核磁共振光谱结合选择性约束的多元曲线分辨解析绿豆种子萌发中的代谢变化

发布时间：2024-07-08 19:50

　　绿豆作为一种大宗粮食作物,营养丰富,可以直接食用,也可培育为豆芽或制成淀粉及其制品等。研究种子的萌发过程能够为粮食研究提供重要的科学依据和数据基础,为了研究植物在代谢过程中代谢物的变化,分别对绿豆种子在24, 36和48 h的萌发样品进行代谢物的提取,通过¹H-NMR测试,分析绿豆在不同萌发时间内代谢物的变化。¹H-NMR除无损、稳定等特点外,尚存在一些不足,例如该方法灵敏度较低,在复杂体系中谱峰会存在严重重叠现象,不易分辨代谢物特征峰,因此需要化学计量学方法对其中的信息进行提取。采用了多元曲线分辨-交替最小二乘法(MCR-ALS)分析NMR的代谢组学数据。MCR为双线性模型,能够将测定的复杂数据矩阵分解并提供各主成分NMR纯光谱和其对应的相对浓度,在代谢组学中能够获得具有实际理化意义的结果,便于检索光谱中对应谱库的代谢物及其浓度变化。仅使用非负约束往往导致双线性模型无法获得唯一解,在本文中, MCR迭代过程除了施加非负约束还使用了选择性约束,对于判断不包含相应代谢物的主成分,可将其¹H-NMR谱图强度约束为零。结果表明...

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【部分图文】：

图1绿豆萌发代谢物的原始1H-NMR图谱

图1为经过预处理后的核磁共振谱,每条谱线对应一个待测样本的氢谱。通过图1可以看出在各豆种子萌发的NMR图谱中存在一定差异,然而由于代谢成分较为复杂,各化合物的特征峰高度重叠,难以获得有用的代谢规律信息。图2为MCR仅在对浓度和光谱方向使用非负约束下的结果,图中分别显示....

图2仅使用非负约束条件下,MCR获得的三种主成分对应物质的的含量变化及其1H-NMR图

图2为MCR仅在对浓度和光谱方向使用非负约束下的结果,图中分别显示了三个时间段样本浓度变化的箱型图及其对应主成分的NMR纯光谱。NMR纯光谱从图(a2),(b2)和(c2)中可以看出三种主成分的光谱信息,具体特征峰对应代谢物如表1。箱型图由最小值(min),下四分位数....

图3MCR结合选择性约束(第二个主成分,24h组)得到的各主成分的1H-NMR和浓度箱型图

如图3所示,依照仅非负约束MCR结果的提示对第二主成分,在24h组的样本浓度方向施加选择性约束。图3(a1),(b1)和(c1)三幅图分别为在此约束条件下,第一主成分、第二主成分以及第三主成分在24,36和48h含量而得出的误差图。图3(a2),(b2)和(....

图4MCR结合选择性约束(第二个主成分,24h组)得到的各主成分的1H-NMR图

图3MCR结合选择性约束(第二个主成分,24h组)得到的各主成分的1H-NMR和浓度箱型图根据文献[6]对绿豆种子提取物中的代谢物特征峰进行识别,可从MCR结果的图谱中找到如表1所示代谢物。

本文编号：4003787