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        基于廣靶代謝組學(xué)分析馬齒莧根莖葉中5類重要初生代謝產(chǎn)物

        2021-01-07 07:32:58張少平李洲練冬梅姚運法賴正鋒吳松海洪建基
        江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2021年24期

        張少平 李洲 練冬梅 姚運法 賴正鋒 吳松海 洪建基

        摘要:為了解馬齒莧中重要初生代謝產(chǎn)物成分及其在不同部位相對含量及聯(lián)系,利用高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜進(jìn)行廣靶代謝組學(xué)分析。發(fā)現(xiàn)在馬齒莧中檢測到脂質(zhì)、氨基酸及其衍生物、有機(jī)酸、糖及醇類、維生素等5類重要初生代謝產(chǎn)物分別含化合物69、59、36、21、8種;聚類熱圖分析表明,在馬齒莧根莖葉中,脂質(zhì)和氨基酸及其衍生物總體含量較高,有機(jī)酸含量次之,糖及醇、維生素含量較低;脂質(zhì)、氨基酸及其衍生物和維生素在葉部總體含量較高,有機(jī)酸在莖部總體含量較高,糖及醇在根莖葉部含量無明顯差異。5類次生代謝產(chǎn)物所含的193種化合物在馬齒莧根莖葉部的含量具有明顯差異。

        關(guān)鍵詞:馬齒莧;廣靶代謝組學(xué);初生代謝產(chǎn)物;化合物;成分分析

        中圖分類號: S567.21+9.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A

        文章編號:1002-1302(2021)24-0139-08

        收稿日期:2021-03-25

        基金項目:福建省科技廳計劃(編號:2020R1030001)。

        作者簡介:張少平(1975—),男,江西撫州人,碩士,高級農(nóng)藝師,主要從事特色蔬菜相關(guān)研究。E-mail:zspnc@163.com。

        通信作者:吳松海,副研究員,主要從事特色蔬菜研究,E-mail:7789446@qq.com;洪建基,研究員,主要從事特色蔬菜研究,E-mail:76227508@qq.com。

        脂類、糖類、蛋白質(zhì)等大分子的合成分解與植物生長發(fā)育密切相關(guān),也是所有植物細(xì)胞最基本的共性代謝過程,稱為初生代謝,初生代謝過程形成的化合物稱為初生代謝產(chǎn)物[1]。馬齒莧(Portulaca oleracea L.)是一種重要的藥食同源植物,具有較高的藥用價值,廣泛分布于我國熱帶、亞熱帶以及世界其他地區(qū)[2-3]。馬齒莧所含的多糖[4]、脂肪酸[5]、氨基酸[6]、維生素[7]、有機(jī)酸[8]等重要初生代謝產(chǎn)物,具有降血糖血脂、抗氧化、抗炎、抗癌、改善記憶、增強(qiáng)免疫力等作用[9-11]。

        馬齒莧所含化合物種類豐富,相關(guān)成分分析測定及提取等研究報道較多[12-13],而隨著代謝組學(xué)的發(fā)展,該技術(shù)運用于馬齒莧相關(guān)成分檢測研究將更全面和準(zhǔn)確[14-15]。本研究以福建省閩南地區(qū)常見的馬齒莧野生種為研究對象,通過超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜(UPLC-MS/MS)對其根莖葉廣靶代謝組進(jìn)行分析,系統(tǒng)獲取馬齒莧中脂質(zhì)、氨基酸及其衍生物、有機(jī)酸、糖及醇類、維生素等5類重要的初生代謝產(chǎn)物的具體成分和相對含量,以期為進(jìn)一步進(jìn)行馬齒莧功效成分提取利用等打下良好基礎(chǔ)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗材料

        馬齒莧為福建省閩南地區(qū)野生種,筆者于2020年7月12日馬齒莧長勢旺盛時期,從福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)研究所特色蔬菜種質(zhì)資源圃采取紅莖、綠葉和白根的馬齒莧資源,取根、莖、葉各3份(共計9份),每份60 g左右,用75%乙醇洗凈晾干,裝入封口袋標(biāo)記后保存至-80 ℃冰箱備用。

        1.2 試驗方法

        1.2.1 廣靶代謝組樣品提取 從-80 ℃冰箱取出馬齒莧所測樣品,放入凍干機(jī)中干燥;干燥后的試驗材料在30 Hz頻率下的研磨儀中進(jìn)行研磨約 1.5 min;稱取每個待測樣品粉末100 mg用0.6 mL 70%的甲醇提取液溶解;相關(guān)溶解液置于4 ℃冰箱約10 h,期間渦旋6次以提高得率;經(jīng)10 000 g轉(zhuǎn)速離心10 min后取上清液,使用0.22 μm微孔濾膜過濾上清液后存儲于進(jìn)樣瓶中,測試分析備用。

        1.2.2 超高效液相色譜采集條件 所用色譜柱內(nèi)部填充物粒徑為1.8 μm,內(nèi)徑×長度=2.1 mm×100 mm,流動相A相為超純水加入0.04%乙酸;流動相B相為乙腈中加入0.04%乙酸。洗脫梯度B相比例5%→95%,時間0~10 min;B相比例95%,維持10~11 min;B相比例95%→5%,時間11~11.1 min;B相比例降為5% 平衡至14 min。流速 0.35 mL/min,柱溫40 ℃,進(jìn)樣量為4 μL。

        1.2.3 串聯(lián)質(zhì)譜采集條件 串聯(lián)質(zhì)譜中電噴霧離子源溫度為550 ℃,質(zhì)譜電壓5 500 V,簾氣 206.85 kPa,碰撞誘導(dǎo)電離參數(shù)設(shè)置為高。在三重四級桿中,每個離子對根據(jù)優(yōu)化的去簇電壓(declustering potential,簡稱DP)和碰撞能(collision energy,簡稱CE)進(jìn)行掃描檢測[16]。

        1.2.4 廣靶代謝物定性與定量 根據(jù)北京百邁客生物科技有限公司所建數(shù)據(jù)庫(metware database),通過二級譜信息,分析時去除陽離子和碎片離子重復(fù)信號。利用三重四級桿質(zhì)譜多反應(yīng)監(jiān)測模式進(jìn)行代謝產(chǎn)物定量。獲取馬齒莧根、莖、葉各3個樣本的代謝物質(zhì)譜分析數(shù)據(jù),再對所有物質(zhì)質(zhì)譜峰峰面積積分,同時對同一代謝物在不同樣本中的質(zhì)譜出峰進(jìn)行積分校正。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 馬齒莧5類初生代謝產(chǎn)物分析

        在馬齒莧根、莖、葉各3個生物學(xué)重復(fù)共9個樣品中,共檢測出5類重要初生代謝產(chǎn)物:脂質(zhì)69種、氨基酸及其衍生物59種、有機(jī)酸36種、糖及醇類21種、維生素8種,共193種化合物。

        進(jìn)一步對5類初生代謝產(chǎn)物在馬齒莧根莖葉中相對含量進(jìn)行聚類熱分析(圖1)可知,馬齒莧所含脂質(zhì)、氨基酸及其衍生物較高,有機(jī)酸含量次之,糖及醇類、維生素含量較低。比較5種初生代謝產(chǎn)物在馬齒莧根莖葉中相對含量可知,脂質(zhì)、氨基酸及其衍生物和維生素在葉部含量較高,有機(jī)酸在莖部含量較高,糖、醇類在根莖葉部含量無明顯差異。

        2.2 69種脂質(zhì)分析

        由表1可見,69種脂質(zhì)分為6個亞類:甘油酯、磷脂酰膽堿、鞘脂、溶血磷脂酰膽堿、溶血磷脂酰乙醇胺、游離脂肪酸,其化合物分別有11、3、3、16、6、30種。

        在甘油酯中,單酰甘油酯(酰基18:3)異構(gòu)3在葉部含量較高,單酰甘油酯(酰基18:4)異構(gòu)1在根部含量極低。鞘脂中,十六烷基鞘氨醇在根莖葉部含量均較高,4-羥基鞘氨醇在莖部含量較高,D-赤式-二氫鞘氨醇在葉部含量極低。溶血磷脂酰膽堿中,溶血磷脂酰膽堿(16:0)和溶血磷脂酰膽堿(16:1)在根莖葉部含量均較高,溶血磷脂酰膽堿(16:0) (2n異構(gòu))、 溶血磷脂酰膽堿(16:2)和溶血磷脂酰膽堿(18:1)在葉部含量較高。溶血磷脂酰乙醇胺中,溶血磷脂酰乙醇胺(18:1) 和溶血磷脂酰乙醇胺(18:1)(2n異構(gòu)) 在葉部含量較高。游離脂肪酸中,硬脂酸在根莖葉中含量均較高,γ-亞麻酸在莖葉中含量較高,反油酸在根葉中含量較高,肉豆蔻酸根莖中含量較高,12,13-環(huán)氧十八碳二烯酸在莖葉中含量極低,2,3-二羥基丙基-9,12-十八碳二酸酯-己糖在葉中含量極低,10,16-二羥基棕櫚酸在根部含量極低。

        2.3 59種氨基酸及其衍生物分析

        在59種氨基酸及其衍生物中(表2),反-4-羥基-L-脯氨酸、D-纈氨酸、D-苯丙氨酸和酪胺在根莖葉部相對含量均較高;L-亮氨酸、L-異亮氨酸和L-正亮氨酸在莖葉部相對含量均較高;L-谷氨酸、DL-谷氨酸、DL-脯氨酸、L-纈氨酸、L-色氨酸、L-苯丙氨酸和DL-正纈氨酸在葉部含量較高。而N-丙酰甘氨酸在葉部含量極低,4-羥基-L-谷氨酸在莖部含量極低,N-α-乙酰-L-精氨酸在根部含量極低。

        2.4 36種有機(jī)酸分析

        在36種有機(jī)酸中(表3),蘋果酸在葉和莖中含量較高,奎尼酸和檸檬酸在莖中含量較高;而草酰乙酸、D-木糖酸和延胡索酸在莖部含量極低,2-甲基丁二酸和3-甲基-2-氧代-丁酸在根部含量極低。

        2.5 21種糖、醇類分析

        馬齒莧所含21種糖、醇類中(表4),葡萄糖-1-磷酸和D-葡萄糖-6-磷酸在馬齒莧根莖葉部含量均較高;磷酸葡糖酸和肌醇半乳糖苷在葉部含量較高;而D-松三糖和木糖醇在葉部含量極低,松二糖在莖部含量極低。

        2.6 8種維生素

        馬齒莧所含8種維生素中(表5),煙酰胺和 D-泛酸在馬齒莧根莖葉部含量均較高;維生素C在葉和莖部含量較高;而吡哆醇O-阿魏酰己糖苷在莖部含量極低。

        3 討論

        馬齒莧作為重要的藥食同源植物,其成分分析研究報道較多[17-18],然而相關(guān)研究由于所用技術(shù)手段和方法等限制,導(dǎo)致研究不夠系統(tǒng),所測成分也不夠全面[19-20]。代謝組學(xué)是采用高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜對植物所有低分子量代謝產(chǎn)物同時進(jìn)行定性和定量分析的一門新型學(xué)科。

        本研究通過靶向代謝組學(xué)進(jìn)行馬齒莧5種重要初生代謝產(chǎn)物分析,首次系統(tǒng)獲取該馬齒莧中69種脂質(zhì)、59種氨基酸及其衍生物、36種有機(jī)酸、21種糖、醇類以及8種維生素。同時,本研究首次發(fā)現(xiàn)馬齒莧中脂質(zhì)和氨基酸及其衍生物含量較高、有機(jī)酸含量次之、糖、醇類以及維生素含量較低;同時,脂質(zhì)、氨基酸及其衍生物和維生素在馬齒莧葉部含量較高,有機(jī)酸在莖部含量較高,糖、醇類在根莖葉部含量差異不明顯;但5類次生代謝產(chǎn)物中所含193種具體化合物在馬齒莧根莖葉部的具體含量差異明顯。因此本研究同時詳細(xì)列舉了所有化合物在馬齒莧根莖葉中相對含量,為進(jìn)一步從事馬齒莧中具體成分的提取利用及功效評價等提供參考依據(jù)。

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