粳稻酚类化合物和氨基酸的基因型差异与氮素效应研究

摘要

水稻是世界主要粮食作物，其营养品质对于改善人体健康具有重要意义。谷物中富含酚类、维生素、矿质元素、纤维素等多种生理活性成分。本研究以粳稻品种武育粳3号及其突变体、武运粳7号为材料，设置不同的氮素处理，研究了水稻酚类化合物和氨基酸的氮素效应及其基因型差异，以期为稻米营养品质的开发利用提供参考。
　　主要结果如下:
　　1.建立了稻米中酚酸化合物的超高效液相色谱的定性定量方法。
　　以没食子酸、原儿茶酸、龙胆酸、对羟基苯甲酸、绿原酸、香草酸、咖啡酸、丁香酸、对香豆酸、阿魏酸、芥子酸、异阿魏酸、2-羟基肉桂酸和反式肉桂酸14种酚酸化合物标准品，对糙米和精米中酚酸进行定性和定量分析。色谱柱为Agilent ZORBAXEclipse Plus C18（2.1*50mm，1.8μm-Micron），流动相为乙腈-乙酸-水，梯度洗脱，流速为0.5 mL·min-1，柱温30℃，检测波长为280 nm和325 nm。14种酚酸在8min内完全分离，经质谱鉴定，精米及糙米中检测出的物质共有11种，可进行定量分析的酚酸共8种，线性范围为5-220μg·mL-1(r2=0.9994-0.9999)，检出限为0.002-0.03μg·mL-1，定量限为0.004-0.08μg·mL-1，回收率为84.11％-114.43％，RSD为1.28％-12.94％。对羟基苯甲酸、香草酸、丁香酸、对香豆酸、阿魏酸、芥子酸、异阿魏酸和反式肉桂酸在精米和糙米中的含量差异显著，其中对羟基苯甲酸、香草酸、丁香酸、对香豆酸、阿魏酸、芥子酸、反式肉桂酸集中存在于糊粉层和胚等外层组织中，而异阿魏酸在稻米籽粒中分布较均匀，其精米/糙米含量百分比达到45.86％。该方法简便、快速、准确、可靠，不仅适合稻米中酚酸化合物的含量测定，对于其他谷物中酚酸化合物含量的测定也具有一定的借鉴意义。
　　2.初步探明了粳稻籽粒酚类化合物的基因型差异及氮素效应
　　以武育粳3号、武运粳7号为试验材料，设置不施氮、高氮(150kg·hm-2)、低氮(75kg·hm-2)3个氮素水平，于倒四叶期和倒二叶期施肥，探查了穗肥对粳稻酚类化合物含量、抗氧化活性、组分组成的影响。结果表明:氮素穗肥对粳稻总酚含量、DPPH清除率、ORAC影响显著。各指标受氮素影响因品种不同存在差异，总酚含量差异未达到显著水平，武育粳3号抗氧化活性受氮素影响较大。施穗肥后，武运粳7号总酚含量均有所增加，武育粳3号精米中均增加，糙米中总酚含量在倒四叶期施肥增加。DPPH清除率和ORAC在精米和糙米中受氮素影响规律不一致。在施高氮肥后，精米中DPPH呈下降趋势，在糙米中与之相反，呈上升趋势。在施低氮肥后，两品种表现完全相反，武育粳3号精米和糙米DPPH清楚率均下降，武运粳7号均增加。ORAC在N150-0均增大。武运粳7号总酚含量和ORAC都优于武育粳3号，糙米中DPPH清除率也较武育粳3号高。通过比较两品种遗传特性差异以及氮素效应，认为武运粳7号属优势品种，N150-0更有利于提高粳稻抗氧化品质。
　　3.初步明确了粳稻籽粒氨基酸含量的基因型差异及氮素效应
　　以武育粳3号及其11份在农艺性状上差异较大的突变体为材料，设置CK（不施氮0kg·hm-2），N5-5（基蘖肥与穗肥比例5∶5，200kg·hm-2）施氮量2个氮素运筹处理，分析不同材料在籽粒氨基酸含量上的基因型差异及氮素效应。结果表明，W31和W84所有氨基酸的含量都高于野生型，且W31、W84在所有突变体中施氮前后氨基酸总量都属最高。苏氨酸、赖氨酸含量在野生型和11份突变体材料之间变化不大，甲硫氨酸各突变体之间含量差异较大，其中W31的甲硫氨酸含量相对野生型增加了43.6％。甲硫氨酸在施氮前后增加比较明显，W80、W38、W10甲硫氨酸含量相对施氮前51.00％、42.68％、36.57％，突变体蛋白质中必需氨基酸含量且氨基酸品质较高的材料有W34、W62。此外，组氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、精氨酸受氮素的影响较大，胱氨酸受氮素影响最小。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1 稻米营养品质的生化基础

1．1 氨基酸

1．2 酚类化合物

2 稻米营养品质的基因型差异

2．1 氨基酸的基因型差异

2．2 酚类化合物的基因型差异

3 稻米营养品质的氮素效应

3．1 氮素对稻米氨基酸的影响

3．2 氮素对酚类化合物的影响

4 本研究的目的及意义

参考文献

第二章 超高效液相色谱法分析稻米酚酸化合物组分及其含量

1 材料与方法

1．1 材料

1．2 仪器

1．3 试剂

1．4 样品制备

1．5 酚酸类化合物提取

1．6 UPLC色谱条件

1．7 质谱条件

1．8 酚酸标准溶液的配制

1．9 酚酸类化合物鉴定和含量测定

2 结果

2．1 UPLC定量分析方法

2．2 UPLC-MS分析结果

2．3 UPLC定量分析的方法学考察

2．4 稻米提取物中酚酸类化合物的含量测定

3 讨论

4 结论

参考文献

第三章 粳稻酚类化合物的基因型差异及氮素效应研究

1 材料与方法

1．1 试验材料

1．2 取样方法

1．3 酚类化合物含量及抗氧化能力测定

1．4 超高效液相色谱分析

2 结果与分析

2．1 粳稻酚类化合物含量及活性的基因型差异

2．2 氮素穗肥对粳稻酚类化合物的影响

3 讨论

4 小结

参考文献

第四章 粳稻氨基酸的基因型差异及氮素效应研究

1 材料与方法

1．1 试验材料

1．2 试验处理

1．3 取样方法

1．4 氨基酸含量的测定

2 结果与分析

2．1 籽粒蛋白质氨基酸含量的基因型差异和氮素效应方差分析

2．2 17种蛋白质氨基酸含量的变化

2．3 糙米蛋白质氨基酸的基因型差异

2．4 氦素对氨基酸含量的影响

2．5 突变体材料籽粒蛋白质品质的评价

3 讨论

4 小结

参考文献

第五章 全文讨论与结论

1 讨论

1．1 超高效液相色谱法分析稻米酚酸组分

1．2 粳稻酚类化合物基因型差异与氮素效应

1．3 粳稻籽粒氨基酸基因型差异与氮素效应

2 结论

3 本研究创新点

4 不足之处

参考文献

致谢

附：硕士期间已发表和投稿论文