国内两所大学联合在中科院一区国际学术期刊发布黄花菜研究成果

2024年3月7日，山西农业大学和湖南农业大学在国际学术期刊Postharvest Biology and Technology发表一项重要研究成果，题为：Postharvest quality and metabolism changes of daylily flower buds treated with hydrogen sulfide during storage。本研究通过植物广靶代谢组结合生理指标分析研究了H2S对黄花菜采后品质及贮藏过程中花蕾代谢变化的影响。这项研究有助于我们了解H2S在黄花菜贮藏过程中维持品质的机理。

文章标题：Postharvest quality and metabolism changes of daylily flower buds treated with hydrogen sulfide during storage

期刊名称：Postharvest Biology and Technology

影响因子：7.0

发表单位：山西农业大学和湖南农业大学

研究对象：黄花菜

研究方法：生理指标、植物广靶代谢组学等

百迈客生物为本研究提供了植物广靶代谢组检测和分析服务。

研究背景

在黄花菜中，花蕾是营养物质的良好来源，含有大量的生物活性化合物，但在收获后会变质，这限制了黄花菜的口感和消费者的满意度。硫化氢(H2S)被认为是一种重要的气体信号分子，可以延长水果和蔬菜的采后新鲜度。先前有研究表明，H2S通过减轻脂质过氧化和增加抗氧化酶活性来延长黄花菜采后寿命。然而，目前对H2S延缓黄花菜衰老的研究还停留在生理层面。H2S在黄花菜花蕾采后贮藏中的作用机制有待进一步研究。本研究旨在研究H2S对黄花菜采后品质及贮藏过程中花蕾代谢变化的影响。

实验材料

本研究选用黄花菜(萱草)“大同黄花”，产于中国山西省大同市云州区。花蕾是在商业成熟前采摘的。将刚采收的黄花菜花蕾在4℃预冷后，在4 h内立即运至实验室。花蕾颜色、形状、大小均匀，无物理损伤，分为7组。将每组黄花菜芽(200 g)分别置于含有200 mL蒸馏水、0.8、1.6、2.4、3.2、4.0、4.8 mM NaHS溶液(H2S供体)的干燥器中。干燥剂保存于4℃，相对湿度85% ~ 95%。测定了黄花菜的失重率、开花率、腐烂率和良花率，初步评价了黄花菜的品质。

采后黄花菜T组选择最佳H2S处理浓度，对照(CK组)以蒸馏水处理。连续处理6 d，每24 h更换一次处理液。从第0 d开始收集样品进行比较。蒸馏水处理的样品记录为CK0-6，H2S处理的样品记录为T1-6，每24 h一次。每次处理三次。CK0、CK6、T6进行代谢组检测。

研究结果

 1.生理分析——H2S抑制黄花菜贮藏过程中的失重、开花和腐烂

黄花菜在贮藏过程中，由于呼吸和蒸腾作用，水分和营养物质不断被消耗。结果表明，随着贮藏时间的延长，CK组表现为严重失重，H2S处理缓解了黄花菜的失重，尤其是3.2 mM NaHS缓解效果最大。H2S处理能不同程度地延迟了黄花菜的开花，并能能较好地维持黄花菜的品质。

2.生理分析——H2S对黄花菜MDA和H2O2含量有抑制作用

对比3.2 mM NaHS处理和未处理的黄花菜MDA含量，结果显示，贮藏6 d内，CK和H2S处理组MDA含量均持续升高。贮藏4 d后，H2S处理显著抑制了MDA含量的增加。H2S处理的黄花菜在贮藏过程中H2O2的产生被阻断。

3.生理分析——H2S缓解了TP含量的下降，维持了黄花菜的抗氧化能力

在CK和H2S处理组中，TP含量均随贮藏时间的延长而下降。H2S处理减缓了TP含量的下降，且从第3 d开始出现显著差异，说明H2S起到了阻断蛋白的作用。H2S还改变了黄花菜的抗氧化系统。在整个贮藏期内，H2S处理组采后黄花菜GSH含量显著高于CK组。黄花菜SOD活性呈下降趋势，而H2S在第2 d开始显著缓解了这种下降趋势，维持在高于CK组的水平。CAT活动结果表明，H2S处理组CAT活性活性显著高于对照。

4.代谢组分析——黄花菜贮藏过程中代谢物分析

为了进一步研究H2S对黄花菜贮藏过程中品质的调控机制，利用植物广靶代谢组学方法分析了NaHS处理后黄花菜代谢产物的变化。共鉴定了910种代谢物，包括429种初级代谢物和481种次生代谢物，分别为氨基酸、糖和醇、有机酸、脂质、核苷酸、维生素、萜类、黄酮类、生物碱、多酚、“酮类、醛类、酸类”、苯丙素、类固醇、醌类、香豆素、木脂素和山酮。PCA分析显示，CK0, CK6和T6三组在代谢水平上存在差异。

根据FC > 1、P < 0.05和VIP > 1的筛选标准，在CK0和CK6之间共鉴定出443个DAMs。其中，254种代谢物在CK0中上调，189种代谢物下调。这些DAMs代表了衰老黄花菜的主要成分变化，可分为17类，包括230种初级代谢物和213种次级代谢物。包括56种氨基酸、10种脂类、11种核苷酸、27种有机酸、28种糖和醇类、5种维生素、23种生物碱、3种香豆素、16种黄酮类、6种酮类、醛类、酸类、4种苯丙素、5种多酚类、2种醌类、8种类固醇、32种萜类和18个其他类。对于下调代谢物，鉴定了93种氨基酸(21种)、脂质(22种)、核苷酸(7种)、有机酸(26种)、糖和醇(15种)、维生素(2种)的初级代谢物，以及96种生物碱(12种)、类黄酮(16种)、酮类、醛类、酸类(8种)、木脂素(1种)、苯丙素(7种)、多酚类(8种)、醌类(2种)、类固醇(3种)、萜类(23种)和其他(16种)的次级代谢物。KEGG富集分析表明，DAMs与氨基酰基- tRNA生物合成、乙醛酸盐和二羧酸盐代谢、精氨酸生物合成、D -氨基酸代谢、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢密切相关。

CK6和T6积累的差异代谢物表明H2S处理具有显著影响。在396个显著改变的DAMs中，152个上调，244个下调。氨基酸(66)，有机酸(47)，糖和醇(40)，脂质(25)，核苷酸(21)和维生素(4)，萜类(51)，生物碱(32)，类黄酮(25)，酮类，醛类，酸类(14)，苯丙素(12)，多酚(10)，类固醇(9)，香豆素(5)，醌类(4)，其他类(31)。这些DAMs主要与甘油磷脂代谢、嘧啶代谢、戊糖、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢有关。

在之前的研究中，通过比较M6 (6 d采果)与M0 (0 d采果)和1-MCP(1-甲基环丙烯处理6 d采果)与M6积累的代谢物差异，发现了54种与李子果实成熟相关的常见代谢物。同样，通过比较CK0与CK6、CK6与T6中的DAMs，共鉴定出303种重叠代谢物与黄花菜在储存期间的成熟密切相关。为了进一步研究H2S处理下黄花菜衰老的化学基础和潜在机制，作者分析了CK0与CK6、CK6与T6对照组中这些常见DAMs的聚类热图。这些DAMs显著富集在嘧啶代谢、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢、精氨酸生物合成、戊糖和葡萄糖酸盐相互转化。在储存第6 d时，胞苷5′-单磷酸、富马酸、羟基乙酸、2′-脱氧胞苷-5′-单磷酸含量显著下调，而H2S处理后其含量则上调，除胸苷和肌氨酸外，其余大部分DAMs经H2S处理后均恢复正常。硫酸盐、5′-单磷酸尿苷、l -精氨酸、l -瓜氨酸、n -乙酰鸟氨酸在CK0组和CK6组中下调，而在CK6组和T6组中则呈现相反的趋势。酮戊二酸、d -阿拉伯糖、d -阿拉伯糖醇、d -葡萄糖醛酸、l -异苏氨酸、l -阿拉伯糖醇、l -天冬氨酸、l -丝氨酸、l -苏氨酸、l -酪氨酸、丙二酸、甲基丙二酸、口角酸、利比醇、d -丝氨酸、l -同型丝氨酸-1、l -色氨酸在CK0和CK6处理中呈上调趋势，但在H2S处理下呈抑制趋势。结果表明，H2S可通过调节代谢水平延缓黄花菜衰老。

研究总结

在本研究中，评价了H2S对维持采后黄花菜品质的影响。结果表明，H2S作为一种抗氧化信号分子，抑制MDA和H2O2的积累，诱导蛋白质和抗氧化GSH的积累以及抗氧化酶的活性，从而维持了黄花菜贮藏过程中的氧化还原平衡。利用广靶代谢组学方法鉴定了采后黄花菜中代谢物，并分析了它们在H2S处理下的变化。共鉴定和量化了910种代谢物，包括不同的化合物类别，包括429种初级代谢物和481种次级代谢物。差异积累的代谢物主要分布在氨基酸、有机酸、糖和醇类、萜类中。在贮藏6 d内，各种坝的相对含量发生变化，但经H2S处理后则发生逆转。在CK0与CK6、CK6与T6两组间共发现303个共同DAMs。这些代谢物主要富集在嘧啶代谢、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢、精氨酸生物合成、戊糖和葡萄糖酸盐相互转化的KEGG途径中。代谢组学分析显示，黄花菜在储存和H2S处理期间存在广泛的代谢重编程。H2S处理是维持黄花菜贮藏品质的一种很有前途的方法。该研究为进一步探索H2S处理下黄花菜代谢产物与采后品质之间的复杂相互作用提供了参考价值。