時(shí)羽杰，鄔曉勇，唐媛，糜加軒，萬(wàn)雪琴

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，四川 成都 611130； 2.成都大學(xué)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部雜糧加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610106； 3.成都大學(xué)藥學(xué)與生物工程學(xué)院，四川 成都 610106)

藜麥(Chenopodiumquinoa)是莧科藜亞科藜屬的1 a生雙子葉草本植物，是喜冷的高海拔作物，富含蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、氨基酸、纖維素、維生素等營(yíng)養(yǎng)成分[1-2]。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)認(rèn)為藜麥?zhǔn)俏ㄒ灰环N單體植物即可以滿足人體基本營(yíng)養(yǎng)需求的食物，并正式推薦為最適宜人類的“全營(yíng)養(yǎng)食品”[3]。其生物產(chǎn)量高、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富、適應(yīng)性強(qiáng)，具有耐寒、耐旱、耐瘠薄、耐鹽堿等特性[4-6]，常被用于糧食和飼料作物的開(kāi)發(fā)利用，也成了一些地區(qū)發(fā)展經(jīng)濟(jì)的重要作物[7-8]。

農(nóng)作物在生長(zhǎng)過(guò)程中常受到多種環(huán)境脅迫的影響[9]，造成生長(zhǎng)發(fā)育不良，甚至絕收。水分脅迫是影響作物生產(chǎn)力的重要因素之一，也是影響作物生長(zhǎng)和發(fā)育的一個(gè)重要環(huán)境因子，主要包括了水澇和干旱2種形式[10-11]。研究發(fā)現(xiàn)，作物開(kāi)花期間，組織幼嫩，抗性較弱，易受到環(huán)境因子的脅迫，導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)降低[12-14]。藜麥起源于南美洲安第斯山脈高原地區(qū)[15]，進(jìn)化出了較好的抗逆性能力。研究這種抗逆性機(jī)制，對(duì)植物栽培指導(dǎo)及抗性品種的選育有重要意義。目前，對(duì)藜麥的抗逆性機(jī)制研究，主要集中在鹽脅迫后生理指標(biāo)的變化[16-18]、形態(tài)特征變化[19-21]、轉(zhuǎn)錄組分子機(jī)制研究[22-23]，干旱脅迫研究較少，也只局限于生理指標(biāo)和形態(tài)特征的變化[24-27]，而有關(guān)藜麥水澇脅迫的研究更是微乎其微。

代謝組學(xué)(Metabolomics)是繼基因組、轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組學(xué)后興起的一個(gè)系統(tǒng)生物學(xué)科[28]。通過(guò)對(duì)存在于生物體細(xì)胞、組織和生物流體中的小分子代謝物(相對(duì)分子質(zhì)量小于1 000)進(jìn)行系統(tǒng)分析[29]，從中檢測(cè)并篩選出具有顯著差異的代謝物質(zhì)，并以此為基礎(chǔ)研究生物體的代謝過(guò)程和變化機(jī)制[30]。常被用于藥物鑒定和治療機(jī)制的研究[31-33]，植物的抗逆性研究[34-36]，家系圖譜分析[37]等。

本研究利用代謝組學(xué)技術(shù)，以藜麥為材料，采用盆栽法研究水分脅迫后其生理生態(tài)變化及代謝物質(zhì)差異，了解水分脅迫下的主要代謝通路，為藜麥的抗水分脅迫機(jī)制及代謝調(diào)控機(jī)制奠定基礎(chǔ)，同時(shí)，也為制定花期水分栽培的科學(xué)管理制度提供理論指導(dǎo)，為藜麥的引種推廣提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)選用的材料“隴藜3號(hào)”由成都大學(xué)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部雜糧加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和國(guó)家雜糧加工技術(shù)研發(fā)分中心提供。種子純凈度和發(fā)芽率均符合播種質(zhì)量要求。

藜麥種子用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%～0.15%的高錳酸鉀溶液浸泡20 min，以利消毒。營(yíng)養(yǎng)土和自然土按同等比例進(jìn)行混合后使用，選取子粒飽滿、大小均勻、無(wú)機(jī)械損傷、無(wú)病蟲(chóng)害的成熟藜麥種子，均勻播撒于直徑為20 cm的塑料花盆中，澆適量的水，再用1～2 cm厚的營(yíng)養(yǎng)土覆蓋。待幼苗長(zhǎng)出第4片真葉后進(jìn)行間苗，留下長(zhǎng)勢(shì)相同的幼苗且保持合適的株間距[38]。由于藜麥抗旱性較強(qiáng)，不需要進(jìn)行頻繁澆水。待苗長(zhǎng)至第8片真葉時(shí)，再進(jìn)行一次間苗，每盆定苗4株。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 脅迫處理 初花期(顯穗后10 d)，取長(zhǎng)勢(shì)一致的材料進(jìn)行脅迫處理。對(duì)照組使用去離子水進(jìn)行澆灌；干旱脅迫組使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的PEG-6000進(jìn)行澆灌處理[39]；水澇脅迫組使用雙套盆法進(jìn)行淹水模擬[40]，將盆栽直接浸置水盆中澆灌至水浸沒(méi)花盆。在處理48 h后進(jìn)行取樣，每個(gè)處理6盆重復(fù)，取從頂芽往下數(shù)的第3個(gè)節(jié)間處的葉片后立即用去離子水洗凈并用無(wú)菌濾紙吸干，包裹于錫箔紙中，迅速置于液氮冷凍后，于-80 ℃超低溫冰箱保存，用于生理指標(biāo)和代謝組學(xué)分析。

1.2.2 生理指標(biāo)測(cè)定 過(guò)氧化物酶(POD)活性、總抗氧化能力(T-AOC)、丙二醛(MDA)含量、可溶性糖(WSS)含量均采用南京建成生物工程研究所的試劑盒進(jìn)行檢測(cè)；可溶性蛋白(SP)含量采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定[41]。

1.2.3 代謝組學(xué)分析 取同一批材料進(jìn)行代謝組學(xué)分析，6個(gè)生物重復(fù)，共產(chǎn)生了2組對(duì)比數(shù)據(jù)，分別為正常對(duì)照組(CK)和干旱脅迫組(WD)、正常對(duì)照組(CK)和水澇脅迫組(WW)。代謝物的分離鑒定平臺(tái)為氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜GC-MS(PerkinElmer，USA)，分析時(shí)每6個(gè)樣本插入一個(gè)質(zhì)控樣本(QC)以觀察儀器的重復(fù)性與穩(wěn)定性。色譜柱為DB-5MS(Agilent，USA)。原始數(shù)據(jù)經(jīng)MSDIAL軟件進(jìn)行峰識(shí)別、匹配、對(duì)齊等處理[42]。處理后的數(shù)據(jù)采用SIMCA-P14.1軟件進(jìn)行PCA，PLS-DA和OPLS-DA等多元統(tǒng)計(jì)分析和差異物質(zhì)篩選。最后，將差異代謝物經(jīng)過(guò)NIST，METLIN，MASSBANK等數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行鑒定獲取CID號(hào)，根據(jù)CID號(hào)在Metaboanalyst平臺(tái)進(jìn)行相關(guān)代謝通路的分析。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理 生理指標(biāo)數(shù)據(jù)采用SPSS 26.0進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)、方差分析和LSD多重比較，顯著性差異的標(biāo)準(zhǔn)為P<0.05；代謝組學(xué)數(shù)據(jù)采用SIMCA-P和TBtools進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分脅迫對(duì)藜麥花期生理指標(biāo)的影響

由表1可知，水分脅迫后SP含量降低，但與對(duì)照均無(wú)顯著差異；WSS含量顯著增加(P<0.05)，且干旱脅迫組增加幅度顯著大于水澇脅迫組；POD活性顯著增加(P<0.05)，但干旱脅迫組和水澇脅迫組間無(wú)明顯差異；T-AOC變化趨勢(shì)與WSS含量變化趨勢(shì)相同，均表現(xiàn)為顯著增加(P<0.05)，且干旱脅迫組增加幅度顯著大于水澇脅迫組；而MDA含量在受到水分脅迫后表現(xiàn)為增加的趨勢(shì)，但增加幅度有明顯的差異，其中干旱脅迫MDA含量組較對(duì)照組表現(xiàn)為顯著增加(P<0.05)，水澇脅迫組的MDA含量增加幅度則較小，與對(duì)照組無(wú)顯著差異。說(shuō)明藜麥花期受到水分脅迫時(shí)，可通過(guò)提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和抗氧化酶活性來(lái)響應(yīng)脅迫，且在水澇脅迫下影響較小，而在干旱脅迫下影響較大，MDA含量較CK組顯著增加，可能是氧自由基積累過(guò)多，已對(duì)膜系統(tǒng)產(chǎn)生了嚴(yán)重?fù)p傷。

表1 水分脅迫對(duì)藜麥花期生理指標(biāo)的影響

2.2 水分脅迫條件下藜麥花期的代謝組學(xué)分析

2.2.1 PCA與OPLS-DA分析 主成分分析(Principal component analysis，PCA)得到的PCA模型能全面地反映代謝組整體數(shù)據(jù)的原始狀態(tài)，可以用于異常樣本的發(fā)現(xiàn)與剔除，提高模型的準(zhǔn)確性[43-44]。如圖1所示，所有樣本都在95%的置信區(qū)間內(nèi)，且CK，WD,WW組間均有明顯的界限，說(shuō)明各組間的整體代謝物質(zhì)差異顯著；除了QC_1，WD_1，WD_2等3個(gè)樣本外，其余樣本組內(nèi)較為聚集，說(shuō)明數(shù)據(jù)重復(fù)性較好，可用于后續(xù)的分析。

雖然主成分分析法能夠有效地提取主要信息，但是對(duì)于相關(guān)性較小的變量不敏感，而正交-偏最小二乘判別分析(Orthogonal projections to latent structures discriminant analysis,OPLS-DA)能通過(guò)正交信號(hào)校正技術(shù)將數(shù)據(jù)集X分解為與Y相關(guān)和非相關(guān)的兩類，過(guò)濾掉與分類無(wú)關(guān)的信息，將相關(guān)的信息集中在第1個(gè)預(yù)測(cè)成分，更好地觀察組間的差異[45-46]。如圖2所示，CK和干旱脅迫與CK和水分脅迫都被分開(kāi)且均勻地分布于PC 1左右兩側(cè)，說(shuō)明藜麥花期受到水分脅迫后，代謝物質(zhì)發(fā)生了顯著性變化。為了驗(yàn)證OPLS-DA模型是否過(guò)擬合，進(jìn)行置換檢驗(yàn)，對(duì)模型進(jìn)行n=200的排列驗(yàn)證，其中R2和Q2表示擬合優(yōu)度系數(shù)，當(dāng)R2和Q2回歸線的斜率大于1，且置換檢驗(yàn)圖中所有R2和Q2左邊的點(diǎn)都低于最右邊的點(diǎn)，這樣表示模型可靠[47-48]。如圖3所示，CK和干旱脅迫組的R2=0.996，Q2=0.266，CK和水分脅迫組的R2=0.755，Q2=0.416，且所有R2和Q2左邊的點(diǎn)都低于最右邊的點(diǎn)。說(shuō)明這2組OPLS-DA模型可靠，可以用于差異代謝物質(zhì)的篩選。

注：CK表示正常對(duì)照組；QC表示質(zhì)控樣本；WD表示干旱脅迫； WW表示水澇脅迫。下同。

圖2 對(duì)比組的OPLS-DA模型得分圖

注：左圖為干旱脅迫組，右圖為水澇脅迫組；其中R2和Q2表示擬合優(yōu)度系數(shù)，R2為模型對(duì)矩陣的解釋率，Q2為模型的預(yù)測(cè)能力。

2.2.2 差異代謝物的篩選 通過(guò)OPLS-DA的S-plot圖進(jìn)行差異代謝物的篩選，其中橫坐標(biāo)表示主成分與代謝物的協(xié)方差，縱坐標(biāo)表示主成分與代謝物的相關(guān)系數(shù)，越靠近右上角和左下角的代謝物表示其差異越顯著，一般選取VIP≥1的物質(zhì)作為差異代謝物。如圖4所示，VIP≥1的點(diǎn)已用紅色標(biāo)出。結(jié)合火山圖(V-plot)能更加全面地反映差異數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，更利于篩選差異代謝物[49]。篩選的標(biāo)準(zhǔn)為P≤0.05且VIP≥1，由圖5所示，CK和干旱脅迫組中總共篩選出60個(gè)差異代謝物，且代謝物主要以下調(diào)為主。其中有53個(gè)下調(diào)代謝物主要包括16個(gè)氨基酸類(色氨酸、脯氨酸、甘氨酸、谷氨酸、絲氨酸和蛋氨酸等)，6個(gè)有機(jī)酸類和4個(gè)脂肪酸類(甘油酸、十四烷酸、肉豆蔻酸等)，14個(gè)糖類及其衍生物(阿拉伯糖、木酮糖、果糖、乳糖等)和一些多酚、醇類、生物堿、維生素、胺類和核苷衍生物；7個(gè)上調(diào)代謝物分別是富馬酸、艾杜糖、尿苷、肌醇、表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯、N-乙酰-D-氨基葡萄糖和芥子酸。CK和水分脅迫組中總共篩選出74個(gè)差異代謝物，且代謝物主要以上調(diào)為主。其中，有57個(gè)上調(diào)代謝物主要包括13個(gè)氨基酸類(脯氨酸、丙氨酸、甘氨酸、絲氨酸等)，12個(gè)有機(jī)酸類和3個(gè)脂肪酸類(十四烷酸、異檸檬酸、乳糖酸、肉豆蔻酸等)，17個(gè)糖類及其衍生物(阿洛糖、潘糖、麥芽糖、乳糖醇等)和一些多酚、生物堿、胺類和核苷衍生物；17個(gè)下調(diào)代謝物主要包括氨基酸類、糖類、有機(jī)酸類(色氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、纖維二糖、蔗糖、甘露糖、原兒茶酸、十五烷酸等)。根據(jù)所包含差異代謝物數(shù)量的多少，發(fā)現(xiàn)氨基酸類、糖類、有機(jī)酸類和脂肪酸類是最活躍的4個(gè)類別。這些數(shù)量較多的差異代謝物可能與藜麥花期響應(yīng)水分脅迫的機(jī)制密切相關(guān)。為進(jìn)一步探究這些差異代謝物質(zhì)響應(yīng)脅迫的機(jī)制，對(duì)其參與的代謝通路進(jìn)行分析。

注：左圖為干旱脅迫組，右圖為水澇脅迫組；每1個(gè)點(diǎn)代表1種代謝物質(zhì)，其中綠點(diǎn)為VIP<1，紅點(diǎn)為VIP≥1的差異代謝物。

注：左圖為干旱脅迫組，右圖為水澇脅迫組；每1個(gè)點(diǎn)代表1種代謝物質(zhì)，其中綠點(diǎn)僅為VIP≥1，紅點(diǎn)為VIP≥1且P<0.05的顯著差異代謝物。

2.2.3 差異代謝物聚類熱圖分析 聚類熱圖表現(xiàn)的是一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，可以通過(guò)不同顏色的梯度來(lái)顯示代謝物質(zhì)差異，再通過(guò)聚類分組，將代謝表達(dá)模式相近的組歸為1類，同組的代謝物質(zhì)可能具有相似的功能或參與了相同的代謝途徑，可以以此來(lái)推測(cè)未知代謝物或已知代謝的功能[50-51],如圖6所示。CK和干旱脅迫(WD)組中，樣本被分為3類：第1類是CK_5，CK_1，CK_4，CK_2，CK_3，CK_6；第2類是WD_1和WD_2；第3類是WD_3，WD_4，WD_5，WD_6。說(shuō)明CK組內(nèi)代謝物質(zhì)差異不大，樣本重復(fù)性較好，數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定，而干旱脅迫組內(nèi)有2個(gè)樣本單獨(dú)聚為1類，再與CK組聚為1類，可能是由于采樣不當(dāng)引起的誤差，而其余4個(gè)聚為1類。說(shuō)明干旱脅迫組整體數(shù)據(jù)重復(fù)性仍較好，篩選出的代謝物與CK組存在明顯差異，且大部分差異代謝物質(zhì)表達(dá)下調(diào)。CK和水澇脅迫(WW)組中，樣本被分為2類，第1類是CK的6個(gè)重復(fù)樣本，第2類是水澇脅迫的6個(gè)重復(fù)樣本。這說(shuō)明組內(nèi)的重復(fù)性都較好，且篩選出的代謝物在組間存在明顯差異，水澇脅迫組中大部分代謝物質(zhì)表達(dá)上調(diào)。這些篩選出的差異代謝物質(zhì)可以用于后續(xù)的關(guān)鍵代謝通路分析。

注：圖中紅色的表示高表達(dá)代謝物，黑色的代表變化不大，綠色的表示低表達(dá)代謝物。列為不同的樣本組，行為不同的代謝物質(zhì)。

2.2.4 代謝通路分析 通過(guò)Metaboanalyst平臺(tái)將有CID號(hào)的顯著差異代謝物進(jìn)行KEGG通路富集分析,如圖7所示。CK和干旱脅迫組中注釋到46條代謝通路，極顯著的通路有4條，分別是氨酰-tRNA生物合成、二羧酸代謝、甘氨酸-絲氨酸和蘇氨酸代謝、吲哚生物堿合成，顯著的代謝通路有5條，分別是硫代謝、半胱氨酸與蛋氨酸代謝、精氨酸生物合成、丙氨酸-天冬氨酸和谷氨酸代謝、泛酸和輔酶A生物合成。其中，參與極顯著代謝通路且被檢測(cè)到的物質(zhì)有13種，主要為氨基酸類及其衍生物和有機(jī)酸，分別是色氨酸、丙氨酸、纈氨酸、絲氨酸、蛋氨酸、谷氨酸、脯氨酸、高絲氨酸、甘氨酸、組氨酸、色胺、甘油酸、異檸檬酸，且均為下調(diào)表達(dá)。CK和水澇脅迫組中注釋到47條代謝通路，極顯著的代謝通路有3條，分別是氨酰-tRNA生物合成、二羧酸代謝、吲哚生物堿合成，顯著的代謝通路有6條，分別是異喹啉生物堿合成、氰胺酸代謝、精氨酸生物合成、甘氨酸-絲氨酸和蘇氨酸代謝、精氨酸和脯氨酸代謝、賴氨酸生物合成。其中，參與極顯著代謝通路且被檢測(cè)到的物質(zhì)有14種，主要為氨基酸類及其衍生物和有機(jī)酸，10種上調(diào)代謝物，分別為異檸檬酸、甘氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、絲氨酸、異亮氨酸、組氨酸、蛋氨酸、脯氨酸、色胺，4種下調(diào)代謝物，分別為天冬氨酸、谷氨酸、色氨酸、草酸。

注：左圖為干旱脅迫組，右圖為水澇脅迫組；每1個(gè)點(diǎn)代表1個(gè)代謝通路，其中點(diǎn)的大小表示富集代謝物質(zhì)的多少。

3 結(jié)論與討論

3.1 水分脅迫對(duì)藜麥花期生理指標(biāo)的影響

WSS含量、SP含量、POD活性、T-AOC和MDA含量是反映植物受脅迫的重要生理指標(biāo)，可以判斷其對(duì)脅迫的耐受性[52-54]。其中MDA是植物細(xì)胞膜脂過(guò)氧化的主要產(chǎn)物，對(duì)植物有毒害作用，其含量的多少直接反映了植物在逆境脅迫下膜受損傷程度[55]。WSS和SP是植物細(xì)胞中的重要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，POD是重要的抗氧化酶之一，在植物受到脅迫時(shí)，體內(nèi)的活性氧會(huì)積累，MDA含量增加，對(duì)植物體造成傷害，其體內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和抗氧化酶能夠減緩膜脂過(guò)氧化的毒害作用[56]。藜麥花期受到干旱和水澇脅迫后，生理指標(biāo)變化十分相似，除SP變化不大外，其他指標(biāo)均呈明顯上升(水澇脅迫組的MDA含量稍增加)，干旱脅迫組的MDA含量增加的幅度較大。說(shuō)明藜麥花期受到水分脅迫后，活性氧(ROS)過(guò)度積累損傷膜系統(tǒng)，蛋白質(zhì)降解，自身通過(guò)調(diào)節(jié)活性氧系統(tǒng)來(lái)應(yīng)對(duì)氧化損傷，如提高POD活性，同時(shí)提高WSS含量來(lái)減少細(xì)胞水分流失、維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整性。宿婧等[57]研究干旱脅迫對(duì)藜麥種子生理特性的影響，發(fā)現(xiàn)POD活性在干旱脅迫下顯著增加，且隨著PEG-6000質(zhì)量濃度的增加而增加。董奇琦等[58]研究發(fā)現(xiàn),花生在重度干旱脅迫下POD,SOD,MDA,WSS,Pro顯著增加，SP含量呈下降趨勢(shì)。此外，本試驗(yàn)中,干旱脅迫組的MDA含量顯著增加，且增加幅度遠(yuǎn)大于水澇脅迫組，可能是由于藜麥花期對(duì)重度的干旱脅迫最為敏感所致?；ㄆ谑寝见湢I(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段和生殖生長(zhǎng)期開(kāi)始階段，干旱脅迫可導(dǎo)致其開(kāi)花延遲、脫落，影響其子粒的形成，降低產(chǎn)量。董馥慧等[59]研究干旱脅迫對(duì)苦蕎不同生育時(shí)期的影響，發(fā)現(xiàn)花期為最敏感時(shí)期，受干旱影響最大，其POD，MDA，Pro含量顯著高于對(duì)照，SP含量顯著低于對(duì)照。SP的變化與本研究有所不同，可能是藜麥比苦蕎有更強(qiáng)的干旱耐受性所致。孫建等[60]研究輕、中、重3種干旱脅迫對(duì)芝麻花期生理指標(biāo)的影響，發(fā)現(xiàn)葉片中的POD，SOD，Pro，SP和MDA隨著脅迫程度的加劇呈不斷上升趨勢(shì)。

3.2 水分脅迫與代謝物的關(guān)系

水分脅迫后，干旱脅迫、水澇脅迫組與CK的代謝物均有顯著差異。干旱脅迫組中總共篩選出60個(gè)差異代謝物，大部分為下調(diào)表達(dá)。差異代謝物注釋到46條代謝通路，極顯著的通路有4條，分別是氨酰-tRNA生物合成、二羧酸代謝、甘氨酸-絲氨酸和蘇氨酸代謝、吲哚生物堿合成。這些通路可能與抗干旱機(jī)制密切相關(guān)。水澇脅迫組中總共篩選出74個(gè)差異代謝物，大部分為上調(diào)表達(dá)。差異代謝物注釋到47條代謝通路，極顯著的通路有3條，分別是氨酰-tRNA生物合成、二羧酸代謝、吲哚生物堿合成。這些通路可能與抗水澇機(jī)制密切相關(guān)。干旱脅迫與水澇脅迫的差異代謝物通路基本一致，差異代謝物種類也基本一致，主要是氨基酸類、有機(jī)酸類、脂肪酸類、糖類和一些多酚、生物堿、胺類、核苷衍生物，其中色氨酸、丙氨酸、纈氨酸、絲氨酸、蛋氨酸、谷氨酸、脯氨酸、高絲氨酸、甘氨酸、組氨酸、色胺、甘油酸、異檸檬酸是抗干旱的關(guān)鍵代謝物質(zhì)，異檸檬酸、甘氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、絲氨酸、異亮氨酸、組氨酸、蛋氨酸、脯氨酸、色胺是抗水澇的關(guān)鍵代謝物質(zhì)。馮瑛[61]通過(guò)代謝組學(xué)分析櫻桃砧木的抗旱性機(jī)制，發(fā)現(xiàn)上調(diào)的差異代謝物主要是有機(jī)酸、氨基酸、碳水化合物和生物堿等，且最終將奎尼酸、苯丙氨酸、3-氰丙氨酸、天冬酰胺、對(duì)苯醌和植物鞘氨醇確認(rèn)為干旱響應(yīng)候選指示代謝物。吳棟等[62]分析水澇脅迫下煙草的代謝產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)主要上調(diào)的代謝物是氨基酸(脯氨酸、谷氨酸、絲氨酸和組氨酸等)，有機(jī)酸(肉桂酸、阿魏酸、綠原酸和蘋(píng)果酸等)，多酚和生物堿。趙妍[63]研究狗牙根干旱的代謝產(chǎn)物，總共鑒定出44種代謝產(chǎn)物，包括15種有機(jī)酸、14種氨基酸、10種糖與糖醇、3種脂肪酸及2種含氮化合物。還發(fā)現(xiàn)顯著上調(diào)的代謝物與抗旱密切相關(guān)，包括3種有機(jī)酸，3種氨基酸，5種糖與糖醇，2種不飽和脂肪酸及2種含氮化合物。但本研究中藜麥花期在受到干旱脅迫后，主要的代謝物質(zhì)表達(dá)下調(diào)，可能是由于本試驗(yàn)采用的是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的PEG-6000進(jìn)行重度干旱脅迫，而花期又是藜麥的水分敏感期。長(zhǎng)時(shí)間的重度干旱脅迫可能使得藜麥葉片光合能力降低，導(dǎo)致電子傳輸鏈過(guò)度還原，從而導(dǎo)致光氧化。此外，植物雖然可以通過(guò)調(diào)節(jié)自身的抗氧化系統(tǒng)和代謝酶活性來(lái)應(yīng)對(duì)氧化損傷，但其調(diào)節(jié)能力存在著一定限度。當(dāng)氧自由基生成的速率遠(yuǎn)大于抗氧化系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力時(shí)，植物的氧自由基會(huì)過(guò)度積累，從而對(duì)膜系統(tǒng)產(chǎn)生不可逆的損傷，導(dǎo)致內(nèi)部代謝調(diào)節(jié)紊亂，蛋白質(zhì)大量降解，細(xì)胞裂解死亡。因此，干旱脅迫組中大量的氨基酸類表達(dá)下調(diào)。而水澇脅迫組中，藜麥雖受到了脅迫，引起了氧自由基的產(chǎn)生，但由于其脅迫的程度在植物可承受的范圍內(nèi)，可通過(guò)自身抗氧化系統(tǒng)的調(diào)節(jié)來(lái)應(yīng)對(duì)氧化損傷，使得植物的ROS和MDA含量維持在一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，且較CK組無(wú)明顯差異，植物能進(jìn)行正常的代謝活動(dòng)。因此，水澇脅迫組中大量的氨基酸和有機(jī)酸類表達(dá)上調(diào)。

藜麥花期在受到干旱和水澇脅迫后，響應(yīng)機(jī)制有一定的相似之處。葉片中的SP含量降低，但較CK組變化不顯著，WSS含量、POD活性和T-AOC均顯著增加。但由于花期為水分敏感期，重度干旱脅迫對(duì)植物細(xì)胞損傷極大，使得氧自由基的生成速率超出了植物抗氧化系統(tǒng)調(diào)節(jié)的范圍，導(dǎo)致氧自由基的過(guò)度積累，對(duì)膜系統(tǒng)產(chǎn)生不可逆的損傷，導(dǎo)致內(nèi)部代謝調(diào)節(jié)紊亂，蛋白質(zhì)大量降解失活，細(xì)胞裂解死亡。使得植物中的代謝物質(zhì)(尤其是大量的氨基酸類)表達(dá)下調(diào)，而水澇脅迫組中的MDA變化不顯著。這是由于水澇脅迫，引起氧自由基的產(chǎn)生與抗氧化系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，維持了動(dòng)態(tài)平衡，保證了膜系統(tǒng)的完整性，從而可進(jìn)行正常的生理代謝活動(dòng)。通過(guò)代謝物質(zhì)以及相關(guān)通路的分析，還發(fā)現(xiàn)藜麥在水澇脅迫下，主要通過(guò)氨基酸類富集的氨酰-tRNA生物合成途徑，有機(jī)酸和糖類富集的二羧酸代謝途徑、生物堿富集的吲哚生物堿合成途徑來(lái)抵御脅迫，保持植物的正常生理活動(dòng)。

綜上所述，藜麥花期在干旱和水澇脅迫下的生理和代謝調(diào)節(jié)機(jī)制十分相似，但對(duì)重度干旱脅迫抗性較差，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)嚴(yán)重?fù)p害植物細(xì)胞。因此，在生產(chǎn)實(shí)際中更應(yīng)該注意花期的水分管理，避免長(zhǎng)期干旱導(dǎo)致藜麥的產(chǎn)量和品質(zhì)下降。