壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗硫代葡萄糖苷及抗氧化活性的影响

沈巧玲, 刘光敏, 王亚钦, 赵子璇, 魏蕾, 何洪巨, 刘海河

华北农学报. 2024, 39(1): 104-112

华北农学报 ›› 2024, Vol. 39 ›› Issue (1) : 104-112. DOI: 10.7668/hbnxb.20194448
耕作栽培·生理生化

壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗硫代葡萄糖苷及抗氧化活性的影响

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Effects on Glucosinolates and Antioxidant Activity of Chitooligosaccharides on Kale Sprouts

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摘要

为探究壳寡糖(COS)对羽衣甘蓝芽苗生长的影响,为芽苗生产上壳寡糖的合理施用提供参考,以京羽一号为试验材料,在种子发芽后施用不同质量浓度COS(25,50,75,100 mg/L)溶液,观察壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗生长指标、硫代葡萄糖苷(简称硫苷)含量及抗氧化能力的影响。结果表明,施用75 mg/L COS处理的羽衣甘蓝芽苗总酚、总黄酮、总硫苷质量以及黑芥子酶活性和DPPH自由基清除率呈现上升趋势,且与对照差异显著,较对照分别增加25.99%,17.99%,29.68%,141.88%和2.51%;100 mg/L COS处理的羽衣甘蓝芽苗的产量及总酚、总黄酮、钠和硼含量及黑芥子酶活性也得到了相应提升,且与对照差异显著,较对照分别增加了15.21%,21.29%,22.47%,15.97%,32.63%,97.71%。经相关性分析,可以得出芽苗的产量与类胡萝卜素、总酚、总黄酮含量及DPPH自由基清除率均呈显著正相关关系。综上可得,经壳寡糖处理后可提高羽衣甘蓝芽苗的产量,提升芽苗的营养品质和抗氧化能力,增加芽苗的食用价值。

Abstract

In order to investigate the effect of chitooligosaccharides (COS) on the growth of kale sprouts and to provide a reference for the rational application of chitooligosaccharides in the production of sprouts,this study used Jingyu 1 as the test material,and applied different concentrations of COS (25,50,75,100 mg/L) to the seeds after germination to observe the effects of COS on the growth indexes,content of glucosinolates and antioxidant capacity.The results showed that total phenolics content,total flavonoids content,total glucosinolates content,myrosinase enzyme activity and DPPH free radicals scavenging rate of 75 mg/L COS-treated kale sprouts showed an upward trend,and the differences were significant with the control,with increases of 25.99%,17.99%,29.68%,141.88%,and 2.51%,respectively;the yield and total phenolics content,total flavonoids content,sodium content,boron content and myrosinase enzyme activity,of 100 mg/L COS-treated kale sprouts were also enhanced accordingly and differed significantly from the control,increasing by 15.21%,21.29%,22.47%,15.97%,32.63%,97.71%,respectively.After correlation analysis,it could be obtained that the yield of sprouted seedlings was significantly and positively correlated with the content of carotenoids,total phenolics,and total flavonoids and DPPH free radicals scavenging rate.In conclusion,chitosan treatment could increase the yield of kale sprouts,improve the nutritional quality and antioxidant capacity of sprouts,and increase the edible value of sprouts.

关键词

羽衣甘蓝 / 壳寡糖 / 芽苗 / 生长 / 抗氧化能力 / 硫苷

Key words

Kale / Chitooligosaccharides / Sprouts / Growth / Antioxidant capacity / Glucosinolates

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沈巧玲 , 刘光敏 , 王亚钦 , 赵子璇 , 魏蕾 , 何洪巨 , 刘海河. 壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗硫代葡萄糖苷及抗氧化活性的影响. 华北农学报. 2024, 39(1): 104-112 https://doi.org/10.7668/hbnxb.20194448
Qiaoling SHEN , Guangmin LIU , Yaqin WANG , Zixuan ZHAO , Lei WEI , Hongju HE , Haihe LIU. Effects on Glucosinolates and Antioxidant Activity of Chitooligosaccharides on Kale Sprouts. Acta Agriculturae Boreali-Sinica. 2024, 39(1): 104-112 https://doi.org/10.7668/hbnxb.20194448
芽苗菜是利用种子或其他营养器官在黑暗或弱光情况下生长的可供食用的芽苗、嫩茎[1],其含有比成熟植株更高的活性物质,因而作为一种“功能性食物”深受大众喜爱[2-3]。羽衣甘蓝芽苗作为芽苗菜的一种,因易于栽培且含有丰富的硫代葡萄糖苷及其他植物化学物质而受到广泛关注。硫代葡萄糖苷(Glucosinolates,简称硫苷)是含氮和硫的次生代谢物质,主要存在于十字花科植物中,其结构由β-D-硫葡萄糖基、硫化肟基团以及来源于氨基酸的侧链R基团组成[4-5],可分为脂肪族、吲哚族和芳香族[6]。硫苷及其降解产物可以参与植物的防御反应、调节植物的抗氧化能力、抑制细菌和真菌的生长。除硫苷外,羽衣甘蓝芽苗中还含有丰富的抗氧化物质,如类胡萝卜素和多酚[7],可以调节植物的脂质代谢、增强植物的抗氧化能力[8]
Ku等[9]研究发现,经植物激素或植物生长调节剂处理,可以改善羽衣甘蓝芽苗的营养品质,如外源茉莉酸甲酯可以增加羽衣甘蓝的酚类化合物和硫苷含量。Miao等[10]使用葡萄糖和赤霉素联合处理,结果表明,可以增强羽衣甘蓝芽苗中的总酚含量和抗氧化活性,促进化合物的形成。壳寡糖(Chitooligosaccharides,COS)作为一种植物生长调节剂,具有促进作物生长、提高作物品质、增强作物抗性等特点,在农业种植领域引起广泛关注[11]。在盐胁迫条件下,喷施壳寡糖可以提高甘蓝幼苗的抗氧化性,维持根系活力,保证甘蓝叶片光合作用正常进行[12];通过对镉胁迫下的油菜喷施壳寡糖,可以促进油菜叶片的生长,提高叶绿素含量和抗氧化酶活性[13];壳寡糖浸种可以提高马铃薯块茎发芽过程中IAA、CTK和GA的含量,从而促进微型薯芽的增长[14]。但到目前为止,COS在羽衣甘蓝芽苗上的研究还鲜有报道。
本试验拟采用在芽苗生长期喷施不同浓度的壳寡糖溶液,探索壳寡糖与羽衣甘蓝芽苗生长的关系,研究壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗生长及芽苗抗氧化性的影响,旨在为壳寡糖在芽苗菜上的应用提供新的参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试品种为京羽一号,购自京研益农(北京)种业科技有限公司。COS购自上海源叶生物科技有限公司。甲醇、乙腈购自Merck公司,丙酮购自天津市津东天正精细化学试剂厂,乙醇和氢氧化钠购自天津市致远化学试剂有限公司,没食子酸、芦丁和福林酚溶液购自北京博奥拓达科技有限公司,无水碳酸钠、硝酸、浓硫酸购自北京化工厂,亚硝酸钠和硝酸铝购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司,PBS缓冲液和黑芥子酶购自上海麦克林生化科技有限公司,DPPH购自梯希爱(上海)化成工业发展有限公司。

1.2 试验设计

试验于2022年12月至2023年6月在人工气候培养箱内进行。以清水为对照(CK),壳寡糖溶液浓度设置25(T1),50(T2),75(T3),100 mg/L(T4)4个处理,每个处理重复3次。培育芽苗时,将种子用蒸馏水浸泡3 h后控干水分,然后将种子均匀摆于培养盒(规格为20 cm×14 cm×10.5 cm)内,黑暗环境下培养2 d后放置于人工培养箱,每天施用相应浓度的溶液30 mL。培养箱参数设置:25 ℃光照12 h,22 ℃黑暗12 h,相对湿度为75%,光通量密度为300 μmol/(m2·s)。从培养到收获约为7 d,采收后将样品分装保存,以测定相关指标。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 芽苗生长指标的测定

其从收获的芽苗中随机选取10株芽苗,使用直尺测量株高;使用电子天平称质量。

1.3.2 芽苗营养品质及抗氧化性的测定

叶绿素含量采用李合生[15]的方法进行测定:称取0.1 g干样样品,加入80%丙酮5 mL,超声30 min,3 000 r/min条件下离心30 min后,取1 mL上清液加80%丙酮2 mL,测定663,645,660 nm下的OD值。
总酚含量参考田璐[16]的方法测定并进行改进:称取0.5 g冻干样品,加入70%乙醇20 mL充分混匀后,超声30 min,3 000 r/min条件下离心30 min后,取0.6 mL上清液加入3 mL稀释5倍的福林酚溶液和7%碳酸钠3 mL,避光1 h,测定720 nm下的OD值。
总黄酮含量参考赵登奇等[17]的方法测定:称取0.5 g冻干样品,加入70%乙醇20 mL充分混匀后,超声30 min,3 000 r/min条件下离心30 min后,取1 mL上清液加5%亚硝酸钠0.4 mL摇匀,静置6 min,加入0.4 mL 10%硝酸铝摇匀静置6 min,再加入4.3%氢氧化钠4 mL和蒸馏水2.8 mL,静置15 min后测定500 nm下的OD值。
DPPH自由基清除率参考高诗薇[18]的方法测定并加以改进:称取0.5 g冻干样品,加入50%甲醇10 mL混匀,3 000 r/min条件下离心30 min,取1 mL上清液加0.1 mmol/L的DPPH溶液3 mL,混匀后避光1 h,测定517 nm下的OD值。
硫代葡萄糖苷含量参考刘倩男等[19]的方法测定:用液氮将研钵和杵预冷,将0.6~0.8 g样品放入研钵内,加入液氮研磨至粉末状,用勺子取出0.5 g左右放入50 mL离心管内,加入70%乙醇10 mL充分混匀后,80 ℃水浴30 min,超声30 min,3 000 r/min条件下离心30 min后,用针管吸取1 mL上清液,将液体过膜,从已过膜液体中取出0.1 mL加入超纯水吸收后上机。
黑芥子酶活性参考李昕悦等[20]的方法测定并加以改进:取0.1 g经液氮研磨的鲜样,加入pH值为 7.0的PBS缓冲液1.2 mL,12 000 r/min、4 ℃条件下离心25 min,取0.5 mL上清液加0.5 mL黑芥子酶溶液在37 ℃下水浴15 min灭酶,采用葡萄糖试剂盒测定样品中葡萄糖的含量。以每分钟反应体系对黑芥子酶催化底物转化成1 nmol葡萄糖所需酶量为1个酶活力单位。

1.3.3 矿质元素含量的测定

称取0.5 g干样放入坩埚内,将坩埚放入马弗炉内,300 ℃处理3 h,600 ℃处理6 h,待炉内温度降至室温,再将坩埚拿出,倒入5%的稀硝酸5 mL,混匀后过滤,用ICPE-9000等离子发射光谱仪进行测定。

1.3.4 植物激素含量的测定方法

将新鲜样品用球磨仪处理(30 Hz,1 min)至粉末状,称取50 mg粉末样品,分别加入10 μL质量浓度为100 ng/mL的内标混合溶液,1 mL甲醇/水/甲酸(15:4:1,V/V/V)提取剂,混匀;涡旋10 min,于4 ℃ 12 000 r/min条件下离心5 min,取上清液进行浓缩;浓缩后用80%甲醇/水溶液100 μL复溶,过0.22 μm滤膜,置于进样瓶中,用于LC-MS/MS分析。

1.4 数据分析

使用Excel 2010统计数据绘图,采用SPSS 22.0软件进行显著性检验(Duncan法)和相关性分析(Pearson系数)。数据表示为平均值±标准差,统计学差异显著水平定义设定为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗生长指标的影响

表1可以看出,在株高和含水率方面各处理间差异均不显著;单株质量表现为T4最大,较CK和T1分别增加了15.21%和15.69%,且与二者均达显著差异水平,而与T2、T3间无显著差异。上述结果表明,喷施COS可以提高芽苗单株质量,增加芽苗产量。
表1 壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗生长指标的影响

Tab.1 Effect of chitooligosaccharides on the growth index of kale sprouts

处理
Treatments
株高/cm
Plant height
单株质量/mg
Plant weight
含水率/%
Water content
CK 2.48±0.05a 28.54±2.59b 0.92±0.01a
T1 2.33±0.06a 28.42±2.55b 0.91±0.01a
T2 2.60±0.19a 29.67±2.70ab 0.91±0.01a
T3 2.55±0.08a 31.46±0.38ab 0.92±0.00a
T4 2.56±0.20a 32.88±1.44a 0.92±0.01a
注:不同小写字母表示不同处理在0.05水平差异显著。表25同。
Note:Different lowercase letters in the same column of the same cultivar indicate significant differences(P<0.05).The same as Tab.25.

2.2 壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗中光合色素含量的影响

不同浓度COS对羽衣甘蓝芽苗光合色素含量见表2,在CK、T1—T3处理,叶绿素a含量、总叶绿素含量和类胡萝卜素含量(以干质量计)呈现先下降后上升的趋势,且均以T3处理最高。T3处理叶绿素a含量与T2处理差异不显著,但二者均显著高于T1和T4处理;叶绿素b含量(以干质量计)在CK、T1—T3处理间无显著差异,但均显著高于T4处理;总叶绿素含量T3与T2、CK差异不显著,T4含量最小,显著小于CK及T2、T3处理;CK、T2、T3处理间类胡萝卜素均无显著差异,但T2、T3处理均显著大于T1、T4处理。叶绿素a/b以T4处理最高,较CK、T1、T2、T3处理分别升高了25.55%,22.32%,10.89%,8.78%,且均达显著差异水平,而CK与T1、T2与T3间差异不显著。综上,喷施一定浓度的COS可以增加叶绿素a、总叶绿素和类胡萝卜素的含量,但影响效果不显著。
表2 壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗光合色素含量的影响

Tab.2 Effect of chitooligosaccharides on photosynthetic pigments of kale sprouts

处理
Treatments
叶绿素a含量/
(mg/g)
Chla content
叶绿素b含量/
(mg/g)
Chlb content
总叶绿素含量/
(mg/g)
Chl(a+b)content
叶绿素a/b
Chl(a/b)
类胡萝卜素含量/
(mg/g)
Car content
CK 0.32±0.02ab 0.14±0.01a 0.47±0.02ab 2.27±0.04c 5.69±0.22ab
T1 0.30±0.01b 0.13±0.01a 0.43±0.02bc 2.33±0.04c 5.27±0.24b
T2 0.34±0.02a 0.13±0.01a 0.47±0.03ab 2.57±0.07b 5.86±0.37a
T3 0.35±0.01a 0.13±0.01a 0.48±0.02a 2.62±0.16b 6.06±0.23a
T4 0.30±0.02b 0.11±0.02b 0.41±0.04c 2.85±0.23a 5.35±0.38b

2.3 壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗中总酚、总黄酮含量的影响

喷施COS对羽衣甘蓝芽苗总酚和总黄酮含量(以干质量计)的影响如图1所示,总酚含量表现为T3处理最高,T4处理次之,二者间差异不显著,但均显著高于CK、T1、T2处理,T3、T4分别较CK提高了25.99%,21.29%。总黄酮含量表现为T4处理含量最高,分别较CK、T1、T2增加了22.47%,53.15%,28.64%,且与CK、T1、T2间达显著差异水平;T3处理总黄酮含量其次,与T4处理间差异不显著, 但T3较CK、T1、T2分别增加了17.99%,47.55%,23.93%。综上表明,当喷施25~50 mg/L COS时,总酚和总黄酮的含量较CK有所下降,而当喷施75,100 mg/L COS时,总酚和总黄酮的含量较CK均显著增加,且二者间的总酚和总黄酮含量均无显著差异。
图1 壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗总酚和总黄酮含量的影响
不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。图24同。

Fig.1 Effect of chitooligosaccharides on the total phenolics and total flavonoids content of kale sprouts

Different small letters indicate significant differences among different treatments at P<0.05.The same as Fig.24.

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2.4 壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗DPPH自由基清除率的影响

不同COS处理对DPPH自由基清除率的影响见图2,喷施COS后羽衣甘蓝芽苗的DPPH自由基清除率呈现先上升后下降的趋势,T3处理最高,较CK、T1处理分别增加了2.51%,2.45%,且与二者间差异达显著水平,而CK与T1、T2、T4处理间差异不显著。综上可见,在75 mg/L COS处理时DPPH自由基清除效果最好。
图2 壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗DPPH自由基清除率的影响

Fig.2 Effect of chitooligosaccharides on the DPPH free radicals scavenging rate in kale sprouts

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2.5 壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗中硫苷含量的影响

2.5.1 壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗中脂肪族硫苷的影响

表3可知,2-丙烯基硫苷(SIN)、3-丁烯基硫苷(NAP)、2-羟基-3-丁烯基硫苷(PRO)、4-甲硫基丁烯基硫苷(ERU)、4-甲基硫氧丁基硫苷(RAA)、5-甲基亚磺酰基戊基硫苷(ALY)含量(以鲜质量计)均表现为T3处理最高,其中NAP、PRO、ERU、RAA、ALY含量均显著高于其他处理;与CK、T1、T2、T4处理相比,T3处理NAP分别提高了78.26%,43.60%,89.57%,38.21%,PRO分别提高了46.64%,15.01%,26.96%,25.16%,ERU分别提高了86.73%,57.36%,56.03%,38.60%,RAA分别提高了70.55%,39.38%,29.19%,19.94%,ALY分别提高了116.74%,51.77%,72.38%、44.23%。T3处理SIN含量显著大于除CK外的其他处理,T2处理显著低于CK。RAE含量各处理间差异均不显著。综上可知,施用75 mg/L COS可以显著增加NAP、PRO、ERU、RAA、ALY等5种脂肪族硫苷含量,而对SIN和RAE 这2种脂肪族硫苷含量影响不显著。
表3 壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗脂肪族硫苷含量的影响

Tab.3 Effect of chitooligosaccharides on the content of aliphatic glucosinolates in kale sproutsμg/g

处理
Treatments
2-丙烯基硫苷
SIN
3-丁烯基硫苷
NAP
2-羟基-3-丁烯
基硫苷
PRO
4-甲硫基丁烯
基硫苷
ERU
4-甲基亚磺酰基-
3-丁烯基硫苷
RAE
4-甲基硫氧
丁基硫苷
RAA
5-甲基亚磺酰
基戊基硫苷
ALY
CK 967.95±46.59ab 64.23±5.31c 577.90±0.01c 86.46±0.31d 0.03±0.04a 289.00±9.11e 6.75±0.60c
T1 906.00±58.00b 79.74±1.88b 736.83±60.41b 102.59±5.96c 0.09±0.13a 353.62±9.88d 9.64±0.01b
T2 780.71±8.56c 60.40±2.74c 667.50±18.83b 103.47±1.84c 0.07±0.10a 381.52±0.52c 8.48±0.86bc
T3 1 014.68±31.76a 114.50±6.76a 847.43±19.00a 161.44±3.75a 0.09±0.13a 492.88±14.38a 14.63±1.27a
T4 879.88±13.02b 82.84±3.67b 677.06±22.55b 116.48±1.40b 0.01±0.02a 410.95±11.31b 10.14±0.33b

2.5.2 壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗中吲哚族硫苷的影响

喷施壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗吲哚族硫苷含量的变化见表4,T3处理的3-甲基吲哚基硫苷(GBC)含量(以鲜质量计)较CK、T1、T2、T4处理,分别增加了41.02%,11.52%,44.57%,32.08%,且差异显著;4-甲基吲哚基-3甲基硫苷(4ME)含量(以鲜质量计)以T1处理最高,达154.40 μg/g,显著高于其他4个处理,较CK、T2、T3、T4处理分别增加了46.96%,23.87%,36.72%,34.39%;1-甲基吲哚基-3甲基硫苷(NEO)含量(以鲜质量计)以T2处理最高,且显著高于其他4个处理,分别较CK、T1、T3、T4处理增加了24.93%,70.73%,55.08%,35.89%。综上可见,喷施25~75 mg/L COS可以提高GBC、4ME、NEO等吲哚族硫苷的含量。
表4 壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗吲哚族硫苷含量的影响

Tab.4 Effect of chitooligosaccharides on the content of indole glucosinolates in kale sproutsμg/g

处理
Treatments
3-甲基吲哚
基硫苷
GBC
4-甲基吲哚基-3
甲基硫苷
4ME
1-甲基吲哚基-3
甲基硫苷
NEO
CK 113.20±2.56cd 105.06±0.94d 105.56±1.16b
T1 143.14±3.12b 154.40±4.52a 77.24±5.16e
T2 110.43±1.88d 124.65±0.58b 131.87±2.39a
T3 159.64±4.97a 112.93±1.05c 85.04±1.99d
T4 120.86±5.08c 114.89±0.32c 97.05±0.12c

2.5.3 壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗中总硫苷含量的影响

为了更直观地展现COS对硫苷含量的影响,对总硫苷含量进行了进一步分析。图3结果表明,随着喷施COS浓度的增加,总硫苷含量(以鲜质量计)呈现波动变化的趋势,在T3处理含量达到最高,分别较CK、T1、T2、T4提升了29.68%,17.19%,26.77%,19.60%,且与这4个处理间差异均达显著水平;T1处理与CK间差异显著,但T2、T4处理与CK间差异均不显著。综上表明,喷施COS后芽苗的总硫苷含量得到提升,而当喷施浓度超过75 mg/L时,总硫苷含量则逐渐下降。
图3 壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗总硫苷含量的影响

Fig.3 Effect of chitooligosaccharides on the total glucosinolates content of kale sprouts

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2.6 壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗中黑芥子酶活性的影响

COS对羽衣甘蓝芽苗黑芥子酶活性的影响见图4,黑芥子酶活性(以鲜质量计)表现为T1、T2、T3、T4处理均显著高于CK,较CK分别增加了82.25%,117.76%,141.88%,97.71%,其中T2、T3、T4处理间差异不显著,T1、T2、T4处理间差异不显著,而T1与T3处理间差异显著。综上表明,经75 mg/L COS处理后,羽衣甘蓝芽苗的黑芥子酶活性得到显著提升。
图4 壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗黑芥子酶活性的影响

Fig.4 Effect of chitooligosaccharides on myrosinase enzyme activity in kale sprouts

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2.7 壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗中矿质元素含量的影响

COS对羽衣甘蓝芽苗中矿质元素含量(以干质量计)的影响如表5所示,对于大量元素磷、钾、镁而言,COS处理基本可以维持钾元素的含量,除T3处理显著低于CK外,T1、T2、T4处理均与CK无显著差异;而对磷、镁元素含量,各处理较CK均有下降,且CK处理的磷含量与其他4个处理间均有显著差异,而CK、T2、T4处理的镁含量间无显著差异。对于微量元素钠、硼、铜而言,钠元素含量以T4处理最高,显著高于其他4个处理,分别较CK、T1、T2、T3增加了15.97%,6.39%,6.86%,9.79%,其中T1、T2处理显著高于CK和T3,而T1、T2间差异不显著;硼元素含量在T4处理下最高,显著高于其他4个处理,分别较CK、T1、T2、T3分别提升了32.63%,32.63%,24.75%,18.87%,其中CK与T1、T2与T3处理间差异不显著,CK、T1与T2、T3处理间差异显著;而对于Cu含量各处理间均没有显著变化。综上可见,100 mg/L COS处理可以提高钠元素和硼元素的含量,而对钾、镁、铜等元素含量影响较小,对磷元素还有显著降低的作用。
表5 壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗矿质元素含量的影响

Tab.5 Effect of chitooligosaccharides on the mineral element content of kale sproutsμg/g

处理
Treatments
磷含量
P content
钾含量
K content
镁含量
Mg content
钠含量
Na content
硼含量
B content
铜含量
Cu content
CK 878.69±2.29a 811.10±25.89ab 424.86±2.44a 96.42±0.85d 0.95±0.04c 0.23±0.02a
T1 849.99±0.10c 843.24±10.17a 401.65±0.21c 105.10±1.53b 0.95±0.01c 0.23±0.00a
T2 864.26±0.20b 807.19±10.91b 421.26±2.31a 104.64±0.95b 1.01±0.04b 0.22±0.00a
T3 815.82±6.93d 751.76±22.77c 409.22±6.02b 101.85±1.40c 1.06±0.02b 0.23±0.01a
T4 849.24±2.22c 789.63±12.81b 421.31±0.05a 111.82±0.22a 1.26±0.03a 0.23±0.01a

2.8 壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗中植物激素含量的影响

为了验证低浓度壳寡糖能否调节芽苗内植物激素的含量,选取T1(25 mg/L COS)处理对植物激素进行测定,为了进一步揭示COS与植物激素的关系,在硫苷的基础上,选取T3(75 mg/L COS)处理对植物激素进行测定,主要对生长素类(Auxin)、细胞分裂素类(CK)、茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)、乙烯(ETH)5类植物激素及其衍生物进行测定。由图5可知,经T1处理后,羽衣甘蓝芽苗中植物激素的含量高于CK,其中生长素IAA-Glu含量T1处理较CK增加了69.00%;细胞分裂素iP7G含量T1处理较CK增加了19.68%;茉莉酸JA-ACC含量T1处理较CK增加了71.11%;水杨酸SAG含量T1处理较CK增加了9.05%。T3处理中L-色氨酸(TRP)、ICA等生长素含量分别较CK增加了23.76%,17.58%;iP7G、KR、cZR、BAP、mT等细胞分裂素含量较CK分别增加了11.58%,9.61%,14.54%,5.66%,14.93%;JA-ACC、12-OH-JA、JA-Phe等茉莉酸含量较CK增加了126.08%,12.01%,21.49%;Phe和SAG等水杨酸含量较CK分别增加了7.70%,10.77%。在乙烯中的ACC含量在T1、T3处理中均较CK降低,这可能是由于在芽苗生长前期,以营养生长为主所导致的。综上表明,COS处理可以提高芽苗内生长素、细胞分裂素、茉莉酸、水杨酸等植物激素的含量,且以T3处理效果最好。
图5 壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗植物激素的总体聚类
横向为样品名称,纵向为代谢物信息;不同颜色为不同相对含量标准化处理后得到的不同数值进行填充的颜色(红色代表高含量,绿色代表低含量)。

Fig.5 Overall clustering of phytohormones of chitooligosaccharides on kale sprouts

Horizontal is the name of the sample,vertical is the metabolite information;different colors are the colors filled with different values obtained from the normalization treatment of different relative contents (red represents high content,green represents low content).

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2.9 壳寡糖处理与植株生长、抗氧化性、硫苷含量及相关激素之间的相关性分析

为探究喷施COS对植株生长性状、抗氧化性、硫苷含量及激素之间变化的一致性,对其进行了相关性分析。在本试验条件下芽苗株高与其他指标间的相关性不显著;单株质量与类胡萝卜素、总酚、总黄酮含量及DPPH自由基清除率显著正相关,相关系数为0.518~0.756;类胡萝卜素与总酚、总黄酮含量、黑芥子酶活性和DPPH自由基清除率显著正相关,相关系数为0.539~0.644;总酚含量与总黄酮含量极显著正相关,相关系数为0.982;总酚、总黄酮与TRP显著正相关,相关系数为0.700~0.717;DPPH自由基清除率与黑芥子酶活性极显著正相关,相关系数为0.827;总硫苷含量与黑芥子酶活性显著正相关,相关系数为0.745;Phe与TRP显著正相关,相关系数为0.717(表6)。
表6 COS处理对植株生长、抗氧化性、硫苷含量及相关激素间的相关性分析

Tab.6 Correlation analysis between COS treatments on plant growth, antioxidant properties,glucosinolates content and related hormones

指标
Indexes
株高
Plant
height
单株质量
Plant
weight
类胡萝卜
素含量
Carotenoid
content
总酚含量
Total
phenolics
content
总黄酮含量
Total
flavonoids
content
DPPH自由
基清除率
DPPH free
radical
clearance rate
总硫苷含量
Total
glucosinolates
content
黑芥子
酶活性
Myrosinase
activity
L-苯丙
氨酸含量
Phe
content
L-色氨
酸含量
TRP
content
株高 Plant height 1.000
单株质量 Plant weight 0.148 1.000
类胡萝卜素含量 Carotenoid content 0.272 0.626* 1.000
总酚含量 Total phenolics content 0.511 0.524* 0.546* 1.000
总黄酮含量 Total flavonoids content 0.497 0.518* 0.579* 0.982** 1.000
DPPH自由基清除率 0.298 0.756* 0.644* 0.529 0.456 1.000
DPPH free radical clearance rate
总硫苷含量 Total glucosinolates content -0.152 0.31 0.539 0.345 0.382 0.559 1.000
黑芥子酶活性 Myrosinase activity 0.179 0.456 0.539* 0.282 0.279 0.827** 0.745* 1.000
L-苯丙氨酸含量Phe content -0.200 0.067 0.483 0.500 0.450 0.464 0.771 0.533 1.000
L-色氨酸含量TRP content 0.267 0.467 0.533 0.717* 0.700* 0.580 0.771 0.633 0.717* 1.000
注:*表示在0.05水平下显著相关(双尾);**表示在0.01水平下极显著相关(双尾)。
Note:* indicates significant correlation at the 0.05 level (two-tailed);**indicates extremely significant correlation at the 0.01 level (two-tailed).

3 结论与讨论

有活力的种子经吸水膨胀后开始萌发,其间发生一系列生理生化变化,如蛋白质、淀粉水解,大分子物质合成,亚细胞结构变化和细胞伸长等[21]。在种子发芽后对羽衣甘蓝芽苗施用不同浓度的COS溶液,株高和含水率无显著变化,但喷施100 mg/L COS处理较对照可以显著提升芽苗的单株质量,增加芽苗产量。植物进行光合作用的主要部位是叶绿体,叶绿体参与光合途径的主要色素是叶绿素[22]。在一定范围内,增加叶绿素含量可以增强叶绿体对光能的吸收和转化,增强光合速率,进而提高产量[23]。Zong等[13]研究表明,50 mg/L COS可以促进镉胁迫下油菜的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量。在本试验中,喷施75 mg/L COS较对照可以增加叶绿素a、总叶绿素及类胡萝卜素的含量,与前人研究结果相似。
多酚和黄酮是天然的抗氧化物质,能有效清除体内自由基,具有提高人体免疫力、降血压、预防癌症等效果[24-26]。COS分子中的氨基能在溶液中结合一个氢离子而形成 NH3+, NH3+中的氢离子可与自由基反应形成稳定的物质,从而起到清除自由基的作用[27]。在本试验研究中,喷施75 mg/L COS显著提升了羽衣甘蓝芽苗的总酚、总黄酮含量及DPPH自由基清除率,与周桂等[28]研究结果基本一致。本研究通过相关分析表明,总酚和总黄酮含量间极显著正相关,总酚、总黄酮与L-色氨酸(TRP)含量显著正相关,在芳香族氨基酸生物合成途径中,色氨酸的前体是苯丙氨酸,而苯丙氨酸可以合成黄酮类化合物,从而使TRP影响着总酚和总黄酮的含量。
硫苷在十字花科植物的生长周期中起着十分重要的作用,硫苷及其降解产物能参与植物的防御反应,从而起到起抗虫、抗菌等作用[29]。在本试验中,经75 mg/L COS处理的脂肪族硫苷NAP、PRO、ERU、RAA、ALY的含量均较对照得到显著提升;经COS处理的吲哚族硫苷GBC、4ME、NEO等含量也得到了不同程度的提高。硫苷水解是由黑芥子酶催化完成的[30],在植物中黑芥子酶的活性取决于品种和器官[31]。在本试验中,喷施75 mg/L COS的黑芥子酶活性显著高于对照,这与脂肪族硫苷的变化相一致。在相关性分析中也可以表明,黑芥子酶活性与总硫苷含量显著正相关,与DPPH自由基清除率极显著正相关。因此推测,壳寡糖可能是通过调控叶绿素的含量,诱导苯丙氨酸(Phe)的变化,进而引起黄酮类化合物及硫苷含量的变化。
矿质元素是构成酶和维生素的活性因子,构成某些激素并参与激素作用,影响核酸代谢,协同主要营养元素发挥作用,因此与人体健康有密切的关系[32]。磷元素可以提高青花菜中叶绿素的含量[33],钾元素可以促进光合磷化作用,对提高蔬菜产量和改善蔬菜营养品质有重要作用。本试验中,COS处理基本可以维持钾元素含量,除75 mg/L COS处理显著低于对照外,其他处理均与对照无显著差异,但各处理对磷元素均显著低于对照。镁元素主要参与植物能量代谢过程,并促进光合产物的合成与转化[34]。在本试验中,50,100 mg/L COS处理后镁元素与对照无显著差异。硼元素的吸收与植物根系和蒸腾速率有关[35],在本试验中施用50~100 mg/L COS后硼含量较对照得到显著提升,说明COS处理可以促进植物根系对硼的吸收。铜元素是人体所必需的微量元素之一,许多重要的酶都有铜离子参与合成[36],在本试验中25~100 mg/L COS处理可以维持铜元素的含量。
综上,在本试验中,施用75 mg/L COS可以提高羽衣甘蓝芽苗的叶绿素a、总叶绿素、类胡萝卜素以及植物激素的含量,从而促进芽苗生长,提高芽苗光合速率;施用75 mg/L COS可以提高总酚、总黄酮、总硫苷含量和黑芥子酶活性,提高DPPH自由基清除率,增强芽苗的抗氧化能力,施用100 mg/L COS可以提高总酚、总黄酮、钠、硼含量及黑芥子酶活性,增加芽苗的产量,促进植株体内矿质元素的吸收。结果表明,经75~100 mg/L COS处理羽衣甘蓝芽苗的品质最好。

参考文献

[1]
张和义, 胡萌潮, 李苏迎. 芽苗菜生产新技术[M]. 北京: 金盾出版社, 2014.
Zhang H Y, Hu M C, Li S Y. New technology of sprout production[M]. Beijing: Jindun Press, 2014.
[2]
Uuh-narvaez J J, Segura-campos M R. Cabbage (Brassica oleracea var.capitata):a food with functional properties aimed to type 2 diabetes prevention and management[J]. Journal of Food Science, 2021, 86(11):4775-4798.doi:10.1111/1750-3841.15939.
[3]
车功恒, 张国华, 肖军霞, 李晓丹, 郭丽萍. 蓝光光周期对甘蓝芽苗菜营养品质的影响[J]. 食品研究与开发, 2022, 43(14):16-22.doi:10.12161/j.issn.1005-6521.2022.14.003.
Che G H, Zhang G H, Xiao J X, Li X D, Guo L P. Effect of blue light photoperiods on nutritional quality of cabbage sprouts[J]. Food Research and Development, 2022, 43(14):16-22.
[4]
Cartea M E, Velasco P. Glucosinolates in Brassica foods:bioavailability in food and significance for human health[J]. Phytochemistry Reviews, 2008, 7(2):213-229.doi:10.1007/s11101-007-9072-2.
[5]
Vaughn S F, Berhow M A. Glucosinolate hydrolysis products from various plant sources:pH effects,isolation,and purification[J]. Industrial Crops and Products, 2005, 21(2):193-202.doi:10.1016/j.indcrop.2004.03.004.
[6]
Sønderby I E, Geu-Flores F, Halkier B A. Biosynthesis of glucosinolates-gene discovery and beyond[J]. Trends in Plant Science, 2010, 15(5):283-290.doi:10.1016/j.tplants.2010.02.005.
[7]
Sun B, Liu N, Zhao Y T, Yan H Z, Wang Q M. Variation of glucosinolates in three edible parts of Chinese kale (Brassica alboglabra Bailey) varieties[J]. Food Chemistry, 2011, 124(3):941-947.doi:10.1016/j.foodchem.2010.07.031.
[8]
Lin L Z, Harnly J M. Identification of the phenolic components of collard greens,kale,and Chinese broccoli[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2009, 57(16):7401-7408.doi:10.1021/jf901121v.
[9]
Ku K M, Jeffery E H, Juvik J A. Exogenous methyl jasmonate treatment increases glucosinolate biosynthesis and quinone reductase activity in kale leaf tissue[J]. PLoS One, 2014, 9(8):e103407.doi:10.1371/journal.pone.0103407.
[10]
Miao H Y, Wang M Y, Chang J Q, Tao H, Sun B, Wang Q M. Effects of glucose and gibberellic acid on glucosinolate content and antioxidant properties of Chinese kale sprouts[J]. Journal of Zhejiang University Science B, 2017, 18(12):1093-1100.doi:10.1631/jzus.B1700308.
[11]
范丽萍, 刘志伟, 焦文娟, 黄利华. 壳寡糖复合物的制备及其功效研究进展[J]. 食品工业科技, 2022, 43(9):404-415.doi:10.13386/j.issn1002-0306.2021040148.
Fan L P, Liu Z W, Jiao W J, Huang L H. Research progress on preparation and efficacy of chiooligosaccharide complex[J]. Science and Technology of Food Industry, 2022, 43(9):404-415.
[12]
杨顺, 唐鸿吕, 许忠民, 黄炜, 李大伟, 费思明, 魏文婧. 壳寡糖对盐胁迫下甘蓝幼苗生理特性的影响[J]. 分子植物育种, 2023, 20:1-12.
Yang S, Tang H L, Xu Z M, Huang W, Li D W, Fei S M, Wei W J. Effects of chitooligosaccharides on the physiological characteristics of kale seedlings under salt stress[J]. Molecular Plant Breeding, 2023, 20:1-12.
[13]
Zong H Y, Li K C, Liu S, Song L, Xing R E, Chen X L, Li P C. Improvement in cadmium tolerance of edible rape (Brassica rapa L.) with exogenous application of chitooligosaccharide[J]. Chemosphere, 2017, 181:92-100.doi:10.1016/j.chemosphere.2017.04.024.
[14]
冶楠, 朱艳, 赵元寿, 朱建宁, 门佳伟, 陈富, 孔德媛, 张卫兵, 宗元元, 李永才. 壳寡糖浸种对马铃薯微型薯芽生长和内源激素含量的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(4):788-800.doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.04.016.
Ye N, Zhu Y, Zhao Y S, Zhu J N, Men J W, Chen F, Kong D Y, Zhang W B, Zong Y Y, Li Y C. Effects of seed soaking with chitooligosaccharide on the growth of sprout and endogenous phytohormone content in potato minitubers[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(4):788-800.
[15]
李合生. 植物生理生化实验原理和技术[M]. 北京: 高等教育出版社, 2000.
Li H S. Principles and techniques of plant physiology and biochemistry experiments[M]. Beijing: Higher Education Press, 2000.
[16]
田璐. NaCl和CaCl2处理对西兰花芽苗菜营养与功能品质的影响[D]. 南京: 南京农业大学, 2017.
Tian L. Effects of NaCl and CaCl2 treatments on the nutritional and functional properties of broccoli sprouts[D]. Nanjing: Nanjing Agricultural University, 2017.
[17]
赵登奇, 孙亚天, 黄建颖, 宋亦超. 西兰花叶中生物活性成分的测定[J]. 核农学报, 2020, 34(6):1266-1271.doi:10.11869/j.issn.100-8551.2020.06.1266.
Zhao D Q, Sun Y T, Huang J Y, Song Y C. Determination of bioactive ingredients in broccoli leaves[J]. Journal of Nuclear Agricultural Sciences, 2020, 34(6):1266-1271.
[18]
高诗薇. 西兰花芽苗中生物活性物质的富集工艺研究与应用[D]. 西安: 西北大学, 2022.doi:10.27405/d.cnki.gxbdu.2022.002167.
Gao S W. Research and application on enrichment process of bioactator in broccoli sprouts[D]. Xi'an: Northwest University, 2022.
[19]
刘倩男, 黄伟, 丁云花, 王亚钦, 胡丽萍, 赵学志, 何洪巨, 刘光敏. 青花菜中硫代葡萄糖苷RAA和GBC的近红外光谱快速测定[J]. 中国农业科学, 2020, 53(21):4497-4506.doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.21.017.
Liu Q N, Huang W, Ding Y H, Wang Y Q, Hu L P, Zhao X Z, He H J, Liu G M. Rapid determination of RAA and GBC in broccoli by near infrared spectroscopy[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2020, 53(21):4497-4506.
[20]
李昕悦, 杨润强, 王沛, 田璐, 顾振新. 芝麻菜种子萌发过程中芽苗生长和硫苷代谢[J]. 食品工业科技, 2018, 39(2):51-55,60.doi:10.13386/j.issn1002-0306.2018.02.010.
Li X Y, Yang R Q, Wang P, Tian L, Gu Z X. The changes of growth status and glucosinolate metabolism during the germination of rocket seeds[J]. Science and Technology of Food Industry, 2018, 39(2):51-55,60.
[21]
初婷, 彭畅, 郭丽萍. MgSO4处理对西兰花芽苗菜生理活性物质和抗氧化能力的影响[J]. 食品科学, 2018, 39(11):53-59.doi:10.7506/spkx1002-6630-201811009.
Chu T, Peng C, Guo L P. Effect of MgSO4 treatment on bioactive compounds and antioxidant activity in broccoli sprouts[J]. Food Science, 2018, 39(11):53-59.
[22]
张志鹏, 傅兆麟. 小麦叶片叶绿素含量与产量关系研究进展综述[J]. 安徽农学通报, 2015, 21(10):36-37,81.doi:10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2015.10.014.
Zhang Z P, Fu Z L. Research progress of relationship between chlorophyll content of wheat leaves and yield[J]. Anhui Agricultural Science Bulletin, 2015, 21(10):36-37,81.
[23]
Fang H, Song H Y, Cao F, He Y, Qiu Z J. Study on the relationship between spectral properties of oilseed rape leaves and their chlorophyll content[J]. Guang Pu Xue Yu Guang Pu Fen Xi, 2007, 27(9):1731-1734.
[24]
Bae I Y, An J S, Oh I K, Lee H G. Optimized preparation of anthocyanin-rich extract from black rice and its effects on in vitro digestibility[J]. Food Science and Biotechnology, 2017, 26(5):1415-1422.doi:10.1007/s10068-017-0188-x.
[25]
Zhu F. Triticale:Nutritional composition and food uses[J]. Food Chemistry, 2018, 241:468-479.doi:10.1016/j.foodchem.2017.09.009.
[26]
Senol F S, Kan A, Coksari G, Orhan I E. Antioxidant and anticholinesterase effects of frequently consumed cereal grains using in vitro test models[J]. International Journal of Food Sciences and Nutrition, 2012, 63(5):553-559.doi:10.3109/09637486.2011.641943.
[27]
Xie W M, Xu P X, Liu Q. Antioxidant activity of water-soluble chitosan derivatives[J]. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 2001, 11(13):1699-1701.doi:10.1016/s0960-894x(01)00285-2.
[28]
周桂, 靳晓芸, 邓光辉, 丘立杭, 邹成林, 李杨瑞. 壳寡糖诱导甘蔗叶多酚与防御酶活性的变化[J]. 南方农业学报, 2011, 42(8):874-877.doi:10.3969/j.issn.2095-1191.2011.08.011.
Zhou G, Jin X Y, Deng G H, Qiu L H, Zou C L, Li Y R. Chitosan oligosaccharide induced changes in polyphenols and defense enzymes activities in sugarcane leaves[J]. Journal of Southern Agriculture, 2011, 42(8):874-877.
[29]
程坤, 杨丽梅, 方智远, 刘玉梅, 庄木, 张扬勇, 孙培田. 十字花科植物中主要硫代葡萄糖苷合成与调节基因的研究进展[J]. 中国蔬菜, 2010(12):1-6.doi:10.19928/j.cnki.1000-6346.2010.12.001.
Cheng K, Yang L M, Fang Z Y, Liu Y M, Zhuang M, Zhang Y Y, Sun P T. Research progress on regulation and synthesis genes on glucosinolates biosynthesis in crucifer[J]. China Vegetables, 2010(12):1-6.
[30]
王枭, 王齐蕾, 郑孝桦, 吕新刚. 不同品种西兰花芽中黑芥子酶的筛选、微囊化及特性评价[C]. 西安: 中国食品科学技术学会, 2020.doi:10.26914/c.cnkihy.2020.021900.
Wang X, Wang Q L, Zheng X H, X G. Screening,microencapsulation and characterization of myrosinase enzyme content in broccoli sprouts of different varieties[C]. Xi'an:Chinese Society for Food Science and Technology, 2020.
[31]
孙艳伟, 张泽生, 王田心, 李雨蒙, 秦程广. 十字花科植物中黑芥子酶的研究进展[J]. 食品研究与开发, 2017, 38(11):216-220.doi:10.3969/j.issn.1005-6521.2017.11.048.
Sun Y W, Zhang Z S, Wang T X, Li Y M, Qin C G. The research progress of myrosinase in cruciferous plants[J]. Food Research and Development, 2017, 38(11):216-220.
[32]
王永祥, 张淑萍, 丁亚平, 刘嘉扬, 袁惠娟, 潘璐. 大别山区野生黎豆中微量元素的测定与品质评价[J]. 理化检验-化学分册, 2008, 44(1):63-65.doi:10.3321/j.issn:1001-4020.2008.01.024.
Wang Y X, Zhang S P, Ding Y P, Liu J Y, Yuan H J, Pan L. Determination of trace-elements and quality evaluation of the wild Chinese velvet bean grown in the area of Dabie mountain[J]. Physical Testing and Chemical Analysis Part B (Chemical Analysis), 2008, 44(1):63-65.
[33]
王祝余, 孙国跃. 氮钾肥料配施对青花菜产量和品质的影响[J]. 长江蔬菜, 2017(22):71-75.doi:10.3865/j.issn.1001-3547.2017.22.024.
Wang Z Y, Sun G Y. Effects of nitrogen and potassium fertilizers combined application on yield and quality of broccoli[J]. Journal of Changjiang Vegetables, 2017(22):71-75.
[34]
Verbruggen N, Hermans C. Physiological and molecular responses to magnesium nutritional imbalance in plants[J]. Plant and Soil, 2013, 368(1):87-99.doi:10.1007/s11104-013-1589-0.
[35]
郭丽丽, 赵竹青, 石磊, 朱端卫, 耿明建. 硼对不同硼效率甘蓝型油菜嫁接植株下部叶片矿质养分含量的影响[J]. 中国油料作物学报, 2010, 32(1):89-93.
Guo L L, Zhao Z Q, Shi L, Zhu D W, Geng M J. Effect of boron on nutrient content in the bottom leaves of two boron-efficiency rapeseed cultivars and their grafted plants[J]. Chinese Journal of Oil Crop Sciences, 2010, 32(1):89-93.
[36]
孙丽, 李贞霞, 王广印, 刘香婷. 不同品种直筒型大白菜的营养品质分析[J]. 广东农业科学, 2013, 40(20):35-37.doi:10.16768/j.issn.1004-874X.2013.20.059.
Sun L, Li Z X, Wang G Y, Liu X T. Analysis on nutrition quality of different varieties of straight cylinder Chinese cabbage[J]. Guangdong Agricultural Sciences, 2013, 40(20):35-37.

基金

现代农业产业技术体系北京市创新团队(BAIC01-2023-22)
北京市农林科学院创新能力建设专项(KJCX20230212)
北京市农林科学院创新能力建设专项(KJCX20220419)

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