《Antioxidants》：Exploring Nutritional Quality and Bioactive Compounds in Oat Mediterranean Landraces and Cultivars
Elena Prats,
María Jesús Ca?uelo,
Carmen Tejero-Arroyo,
Besma Sghaier-Hammami,
Sofiene B. M. Hammami and
Gracia Montilla-Bascon
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本综述通过对126份地中海地区燕麦（Avena sativa L.）地方品种与栽培品种的系统分析，揭示了其在营养和功能性状方面的丰富遗传多样性。研究鉴定出蛋白质（>17%）、β-葡聚糖（β-glucans, >5%）、阿拉伯木聚糖（arabinoxylans, >2%）及燕麦蒽酰胺（avenanthramides, >2000 μg/g）等多种健康促进化合物的高累积基因型，并阐明了物候期、物种和地理来源对上述性状的影响规律。相关发现为培育高营养价值、富含纤维和增强抗氧化能力的燕麦品种提供了关键遗传资源，对推动功能性食品发展和可持续农业系统具有重要战略价值。
1. 引言
燕麦（Avena sativa L. 和 A. byzantina K. Koch）是公认的功能性食品，这不仅源于其均衡的宏量与微量营养素，更在于其富含一系列独特的生物活性化合物。其中，β-葡聚糖（β-glucans）以其降胆固醇和调节血糖的特性闻名，而阿拉伯木聚糖（arabinoxylans）则是另一类重要的非淀粉多糖，同样对健康有益。燕麦中独有的酚类化合物——燕麦蒽酰胺（Avenanthramides, AVAs），更因其卓越的抗炎和心脏保护作用而备受关注。地中海地区的燕麦地方品种，历经长期的自然与人工选择，蕴藏着丰富的等位基因多样性，是改良现代品种、提升营养品质和抗逆性的宝贵遗传资源。本研究旨在全面评估一个包含126份、来自18个地中海及欧洲国家基因型的收集品，量化其蛋白质、碳（C）、氮（N）、C/N比、β-葡聚糖、阿拉伯木聚糖、酚类化合物（游离态与细胞壁结合态）及三种燕麦蒽酰胺（AVA-A, AVA-B, AVA-C）的含量，旨在挖掘可用于食品工业和植物育种计划的高营养、功能性燕麦资源。
2. 材料与方法
2.1. 植物材料
研究材料为126份燕麦种质，包括白燕麦（A. sativa）、红燕麦（A. byzantina）和黑燕麦（A. strigosa），选自一个先前已进行过农艺、表型和遗传水平评估的、包含712份材料的更大群体。这些材料在表型评价前均经过了两代的单粒传纯化。
2.2. 样品制备
所有材料于2016/2017生长季在西班牙科尔多瓦的圣塔埃拉种植。收获后的籽粒经脱壳、研磨成粉（过0.5 mm或0.25 mm筛），并将全麦粉储存于-20°C以备分析。
2.3. 化学分析
2.3.1. 碳氮元素分析
使用元素分析仪测定全麦粉中的碳（C）和氮（N）含量。蛋白质含量通过氮含量乘以燕麦专用的转换系数5.83进行计算，C/N比则直接由元素组成数据计算得出。
2.3.2. β-葡聚糖
使用商品化试剂盒，基于酶法（地衣多糖酶和β-葡萄糖苷酶）水解结合GOPOD显色反应，在510 nm处测定吸光度，以此定量β-葡聚糖含量。
2.3.3. 阿拉伯木聚糖
采用D-木糖（木聚糖和阿拉伯木聚糖）检测试剂盒，通过酸水解释放木糖，随后进行酶促-比色反应，在340 nm处测定吸光度，定量阿拉伯木聚糖含量。
2.3.4. 酚类化合物
通过甲醇提取测定游离酚含量，通过碱水解残渣测定细胞壁结合酚含量。总酚含量采用Folin-Ciocalteu法测定，以没食子酸为标准品，在760 nm处测定，结果以没食子酸当量表示。
2.3.5. 燕麦蒽酰胺
使用80%甲醇水溶液提取燕麦蒽酰胺，采用高效液相色谱法进行分析。色谱柱为C18柱，以含甲酸的水和乙腈为流动相进行梯度洗脱，在340 nm下检测AVA-A、AVA-B和AVA-C。
2.3.6. 非酶促抗氧化活性
采用DPPH（2,2-二苯基-1-苦基肼）自由基清除法评估抗氧化能力，通过测定517 nm处吸光度的降低来计算自由基清除率。
2.3.7. 统计分析
对数据进行了方差分析、Pearson相关性分析以及基于欧氏距离和Ward最小方差法的层次聚类分析，以揭示性状间的关联和基因型的聚类模式。
3. 结果
3.1. 燕麦种质中营养与功能化合物的分布模式
在所评估的基因型中，蛋白质含量变化范围很广，介于9.5%到18.5%之间，其中有11个基因型超过了17%，显著高于典型燕麦的平均水平。碳含量在40.5%至45.5%之间，C/N比则在13到25之间变动。
β-葡聚糖含量在3%到6%之间，约30%的基因型高于众数区间。阿拉伯木聚糖含量较低，在0.5%到2.9%之间，有7个基因型超过了2.0%。游离酚含量在1.0至3.5 mg GAE/g之间，细胞壁结合酚则在1.0至2.5 mg GAE/g之间，超过20%的基因型细胞壁结合酚含量高于2.0 mg GAE/g。
燕麦蒽酰胺的分布呈现明显的左偏态。AVA-A和AVA-B主要在200 μg/g干重以下，AVA-C的范围更广，最高可达1200 μg/g。约10-15%的基因型燕麦蒽酰胺积累量高于众数区间，其中一些地方品种的总AVA累积量超过2000 μg/g。
3.2. 抽穗期、物种、材料类型和起源对籽粒营养与功能化合物的影响
碳积累不受抽穗期影响，但物种间存在差异，黑燕麦（A. strigosa）的碳、氮和蛋白质含量显著高于红燕麦（A. byzantina）。早抽穗基因型的氮和蛋白质含量显著较低。西部地中海地区的地方品种蛋白质含量略低于亚得里亚海地区的品种。C/N比在物种、抽穗期和地区间存在显著差异。
阿拉伯木聚糖含量在所有考察因素（抽穗期、物种、材料类型、地区）中均保持稳定。而β-葡聚糖含量则表现出显著变化：早抽穗基因型、黑燕麦（A. strigosa）、地方品种以及来自西部地中海地区的种质具有更高的β-葡聚糖含量。
可溶性酚和细胞壁结合酚的表现不同。早抽穗基因型的细胞壁结合酚含量显著低于中、晚抽穗基因型。栽培品种的可溶性酚含量显著高于地方品种。黑燕麦在两个酚类组分中的含量都显著较低。西部地中海地区的种质在两个酚类组分中的含量也显著低于其他地区。
燕麦蒽酰胺含量在抽穗期、物种和地区间表现出显著差异，但地方品种与栽培品种间无显著不同。早抽穗基因型的燕麦蒽酰胺积累量是中、晚抽穗基因型的超过两倍。黑燕麦在所有形式的燕麦蒽酰胺上含量最高，其中AVA-B和AVA-C的含量是其他物种的1.8至2.7倍。来自北非和西部地中海地区的种质在所有形式的燕麦蒽酰胺中含量最高。
3.3. 性状相关性模式
相关性分析揭示了性状间的重要关联。氮和蛋白质含量完全正相关。C/N比与氮含量呈强负相关，与碳含量呈弱正相关。可溶性酚与细胞壁结合酚呈中等正相关。
细胞壁结合酚与阿拉伯木聚糖呈正相关，但与β-葡聚糖呈负相关。β-葡聚糖与所有类型的燕麦蒽酰胺均呈相对较强的正相关，而三种燕麦蒽酰胺之间则呈现高度正相关。碳含量与燕麦蒽酰胺呈微弱的负相关。
3.4. 营养与功能化合物的聚类模式
热图聚类分析揭示了基因型在性状积累模式上的差异，主要分为两大簇：一簇大多数性状含量较低，另一簇则在多个关键性状上富集。在富集簇内，可进一步识别出具有特定组合模式的亚簇，例如，有些基因型（如G_181, G_530）燕麦蒽酰胺含量相对较高；另一些基因型（如G_208, G_686）则同时富含酚类、燕麦蒽酰胺和蛋白质；还有一组（如G_710, G_235）在β-葡聚糖、阿拉伯木聚糖和蛋白质上同时增加。
3.5. 抗氧化潜力
通过DPPH法测定的非酶促抗氧化活性在基因型间差异显著，大部分基因型的DPPH自由基清除率在12.5%到37.5%之间，有15个基因型超过了50%。
相关性分析显示，DPPH清除能力与可溶性酚类呈强正相关，与细胞壁结合酚呈较弱正相关，但与单个或总燕麦蒽酰胺含量无显著相关，表明在此次研究的种质中，可溶性酚类是DPPH自由基清除能力的主要贡献者。
4. 讨论
本研究发现地中海燕麦种质在蛋白质、β-葡聚糖、阿拉伯木聚糖、酚类化合物和燕麦蒽酰胺等性状上存在广泛的遗传变异。部分基因型的蛋白质含量超过17%，β-葡聚糖含量超过5%的临床相关阈值，阿拉伯木聚糖含量超过2%，以及燕麦蒽酰胺总量超过2000 μg/g，凸显了其作为功能性食品原料的巨大潜力。
抽穗期、物种和地理起源是影响这些性状的关键因素。早抽穗基因型倾向于积累更少的蛋白质但更多的燕麦蒽酰胺，这可能与地中海气候下谷物灌浆期遭遇的胁迫（如强光、温度波动、水分限制）激活苯丙烷代谢途径有关。黑燕麦（A. strigosa）在蛋白质、β-葡聚糖和燕麦蒽酰胺含量上普遍表现优异，进一步证明了物种背景的重要性。西部地中海和北非地区的种质在β-葡聚糖和燕麦蒽酰胺上含量较高，可能反映了其对当地非生物胁迫环境的适应。
性状间的相关性揭示了籽粒内化合物分布和代谢的相互作用。细胞壁结合酚与阿拉伯木聚糖的正相关，以及其与β-葡聚糖的负相关，可能源于它们在籽粒不同组织（外层与胚乳）的共定位。燕麦蒽酰胺与β-葡聚糖的正相关则支持了它们在内层组织中的共同积累。这些关联对于育种策略至关重要，因为改良一个性状可能会对其他相关性状产生协同或拮抗效应。
总之，这项研究不仅量化了地中海燕麦种质在关键营养和功能性状上的丰富多样性，还阐明了物候、物种和地理因素对性状形成的调控规律。研究鉴定的高价值基因型，以及揭示的性状关联模式，为培育兼具高营养品质、特定健康功能成分和适应性的燕麦新品种提供了直接的遗传资源和理论依据，对满足健康导向型食品市场的需求、推动可持续农业发展具有重要意义。
