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甘蓝型油菜叶片与种子硫苷相关性研究

李培武  
【摘要】: 油菜是世界第三大油料作物,我国油菜籽年产量在1100-1200万t之间,是我国第一大食用植物油源,占食用植物油消费总量的35%,并在生物柴油等再生性能源发展战略中具有重要地位,其中甘蓝型油菜占90%。油菜籽榨油后产生55%左右的菜籽饼粕,菜籽粕中含40%左右蛋白质。菜籽蛋白富含含硫氨基酸,其营养价值、消化率等高于大豆蛋白。但因菜籽饼粕中存在硫代葡萄糖苷(Glucosinolate,简称硫甙或硫苷)降解产物等有毒物质,限制了菜籽蛋白利用。此外,已有研究结果表明甘蓝型油菜吲哚硫苷含量与饼粕质量有密切关系。本文通过研究油菜叶片与种子硫苷检测技术及组分、含量的相关性,建立了高效液相色谱法和高效毛细管电泳法测定油菜叶片和种子硫苷总量和分量的技术方法,首次系统研究分析了甘蓝型油菜籽不同硫苷总含量水平下各硫苷成分组成、含量的变化规律及不同生育时期叶片硫苷总量和分量的变化规律,并初步探明了甘蓝型油菜吲哚硫苷降解产物对S_(180)移植性肿瘤抑制效应。主要结果如下: 1建立油菜叶片硫苷组分与含量测定方法 研究油菜叶片样品干燥前处理方法、硫苷提取和分离检测技术。对前处理方法,HPLC色谱条件,离子交换柱,叶片硫苷提取技术,纯化、脱硫酸根等实验方法和技术参数进行了系统研究与优化,建立了油菜叶片与组分的HPLC测定方法,为油菜叶片中硫苷检测提供了技术手段支持。 2研究油菜籽硫苷组分与含量HPCE测定方法 研究建立了利用胶束电动高效毛细管电泳测定油菜籽中完整硫苷组分与含量检测技术。对利用Dowex50×8(H~+)柱和QMA进行快速纯化的实验方法和技术参数进行了比较和评价,探明了表面活性剂浓度、种类,缓冲液浓度,缓冲液pH,分离电压,温度、电场电压及有机修饰剂等因素对硫苷分离与检测的影响,优化了分离检测技术,建立高效、简便、低成本、环境友好型油菜籽硫苷样品HPCE-MECC检测技术。 在对影响硫苷成分分离检测的迁移时间、相对迁移时间、峰面积、归一化峰面积、分离度等因素以及缓冲溶液浓度、pH值、表面活性剂浓度、有机修饰剂(正丙醇、异丙醇等)、电场电压和温度等进行系统研究的基础上,优化筛选出HPCE—MECC法检测硫苷条件为:缓冲液成分和浓度为18mmol/L四硼酸钠,30mmol/L磷酸氢二钠;50mM CTAB,pH 7.0,电压-20KV,温度30℃。采用该技术条件,油菜籽中完整硫苷可在15-18min内得到完全分离。由于胶束电动高效毛细管电泳分析硫苷,不需使用有机溶剂,不需使用价格昂贵的硫酸酯酶,为油菜籽硫苷组分与含量的精确测定提供了高效低成本环境友好型检测技术手段。 3甘蓝型油菜硫苷含量及组分分析 依据甘蓝型油菜硫苷含量,首次系统研究了高硫、中硫和低硫中国甘蓝型油菜种子硫苷含量与组分,对高、中、低类型油菜硫苷组分标准差、变异系数及硫苷分量与总量关系的分析结果表明:高硫苷、中硫苷甘蓝型油菜样品中主要组分是脂肪族2-羟基-3-丁烯基硫苷和3-丁烯基硫苷,其比例在两种类型中分别为81.16%和73.92%,变异系数最小,仅为12.4和16.6,是高硫甘蓝型油菜中稳定的硫苷主导成分;低硫苷甘蓝型油菜中主要组分是吲哚族4-羟基-3-吲哚甲基硫苷和芳香族苯乙基硫苷,含量为7.36μmol/g和4.38μmol/g,占硫苷总量的51.52%。4-羟基-3-吲哚甲基硫苷在低硫苷甘蓝型油菜样品中变异系数最小,在高、中、低不同硫苷含量油菜中平均含量变化为6.04-7.98μmol/g,而在高硫苷油菜中仅占硫苷总量的5.34%,低硫苷菜籽中含量高达32.31%,是低硫苷油菜硫苷的主要组分。芳香族苯乙基硫苷在低硫苷油菜籽中含量高于在高硫苷油菜籽中含量,是低硫苷油菜育种品质改良中进一步降低硫苷含量的限制因子。 本研究通过甘蓝型油菜籽样品硫苷总量及分量成分的测定,分析了甘蓝型油菜籽不同硫苷总含量水平下各硫苷成分组成及含量的变化规律,探明了高硫苷油菜籽和低硫苷油菜籽中硫苷分量的主导成分及含量差异。 4甘蓝型油菜叶片与种子硫苷含量及组分的相关性 甘蓝型油菜叶片硫苷含量变化研究结果表明,高硫、低硫甘蓝型油菜叶片硫苷含量在不同生育时期变化规律显著不同。高硫油菜中油821叶片硫苷苗期含量最高,随后持续下降,而低硫材料从越冬到现蕾逐渐升高,薹期降低,初花期又升高,盛花时降到最低。所有供试低硫材料叶片硫苷组分含量与种子硫苷组分含量间相关性均不显著,改变叶片硫苷含量不会显著影响种子中硫苷含量。脂肪族硫苷含量是高硫、低硫材料叶片硫苷总含量差异的主要成分。 本研究首次研究了中国甘蓝型油菜不同生育时期叶片硫苷总量和分量的变化规律,系统研究分析了叶片与种子硫苷含量及组分的相关性,为双低油菜特别是菜-油兼用型油菜品种选育和油菜抗病、抗虫性品种改良提供理论基础。 5吲哚硫苷降解产物对S_(180)移植性肿瘤抑制效应研究 吲哚硫苷是甘蓝型低硫油菜种子和叶片中主要成分硫苷成分,研究结果表明吲哚硫苷降解产物对S_(180)移植性肿瘤有明显的抑制作用,能促进癌细胞变性坏死,增加小鼠淋巴细胞转化率,激发机体对癌组织进行包裹,阻止癌细胞扩散,并且不具有化疗药物的毒副作用,因而对实体瘤的防治具有良好的应用前景。本研究成果不仅拓宽了油菜品质改良的范围,为合理开发利用油菜资源,拓宽油菜品质改良渠道,发展菜-油兼用性油菜,提高油菜的综合利用效率提供了理论基础和检测技术手段。


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