比较代谢组学揭示不同生长期筇竹笋的代谢物差异.pdf

成分分析 食品科学 2023,Vol.44,No.14 237比较代谢组学揭示不同生长期筇竹笋的 代谢物差异王卫华1,2，杨晓琴2，桑正林1，杨顺强1，赵 平2，刘 云2，朱国磊2，叶夏英1,*（1.昭通学院农学与生命科学学院，滇东北高原特色农业研究中心，云南 昭通 657000；2.西南林业大学 西南山地森林资源保育与利用教育部重点实验室，云南 昆明 650224）摘 要：为探究筇竹笋在生长过程中代谢物的动态变化和阶段特异性，采用基于超高效液相色谱-串联质谱的广泛靶向代谢组学，对2 个不同生长期出土高度分别为10cm和25cm的筇竹鲜笋样本进行分析。结果表明，2 个生长期的筇竹笋样本共鉴定出13 类875 个代谢物，其中糖及醇类、黄酮类等成分的相对含量在生长期为25cm样本中明显上升。多元统计分析结果显示，2 个不同生长期的筇竹笋代谢物存在明显阶段特异性，生长期10cm与25cm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82 条代谢通路中。通过综合分析得出，20 种竹笋主要营养成分在2 个不同生长期的笋中无显著差异，而与口感风味、活性功能有关的代谢物在生长期为25cm的样本中相对含量更高，且25cm筇竹笋样本中苦味因子相对含量更低。因此与生长期为10cm的筇竹笋相比，生长期为25cm的筇竹笋综合经济价值更高，可能是更加适合的采收规格。本研究结果可为筇竹资源的综合开发和可持续利用提供理论参考。关键词：筇竹笋；不同生长期；比较代谢组学；差异代谢物；超高效液相色谱-质谱联用Comparative Metabolomics Revealed Metabolite Differences in Bamboo Shoots(Chimonobambusa tumidissinoda Hsueh&T.P.Yi ex Ohrnberger)at Different Growth StagesWANG Weihua1,2,YANG Xiaoqin2,SANG Zhenglin1,YANG Shunqiang1,ZHAO Ping2,LIU Yun2,ZHU Guolei2,YE Xiaying1,*(1.Research Center for Plateau Characteristic Agriculture in Northeast Yunnan,Department of Agronomy and Life Science,Zhaotong University,Zhaotong 657000,China;2.Key Laboratory for Forest Resources Conservation and Utilization in the Southwest Mountains of China,Ministry of Education,Southwest Forestry University,Kunming 650224,China)Abstract:In order to explore the dynamic changes and stage specificity of metabolites in bamboo shoots during its growth,widely targeted metabolomics based on ultra-high performance liquid chromatography tandem mass spectrometry(UPLC-MS/MS)was used to analyze fresh bamboo shoots harvested at heights of 10 and 25 cm.The results showed that a total of 875 metabolites belonging to 13 categories were identified from bamboo shoots,including sugars,alcohols and flavonoids,whose relative contents significantly increased in 25 cm-high bamboo shoots.Moreover,the results of multivariate statistical analyses showed that the metabolites in bamboo shoots had an obvious stage specificity.Totally 283 significantly differential metabolites were identified between the two growth stages,of which 102 metabolites were annotated to 82 metabolic pathways.The contents of 20 major nutrients did not significantly differ between the two growth stages;however,the contents of metabolites related to taste,flavor and bioactive function were higher,while the content of bitter compounds was lower in the 25 cm-high bamboo shoots.Therefore,compared with the 10 cm-high bamboo shoots,the 25 cm-high bamboo shoots have a higher comprehensive economic value and are more suitable for harvesting.The 收稿日期：2022-09-26基金项目：国家自然科学基金地区科学基金项目（32260307）；云南省应用基础研究计划青年项目（2019FD059）；昭通市凤凰计划项目第一作者简介：王卫华（1989）（ORCID:0000-0002-6503-2164），男，主管药师，硕士，研究方向为天然产物化学。E-mail:*通信作者简介：叶夏英（1990）（ORCID:0000-0003-2066-945X），女，副教授，博士，研究方向为竹类系统生物学。E-mail: 238 2023,Vol.44,No.14 食品科学 成分分析results of this study can provide a theoretical reference for the comprehensive development and sustainable utilization of Chimonobambusa tumidissinoda.Keywords:bamboo shoots;different growth stages;comparative metabolomics;differential metabolites;ultra-high performance liquid chromatography-mass spectrometry DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220926-278中图分类号：S644.2 文献标志码：A文章编号：1002-6630（2023）14-0237-08引文格式：王卫华,杨晓琴,桑正林,等.比较代谢组学揭示不同生长期筇竹笋的代谢物差异J.食品科学,2023,44(14):237-244.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220926-278.http:/WANG Weihua,YANG Xiaoqin,SANG Zhenglin,et al.Comparative metabolomics revealed metabolite differences in bamboo shoots(Chimonobambusa tumidissinoda Hsueh&T.P.Yi ex Ohrnberger)at different growth stagesJ.Food Science,2023,44(14):237-244.(in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220926-278.http:/筇竹（Chimonobambusa tumidissinodaHsueh&T.P.YiexOhrnberger）为地下茎复轴混生中小型竹类，隶属禾本科（Poaceae），竹亚科（Bambusoideae）、方竹属（ChimonobambusaMakino）1，是收录于中国珍稀濒危保护植物目录的保护竹种，也是我国特有种质资源2。筇竹自然分布于我国西南金沙江下游地区，是云南昭通重要的生物资源，昭通天然筇竹林面积占全国天然筇竹林面积的70%以上3。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。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密切相关，例如番茄的口感风味与番茄中的有机酸、可溶性糖类等代谢物有关，其中的33 种代谢物与消费者的喜好存在明显关联4-5。WangRuochen等6对生长成熟过程中猕猴桃的风味物质变化进行了研究，结果显示，猕猴桃风味相关代谢物在其成熟过程中具有明显的阶段特异性。GaoQuan等7研究发现了新鲜竹笋中的苦涩味主要来源于竹笋的代谢产物L-苯丙氨酸。植物次生代谢产物是植物体内合成的一类与生长发育不相关的小分子物质，它们通常在植物适应环境和应对胁迫的过程中起到关键作用8，植物来源的食品也具有种类丰富的次生代谢产物（如酚酸类、黄酮类、生物碱类等），而这些代谢物与食品发挥抗氧化、抗炎、和改善代谢综合征的生物活性与功能有关9-12。目前，对筇竹笋营养成分的研究结果表明，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13。杨奕等14通过分析测定3 个不同出土高度筇竹笋主要营养成分，认为出土高度为1020cm的筇竹笋营养品质和经济价值最高。然而现有的研究仅局限于笋中的营养物质，对筇竹笋在生长过程中相关代谢产物的动态变化和阶段特异性，以及与筇竹笋口感风味相关的其他物质和次生代谢产物等的研究尚不够深入。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15-18。因此，本研究利用基于超高效液相色谱-串联质谱（ultra-highperformanceliquidchromatography-tandemmassspectrometry，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10cm和25cm）筇竹鲜笋进行分析，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。1 材料与方法1.1 材料与试剂筇竹笋样品于2021年5月在云南昭通市大关县三江口采集，经昭通学院农学与生命科学学院生物科学教研室鉴定确认为禾本科植物筇竹（C.tumidissinodaHsueh&T.P.YiexOhrnberger）的嫩苗。分别量取出土高度为10cm和25cm的无虫害竹笋，脱壳后在顶部、中部和基部各取5 g，混合后放置于冻存管中用液氮速冻后放置于80 冰箱待测。水、甲醇、乙腈、甲酸（均为色谱纯）美国Merck公司；标准品二甲基亚砜（色谱纯）云南西力生物技术股份有限公司。1.2 仪器与设备NexeraX2UPLC仪 岛津（中国）有限公司；4500Q