基于不同发育时期‘文椰5号’椰子水氨基酸代谢物的测评研究.pdf
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1、36科研进展ResearchProgress马雪静1,2 曹红星2 高艳明1*孙程旭2*(1宁夏大学葡萄酒与园艺学院 宁夏银川 7500002中国热带农业科学院椰子研究所 海南文昌 571339)摘 要:椰子水中富含必需氨基酸和非必需氨基酸。选用不同发育时期的文椰5号椰子水为研究对象,以本地椰子水为对照,结合液相色谱串联质谱技术的代谢组学,对椰子水中氨基酸含量进行差异代谢物的筛选研究。结果表明,文椰5号在各发育阶段必需氨基酸(赖氨酸、缬氨酸、组氨酸、苏氨酸)含量及非必需氨基酸(精氨酸、谷氨酰胺、丝氨酸、天冬氨酸)含量均高于本地椰子,亮氨酸与苯丙氨酸、苯丙胺酸与异亮氨酸、丝氨酸与谷氨酸、酪氨酸与
2、谷氨酰胺之间呈极显著正相关。研究结果对今后水果型椰子的选育和精准鉴定具有重要意义。关键词:椰子;文椰5号;代谢物;氨基酸;精准测评Evaluation of Amino Acid Metabolites of Coconut Water of Wenye No.5 at Different Developmental Stages基于不同发育时期文椰5号椰子水氨基酸代谢物的测评研究MA Xuejing1,2,CAO Hongxing2,GAO Yanming1*,SUN Chengxu2*(1SchoolofWineandHorticulture,NingxiaUniversity,Yinch
3、uan750000,Ningxia;2CoconutResearchInstitute,ChineseAcademyofTropicalAgriculturalSciences,Wenchang571339,Hainan)基金项目:中央财政林业科技推广示范项目(琼2021TG05号)。作者简介:马雪静(1999),女,硕士,主要从事农艺与种业研究。E-mail:*通信作者:高艳明(1963),女,教授,主要从事设施蔬菜无土栽培与营养施肥研究。E-mail:*共同通信作者:孙程旭(1976),男,副研究员,主要从事热带作物生理生态、资源选育及品牌建设研究。E-mail:Abstract:Coco
4、nut water is rich in essential and non-essential amino acids.In this study,Wenye No.5 coconut water at different development stages was selected as the research object,and local coconut water was selected as 37科研进展ResearchProgress2024.1总第116期椰子(CocosnuciferaL.)属于棕榈科椰子属植物,被誉为“生命之树”1-3,为典型的热带经济作物。我国椰子
5、大多生长在北纬20 之内,主要分布在海南、云南、广东、广西等地。椰子不仅是热带风光标志性景观树种,也是海南省重要的经济树种和“省树”4,5,是一种具有良好逆境耐受性的滨海经济作物6。在海南,椰子果实成熟一般需要12个月,而发育至89个月左右的椰子嫩果鲜食效果最佳7,8,深受消费者青睐,其产业发展前景广阔。椰子新品种文椰5号果小圆润,果顶凸起明显,果皮棕红色,果皮和果壳较薄。椰肉松软滑润,甘香可口等,适宜海南全省种植9。作为一种纯天然无公害的食品,嫩果椰子水不仅口感清凉,风味独特,而且营养丰富,富含维生素、矿物质、酶、糖分及各种氨基酸,是人们喜爱的清凉饮料之一10-12。目前,有关嫩果椰子水13
6、-15的研究较多。有研究发现,椰子水中可溶性固形物主要成分是糖,含量占75%,还含有人体所需的17种氨基酸,必需氨基酸种类齐全,营养丰富16,椰子水蛋白质中的精氨酸、丙氨酸、半胱氨酸和丝氨酸的含量高于牛奶。此外椰子水还具有解毒、抗菌消炎等功能,对肾结石和尿道结石有一定疗效,还具有明目、健胃、促进消化、醒酒、预防阿尔兹海默症和降压止血的功效17-20,因此,椰子水被认为是一种具有营养和保健价值的天然饮料,受人们青睐。近年来,我国椰子种质资源类型单一,资源引进和新品种选育有利于解决我国椰子产业存在的种质资源缺乏、品种更新难等问题21,22。种质资源是新品种选育和种质创新的基础23,24。品质性状的
7、评价对于种质资源创新利用意义重大10。椰子产生的代谢产物种类丰富,对其生长发育及果实品质影响起着重要作用,氨基酸是果实中重要的营养物质和味觉成分,氨基酸组分和含量差异对果实的营养保健价值有直接影响25。目前,对椰肉氨基酸测定及营养评价已有研究26,但各个时期氨基酸代谢物变化的研究鲜见报道。因此本研究利用液相色谱串联质谱技术的代谢组学对文椰5号椰子水发育过程中的氨基酸代谢物差异变化进行分析,以期对水果型椰子的选育及标定起到参考作用。1 材料与方法1.1 材料选择试验材料采自海南省文昌市中国热带农业科学院椰子研究所椰子科研基地(19 33N,110 47E)的10年生文椰5号与10年生本地椰子。选
8、择不同品种椰子树各3株,每棵树采1个果,采集椰子果发育2个月、4个月、6个月、8个月、10个月、12个月的椰子水各100mL,样品采集后用细口瓶来盛放,液氮速冻后,置于-80冰箱内冷冻保存,用于后续分析检测。两个品种各个发育时期的椰子水样品平行取3次重复。1.2 氨基酸代谢组的测定及分析样品从-80冰箱中取出解冻后,涡旋10s混匀。取混匀后的样本9mL,置50mL离心管,然后整体浸入液氮中,待样本完全冻住后将样品放入冻干机中冻干。样本完全冻干后,加入300L70%甲醇内标提取液,涡旋3min,然后离心(12000r/min,4)10min,取上清液用微孔滤膜(0.22m)过滤,保存于进样瓶中,
9、用于LC-MS/MS分析。对质谱分析后的代谢物数据进行预处理、质控,以确保定量的准确。通过正交偏最小二乘法判别分析(orthogonalpartialleast-squaresdiscriminationanalysis,OPLS-DA)和差异倍数值整合的方法进行差异代谢物的筛选。筛选临界值为VIP1、Fold_Change2或Fold_Change0.5得到差异代谢物。the control.The metabolomics of liquid chromatography tandem mass spectrometry was combined to screen the differe
10、ntial metabolites of amino acid content in coconut water.The results showed that the contents of essential amino acids(lysine,valine,histidine and threonine)and non-essential amino acids(arginine,glutamine,serine and aspartic acid)of wenye No.5 were higher than those of local coconut at each develop
11、ment stage.There was significant positive correlation between L-leucine and phenylalanine,phenylalanine and isoleucine,serine and glutamic acid,tyrosine and glutamine.The results of this study were of a great significance for the breeding and precise identification of fruit-type coconuts in the futu
12、re.Keywords:coconut;Wenye No.5;metabolite;amino acid;accurate evaluation38科研进展ResearchProgress1.3 数据统计采用Excel2007软件对试验数据进行处理,采用Origin2019软件进行作图,采用SPSS19.0软件对数据进行方差分析、相关性分析和主成分分析,并运用Duncans新复极差法进行差异显著性检验。2 结果与分析2.1 不同品种不同果龄椰子水中差异代谢物比较将本地椰子与文椰5号椰子各个发育期的椰子水样本进行比较,以筛选的判断条件变量投影重要性指标(variableimportanceinp
13、rojection,VIP)1、差异倍数值(Fold_Change)2或Fold_Change0.5的筛选标准,共得到差异代谢物167种。由图1A可知,上调差异代谢物和下调差异代谢物数量,2月龄与4月龄比较组中分别有70个和3个;4月龄与6月龄比较组中有53个和10个;6月龄与8月龄比较组中有31个和14个;8月龄与10月龄比较组中有15个和27个;10月龄与12月龄比较组中有21个和28个;通过维恩图分析(图1B),发现各比较组中共同差异代谢物最多为14个。综上所述,椰子果龄28个月,差异代谢物减少,上调的差异代谢物多于下调差异代谢物;椰子果龄812个月,差异代谢物增多,且下调的差异代谢物多
14、于上调差异代谢物;椰子果龄10和12个月的代谢物数量差异较小,其他时期代谢物数量差异较大,说明椰子水中代谢物发育前期积累较少,后期增多。2.2 不同品种不同果龄椰子水中差异代谢物聚类分析对各个时期椰子水中的必需氨基酸和非必需氨基酸差异代谢物含量进行聚类分析,结果如图2所示。将28种必需氨基酸及其衍生物通过Z-score归一化处理后分为3组(图2A)。第1组包括13种必需氨基酸,在椰子果龄28个月含量较低,1012个月含量较高,10个月时含量最高,本地椰子水中环(D-苯丙氨酸-L-脯氨酸)在果龄12个月时含量达到最高;文椰5号椰子水中的必需氨基酸在果龄12个月含量达到最高,但N6-乙酰-L-赖氨
15、酸不同,其含量在果龄10个月时最高。第2组中有4种必需氨基酸在椰子果龄68个月含量最高,其他时期较低,文椰5号中L-谷氨酰胺-L-亮氨酸在椰子果龄2个月时含量较高。第3组包括11种必需氨基酸,本地椰子水中,L-色氨酸和L-蛋氨酸亚砜亚胺含量分别在果龄6个月和12个月时含量达到最高,但在文椰5号中必需氨基酸在果龄24个月含量达到最高值后下降。图1 不同品种不同果龄椰子水中差异代谢物比较80AB7060504030201002vs44vs66vs88vs1010vs12代谢物数量/gA:差异代谢物柱状图;B:差异代谢物Venn图注:“2”表示椰子果龄2个月;“4”表示椰子果龄4个月;“6”表示椰子
16、果龄6个月;“8”表示椰子果龄8个月;“10”表示椰子果龄10个月;“12”表示椰子果龄12个月比较组39科研进展ResearchProgress2024.1总第116期将26种非必需氨基酸及其衍生物通过Z-score归一化处理后分为3组(图2B)。第1组中有8种非必需氨基酸,在1012个月含量逐渐增加,其他时期含量较少,文椰5号中3-羟基-3-甲基谷氨酸含量在椰子果龄8个月时较高。第2组中有12种非必需氨基酸,在本地椰子果龄8个月时3-(2-萘基)-L-丙氨酸含量较高,而文椰5号椰子在果龄24个月时非必需氨基酸含量先上升后下降。第3组中有6种非必需氨基酸,椰子水在初期至果龄10个月含量先上升
17、后下降。2.3 不同品种不同果龄椰子水中必需氨基酸含量比较由表1可知,不同时期的两种椰子水中的必需氨基酸含量存在显著差异。文椰5号果龄2个月时色氨酸含量明显高于8个月,4个月时苯丙氨酸含量明显高于8个月,含量降低了99.91%;果龄8个月时缬氨酸含量明显高于2个月,10个月时赖氨酸含量明显高于8个月,升高了796.87%,果龄12个月时异亮氨酸含量明显高于6个月,上升了1585.69%。本地椰子果龄6个月时色氨酸含量显著高于8个月,4个月时苯丙氨酸含量显著高于8个月,苯丙氨酸含量降低了99.80%;12个月时赖氨酸含量显著高于2个月,8个月时缬氨酸含量显著高于2个月,含量升高了6680.13%
18、;果龄10个月时异亮氨酸含量显著高于6个月,即升高了5994.90%。在两个品种中,苏氨酸仅在椰子果龄2个月时存在,其余时期没有。本地椰子果龄6个月时的色氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸,8个月的色氨酸以及10个月的色氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸高于文椰5号,其余各个时期各种必需氨基酸含量文椰5号品种均高于本地椰子。2.4 不同品种不同果龄椰子水中非必需氨基酸含量比较由表2可知,各个时期两种椰子水的非必需氨基酸含量存在显著差异。文椰5号果龄4个月时谷氨酸含量明显高于10个月;果龄12个月时丙氨酸含量明显高于8个月,含量上升了12371.06%;果龄10个月时鸟氨酸含量明显高于2个月,含量上升
19、了15562.88%;果龄4个月时甘氨酸含量明显低于2个月;果龄10个月时半胱氨酸含量明显低于4个月,含量下降了99.82%。本地椰子果龄12个月时谷氨酸含量显著高于2个月;10个月时脯氨酸含量显著高于2个月,含量上升了6310.79%;果龄10个月时丙氨酸含量显著高于8个月,含量上升了28892.91%;图2 不同品种不同果龄椰子水中氨基酸差异代谢物聚类分析ABA:必需氨基酸差异代谢物的聚类热图;B:非必需氨基酸差异代谢物的聚类热图40科研进展ResearchProgress天冬氨酸仅在椰子发育4个月时生成,其余时期均未出现。本地椰子果龄6个月时丙氨酸,8个月时半胱氨酸,10个月时丙氨酸、谷
20、氨酸、甘氨酸、半胱氨酸,12个月时半胱氨酸含量高于文椰5号,其余各个时期非必需氨基酸含量文椰5号品种均高于本地椰子。2.5 不同品种不同果龄椰子水中总氨基酸含量比较由图3可知,文椰5号椰子水总氨基酸含量在椰果果龄4个月时最多,10个月最少;而本地椰子在椰果果龄10个月时含量最多,且6个月时总氨基酸含量高于12个月。总的来看,文椰5号只有在椰果果龄10个月时总氨基酸含量低于本地椰子品种,其余发育阶段均高于本地椰子。由图4可知,不论是本地品种还是文椰5号在椰果果龄2个月、4个月、6个月时必需氨基酸与非必需氨基酸的比值均大于1,说明各个时期必需氨基酸是主要的氨基酸。本地椰子在椰果果龄8个月、12个月
21、,文椰5号在椰果发育8个月、10个月时必需氨基酸与非必需氨基酸比值小于1,说明该时期非必需氨基酸是主要的氨基酸。2.6 不同品种椰子水中必需氨基酸相关性分析如表3所示,对两种椰子的必需氨基酸进行相关性分析,结果表明:文椰5号椰子水中的色表1 不同品种不同果龄椰子水中必需氨基酸含量 单位:mol/g氨基酸种类品种果龄2个月4个月6个月8个月10个月12个月色氨酸文椰5号29071.64a-10883.79b4.41c9.80c-本地椰子8309.15b-22833.06a9.59c40.26c-亮氨酸文椰5号20892.70b26385.70a852.82d-2506.28d15453.20c本
22、地椰子1874.74c8690.49b2632.91c-30959.34a2501.09c苯丙氨酸文椰5号81707.47b95660.67a982.22d88.97d2778.31d46311.65c本地椰子9680.05c35987.67a3569.09d70.92d24402.90b3601.01d蛋氨酸文椰5号2483.99b6442.30b29609.95a-135.85b396.85b本地椰子239.85b402.62b4585.53a-477.78b51.05b赖氨酸文椰5号398.10c506.78c557.85c371.78c3334.40a2265.30b本地椰子73.12
23、b130.52b197.07b145.50b1032.73a1123.39a缬氨酸文椰5号658.30cd8292.63cd20499.00b43621.00a18940.00bc-本地椰子253.53c1768.63c6767.43b17189.67a2484.97c-组氨酸文椰5号647.01b916.50a-本地椰子91.73b183.03a-异亮氨酸文椰5号1013.44b1176.64b292.55cd-514.54c4931.50a本地椰子137.11c352.52c106.19c-6472.17a2066.87b苏氨酸文椰5号24.08a-本地椰子2.06a-必需氨基酸总量文椰5
24、号113809.50139381.2163678.1944086.1728219.1769358.50本地椰子12693.7047515.4840691.2817415.6865870.159343.41注:表内同列不同小写字母表示差异显著(P0.05),下同。“-”表示该果龄无此种必需氨基酸41科研进展ResearchProgress2024.1总第116期表2 不同品种不同果龄椰子水中非必需氨基酸含量单位:mol/g氨基酸种类品种果龄2个月4个月6个月8个月10个月12个月丙氨酸文椰5号984.41bc473.45bc861.90bc145.40c1646.33b18132.92a本地椰子
25、341.52c91.81c1915.45bc48.63c14099.25a3511.49b谷氨酸文椰5号7627.70e13029.33d34567.61c40833.02b628.70f49277.85a本地椰子875.04c2719.83c9469.86b8304.83b1175.15c22393.93a脯氨酸文椰5号6396.29d9039.53cd13308.90c31044.33a23899.44b-本地椰子81.08c435.89c1364.27c2788.23b5197.87a-谷氨酰胺文椰5号162.49b148.66b799.30a-本地椰子36.38b41.65b265.2
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