时间: 2024-03-10 16:22:05 | 作者: 华体会综合体育登录
筇竹（Chimonobambusa tumidissinoda Hsueh &T.P.Yi ex Ohrnberger）为地下茎复轴混生中小型竹类。筇竹笋具有肉厚、质脆、味美之特性，是深受消费者青睐的食品。目前，对筇竹笋营养成分的研究根据结果得出，筇竹鲜笋富含蛋白质、氨基酸、可溶性糖和粗脂肪等营养物质，必需氨基酸比例在34%以上。果蔬的口感风味与其代谢物的种类、含量及这些代谢物在发育成熟过程中的动态变化等紧密关联。广泛靶向代谢组学是一种基于高通量检测和多元数据处理，能够全面、快速对样品中小分子代谢物进行定性、定量分析，从而系统分析样品代谢物差异水平和种类变化的新兴技术。
昭通学院农学与生命科学学院的王卫华、叶夏英*和西南林业大学的杨晓琴等利用基于超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）的广泛靶向代谢组学方法对2 个不同生长期（出土高度为10 cm和25 cm）筇竹鲜笋做多元化的分析，进一步探究筇竹笋代谢物以及其在笋生长过程中的动态变化和阶段特异性，为筇竹资源的综合开发和可持续利用提供参考。
经过代谢组分析，2 个生长时期的筇竹笋样本检测鉴定出875 种代谢物（图1），按代谢物类型将代谢物分为13 类（图2）。利用面积归一法获得各类物质的相对含量（表1），25 cm筇竹笋较10 cm样本相比，糖及醇类、黄酮类、生物碱类相对含量上浮明显，脂质、氨基酸及衍生物占比有所下降。
根据代谢组分析结果发现，在875 种代谢物中，筇竹笋样品中的脂质成分种类最多，相对丰度最高，鉴定出脂质156 种，包括74 种游离脂肪酸，18 种甘油酯及94 种其他脂类等。其中亚油酸和α-亚麻酸在875 个鉴定代谢物的相对含量分别达3.94%和2.90%。本研究表明筇竹笋中不饱和脂肪酸占脂肪酸的主导地位。根据本研究结果推测，筇竹笋中丰富的不饱和脂肪酸等脂质成分可能是筇竹笋具备改善代谢综合征（血脂异常）作用的重要物质基础。
从筇竹笋中鉴定出氨基酸及其衍生物共97 种，其中包含蛋白氨基酸17 种，必需氨基酸8 种。利用测出的17 种蛋白氨基酸的相对含量与17 种氨基酸相对含量总和作比较，求出各氨基酸的相对含量（表2）。从表2能够准确的看出，筇竹笋样本中L-谷氨酸的相对含量最高，达23.59%；必需氨基酸在17 种氨基酸中的相对含量达34.13%。从表2还可以分析得出，筇竹笋中鲜味氨基酸如L-谷氨酸、L-天冬氨酸、L-赖氨酸，甜味氨基酸如L-脯氨酸相对含量较高 ，而苦味氨基酸如竹笋中最主要的苦味因子L-苯丙氨酸相对含量较低。这可能是筇竹笋具有鲜甜口感，受消费者喜好的关键原因和重要物质基础。
从筇竹笋中还鉴定出有机酸77 种（柠檬酸、L-苹果酸、茉莉酸等）、糖及醇类67 种（3-脱氢-L-苏糖酸、D-蔗糖、D-果糖等）、维生素19 种（烟酰胺、D-泛酸、抗环血酸等）、核苷酸及其衍生物56 种（腺嘌呤、鸟苷等）、其他类17 种（4-胍基丁醛等）。据此能够准确的看出筇竹笋中维生素种类丰富，营养价值高，其中有机酸和可溶性糖种类丰富、相对含量较高，可能也是筇竹笋风味口感形成的重要物质基础。
此外，从筇竹笋中鉴定出比较丰富的次生代谢产物，包括黄酮类101 种（4′-羟基-5,7-二甲氧基黄酮、芹菜素-8-C-(2″-葡萄糖基)阿拉伯糖苷、槲皮素-3-O-芸香糖苷等）、酚酸类147 种（3-O-阿魏酰奎宁酸、邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯、4-羟基苯甲酸等）、生物碱94 种（2-羟基-7-甲氧基-1,4-苯并噁嗪-3(2H)-酮、五羟色胺、哌啶等）、萜类23 种（贝壳杉烯酸等）、木脂素和香豆素17 种（东莨菪内酯-7-O-葡萄糖醛酸苷等）、醌类4 种（大黄酚-9-蒽酮等）。由于植物次生代谢产物通常具备一定生物活性，因此这些物质成分可能是筇竹笋发挥活性功能，适应环境的重要物质基础。
由图3可知，PC1贡献率为44.40%，PC2贡献率为40.07%，前5 个PC的累计可解释变异为93.86%，所有样品坐标点均分布于95%置信区域，说明该模型可分析不同生长期筇竹笋代谢物的差异情况。质控样本和各组内样本基本重合，表明检测的稳定性和可靠性良好。生长期10 cm的筇竹笋样本与生长期25 cm的筇竹笋样本组间差异大，分离趋势明显，说明2 个不同生长时期的样本代谢物存在很明显差异。
为进一步分析2 个不同生长期筇竹笋的代谢物差异，筛选2 个组别的差异代谢物，对样本做OPLSDA。从图4A可知，生长期为10 cm的筇竹笋与25 cm的筇竹笋在代谢物上存在非常明显差异，这一结果与PCA的结果相似。为验证OPLS-DA的准确性，本模型对数据来进行了200 次随机排列组合，所构建的OPLS-DA模型稳定可靠，具备良好预测性，适合进一步筛选2 个不同生长期筇竹笋的差异代谢物。
基于OPLS-DA模型的VIP、单变量分析的FC和相应的筛选标准，对分组样本的差异代谢物进行筛选。如图5A所示，生长期为10 cm的筇竹笋与生长期为25 cm筇竹笋共存在283 个显著差异代谢物，2 个不同生长期的筇竹笋显著差异代谢物个数占所有检测出代谢物总数的32.34%，表明2 个不同生长期筇竹笋的代谢物差异较为明显。其中生长期25 cm的样本相较于10 cm样本上调代谢物154 个（包括酚酸类44 个、黄酮类32 个、糖及醇类19 个等），下调代谢物129 个（包括生物碱类22 个、氨基酸及衍生物15 个、脂质类15 个等）。
将衡量代谢成分显著差异的定量信息FC通过数学变换为log2FC，按log2FC值筛选出排名前20的显著差异代谢物（图5B）。从图5B可知，在25 cm的筇竹笋样本中，柠檬酸、没食子酸、绿原酸等有机酸，酚酸类和多种黄酮类成分出现显著上调，而N-阿魏酸五羟色胺、吲哚等成分出现显著下调。为直观反映出筇竹笋中主要营养成分和风味物质的阶段特异性，将2.1节分析得到的20 种主要营养成分的具体差异情况列出（表3），结合2 个生长期主要营养成分的VIP、FC值和显著差异代谢物的筛选标准，从表3可知，亚油酸、α-亚麻酸及多个氨基酸在筇竹笋2 个不同生长期的差异并不显著，而在25 cm的筇竹笋样本中，苦味因子L-苯丙氨酸比10 cm样本的相对含量略低。
为进一步探索2 个不同生长期筇竹笋中代谢通路的差异，利用京都基因和基因组百科全书（KEGG）对统计筛选出的显著差异代谢物进行功能注释。283 个显著差异代谢物中有102 个代谢物被注释到82 条代谢通路中，其中被注释的差异代谢物数目排前3的KEGG通路类型分别为代谢途径、次生代谢物的生物合成和ABC转运蛋白，分别占总数的75.49%、43.14%和14.71%。如图6所示，生长期为25 cm的筇竹笋样本与10 cm的样本相比，黄酮与黄酮醇的生物合成、半乳糖代谢、α-亚麻酸代谢等通路富集明显且呈现较明显的上调趋势。植物激素信号转导、苯并噁嗪类生物合成等通路呈现出明显上调或下调趋势，但富集程度不高。与竹笋木质化进程关系紧密的苯丙素类的生物合成通路富集程度和上调趋势尚不明显。
综合2 个不同生长期筇竹笋的差异代谢物和代谢通路结果发现，在生长期为25 cm的筇竹笋样中，包括槲皮素3-O-新橘皮糖苷、槲皮素3-O-芸香糖苷（芦丁）、槲皮素7-O-芸香糖苷、荭草素-7-O-葡萄糖苷、槲皮素-4′-O-葡萄糖苷（绣线 个黄酮类代谢物的相对含量较生长期为10 cm的筇竹笋样出现明显地增加。图7显示了25 cm筇竹笋样中鉴定出的两个相对含量最高的黄酮类代谢物：4′-羟基-5,7-二甲基黄酮和槲皮素-3-O-芸香糖苷（芦丁），在总代谢物相对含量分别为0.95%和0.43%。4′-羟基-5,7-二甲基黄酮是典型的二氢黄酮，具有抗晚期糖基化终末产物（AGEs）的活性功能。据此可以分析得出，筇竹笋中含有能够抗氧化和改善代谢综合征（糖尿病）的黄酮类成分，且具有活性功能的黄酮类成分在25 cm的筇竹笋中较10 cm的含量显著增加。
茉莉酸（图7）是由α-亚麻酸合成的脂类派生植物激素，同时可驱动多个次生代谢产物（包括黄酮类、花青素等）在植物中的积累。在本研究中，2 个不同生长期的筇竹笋样本都检测到了茉莉酸这一代谢物，与10 cm样本相比，生长期为25 cm的筇竹笋样本中茉莉酸相对含量出现显著上调（VIP=1.17、FC=2.35）。同时，代谢途径结果（图6）显示α-亚麻酸代谢和植物激素信号转导通路出现了富集与上调。
在本次筇竹笋代谢组学研究中，发现包括2-羟基-7-甲氧基-1,4-苯并噁嗪-3(2H)-酮、2-羟基-1,4-苯并噁嗪-3(2H)-酮葡萄糖苷等多个苯并噁嗪类生物碱（图7），代谢组学结果还显示，生长期25 cm的筇竹笋样本相比10 cm样本，苯并噁嗪类生物合成通路出现下调（图6），苯并噁嗪生物碱相对含量下降，呈现出阶段特异性，这可能与筇竹笋出笋早期需要更加多化感物质对抗生物胁迫有关。
本研究结果为，相对于生长期为10 cm的筇竹笋，生长期为25 cm筇竹笋中的20 种主要营养成分变化并不显著，而与口感风味紧密关联的有机酸、糖与醇类、鲜甜味氨基酸等代谢物相对含量上升，苦味因子L-苯丙氨酸相对含量下降，与抗氧化和改善代谢综合征等活性功能紧密关联的黄酮类代谢物显著上升。因此与生长期为10 cm的筇竹笋相比，生长期为25 cm的筇竹笋具有更高的综合经济价值，可能是更为适合的采收规格。
运用基于UPLC-MS/MS的广泛靶向代谢组学对昭通产筇竹笋做多元化的分析。从2 个不同生长期（出土高度分别为10 cm和25 cm）筇竹笋样本鉴定出13 类875 个代谢物，表明筇竹笋是营养成分丰富的食品原料。多元统计分析显示，2 个不同生长期筇竹笋代谢物存在很明显的阶段特异性，生长期为10 cm的筇竹笋与生长期为25 cm的筇竹笋共存在283 个显著差异代谢物，其中102 个代谢物被注释到了82 条代谢通路中。通过综合分析得出，20 种主要营养成分在生长期为10 cm和25 cm的筇竹笋样本中差异并不显著，而与口感风味、活性功能有关的代谢物在生长期为25 cm的样本中相对含量更高，且25 cm筇竹笋样本中苦味因子相对含量更低。因此与生长期为10 cm的筇竹笋相比，生长期为25 cm的筇竹笋综合经济价值更高，可能是更为适合的采收规格。本研究结果可为筇竹资源的综合开发和可持续利用提供重要的理论参考。
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