國(guó)內(nèi)兩所大學(xué)聯(lián)合在中科院一區(qū)國(guó)際學(xué)術(shù)期刊發(fā)布黃花菜研究成果

2024年3月7日，山西農(nóng)業(yè)大學(xué)和湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Postharvest Biology and Technology發(fā)表一項(xiàng)重要研究成果，題為：Postharvest quality and metabolism changes of daylily flower buds treated with hydrogen sulfide during storage。本研究通過(guò)植物廣靶代謝組結(jié)合生理指標(biāo)分析研究了H2S對(duì)黃花菜采后品質(zhì)及貯藏過(guò)程中花蕾代謝變化的影響。這項(xiàng)研究有助于我們了解H2S在黃花菜貯藏過(guò)程中維持品質(zhì)的機(jī)理。

文章標(biāo)題：Postharvest quality and metabolism changes of daylily flower buds treated with hydrogen sulfide during storage

期刊名稱：Postharvest Biology and Technology

影響因子：7.0

發(fā)表單位：山西農(nóng)業(yè)大學(xué)和湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)

研究對(duì)象：黃花菜

研究方法：生理指標(biāo)、植物廣靶代謝組學(xué)等

百邁客生物為本研究提供了植物廣靶代謝組檢測(cè)和分析服務(wù)。

研究背景

在黃花菜中，花蕾是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的良好來(lái)源，含有大量的生物活性化合物，但在收獲后會(huì)變質(zhì)，這限制了黃花菜的口感和消費(fèi)者的滿意度。硫化氫(H2S)被認(rèn)為是一種重要的氣體信號(hào)分子，可以延長(zhǎng)水果和蔬菜的采后新鮮度。先前有研究表明，H2S通過(guò)減輕脂質(zhì)過(guò)氧化和增加抗氧化酶活性來(lái)延長(zhǎng)黃花菜采后壽命。然而，目前對(duì)H2S延緩黃花菜衰老的研究還停留在生理層面。H2S在黃花菜花蕾采后貯藏中的作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究。本研究旨在研究H2S對(duì)黃花菜采后品質(zhì)及貯藏過(guò)程中花蕾代謝變化的影響。

實(shí)驗(yàn)材料

本研究選用黃花菜(萱草)“大同黃花”，產(chǎn)于中國(guó)山西省大同市云州區(qū)。花蕾是在商業(yè)成熟前采摘的。將剛采收的黃花菜花蕾在4℃預(yù)冷后，在4 h內(nèi)立即運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室。花蕾顏色、形狀、大小均勻，無(wú)物理?yè)p傷，分為7組。將每組黃花菜芽(200 g)分別置于含有200 mL蒸餾水、0.8、1.6、2.4、3.2、4.0、4.8 mM NaHS溶液(H2S供體)的干燥器中。干燥劑保存于4℃，相對(duì)濕度85% ~ 95%。測(cè)定了黃花菜的失重率、開(kāi)花率、腐爛率和良花率，初步評(píng)價(jià)了黃花菜的品質(zhì)。

采后黃花菜T組選擇最佳H2S處理濃度，對(duì)照(CK組)以蒸餾水處理。連續(xù)處理6 d，每24 h更換一次處理液。從第0 d開(kāi)始收集樣品進(jìn)行比較。蒸餾水處理的樣品記錄為CK0-6，H2S處理的樣品記錄為T(mén)1-6，每24 h一次。每次處理三次。CK0、CK6、T6進(jìn)行代謝組檢測(cè)。

研究結(jié)果

?1.生理分析——H2S抑制黃花菜貯藏過(guò)程中的失重、開(kāi)花和腐爛

黃花菜在貯藏過(guò)程中，由于呼吸和蒸騰作用，水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不斷被消耗。結(jié)果表明，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，CK組表現(xiàn)為嚴(yán)重失重，H2S處理緩解了黃花菜的失重，尤其是3.2 mM NaHS緩解效果最大。H2S處理能不同程度地延遲了黃花菜的開(kāi)花，并能能較好地維持黃花菜的品質(zhì)。

2.生理分析——H2S對(duì)黃花菜MDA和H2O2含量有抑制作用

對(duì)比3.2 mM NaHS處理和未處理的黃花菜MDA含量，結(jié)果顯示，貯藏6 d內(nèi)，CK和H2S處理組MDA含量均持續(xù)升高。貯藏4 d后，H2S處理顯著抑制了MDA含量的增加。H2S處理的黃花菜在貯藏過(guò)程中H2O2的產(chǎn)生被阻斷。

3.生理分析——H2S緩解了TP含量的下降，維持了黃花菜的抗氧化能力

在CK和H2S處理組中，TP含量均隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而下降。H2S處理減緩了TP含量的下降，且從第3 d開(kāi)始出現(xiàn)顯著差異，說(shuō)明H2S起到了阻斷蛋白的作用。H2S還改變了黃花菜的抗氧化系統(tǒng)。在整個(gè)貯藏期內(nèi)，H2S處理組采后黃花菜GSH含量顯著高于CK組。黃花菜SOD活性呈下降趨勢(shì)，而H2S在第2 d開(kāi)始顯著緩解了這種下降趨勢(shì)，維持在高于CK組的水平。CAT活動(dòng)結(jié)果表明，H2S處理組CAT活性活性顯著高于對(duì)照。

4.代謝組分析——黃花菜貯藏過(guò)程中代謝物分析

為了進(jìn)一步研究H2S對(duì)黃花菜貯藏過(guò)程中品質(zhì)的調(diào)控機(jī)制，利用植物廣靶代謝組學(xué)方法分析了NaHS處理后黃花菜代謝產(chǎn)物的變化。共鑒定了910種代謝物，包括429種初級(jí)代謝物和481種次生代謝物，分別為氨基酸、糖和醇、有機(jī)酸、脂質(zhì)、核苷酸、維生素、萜類(lèi)、黃酮類(lèi)、生物堿、多酚、“酮類(lèi)、醛類(lèi)、酸類(lèi)”、苯丙素、類(lèi)固醇、醌類(lèi)、香豆素、木脂素和山酮。PCA分析顯示，CK0, CK6和T6三組在代謝水平上存在差異。

根據(jù)FC > 1、P < 0.05和VIP > 1的篩選標(biāo)準(zhǔn)，在CK0和CK6之間共鑒定出443個(gè)DAMs。其中，254種代謝物在CK0中上調(diào)，189種代謝物下調(diào)。這些DAMs代表了衰老黃花菜的主要成分變化，可分為17類(lèi)，包括230種初級(jí)代謝物和213種次級(jí)代謝物。包括56種氨基酸、10種脂類(lèi)、11種核苷酸、27種有機(jī)酸、28種糖和醇類(lèi)、5種維生素、23種生物堿、3種香豆素、16種黃酮類(lèi)、6種酮類(lèi)、醛類(lèi)、酸類(lèi)、4種苯丙素、5種多酚類(lèi)、2種醌類(lèi)、8種類(lèi)固醇、32種萜類(lèi)和18個(gè)其他類(lèi)。對(duì)于下調(diào)代謝物，鑒定了93種氨基酸(21種)、脂質(zhì)(22種)、核苷酸(7種)、有機(jī)酸(26種)、糖和醇(15種)、維生素(2種)的初級(jí)代謝物，以及96種生物堿(12種)、類(lèi)黃酮(16種)、酮類(lèi)、醛類(lèi)、酸類(lèi)(8種)、木脂素(1種)、苯丙素(7種)、多酚類(lèi)(8種)、醌類(lèi)(2種)、類(lèi)固醇(3種)、萜類(lèi)(23種)和其他(16種)的次級(jí)代謝物。KEGG富集分析表明，DAMs與氨基?；? tRNA生物合成、乙醛酸鹽和二羧酸鹽代謝、精氨酸生物合成、D -氨基酸代謝、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代謝密切相關(guān)。

CK6和T6積累的差異代謝物表明H2S處理具有顯著影響。在396個(gè)顯著改變的DAMs中，152個(gè)上調(diào)，244個(gè)下調(diào)。氨基酸(66)，有機(jī)酸(47)，糖和醇(40)，脂質(zhì)(25)，核苷酸(21)和維生素(4)，萜類(lèi)(51)，生物堿(32)，類(lèi)黃酮(25)，酮類(lèi)，醛類(lèi)，酸類(lèi)(14)，苯丙素(12)，多酚(10)，類(lèi)固醇(9)，香豆素(5)，醌類(lèi)(4)，其他類(lèi)(31)。這些DAMs主要與甘油磷脂代謝、嘧啶代謝、戊糖、甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝有關(guān)。

在之前的研究中，通過(guò)比較M6 (6 d采果)與M0 (0 d采果)和1-MCP(1-甲基環(huán)丙烯處理6 d采果)與M6積累的代謝物差異，發(fā)現(xiàn)了54種與李子果實(shí)成熟相關(guān)的常見(jiàn)代謝物。同樣，通過(guò)比較CK0與CK6、CK6與T6中的DAMs，共鑒定出303種重疊代謝物與黃花菜在儲(chǔ)存期間的成熟密切相關(guān)。為了進(jìn)一步研究H2S處理下黃花菜衰老的化學(xué)基礎(chǔ)和潛在機(jī)制，作者分析了CK0與CK6、CK6與T6對(duì)照組中這些常見(jiàn)DAMs的聚類(lèi)熱圖。這些DAMs顯著富集在嘧啶代謝、甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝、精氨酸生物合成、戊糖和葡萄糖酸鹽相互轉(zhuǎn)化。在儲(chǔ)存第6 d時(shí)，胞苷5′-單磷酸、富馬酸、羥基乙酸、2′-脫氧胞苷-5′-單磷酸含量顯著下調(diào)，而H2S處理后其含量則上調(diào)，除胸苷和肌氨酸外，其余大部分DAMs經(jīng)H2S處理后均恢復(fù)正常。硫酸鹽、5′-單磷酸尿苷、l -精氨酸、l -瓜氨酸、n -乙酰鳥(niǎo)氨酸在CK0組和CK6組中下調(diào)，而在CK6組和T6組中則呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)。酮戊二酸、d -阿拉伯糖、d -阿拉伯糖醇、d -葡萄糖醛酸、l -異蘇氨酸、l -阿拉伯糖醇、l -天冬氨酸、l -絲氨酸、l -蘇氨酸、l -酪氨酸、丙二酸、甲基丙二酸、口角酸、利比醇、d -絲氨酸、l -同型絲氨酸-1、l -色氨酸在CK0和CK6處理中呈上調(diào)趨勢(shì)，但在H2S處理下呈抑制趨勢(shì)。結(jié)果表明，H2S可通過(guò)調(diào)節(jié)代謝水平延緩黃花菜衰老。

研究總結(jié)

在本研究中，評(píng)價(jià)了H2S對(duì)維持采后黃花菜品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，H2S作為一種抗氧化信號(hào)分子，抑制MDA和H2O2的積累，誘導(dǎo)蛋白質(zhì)和抗氧化GSH的積累以及抗氧化酶的活性，從而維持了黃花菜貯藏過(guò)程中的氧化還原平衡。利用廣靶代謝組學(xué)方法鑒定了采后黃花菜中代謝物，并分析了它們?cè)贖2S處理下的變化。共鑒定和量化了910種代謝物，包括不同的化合物類(lèi)別，包括429種初級(jí)代謝物和481種次級(jí)代謝物。差異積累的代謝物主要分布在氨基酸、有機(jī)酸、糖和醇類(lèi)、萜類(lèi)中。在貯藏6 d內(nèi)，各種壩的相對(duì)含量發(fā)生變化，但經(jīng)H2S處理后則發(fā)生逆轉(zhuǎn)。在CK0與CK6、CK6與T6兩組間共發(fā)現(xiàn)303個(gè)共同DAMs。這些代謝物主要富集在嘧啶代謝、甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝、精氨酸生物合成、戊糖和葡萄糖酸鹽相互轉(zhuǎn)化的KEGG途徑中。代謝組學(xué)分析顯示，黃花菜在儲(chǔ)存和H2S處理期間存在廣泛的代謝重編程。H2S處理是維持黃花菜貯藏品質(zhì)的一種很有前途的方法。該研究為進(jìn)一步探索H2S處理下黃花菜代謝產(chǎn)物與采后品質(zhì)之間的復(fù)雜相互作用提供了參考價(jià)值。