基于GC-MS的藜麦水分胁迫代谢组分析

发布时间：2020-08-18 16:15

【摘要】：藜麦(Chenopodium quinoa willd)原产于安第斯山脉,对贫瘠、干旱、盐碱和低温等逆境胁迫有较好的抗性,其营养丰富,含有多种氨基酸、黄酮和多酚,具有很好的食用和药用价值,备受国内外的关注。近年来对藜麦营养方面研究较多,但缺乏对藜麦在水分胁迫下的研究。本研究用PEG6000处理模拟干旱胁迫,用双套盆法处理模拟水涝胁迫,分别对藜麦的不同生育时期进行处理,通过其生理指标和代谢组分析来阐述藜麦抗旱和抗涝的机理。(1)首先使用5%、15%和30%浓度的PEG6000对藜麦幼苗进行48h处理,来模拟干旱胁迫,发现当PEG6000的浓度为5%和15%时,干旱胁迫的效果不佳,所以后期便使用30%的PEG6000和双套盆法分别处理不同生育时期藜麦来分别模拟干旱和水涝胁迫。取顶芽往下的第3片叶作为材料进行干旱和水涝胁迫后的检测,处理时间均为48h。通过测定正常组、干旱处理组和水涝处理组样本的可溶性蛋白、可溶性糖、总抗氧化能力、POD酶活性和MDA的生理指标变化情况来研究藜麦在逆境胁迫下的调节机制。实验结果发现除了灌浆期藜麦受到干旱胁迫时POD酶活性基本无变化外,其余不同时期的藜麦受到胁迫时均表现为可溶性糖含量和POD酶活性的显著增加,而MDA含量下降。MDA是膜脂过氧化的产物,含量的高低直接说明胁迫下膜脂过氧化的程度,间接反映植株的抗胁迫能力,说明这些时期的藜麦对水分胁迫都有较高的耐受性。还发现藜麦花期的抗旱性相对较弱,灌浆期抗旱性相对较强。(2)为了获得更加全面的代谢物质信息,对样本衍生化条件进行了优化。通过单因素实验和响应面法分别对衍生化试剂体积、反应温度和时间这三个因素进行了优化,用检测并鉴定到的峰个数和峰面积综合衡量衍生化的效果。观察结果发现当衍生化试剂体积为100μl,温度为40℃,时间为27min时衍生化效果最佳,且三个因素对衍生化结果的影响程度不同,表现为B_(温度)C_(时间)A_(体积)。(3)通过代谢组学技术对四个生育时期的藜麦在受到干旱和水涝胁迫后的代谢物质和代谢通路变化进行了分析。发现幼苗期干旱胁迫下检测到43个差异代谢物,42个上调,1个下调,筛选出10条显著通路;水涝胁迫下检测到44个差异代谢物均上调,筛选出11条通路,最显著的都是谷胱甘肽代谢;现蕾期干旱胁迫下检测到57个差异代谢物均上调,筛选出10条通路;水涝胁迫下检测到64个差异代谢物,58个上调,6个下调,筛选出13条通路,最显著的都是酪氨酸代谢;花期干旱胁迫下检测到60个差异代谢物,7个上调,53个下调,筛选出14条通路,最显著的是硫代谢;水涝胁迫下检测到74个差异代谢物,57个上调和17个下调,分别筛选出16条和3条通路,最为显著的分别是异喹啉生物碱合成和丙氨酸-天门冬氨酸-谷氨酸代谢;灌浆期干旱胁迫下检测到28个差异代谢物均上调,筛选出9条通路,最显著的是色氨酸代谢;水涝胁迫下检测到46个差异代谢物,44个上调,2个下调,筛选出16条通路,最显著的是β-丙氨酸代谢。不同时期差异代谢物数量不同,但除了干旱胁迫的花期,大部分代谢物都为上调且种类相同主要是氨基酸、有机酸、糖及其衍生物和生物碱,主要相关的代谢途径也主要是氨基酸、有机酸、糖及其衍生物和生物碱的通路。
【学位授予单位】：成都大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S519
【图文】：

代谢物,和峰,试剂,体积

图 3.1 MSTFA 试剂体积对代谢物峰个数和峰面积的影响he effects of the volume of MSTFAon the peaks number and are温度对衍生化效果的影响可知，在此条件下代谢物的峰个数和总峰面积随着衍减小。当衍生化温度不到 37℃时，峰个数和面积增37℃时，峰个数和峰面积达到最大值，再随着温度的减少。这可能是由于衍生化产物不稳定，温度过高78]。所以综合考虑峰个数和总峰面积，最适宜的衍生化效果最佳。MSTFA 试剂体积/μl峰个数峰面积代谢物峰代谢物

衍生化,代谢物,和峰

图 3.1 MSTFA 试剂体积对代谢物峰个数和峰面积的影响The effects of the volume of MSTFAon the peaks number and are温度对衍生化效果的影响2 可知，在此条件下代谢物的峰个数和总峰面积随着衍后减小。当衍生化温度不到 37℃时，峰个数和面积增 37℃时，峰个数和峰面积达到最大值，再随着温度的剧减少。这可能是由于衍生化产物不稳定，温度过高[78]。所以综合考虑峰个数和总峰面积，最适宜的衍衍生化效果最佳。MSTFA 试剂体积/μl

和峰,代谢物,面积,衍生化

基于 GC-MS 的藜麦水分胁迫代谢组分析反应时间对衍生化效果的影响可知，在此条件下代谢物的峰个数和峰面积随着衍生。衍生化时间在 30min 之前，峰个数和面积随着随着生化时间达到 30min 时，峰个数和峰面积达到最大值后，峰个数和峰面积均随着时间延长而降低。这可能果的影响，随着衍生化时间的延长，还原糖衍生副产显减少[79]。所以综合考虑峰个数和峰面积，最适宜的时衍生化效果最佳。

【参考文献】