崔航，曹冬梅,3,4*，王冀菲，婁雨豪，楊建，張東杰,4,5

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學食品學院，黑龍江大慶 163319）（2.國家雜糧工程技術(shù)研究中心，黑龍江大慶 163319）（3.黑龍江省農(nóng)產(chǎn)品加工與質(zhì)量安全重點實驗室，黑龍江大慶 163319）（4.黑龍江省雜糧加工及質(zhì)量安全工程技術(shù)研究中心，黑龍江大慶 163319）（5.北大荒現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)省級培育協(xié)同創(chuàng)新中心，黑龍江大慶 163319）

大麥不僅營養(yǎng)成分豐富，也是制作啤酒的主要原料[1]。有研究表明，大麥營養(yǎng)含量最高的階段是成長到幼苗期的大麥。將大麥幼苗加工成麥苗粉后進行沖服，其中含有的礦物質(zhì)、蛋白質(zhì)以及人體所需各種微量元素較為豐富，長期飲用大麥幼苗粉（青汁）可以改善酸性體質(zhì)，提高機體抵抗力、免疫力和新陳代謝力[2]；同時具有抗菌，鎮(zhèn)痛和抗氧化的作用。大麥還具有“三高兩低”的特點[3]，制作成大麥苗飲后，具有良好的保健功效?，F(xiàn)在研究發(fā)現(xiàn)大麥苗還具有抗癌的作用。我國作為發(fā)展中大國，人類活動向大氣釋放的有害氣體導(dǎo)致大氣沉降、工業(yè)活動產(chǎn)生的工業(yè)廢水和日常生活中生污排放，在進行農(nóng)業(yè)活動中使用的一些農(nóng)用物資，諸如農(nóng)藥、化肥里含有的重金屬成分以及農(nóng)業(yè)地膜的長期不合理使用，均會導(dǎo)致土壤鉛等重金屬含量超標[4]。

代謝組學（Metabolomics）是考察生物細胞、組織、器官或者生物體在不同狀態(tài)下代謝物種類、數(shù)量及其小分子物質(zhì)變化規(guī)律的科學[5]。植物代謝組學指當植物受到外界干擾或刺激后，通過代謝組學技術(shù)對其產(chǎn)生的代謝物進行非靶定性或靶向定性定量分析，以此探究植物代謝網(wǎng)絡(luò)以及相關(guān)基因功能的科學技術(shù)[6]。目前，廣泛應(yīng)用于代謝組學分析的技術(shù)有1H,13C-NMR 技術(shù)、GC-MS 技術(shù)、LC-MS 技術(shù)、CE-MS 技術(shù)以及DIMS技術(shù)等，其中由于LC-MS 具有較高的靈敏度和分辨率，較寬的動態(tài)范圍，適合通過非靶向技術(shù)手段對標本中未知代謝物進行探索研究，被廣泛應(yīng)用于代謝組學研究中[7,8]。近年來代謝組學在植物研究中也獲得了極大地進展，在農(nóng)作物營養(yǎng)成分及質(zhì)量評價等幾個方面的均有著極大的研究進展[9]。本研究預(yù)通過分析Pb 脅迫下大麥苗粉中代謝物的變化，并找出其中的標志性代謝物，從而推導(dǎo)Pb 脅迫的代謝機理，并從食品安全的角度出發(fā)，對大麥產(chǎn)地的Pb 污染防治有重要指導(dǎo)性意義。本研究將對大麥食品安全及大麥農(nóng)業(yè)產(chǎn)量提供一定的理論依據(jù)和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試劑與設(shè)備

色譜級甲醇、乙腈、乙酸銨、氨水，CNM Technologies 試劑有限公司；硝酸鉛，鄭州中天泓達化工科技有限公司；超純水；Vanquish 超高效液相、Q Exactive HFX 高分辨率質(zhì)譜、Waters ACQUITY UPLC HSS T3（2.1 mm×100 mm，1.8 μm）液相色譜柱、Heraeus Frescol17 離心機，Thermo Fisher Scientific 公司；FOSS-KN295 組織研磨儀，丹麥福斯儀器公司。

1.2 LC-MS 檢測

本實驗使用Vanquish（Thermo Fisher Scientific）超高效液相色譜儀，通過Waters ACQUITY UPLC HSS T3（2.1 mm×100 mm，1.8 μm）液相色譜柱對目標化合物進行色譜分離。液相色譜A 相為水相，含5 mmol/L 乙酸銨和5 mmol/L 乙酸，B 相為乙腈。樣品盤溫度：4 ℃，進樣體積：3 μL。

Thermo Q Exactive HFX 質(zhì)譜儀能夠在控制軟件（Xcalibur，版本：4.0.27，Thermo）控制下進行一級、二級質(zhì)譜數(shù)據(jù)采集。詳細參數(shù)如下：鞘氣流速：30 Arb，輔助氣流速：10 Arb，毛細管溫度：350 ℃，F(xiàn)ull MS分辨率：60 000，MS/MS 分辨率：7 500，碰撞能量：10/30/60（在NCE 模式下），噴涂電壓：4.0 kV（正）或-3.8 kV（負）。

1.3 大麥標準萌發(fā)實驗

選取一定量籽粒飽滿的優(yōu)質(zhì)CK15 大麥，購自黑龍江省佳木斯農(nóng)科院；使用去離子水將種子漂洗4～6 次，再經(jīng)體積分數(shù)30%過氧化氫溶液消毒10 min 后用去離子水反復(fù)沖洗4～6 遍，充分晾干后備用。使用從前期萌發(fā)實驗中確定的Pb 濃度（1 600 mg/kg，以土壤質(zhì)量計）進行土壤拌種，將硝酸鉛與土壤混合均勻后開始種植大麥。先取出適量均勻拌鉛的土壤，根據(jù)盆內(nèi)土量用適量去離子水將土充分濕潤，再把種子撒在濕潤土壤表面，種子之間保留1～3 cm 間隙，最后將事先取出的土壤均勻覆蓋在種子表面，完成種植。每4 盆為1個處理，每個處理重復(fù)3 次，盆栽置于室溫中明暗交替培養(yǎng)至10～15 d，大麥幼苗高度生長至10～20 cm 時取樣備用。同時做無鉛脅迫對照組。

1.4 大麥苗粉制備

將取樣后的大麥幼苗使用去離子水清洗干凈，放在室溫中通風干燥24 h 后放入超低溫冰箱中冷凍12 h，用凍干機冷凍干燥48 h，經(jīng)高速粉碎機粉碎后備用。

1.5 樣品處理

取樣后將樣品使用去離子水反復(fù)沖洗至無土壤殘留，經(jīng)液氮研磨后稱取20 mg 樣品，加入1 000 μL 提取液[甲醇:水=3:1（V/V）]；于50 Hz 聲波下研磨5 min，冰浴超聲6～7 min（以上操作步驟重復(fù)進行三次）；于-40℃下靜置1 h；將樣品4 ℃，12 000 r/min 離心15 min；使用移液槍吸取靜置后上清液于進樣瓶中上機檢測，剩余樣品分別吸取等量上清液混合成質(zhì)控樣品（QC）上機檢測。LC-MS 上機A 相為水相，B 相為乙腈（純度99.99%）。進樣溫度4 ℃，樣品體積3 μL。在Thermo Q Exactive HFX 質(zhì)譜儀控制下進行多級數(shù)據(jù)采集。

1.6 數(shù)據(jù)處理

原始數(shù)據(jù)使用R 軟件包進行峰識別、峰提取、峰對齊等處理[10]，先通過PCA 對所有樣本點數(shù)據(jù)分布情況進行概況預(yù)覽，然后采用OPLS-DA 對數(shù)據(jù)進行建模分析，根據(jù)t檢驗的p值＜0.05，同時VIP 值＞1，進行差異性代謝物的篩選。篩選出的代謝物通過Biotree DB（V2.1）自建二級質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫和HMDB 人類代謝組數(shù)據(jù)庫聯(lián)合篩選匹配后定性，Cutoff 值設(shè)為0.3；再將篩選出的差異代謝物進行KEGG 注釋和通路分析，通過富集分析和拓撲分析檢索出差異代謝物映射的關(guān)鍵代謝通路[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 代謝物定性結(jié)果

由表1可知，成苗期大麥共定性出脂質(zhì)和類脂質(zhì)代謝物、多酚類代謝物、多胺類代謝物、有機雜環(huán)代謝物、有機酸及其衍生物、有機氧代謝物、苯丙烷和聚酮化合物、苯甲酸酯類代謝物、核苷及核苷酸類似物及少量有機氮代謝物、生物堿及其衍生物等共84 個代謝物；其中脂質(zhì)和類脂質(zhì)、多酚類、多胺類、有機酸及其衍生物的含量發(fā)生了明顯的變化。由于大麥在生長的過程中由于不斷地長出新的葉片，所需能量增加、酶活增強[12,13]，從而導(dǎo)致脂類物質(zhì)，有機酸、蛋白質(zhì)的含量發(fā)生變化[14,15]。有研究表明，多酚類代謝物、有機酸等是植物生長過程中主要發(fā)生變化的物質(zhì)[14]，而多酚類代謝物的變化會導(dǎo)致大麥幼苗抗氧化能力也發(fā)生改變，機體食用后會影響其自由基清除能力；大麥中存在的多胺類代謝物是農(nóng)作物中普遍存在的，多胺類代謝物作為植物細胞分裂和生長發(fā)育必需的物質(zhì)[16]，在大麥受到非生物脅迫時能發(fā)揮重要作用[17]。

表1 代謝物定性結(jié)果Table 1 Qualitative results of metabolites

續(xù)表1

續(xù)表1

2.2 主成分分析（PCA）

圖1為CMQ-CMQPb 組主成分分析得分圖，擬合后方程R2X=0.662＞0.5，說明此方程擬合后穩(wěn)定性較好。由圖可知，樣本點均處于95%置信區(qū)間內(nèi)，經(jīng)Pb脅迫后與對照組相比，兩組樣本組間區(qū)分效果十分顯著，無任何重疊現(xiàn)象。同組樣本內(nèi)存在部分重疊的現(xiàn)象，推斷是由于品種相同的大麥內(nèi)部代謝物具有相似性造成的[18]。

圖1 CMQ-CMQPb 組PCA 得分圖Fig.1 PCA score chart of CMQ-CMQPb group

2.3 正交偏最小二乘-判別檢驗（OPLS-DA）

PCA（主成分分析），多用于考察樣本之間相關(guān)性，而對數(shù)據(jù)進行進一步精準分析還需要應(yīng)用OPLS-DA（正交偏最小二乘法），這種數(shù)據(jù)分析方法可以通過正交化篩選數(shù)據(jù)信息中與類別信息無關(guān)的數(shù)據(jù)，排除與分類無關(guān)的自變量，從而更加精準的篩選出各類樣本的特征變量[19]。VIP 值也叫變量投影重要度，是變量信息篩選過程中的一個重要評價指標，能較好反映出OPLS-DA 模型對各個化合物的評分。一般認為，當VIP＞1 時，則表明該變量對于模型中類別的分類有著較為重要的意義[20]。

由圖2可知，通過本次OPLS-DA 判別分析共得到兩個主成分，R2X=0.526，R2Y=1，Q2=0.982；R2Y、Q2兩者均大于0.5 說明模型可靠性較好。由圖2可知，兩組樣本分列于置信區(qū)間的兩側(cè)且樣本間區(qū)分明顯，兩組樣本全部處于95%置信區(qū)間內(nèi)，稍有部分重疊；從分布形態(tài)上看，CMQ 組樣本點離散程度要大于CMQPb 組樣本點。兩組樣本點區(qū)分顯著，但也各自存在組內(nèi)聚集區(qū)，因使用同一品種大麥，所以內(nèi)部成分相差不大；組間不存在聚集區(qū)，可以看出Pb 脅迫對大麥內(nèi)部成分影響較大。

圖2 CMQ-CMQPb 組OPLS-DA 判別得分圖Fig.2 OPLS-DA discriminant score chart of CMQ-CMQPb group

2.4 正交偏最小二乘-判別置換檢驗

置換檢驗通過隨機改變分類變量Y 的排列順序，多次（次數(shù)n=200）建立對應(yīng)的OPLS-DA 模型以獲取隨機模型的R2和Q2值[21]。

圖3為CMQ 對CMQPb 組OPLS-DA 置換檢驗，原模型R2Y=1，Q2=0.982 大于0.5 且接近于1，證明原模型可以較好解釋兩組樣本之間的差異[22]。置換檢驗隨機模型的Q2值均小于原模型的Q2值；同時隨著置換Y 變量比例增大，隨機模型的Q2逐漸下降。同時采用200 次響應(yīng)的置換檢驗，建立對應(yīng)的OPLS-DA 模型以隨機獲取模型的R2和Q2值，從而有效避免檢驗?zāi)Ｐ痛嬖谶^擬合現(xiàn)象。說明原模型具有良好的穩(wěn)健性，不存在過擬合現(xiàn)象[23]。

圖3 CMQ-CMQPb 組OPLS-DA 置換檢驗Fig.3 OPLS-DA permutation test in CMQ-CMQPb group

2.5 差異代謝物篩選

將差異代謝物以火山圖的形式進行可視化處理，篩選標準為正交偏最小二乘（OPLS-DA）模型VIP＞1且t檢驗的p值＜0.05，結(jié)合保留時間等條件在Biotree DB（V2.1）自建二級質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫中進行差異代謝物匹配，兩組樣本間差異代謝物定性結(jié)果如表2所示。

圖4為差異代謝物篩選火山圖，紅色為含量上調(diào)的代謝物，藍色為含量下調(diào)的代謝物，灰色為變化不顯著差異代謝物。根據(jù)匹配度和VIP（p-value）值共篩選出高度匹配差異代謝物60 個，如表2。

表2 差異代謝物定性結(jié)果Table 2 Differential metabolite qualitative results

續(xù)表2

圖4 CMQ-CMQPb 組差異代謝物篩選火山圖Fig.4 CMQ-CMQPb group differential metabolite screening volcano map

CMQ-CMQPb 組共篩選出了60 個差異代謝物，多數(shù)為有機酸及其衍生物、多酚類代謝物、多胺類代謝物、脂質(zhì)和類脂質(zhì)分子以及少量的氧化物、有機化合物、生物堿和核苷酸等；其中CMQ 組對比CMQPb 組中相對含量上升的代謝物11 個，多數(shù)為多酚類物質(zhì)和多胺類物質(zhì)；CMQ 組對比CMQPb 組中相對含量下調(diào)的代謝物49 個，多數(shù)為有機酸及其衍生物、脂質(zhì)和類脂質(zhì)分子、有機氧化合物等。

多酚類物質(zhì)是大麥中一種重要的次級代謝產(chǎn)物，存在其各個部位中，隨著大麥的生長，多酚類物質(zhì)會發(fā)生一定的動態(tài)變化；已有研究表明，大麥幼苗中多酚類的變化，食用后可直接影響其對機體的抗氧化能力。多胺類物質(zhì)的上升或下降，已通過轉(zhuǎn)基因研究證明，其含量的動態(tài)變化可能作為植物提高耐脅迫能力的一種策略[24]，可以通過調(diào)節(jié)植物體內(nèi)的HMs 進行螯合或者間接的刺激增強植物抗氧化系統(tǒng)的防御能力、誘導(dǎo)脅迫相關(guān)基因的特異性表達、影響植物內(nèi)源生長調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量和離子的吸收和平衡[25]。同時外源施用腐胺和亞精胺類物質(zhì)也可以顯著誘導(dǎo)植物遭受脅迫后響應(yīng)基因的表達。當Pb 不斷對植物造成脅迫時，植物根系就會分泌有機酸來與重金屬螯合，形成并分泌一種新的螯合物來保護植物根系，從而對抗重金屬的脅迫，從而導(dǎo)致有機酸含量發(fā)生動態(tài)變化；脂類物質(zhì)含量變化的原因可能是由于大麥受到Pb 脅迫后在成苗期需要能量增加，呼吸作用增強，故會分解消耗更多的脂類物質(zhì)來為大麥的生長提供能量。

2.6 差異代謝物層次聚類分析

上述分析得到的差異代謝物，由于不同的代謝物可能會具有相似的生物特性或者受到同一個代謝通路的調(diào)控，最終導(dǎo)致差異代謝物之間特征區(qū)分不明顯。層次聚類是將未明顯區(qū)分的差異代謝物進行聚類，將具有相似生物特性的代謝物歸到一類，以此來分析同類差異代謝物在樣本間的明顯變化特征。對差異代謝物的定量值進行計算歐式距離矩陣（Euclidean Distance Matrix），以完全連鎖方法對差異代謝物進行聚類，并以熱力圖進行展示[26]。結(jié)果如圖5所示。

圖5 CMQ-CMQPb 組差異代謝物層次聚類熱力圖Fig.5 CMQ-CMQPb group differential metabolite hierarchical clustering heat map

圖5為CMQ-CMQPb 組層次聚類熱力圖，熱力圖的顏色代表代謝物的豐值高低，紅色為高表達區(qū)，藍色為底表達區(qū)。紅藍區(qū)分度明顯，說明聚類效果顯著。圖左側(cè)CMQ 組前49 個差異代謝物的表達量明顯低于CMQPb 組，多數(shù)為有機酸及其衍生物、脂質(zhì)和類脂質(zhì)代謝物、有機氧等代謝物；其中含有3 個數(shù)據(jù)庫中檢索不到的未知物，根據(jù)其核質(zhì)比暫命名為未知物377、未知物446、未知物795；暫對以上未知物進行定性推斷，由于其在通路中的表達量于其余已知代謝物具有相似的高表達，故推斷該未知物的結(jié)構(gòu)也屬于有機酸類代謝物、脂質(zhì)類等代謝物。

從熱圖中可以看出經(jīng)Pb 脅迫后的大麥幼苗（CMQPb 組）中高表達代謝物明顯高于未經(jīng)Pb 脅迫的大麥幼苗（CMQ 組），證明Pb 脅迫可以增加大麥幼苗中差異代謝物的活躍度。圖右側(cè)下半部CMQ 組后11 個差異代謝物的表達量明顯高于CMQPb 組，多數(shù)為多酚類化合物、多胺類化合物等物質(zhì)；其中含有1個數(shù)據(jù)庫中檢索不到的未知物，根據(jù)其核質(zhì)比暫命名為未知物543，由于其在代謝通路中表達量和其余已知代謝物具有一定的高表達相似性，故推斷該未知物的結(jié)構(gòu)也屬于多酚類、多胺類等代謝物。研究發(fā)現(xiàn)，大麥生長過程中根系分泌的有機酸能有效降低土壤對Pb的吸附并加強于土壤Pb 的螯合，這一結(jié)論與徐衛(wèi)紅等[27]的研究結(jié)果相符；通過有機酸與Pb 螯合以此對抗Pb 脅迫從而減輕外界非生物脅迫對大麥的毒害，并促使Pb 從根部向地上部轉(zhuǎn)移。而多酚類物質(zhì)主要在于調(diào)控大麥幼苗的新陳代謝，促進其生長發(fā)育，經(jīng)Pb 脅迫后，大麥幼苗生長受到抑制，新陳代謝減慢，從而刺激多酚類物質(zhì)的合成來維持大麥幼苗的正常生理活動。通過層次聚類熱力圖分析可以看出，Pb 脅迫會對大麥幼苗內(nèi)部的不同種類代謝物具有一定的影響，而兩組間篩選出的差異代謝物是大麥苗內(nèi)部眾多代謝物中因遭受非生物脅迫而導(dǎo)致含量變化顯著的物質(zhì)，對于探究大麥幼苗在Pb 脅迫下的代謝物動態(tài)變化和代謝途徑鑒別具有一定的參考意義，并從食品安全角度找出大麥種植區(qū)Pb 污染防治辦法。

2.7 關(guān)鍵代謝通路分析

KEGG 注釋分析僅能匹配到差異代謝物參與的通路，并不能篩選出與本實驗高度相關(guān)的關(guān)鍵代謝通路[28]。因此，想要篩選出高度匹配的關(guān)鍵代謝通路，還需利用Pathway 數(shù)據(jù)庫對上述篩選出的差異代謝物其進行富集分析和拓撲分析[29]，再通過KEGG、PubChem 等權(quán)威代謝物數(shù)據(jù)庫對差異代謝物進行映射。本實驗共映射出7 個高度匹配的差異代謝物，分別為：β-丙氨酸、二氫尿嘧啶、泛酸、尿嘧啶、酪氨酸、山奈酚、L-苯丙氨酸，且均為精確匹配。最后根據(jù)-log(p)值和Impact 值綜合分析，篩選出最為顯著的5 條代謝通路[30]，如表3所示。

表3 關(guān)鍵代謝通路分析表Table 3 Analysis of key metabolic pathways

對差異代謝物參與的代謝通路進行分析，分別為β-丙氨酸代謝、泛酸和CoA 生物合成、異喹啉生物堿的生物合成、黃酮和黃酮生物合成、苯丙氨酸代謝。說明Pb 脅迫大麥幼苗后，其內(nèi)部代謝通路多數(shù)與氨基酸代謝有關(guān)，氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單位，也是人體重要營養(yǎng)素之一，在大麥幼苗受到Pb 脅迫后，氨基酸代謝可以參與調(diào)節(jié)離子轉(zhuǎn)運、氣孔關(guān)閉、氮代謝等解毒過程[31]。這5 條代謝通路共映射7 個代謝物，其中β-丙氨酸、二氫尿嘧啶、泛酸和尿嘧啶都分別參與了兩條代謝通路，說明這4 個差異代謝物對關(guān)鍵代謝通路的影響較大。從關(guān)鍵代謝通路映射出的差異代謝物可以看出，氨基酸類代謝物的變化可作為研究Pb 脅迫后大麥幼苗內(nèi)部響應(yīng)的重要信號，則說明大麥幼苗在受到Pb脅迫后會對其中的氨基酸代謝產(chǎn)生一定影響。

圖6中圓形氣泡代表不同的代謝通路，氣泡大小表示該條通路影響因子的大??；氣泡所在縱坐標和氣泡顏色表示富集分析的p值[取負自然對數(shù)，即-ln(p)]，氣泡顏色由藍到紅，顏色越深富集程度越顯著。

圖6 CMQ-CMQPb 組代謝通路分析氣泡圖Fig.6 CMQ-CMQPb group Metabolic pathway analysis bubble chart

由圖6可知，β-丙氨酸代謝處的氣泡顏色為深紅色、氣泡相對較大。丙氨酸代謝的應(yīng)激反應(yīng)主要體現(xiàn)在對細胞內(nèi)環(huán)境pH 的調(diào)節(jié)，植物在生長過程中遭受到重金屬脅迫后，蛋白質(zhì)合成速率降低和丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶反應(yīng)減緩引起的。說明Pb 脅迫對大麥幼苗中的丙氨酸代謝影響較大。泛酸和CoA 生物合成的顏色較淺，氣泡稍小、說明此途徑對Pb 在大麥幼苗中的代謝影響也較大。CoA 在大麥萌發(fā)過程中提供90%的能量。主要參與糖基代謝、蛋白質(zhì)代謝以及能量代謝，這與楊延輝等[32]的研究結(jié)果相符。其次是異喹啉生物堿的生物合成，異喹啉類生物堿具有多種生物活性，存在于動植物細胞中可以抵抗生物或非生物脅迫；異喹啉類生物堿的生物合成途徑是從2 種酪氨酸衍生物的縮合開始[33]，緊接著是一系列的反應(yīng)形成反式心果堿[34]（是大部分喹啉生物堿的中間或前體物質(zhì)），生物堿和其它次生代謝物是通過ABC 轉(zhuǎn)運蛋白來轉(zhuǎn)運和聚集的[35]，其在轉(zhuǎn)運蛋白上體現(xiàn)了重要的運輸功能。最后是黃酮和黃酮生物合成和苯丙氨酸代謝；黃酮化合物是植物的次生代謝物，它能使植物適應(yīng)環(huán)境壓力，包括生物壓力和非生物壓力[36]，其在植物的根、莖、葉中都有分布。植物所處溫度、光照、水分和外源脅迫都可以調(diào)控植物中的黃酮生物合成。而苯丙氨酸解氨酶是本代謝途徑中重要的酶基因啟動因子，其只存在于植物和微生物中，能夠應(yīng)答生物和非生物脅迫。由此可見，苯丙氨酸代謝途徑可以增強大麥遭受Pb 脅迫時的耐受力。

3 結(jié)論

本文應(yīng)用大麥為實驗材料進行模擬大麥種植區(qū)鉛污染盆栽實驗，經(jīng)Pb 脅迫生長到成苗期（三葉幼苗）后將其制成大麥苗粉，應(yīng)用LC-MS 代謝組學技術(shù)來探究大麥幼苗遭受Pb 脅迫后的代謝機理。本實驗對大麥幼苗（CMQ）和Pb 脅迫大麥幼苗（CMQPb）樣本進行檢測，通過主成分分析、正交偏最小二乘法判別分析等多元統(tǒng)計學方法，共篩選出60 個差異代謝物，主要為有機酸及其衍生物、多酚類和多胺類代謝物、脂質(zhì)和類脂質(zhì)分子和少量的氧化物、有機化合物、生物堿和核苷酸等；層次聚類熱力圖結(jié)果表明，CMQPb 組有49 個差異代謝物表達量明顯高于CMQ 組，多數(shù)為有機酸及其衍生物、脂質(zhì)和類脂質(zhì)分子；CMQPb 組有11 個差異代謝物表達量明顯低于CMQ 組，多數(shù)為多酚類物質(zhì)和多胺類物質(zhì)。證明Pb 脅迫會導(dǎo)致大麥幼苗中多酚類物質(zhì)、多胺類物質(zhì)、有機酸及其衍生物和脂質(zhì)和類脂質(zhì)分子的含量發(fā)生顯著變化。通過KEGG 通路分析發(fā)現(xiàn)，Pb 脅迫會對大麥幼苗中氨基酸代謝有顯著影響，β-丙氨酸、二氫尿嘧啶、泛酸和尿嘧啶是影響代謝通路的關(guān)鍵差異代謝物。本研究使用LC-MS 代謝組學技術(shù)探究Pb 脅迫對大麥苗粉代謝產(chǎn)物的影響切實可行，從食品安全的角度對大麥種植和Pb 污染防治具有一定指導(dǎo)性意義。