中国农业科学 | 中国农科院油料所王林海课题组建立芝麻籽粒植酸含量高通量检测方法、筛选低植酸种质

芝麻（Sesamum indicum L，2n=26）不仅富含不饱和脂肪酸和蛋白质，同时，也含有丰富的钙、铁等矿质元素。但芝麻中含有植酸、草酸等抗营养成分，阻碍了人体对相关营养物质的利用。植酸（phytic acid，肌醇六磷酸）普遍存在于豆类、谷物和油料作物种子中，是种子中磷的重要储存形式，可占植物总磷的85%。由于植酸具有多羟基的结构特点，具有很强的螯合性，可与多种金属阳离子结合形成植酸盐。但人和单胃生物的消化系统中不含植酸酶，无法分解植酸盐，降低了矿质元素的可利用性，从而引起微量元素缺乏症。此外，人和单胃生物无法消化的植酸盐随粪便排出体外导致水体富营养化（磷富集），造成环境污染。品质改良是芝麻育种的重要目标之一，降低芝麻籽粒植酸含量，提高钙、铁等矿质元素的利用率，是芝麻品质改良的重要方向。鉴于此，亟需建立准确可靠的高通量植酸检测方法，大规模筛选低植酸种质，推动低植酸芝麻品种改良进程。

近期，中国农业科学院油料作物研究所/农业农村部油料作物生物学与遗传育种重点实验室王林海课题组完成的题为“芝麻籽粒植酸含量高通量检测方法的建立与低植酸种质的筛选”的研究在《中国农业科学》2024年第57卷12期正式发表。

以0.4 mol·L^-1HCl为提取溶剂，进行种子量、捣碎时间、捣碎频率、提取液体积等单因素试验，对芝麻籽粒植酸进行提取，结合微量化铁沉淀法高通量测定植酸含量。在单因素试验的基础上，进行Box-Behnken四因素三水平的响应面试验，建立植酸得率为响应值的二次多项式回归方程模型，并绘制响应曲面图和等高线图，分析影响植酸得率的主要因素及各因素间的交互作用，确定植酸含量检测的最优提取条件。利用该参数条件对2个环境下种植的200份芝麻种质资源进行植酸含量测定，筛选低植酸种质。

不同种子量对植酸得率的影响

不同捣碎时间对植酸得率的影响

不同捣碎频率对植酸得率的影响

不同提取液体积对植酸得率的影响

方差分析显示，建立的回归模型具有高度显著性（P<0.0001），失拟项不显著（P>0.05），方程对试验拟合较好，可用此回归方程对芝麻籽粒植酸提取试验进行优化。4个因素的一次项对植酸得率的影响均达到极显著水平，对植酸得率的影响大小依次为种子量>捣碎时间>捣碎频率>提取液体积。响应面分析图表明，种子量和捣碎时间、种子量和捣碎频率、捣碎时间和捣碎频率、捣碎时间和提取液体积、捣碎频率和提取液体积之间具有一定的交互作用。经过单因素条件及响应面设计优化的植酸最佳提取条件参数为种子量30 mg、捣碎时间6.5 min、捣碎频率50 Hz、提取液体积435 μL，在此条件下的植酸得率预测值为14.03 mg·g^-1，实际植酸平均得率为14.14 mg·g^-1，模型预测值与试验实际值十分接近。从200份种质资源中筛选出3份稳定的低植酸芝麻种质，平均含量为11.63 mg·g^-1。

种子量（A）、捣碎时间（B）、捣碎频率（C）和提取液体积（D）对植酸得率影响的响应曲面图

建立了芝麻植酸高效提取检测技术，可以显著减少试验时长，减少样品使用量，检测结果重复性好，准确性高。

该研究获得中国农业科学院科技创新工程（CAAS-ASTIP-2021-OCRI）、现代农业产业技术体系（CARS-14）的资助。

论文链接：

《 芝麻籽粒植酸含量高通量检测方法的建立与低植酸种质的筛选》

引用本文：

杨茜, 游均, 周瑢, 方圣, 张艳欣, 吴自明, 王林海. 芝麻籽粒植酸含量高通量检测方法的建立与低植酸种质的筛选[J]. 中国农业科学, 2024, 57(12): 2282-2294.

YANG Xi, YOU Jun, ZHOU Rong, FANG Sheng, ZHANG YanXin, WU ZiMing, WANG LinHai. Establishment of High-Throughput Detection Method for Phytic Acid Content in Sesame Seeds and Screening of Low Phytic Acid Germplasms[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(12): 2282-2294.