基于代谢组学的采后苹果轻微损伤的早期代谢机理研究

发布时间：2020-08-06 14:09

【摘要】：苹果作为中国栽培的主要水果种类之一,在我国现代农业生产和果蔬人均消费上占有举足轻重的地位。苹果在采后贮运过程中经常会受到轻微的挤压、振动、碰撞等,从而造成轻微机械损伤。轻微损伤在早期难以识别,随着时间的推移,微生物、有害病原体等会入侵苹果的轻微损伤部位,从而导致苹果腐烂,甚至会使同批优质水果的品质下降,带来巨大的品质损耗和经济损失。因此,研究采后苹果轻微损伤的早期代谢机制非常必要。本论文基于植物代谢组学策略,研究了健康和受到轻微损伤的苹果在早期储存过程中初级代谢产物、部分小分子代谢产物以及挥发性代谢产物,分析了初级代谢和挥发性代谢机制,确定了最佳的减损时间。本研究的主要内容和研究结果如下:(1)利用GC-MS和多元统计分析对受到轻微损伤的苹果进行了非靶标代谢组学研究,分析了在24 h内由紊乱引发的有关生理变化及初级代谢机制。通过PLS-DA进行判别和相似度分析,发现健康与损伤苹果样品在12 h发生最大的分离,说明损伤后苹果中代谢产物水平在12 h发生显著的变化,确定了采后苹果减损保鲜的最佳时间。从苹果组织中鉴定出56种代谢物,损伤前后主要代谢物种类无显著差异,但含量在不同的储存时间差异较为明显。在24 h内,糖和糖醇的含量发生了增长,其中蔗糖、果糖、葡萄糖、甘油和甘露醇在损伤组织中的积累量减少,这与受到轻微损伤后的组织呼吸作用增强有关;氨基酸、脂肪酸、脂肪酸脂等的含量发生了降低,其中苹果酸、水杨醛和甘露醇在损伤组织中的积累量减少,这与受到轻微损伤后组织中的活性氧增长有关;甘氨酸在损伤组织中的减少量增加,表明了受到轻微损伤的组织谷胱甘肽的合成加快,以消除活性氧对细胞的不利影响;奎尼酸损伤组织中的积累量减少提示次生代谢被激活;肌醇在损伤组织中的积累量减小,这与受到轻微损伤后细胞壁的修复有关;油酸在损伤组织中的减少量增加提示轻微损伤后细胞衰老凋亡速度加快。(2)利用拉曼光谱技术对苹果早期轻微损伤的小分子代谢物进行研究。采用Savizky-Golay平滑法和小波变换算法去除噪声,结果表明一阶3次15点Savizky-Golay平滑法去噪效果最好。通过分析健康和受到轻微损伤苹果的拉曼光谱特性,鉴定出了果糖、番茄红素、叶绿素a、胡萝卜素、酚类化合物等5种小分子代谢物。与健康苹果的拉曼光谱进行比较,有损苹果的拉曼光谱在455、645、824、871、1270、1521、1631 cm~(-1)处的特征峰强度下降甚至不出现特征峰,说明果肉中的胡萝卜素、番茄红素、果糖、酚类化合物等的含量有降低的趋势。通过代谢物水平的变化,为实现苹果轻微损伤的早期检测提供了一种有效手段。(3)利用HS-SPME-GC-MS分析了受到轻微损伤的苹果挥发性代谢物的含量变化及次生代谢机制。通过PLS-DA判别分析发现损伤组织和健康组织的挥发性物质谱存在显著的差异,并且在12 h处发生转折性的变化。这与初生代谢研究的结果相一致,进一步表明了12 h是苹果早期轻微损伤减损的最佳时间。通过TCI图对组织中挥发性物质进行定性和半定量分析,共鉴定出55种物质,通过其性质不同可以分为醛酮、酯类、萜类、醇和其他。在0-24 h内醇类、酯类(主要以己酯为主)挥发性代谢物的含量在损伤组织中先升高后降低,这与不饱和脂肪酸的氧化有关,但受限于不饱和脂肪酸的含量。损伤组织中法尼烯含量的上升主要与受到轻微损伤后次生代谢被激活有关。醛酮类挥发性代谢物的含量在损伤组织中增加,尤其是癸醛随时间呈现单调递增的趋势,因此可以作为苹果早期轻微损伤的标志性代谢物。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O657.63;TS255.1
【图文】：

基于代谢组学的采后苹果轻微损伤的早期代谢机理研究1.3.1 植物代谢组学的分析过程一般来说，植物代谢组学的分析过程包括样本收集、提取、代谢物成分分析、数据分析以及深层次数据挖掘等几个部分（图 1-1）。由于植物中代谢物的种类、结构、含量等不同，样本提取、成分分析以及数据分析的方法多种多样，针对的科学问题也不同，因此样本提取、代谢物的分离鉴定及数据分析也各不相同。

图 2-1 实验装置图Fig.2-1 Experimental device要仪器见表 2-1。表 2-1 实验常用仪器le 2-1 Common instruments of experiments型号 生MDF-86V688 安徽中科都菱商THZ-D 太仓实WGL-65B 天津市泰斯BCD-539WT 青岛海尔

基于代谢组学的采后苹果轻微损伤的早期代谢机理研究结果与分析 GC-MS 条件优化实验对气相色谱下不同的升温程序进行了条件优化，目的在于分离鉴定出谢物。对 TCI 谱的色谱和质谱进行分析。图 2-2 为四个不同升温程序下分的代谢物种类，实验四鉴定出的代谢物数量最多。因此，本实验采用的升以 5 ℃/min，升温至 290 ℃，保持 1 min 进行检测。

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本文编号：2782512