.05)。分析过氧化物酶活性看出(图3 D)，CFe 0.2处理较其他处理显著提高了22.5%～146%，CFe 0.05和CFe 0.1处理下显著高于CFe 0、CFe 0.4和CFe 0.8处理(p<0.05)，而后三者间无显著差异。

注：不同小写字母表示各处理在0.05水平上的统计差异。图中A、B、C和D分别代表不同FeSO4浓度下小麦芽苗菜叶绿素a、叶绿素b、丙二醛含量和过氧化物酶活性。

注：不同小写字母表示各处理在0.05水平上的统计差异。图中A、B、C分别代表不同FeSO4浓度下小麦芽苗菜维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白质含量。

注：不同小写字母表示各处理在0.05水平上的统计差异。图中A和B分别代表不同FeSO4浓度下小麦芽苗菜的Fe含量和单株Fe积累量。

不同浓度FeSO4溶液浸泡处理下小麦芽苗菜中维生素C含量差异不显著(图4 A)。相比较CFe 0处理，FeSO4溶液浸泡处理后的小麦芽苗菜可溶性糖含量显著增加了21.7%～46.0%(除CFe 0.8处理外，p<0.05)，其中CFe 0.05处理较CFe 0.1和CFe 0.8处理显著提高了19.9%～26.2%(p<0.05)。此外，FeSO4溶液浸泡处理后的小麦芽苗菜中可溶性蛋白质含量与CFe 0处理未达到显著差异，但CFe 0.05处理较CFe 0.2和CFe 0.8处理显著提高了1.9%～5.0%(p<0.05)。

2.4 FeSO4浸种对小麦芽苗菜Fe元素含量的影响

与CFe 0相比，用FeSO4溶液浸泡小麦种子后，其芽苗菜中Fe含量显著增加了22.1%～52.4%(除CFe 0.05处理外，p<0.05)，且随着浓度的增加，Fe含量呈增加趋势(图5 A)。此外，与CFe 0相比，不同浓度FeSO4处理后的小麦芽苗菜Fe积累量均有所提高(图5 B)，其中CFe 0.1、CFe 0.2和CFe 0.8处理较之显著提高了46.7%～75.1%(p<0.05)。

3 讨 论

3.1 FeSO4浸种对小麦芽苗菜生长的影响

与对照相比，FeSO4溶液浸泡均对小麦芽苗菜的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数有不同程度的抑制作用。蒿宝珍等研究显示，当Fe2+浓度≤150 mg·L-1时，对小麦籽粒的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数有促进作用；超过该浓度时有抑制作用[21]。此外，与对照相比，较低浓度(0.05～0.1 g·L-1)浸泡显著提高了小麦芽苗菜的干鲜重，但较高浓度(0.2～0.8 g·L-1)差异不显著。本研究中小麦芽苗菜的干重为10.34～14.85 mg·株-1，与其他研究相比差别较大。蒿宝珍等研究得出，在0～250 mg·L-1Fe2+浓度下小麦幼苗地上干重为3.76～6.96 mg·株-1[21]；而张红岩等得出，在2.5～250 μmol·L-1Fe3+浓度下小麦幼苗地上干重为195.28～379.71 mg·株-1[26]。芽苗菜干重结果的差异可能与不同试验中Fe2+浓度、Fe2+用量、Fe离子价态、小麦品种、籽粒状况、籽粒处理方式、培养基质状况、培养时长、培养密度及其他光温条件等方面的差异有关，进一步加强该方面的研究能够为培养高质量小麦芽苗菜提供相应的理论依据。

3.2 不同浓度FeSO4浸种对小麦芽苗菜生理活性物质的影响

Fe虽不是植物叶绿素的组成成分，但参与叶绿素的合成，影响叶绿体的构造，而叶绿体是合成叶绿素的先决条件[27]。研究表明，与不供Fe相比，正常供Fe处理(100 μmol·L-1FeEDTA)小麦芽苗菜叶片的叶绿素含量或SPAD值显著得到提升[28-29]。本研究中，与对照相比，在0.1 g·L-1FeSO4浸种处理下小麦芽苗菜叶绿素含量显著增加，在其他低浓度(0.05和0.2 g·L-1)处理下差异不显著，但在高浓度(≥0.4 g·L-1)处理下表现为显著抑制作用。张红岩等研究发现，当Fe2+浓度从2.5 μmol·L-1增加到250 μmol·L-1时，小麦芽苗菜叶绿素含量逐渐降低[26]；这与本研究在高浓度处理下规律基本类似。杨颖丽等研究得出，随Fe浓度的增加(0～500 μmol·L-1)，小麦幼苗叶绿素含量呈先升高后降低的变化趋势，铁胁迫诱导小麦幼苗叶片光合色素减少[30]。不同研究中叶绿素含量变化规律的不同可能与小麦品种、Fe2+浓度、Fe2+形态、培养条件等方面差异有关，有待进一步试验来验证。

丙二醛是作物膜脂过氧化作用的产物之一，其含量的高低是膜脂过氧化程度的重要标志。与对照相比，FeSO4溶液浸泡后小麦芽苗菜中丙二醛含量均有所增加，但在高浓度条件下，随浓度的升高而有所降低。陈增明等[31]研究不同形态Fe对小麦芽苗的影响亦得出基本类似的结果。由于种子处理、Fe形态与浓度、培养条件与环境等方面的差异，丙二醛含量有所不同，其详细的影响机制需进一步深入研究。此外，本研究中低浓度Fe(0.05～0.2 g·L-1)处理下小麦芽苗菜的过氧化物酶活性较对照显著提高，但随浓度的继续升高则大幅降低且与对照差异不显著。分析以上两指标认为，不同FeSO4溶液浸种后形成一定逆境，小麦芽苗菜生长均在不同程度上受到损伤。低浓度条件下，小麦芽苗菜有一定的适应能力，且对其生长有一定的激发效应；而在高浓度下两指标有所降低，可能是与小麦芽苗菜的代谢机能快速降低，导致其难以适应Fe处理后的逆境。此外，不同FeSO4溶液浸泡处理下小麦芽苗菜的可溶性糖含量较对照均有不同程度的提高，与汪丹丹[32]的研究结果类似，在一定程度上同样反映出FeSO4溶液处理后对小麦芽苗菜形成了一定的逆境。

3.3 FeSO4浸种对小麦芽苗菜Fe积累的影响

目前，关于生物强化富铁小麦的研究主要集中在籽粒富铁方面[17-18]，而小麦芽苗菜富铁的研究很少[21]。本研究得出，随着FeSO4浓度增加(0.05～0.8 g·L-1)，小麦芽苗菜的Fe含量逐步增加，Fe积累量呈先增加后降低再增加的趋势，这与蒿宝珍等[21]研究结果基本一致。然而，蒿宝珍等[21]研究中小麦芽苗菜Fe含量略高于本研究，这可能与其研究条件下，每天添加Fe溶液，而本研究仅用Fe溶液进行浸种有关；但其研究中小麦芽苗菜的Fe积累量低于本研究，这可能其研究中芽苗菜干物质量较低有关。此外，小麦芽苗菜Fe含量和Fe积累量的差异可能与小麦品种、培养环境等因素亦有一定关系，需进一步进行研究验证。假设每天使用200株小麦芽苗菜炒菜饮食，当前研究中各处理下Fe积累量为130～227 μg，其中以0.1 g·L-1浓度下最高，较其他处理增加了15%～73%，但仍低于中国营养学会关于中国普通成年人群12 mg·d-1的Fe推荐摄入量[33]，此外在炒菜过程及人体代谢吸收过程中也会造成一定的损失。因此，需另补充其他食品来补充Fe以供人体需求。

4 结 论

较低浓度(0.05～0.1 g·L-1)浸泡小麦种子能够显著提高小麦芽苗菜的干鲜重，高浓度Fe(≥0.4 g·L-1)浸泡对叶绿素a和叶绿素b含量有一定的抑制作用，较低浓度(0.05～0.2 g·L-1)对氧化物酶活性有促进作用。一定浓度范围内(0.05～0.4 g·L-1)，丙二醛和可溶性糖含量显著提高。Fe浸种对小麦芽苗菜维生素C含量和可溶性蛋白含量影响较小。低浓度(0.05 g·L-1)对小麦芽苗菜中Fe含量影响不大，但浸种浓度≥0.1 g·L-1时，Fe含量显著增加，且单株Fe积累量明显增加。总体上来看，浸种浓度0.1 g·L-1条件下小麦芽苗菜干鲜重和大部分生理活性物质表现较好，且Fe积累量高，可以作为富铁营养强化的措施来推荐使用。