收稿日期:2023-11-20
基金项目:国家柑橘产业体系猕猴桃贵阳综合试验站资助项目(CARS-26-65);贵州省科研机构创新能力建设专项[黔科合服企(2021)8号]
作者简介:王前菊(1997-),女,贵州遵义人,硕士,研究实习员,研究方向为果品贮藏与加工。(E-mail)1453491966@qq.com
通讯作者:唐冬梅,(E-mail)89368775@qq.com
摘要: 本研究以金猕为试验材料,探究氯吡脲(CPPU)和赤霉素(GA3)对果实中次生代谢物的影响。基于超高效液相色谱-串联质谱技术(UPLC-MS/MS)对代谢组进行分析,共检测到代谢物411种,包括氨基酸及其衍生物、糖及醇类、核苷酸及其衍生物等。5 mg/L CPPU处理、10 mg/L CPPU处理果实中水平下调代谢物数量高于水平上调代谢物数量,而50 mg/L GA3处理、10 mg/L CPPU+50 mg/L GA3处理果实中水平上调代谢物数量高于水平下调代谢物数量。与对照相比,5 mg/L CPPU处理、10 mg/L CPPU处理、50 mg/L GA3处理、10 mg/L CPPU+50 mg/L GA3处理果实单果重、横径、侧径显著提高(P<0.05)。50 mg/L GA3处理、10 mg/L CPPU+50 mg/L GA3处理果实单果重显著低于51unXadvlUOzR8p85LHTYMw== mg/L CPPU处理、10 mg/L CPPU处理(P<0.05)。综上所述,10 mg/L CPPU+50 mg/L GA3处理金猕产量和品质相对更佳,本研究结果可为金猕栽培及品质评价提供参考。
关键词: 猕猴桃;UPLC-MS/MS;氯吡脲(CPPU);赤霉素(GA3);代谢物;品质
中图分类号: S663.4 文献标识码: A 文章编号: 1000-4440(2024)08-1542-10
Difference analysis of metabolites in kiwifruit treated with different plant growth regulators based on UPLC-MS/MS
WANG Qianju, WANG Yu, ZHONG Weimin, XU Te, TANG Dongmei
(Guizhou Institute of Fruit Tree Science,Guiyang 550006, China)
Abstract: Using Jinmi kiwifruit as the test material, the effects of forchlorfenuron (CPPU) and gibberellin (GA3) on secondary metabolites in fruits were studied. A total of 411 metabolites, including amino acids and their derivatives, sugars and alcohols, nucleotides and their derivatives, were detected by ultraperformance liquid chromatography tandem mass spectrometry (UPLC-MS/MS). The number of down-regulated metabolites was higher than that of up-regulated metabolites in fruits treated with 5 mg/L CPPU or 10 mg/L CPPU. The number of up-regulated metabolites was higher than that of down-regulated metabolites in fruits treated with 50 mg/L GA3 or 10 mg/L CPPU + 50 mg/L GA3. Compared with the control, the single fruit weight, transverse diameter and lateral diameter of 5 mg/L CPPU treatment, 10 mg/L CPPU treatment, 50 mg/L GA3 treatment and 10 mg/L CPPU + 50 mg/L GA3 treatment increased significantly (P<0.05). The single fruit weight of 50 mg/L GA3 treatment, 10 mg/L CPPU+50 mg/L GA3 treatment was significantly lower than that of 5 mg/L CPPU treatment and 10 mg/L CPPU treatment (P<0.05). It can be concluded that the treatment of 10 mg/L CPPU+50 mg/L GA3 resulted in better yield and quality of Jinmi kiwifruit. This study result can provide reference for Jinmi kiwifruit cultivation and quality evaluation.
Key words: kiwifruit;UPLC-MS/MS;forchlorfenuron (CPPU);gibberellin (GA3);metabolites;quality
猕猴桃(Actinidia chinensis)富含维生素C、氨基酸、酚类等多种营养物质,深受消费者青睐[1-2]。金猕是一种黄肉早熟新品种,以金农2号作为母本、金阳1号雄株作为父本杂交选育而成[3],其果实呈圆柱形,被稀疏短茸毛,果皮褐绿色,果肉由绿黄色转为黄色,果肉多汁香甜,被很多地区引种栽培[3-4]。在自然环境中生长的猕猴桃容易出现落花落果、果实较小的问题,大多数果农在生产中都会使用植物生长调节剂提高猕猴桃的产量,提升其商品性[5-6]。氯吡脲(Forchlorfenuron,CPPU)是一种细胞分裂素,含苯脲结构,能够促进细胞的分裂,使果实体积增大,实现增产增收[7]。赤霉素(Gibberellin,GA3)是植物五大激素之一,赤霉素通过调节生长素含量刺激植物生长发育,提高果实品质和产量[8]。但植物生长调节剂的效果也会因品种、浓度、时间的不同而有所差异,不合理的使用会使果实品质下降[9]。因此,探索能够提高猕猴桃品质的植物生长调节剂具有重要意义。
目前,冯娇等[10]以阳光玫瑰葡萄为研究对象,探究了CPPU和GA3对果皮中次生代谢物含量的影响。Olmedo等[11]发现使用CPPU处理葡萄果实,在采收时果实中积累了与碳水化合物代谢、糖酵解和三羧酸循环相关的酶,由此可知CPPU通过调节中心碳代谢改善了葡萄的品质。朱杰丽等[12]以徐香猕猴桃为试验材料,发现用5~10 mL/L CPPU处理猕猴桃能促进果实生长,提高果实的营养品质。赵燕妮等[13]采用气相色谱质谱联用(GC-MS)技术研究了海沃德、哑特和徐香3种猕猴桃果实的差异代谢物,发现在哑特中抗坏血酸含量最高,在海沃德中单糖类含量最高,徐香中大多数有机酸和部分氨基酸含量均较高。代谢物含量是果实营养品质的关键指标,这些代谢物在果实成熟中起着重要作用[14]。目前,关于CPPU和GA3对金猕猕猴桃果实代谢物影响的研究鲜见报道。本研究利用CPPU和GA3处理金猕果实,并对果实品质及代谢物进行比较分析,以确定CPPU和GA3的最佳使用浓度,从而为金猕猕猴桃的区域化生产和栽培提供理论支撑。
1 材料与方法
1.1 试验材料
以金猕为试验材料,种植地点为贵州省清镇市红枫湖。人工授粉30 d后,进行1次浸果处理,时长15 s。试验设置5个处理,分别为清水对照(CK), 5 mg/L CPPU处理(A1),10 mg/L CPPU处理(A2),50 mg/L GA3处理(A3),10 mg/L CPPU+50 mg/L GA3处理(A4)。每个浓度处理3次重复,待可溶性固形物含量高于7.5%后,随机采摘50个猕猴桃,置于室温(25 ℃),待果实软熟后取样。
1.2 试验方法
1.2.1 果实品质的测定 果实外在品质:单果重、横径、纵径、侧径和果形指数(纵径/横径)。
果实内在品质:可溶性固形物含量、VC含量、可滴定酸含量、总糖含量,测定方法参照解鑫等[15]的方法。
1.2.2 果实代谢物的测定 将猕猴桃果实去皮,打浆,置于液氮中,在-80 ℃冰箱中保存。基于超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)法检测果实的代谢物,UPLC-MS/MS条件参照龚意辉等[16]的方法稍作修改。
1.3 数据分析
利用Excel 2020和软件Analyst 1.6.3对数据进行处理及统计分析。
2 结果与分析
2.1 不同处理果实的品质分析
由表1可知,浸果处理后,A1、A2、A3、A4处理果实横径、侧径、单果重均显著高于CK(P<0.05),其中A1、A2处理果实横径、纵径、单果重显著高于A3、A4处理(P<0.05)。从果形指数来看,A1、A2、A4处理果实果形指数显著低于CK(P<0.05)。由此可知,CPPU和GA3浸果处理均能够促进猕猴桃果实横径和纵径增大,果形指数也发生了变化。
由表2可知, A1、A4处理果实VC含量与CK相比无显著差异(P>0.05),与CK相比,A2、A3处理果实VC含量显著降低(P<0.05),其中A3处理果实VC含量最低,为1.503 9 mg/g。与CK相比,A1、A2、A3、A4处理果实可溶性固形物含量显著降低(P<0.05)。A4处理果实可滴定酸含量最低,为1.32%。固酸比即可溶性固形物含量和可滴定酸含量之比,A4处理果实固酸比最高,为15.40,A3处理果实固酸比最低,为10.93。A3和A4处理果实总糖含量与CK无显著差异(P>0.05),与CK相比,A1和A2处理果实总糖含量显著降低(P<0.05)。
2.2 不同处理果实的代谢物分析
如图1所示,猕猴桃经浸果处理后,果实内代谢物有411种,其中有机酸64种,游离脂肪酸34种,维生素20种,溶血磷脂酰乙醇胺28种,溶血磷脂酰胆碱35种,核苷酸及其衍生物56种,甘油酯类12种,酚酸类12种,糖及醇类46种,氨基酸及其衍生物101种,脂质3种。不同处理果实的代谢物种类和数量相同,但不同处理果实各代谢物相对含量差异明显。
2.3 不同处理果实代谢物的PCA和聚类分析
主成分分析(PCA)是一种将数据投射到低维空间的降维技术,可以对模型样品的分类能力进行更直观的评估[17]。由图2A可知,PC1和PC2的贡献率分别为24.84%和21.84%。同一处理样本较聚集,不同处理样本分离趋势明显,A3、A4处理的代谢物种类和含量比较接近,在同一类中聚集在一起。A1、A2、A3、A4处理与CK在猕猴桃代谢物种类和含量方面存在较大差异,CK单独聚在一起。综合PCA和聚类分析结果来看,不同生长调节剂处理的猕猴桃果实之间代谢物存在明显的差异。
2.4 不同处理果实的OPLS-DA分析和模型验证分析
正交偏最小二乘法判别分析(OPLS-DA)是通过去除代谢物中与分类变量不相关的差异变量,从而筛选出差异代谢物的有效方法[18]。为进一步挖掘生长调节剂对果实代谢物质的影响,分别将CK和A1、A2、A3、A4处理进行比较。如图3所示,CK和A1的比较组PC1和PC2贡献率分别为48.5%和25.1%;CK和A2比较组PC1和PC2贡献率分别为54.6%和 16.6%;CK和A3的比较组PC1和PC2贡献率分别为53.1%和21.6%;CK和A4的比较组PC1和PC2贡献率分别为50.5%和22.5%。各比较组表现出明显的分离趋势。
由图3可知, CK和A1的比较组R2X、R2Y、Q2分别为0.736、1.000、0.934;CK和A2的比较组R2X、R2Y、Q2分别为0.712、0.999、0.970;CK和A3的比较组R2X、R2Y、Q2分别为0.748、0.996、0.965;CK和A4的比较组R2X、R2Y、Q2分别为0.730、0.997、0.950。各比较组OPLS-DA模型的评价参数中各指标均>0.500,且Q2>0.900,说明OPLS-DA模型准确性高,可以根据VIP值筛选出差异代谢物。
2.5 不同处理果实的差异代谢物成分
基于OPLS-DA的结果,按照Fold change≥2,Fold change≤0.5,VIP≥1寻找差异代谢物[19],结果如图4和表3所示。在CK和A1的比较组中,筛选出34种差异代谢物,其中氨基酸及其衍生物占14.71%(与CK相比,A1处理果实中1种氨基酸及其衍生物含量上升,4种氨基酸及其衍生物含量下降);糖及醇类占8.82%(与CK相比,A1处理果实中2种糖及醇类含量上升,1种糖及醇类含量下降);酚酸类占5.88%(与CK相比,A1处理果实中1种酚酸类含量上升,1种酚酸类含量下降);核苷酸及其衍生物占38.24%(与CK相比,A1处理果实中1种核苷酸及其衍生物含量上升,12种核苷酸及其衍生物含量下降);溶血磷脂酰胆碱占17.65%(与CK相比,A1处理果实中5种溶血磷脂酰胆碱含量上升,1种溶血磷脂酰胆碱含量下降);游离脂肪酸占8.82%(与CK相比,A1处理果实中1种游离脂肪酸含量上升,2种游离脂肪酸含量下降);有机酸占5.88%(与CK相比,A1处理果实中1种有机酸含量上升,1种有机酸含量下降)。共有12种代谢物含量上升,占比35.29%, 22种代谢物含量下降,占比64.71%,含量下降代谢物数量高于含量上升代谢物数量,含量下降数量最多的代谢物是核苷酸及其衍生物。
在CK和A2的比较组中,筛选出51种差异代谢物,其中氨基酸及其衍生物占23.53%(与CK相比,A2处理果实中3种氨基酸及其衍生物含量上升,9种氨基酸及其衍生物含量下降);糖及醇类占11.76%(与CK相比,A2处理果实中3种糖及醇类含量上升,3种糖及醇类含量下降);酚酸类占9.80%(与CK相比,A2处理果实中1种酚酸类含量上升,4种酚酸类含量下降);核苷酸及其衍生物占25.49%(与CK相比,A2处理果实中1种核苷酸及其衍生物含量上升,12种核苷酸及其衍生物含量下降);溶血磷脂酰胆碱占5.88%(与CK相比,A2处理果实中3种溶血磷脂酰胆碱含量下降);游离脂肪酸占5.88%(与CK相比,A2处理果实中3种游离脂肪酸含量下降);有机酸占7.84%(与CK相比,A2处理果实中1种有机酸含量上升,3种有机酸含量下降);甘油脂占5.88%(与CK相比,A2处理果实中3种甘油脂含量上升);维生素占3.92%(与CK相比,A2处理果实中1种维生素含量上升,1种维生素含量下降)。共有13种代谢物含量上升,占比25.49%,38种代谢物含量下降,占比74.51%,含量下降代谢物数量高于含量上升代谢物数量,含量下降数量最多的代谢物是核苷酸及其衍生物。
在CK和A3的比较组中,筛选出28种差异代谢物,其中氨基酸及其衍生物占14.29%(与CK相比,A3处理果实中3种氨基酸及其衍生物含量上升,1种氨基酸及其衍生物含量下降);糖及醇类占17.86%(与CK相比,A3处理果实中5种糖及醇类含量上升);酚酸类占3.57%(与CK相比,A3处理果实中1 种酚酸类含量下降);核苷酸及其衍生物占14.29%(与CK相比,A3处理果实中2种核苷酸及其衍生物含量上升,2种核苷酸及其衍生物含量下降);溶血磷脂酰胆碱占17.86%(与CK相比,A3处理果实中1种溶血磷脂酰胆碱含量上升,4种溶血磷脂酰胆碱含量下降);有机酸占25.00%(与CK相比,A3处理果实中5种有机酸含量上升,2种有机酸含量下降);维生素占7.14%(与CK相比,A3处理果实中1种维生素含量上升,1种维生素含量下降)。共有17种代谢物含量上升,占比60.71%,11种代谢物含量下降,占比39.29%,含量上升代谢物数量高于含量下降调代谢物数量,含量下降数量最多的代谢物是溶血磷脂酰胆碱。
在CK和A4的比较组中,筛选出23种差异代谢物,其中氨基酸及其衍生物占21.74%(与CK相比,A4处理果实中1种氨基酸及其衍生物含量上升,4种氨基酸及其衍生物含量下降);糖及醇类占13.04%(与CK相比,A4处理果实中3种糖及醇类含量上升);酚酸类占4.35%(与CK相比,A4处理果实中1 种酚酸类含量上升);核苷酸及其衍生物占21.74%(与CK相比,A4处理果实中4种核苷酸及其衍生物含量上升,1种核苷酸及其衍生物含量下降);溶血磷脂酰胆碱占8.70%(与CK相比,A4处理果实中1种溶血磷脂酰胆碱含量上升,1种溶血磷脂酰胆碱含量下降);游离脂肪酸占4.35%(与CK相比,A4处理果实中1种游离脂肪酸含量上升);有机酸占21.74%(与CK相比,A4处理果实中4种有机酸含量上升,1种有机酸含量下降);维生素占4.35%(与CK相比,A4处理果实中1种维生素含量上升)。共有16种代谢物含量上升,占比69.57%,7种代谢物含量下降,占比30.43%,含量上升代谢物数量高于含量下降代谢物数量,含量下降数量最多的代谢物是氨基酸及其衍生物。
2.6 不同处理果实的差异代谢物通路分析
对不同处理果实中的差异代谢物进行KEGG通路富集分析,更有利于理解差异代谢物在代谢途径中的变化[20]。如图5A所示,CK和A1的比较组中,KEGG鉴定到的差异代谢物主要富集在28条通路(图中显示前20条)上,显著富集在次生代谢产物的生物合成(Biosynthesis of secondary metabolites)、嘌呤代谢(Purine metabolism)、植物激素信号转导(Plant hormone signal transduction)和核黄素代谢(Riboflavin metabolism)4条通路上(P<0.05),富集程度最高的为次生代谢产物的生物合成通路,与该通路相关的有D-葡萄糖-6-磷酸、L-色氨酸、肉桂酸3个差异代谢物。如图5B所示,CK和A2的比较组中,KEGG鉴定到的差异代谢物主要富集在42条通路(图中显示前20条)上,富集程度最高的为叶酸生物合成通路(Folate biosynthesis)(P<0.05),与该通路相关的有酚酸类、有机酸类2种差异代谢物,包括对-氨基苯甲酸、对羟基苯甲酸。如图5C所示,CK和A3的比较组中,KEGG鉴定到的差异代谢物主要富集在34条通路(图中显示前20条)上,富集程度最高的为淀粉和蔗糖代谢通路(Starch and sucrose metabolism)(P<0.05),与该通路有关的差异代谢物是糖及醇类,包括D-葡萄糖-6-磷酸、D-果糖-6-磷酸、葡萄糖-1-磷酸。其中D-果糖-6-磷酸是生物体内常见的分子之一,属于酮糖。CK和A4的比较组中,KEGG鉴定到的差异代谢物主要富集在34条通路(图中显示前20条)上,富集程度最高的为玉米素生物合成(Zeatin biosynthesis)(P<0.05),与该通路有关的差异代谢物为核苷酸及其衍生物,包括单磷酸腺苷(AMP)、尿苷5′-二磷酸-D-葡萄糖、尿苷5′-二磷酸。
综上可知,用不同植物生长调节剂处理的果实代谢物发生了不同的变化,这些富集通路和代谢物质的变化造成了猕猴桃品质的变化。
3 讨论
本研究基于UPLC-MS/MS分析了清水、5 mg/L CPPU处理、10 mg/L CPPU处理、50 mg/L GA3处理、10 mg/L CPPU+50 mg/L GA3处理对金猕果实代谢物的影响。与对照相比,5 mg/L CPPU处理的金猕果实有34种差异代谢物,显著富集的代谢途径有4条(P<0.05)。与对照相比,10 mg/L CPPU处理的金猕果实有51种差异代谢物。50 mg/L GA3处理的金猕果实有28种差异代谢物。10 mg/L CPPU+50 mg/L GA3处理的金猕果实有23种差异代谢物。其中5 mg/L CPPU处理、10 mg/L CPPU处理果实中含量下降代谢物数量高于含量上升代谢物数量,与Bi等[6]的结果相似。而50 mg/L GA3处理、10 mg/L CPPU+50 mg/L GA3处理果实中含量上升代谢物数量高于含量下降代谢物数量。与对照相比,5 mg/L CPPU处理、10 mg/L CPPU处理、50 mg/L GA3处理、10 mg/L CPPU+50 mg/L GA3处理果实单果重、横径、侧径显著提高(P<0.05)。与对照相比,10 mg/L CPPU处理果实VC、可溶性固形物含量显著降低(P<0.05),该结论与李为福等[5]的研究结果相似。50 mg/L GA3处理、10 mg/L CPPU+50 mg/L GA3处理果实单果重显著低于5 mg/L CPPU处理、10 mg/L CPPU处理(P<0.05),该结论与刘铭等[21]的结论相似。50 mg/L GA3处理果实中VC含量最低,10 mg/L CPPU+50 mg/L GA3处理果实中VC、总糖含量与对照相比无显著差异(P>0.05)。
因此,综上可知,10 mg/L CPPU+50 mg/L GA3浸果处理金猕的产量及品质更佳。在今后的工作中还应考虑其他浓度CPPU+GA3处理对猕猴桃品质及营养成分的影响,以进一步提高果实品质。
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(责任编辑:成纾寒)