1 引言
2 數(shù)據(jù)采集與處理方法
外觀品質(zhì)作為決定水果市場(chǎng)吸引力的首要因素,對(duì)于果實(shí)商品性狀的塑造起著至關(guān)重要的作用。色澤作為可視化的第一印象,往往成為影響消費(fèi)者購買偏好和購買決策的關(guān)鍵[1-4]。葡萄的果皮色澤從青色到黃色,再到紅色、紫色乃至黑色,不僅反映了其遺傳多樣性,也為市場(chǎng)提供了豐富的選擇空間。
花色苷的生物合成與代謝是葡萄果皮紅色的根本物質(zhì)基礎(chǔ)[5-?;ㄉ帐且活愄烊坏乃苄陨?,屬于黃酮類化合物,廣泛存在于植物界中,不僅賦予葡萄艷麗的色澤,還具有一定的抗氧化功能,對(duì)人體健康有益[7-9]。近年來的研究不斷揭示,葡萄紅色的形成是一個(gè)復(fù)雜的遺傳調(diào)控過程,MYB轉(zhuǎn)錄因子在這一過程中扮演著核心角色[10-12]。該轉(zhuǎn)錄因子能夠精確調(diào)控花色苷的生物合成途徑——苯丙烷代謝途徑,從而影響葡萄果皮的最終色澤。
花色昔的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于它們的核心部分是由2-苯基苯并吡喃骨架構(gòu)成的花色素,這個(gè)骨架通常會(huì)通過糖苷化反應(yīng)連接一個(gè)或多個(gè)糖分子[13]。這種糖基連接的位置和糖的種類多樣性是花色苷化學(xué)結(jié)構(gòu)多樣性的主要來源。在自然界中,花色苷的骨架類型有多種,其中六種主要的骨架類型包括矢車菊素(Cyanidin)、錦葵素(Malvidin)、飛燕草素(Delphinidin)、芍藥素(Peonidin)、矮牽牛素(Petunidin)和天竺葵素(Pelargonidin)[13]。這些不同的花色素骨架類型通過糖基的連接,形成了多樣的花色苷。這些花色素骨架上的羥基可能會(huì)通過甲基化、乙酰化、香豆?;确绞竭M(jìn)一步修飾,影響花色苷的溶解性、穩(wěn)定性和色澤。葡萄果皮紅色的深淺,作為一個(gè)數(shù)量性狀,與花色苷的組分和含量密切相關(guān)。因此,對(duì)葡萄品種中的花色苷組分和含量進(jìn)行準(zhǔn)確鑒定和量化,對(duì)于理解其色澤形成的分子機(jī)制至關(guān)重要。
運(yùn)用高效液相色譜(HPLC)及液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(LC-MS)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)花色苷組分的高精度鑒定和含量分析[14-16]。該技術(shù)能夠提供花色苷分子的詳細(xì)指紋圖譜,對(duì)于構(gòu)建葡萄果皮花色苷組分和含量的數(shù)據(jù)庫具有重要的科研意義。這樣的數(shù)據(jù)庫不僅能加深我們對(duì)于葡萄色澤形成遺傳規(guī)律的理解,還能為今后通過分子標(biāo)記輔助選擇(MAS)等現(xiàn)代育種技術(shù)在葡萄育種中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支持。
樣品于2022年9—10月份采集自河北省張家口市懷來縣城投農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司葡萄資源圃,選擇果皮紅色、健康且成熟期的188個(gè)葡萄品種進(jìn)行花色苷提取和檢測(cè)。
用小刀削取葡萄 1-2mm 果皮,稱取 0.5g 置于 50mL 離心管中。加入 25mL 80% 乙醇溶液,確保樣品完全浸沒。在室溫下靜置過夜,24h后將提取液轉(zhuǎn)移到旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中,在 60°C 下旋蒸至干。將殘留物用 2mL 超純水重懸。將溶解后的樣品通過0.45μm 孔徑的濾膜過濾,以去除未溶解的顆粒和懸浮物。過濾后的樣品收集至進(jìn)樣瓶中備用,每個(gè)樣品包括3個(gè)重復(fù)。
液相色譜分析條件:所用高效液相儀型號(hào)為WatersTMAlliance2695,檢測(cè)器型號(hào)為2489,色譜柱條件:使用C18色譜柱( 4.6×250mm , 5μm 粒徑)進(jìn)行分離。柱溫設(shè)定在 28°C ,以保持色譜分離的穩(wěn)定性。流動(dòng)相:流動(dòng)相A為乙腈,流動(dòng)相B為 2% 的甲酸溶液。使用以下梯度洗脫程序:0— 20min , 6%-16%. A;30min 內(nèi),流動(dòng)相A線性增加至 23.5% : 40--45min 增至 50% A; 46min 后,迅速回復(fù)至初始 6% A,并再平衡柱子。液相參數(shù):流速設(shè)定為 1.0mL/min ;進(jìn)樣體積為 10μL ,以確保檢測(cè)的靈敏度和重復(fù)性。檢測(cè)條件:設(shè)置檢測(cè)波長為 520nm ,特別針對(duì)花色苷類化合物的最大吸收波長。
標(biāo)準(zhǔn)曲線制備:使用錦葵素-3-葡萄糖苷標(biāo)準(zhǔn)品來制備不同濃度的工作標(biāo)準(zhǔn)溶液(500、250、125、62.5、31.25和 3.125μg/mL )。這些標(biāo)準(zhǔn)溶液按照和樣品相同的液相色譜條件進(jìn)行分析。測(cè)定各個(gè)濃度下的峰面積,繪制峰面積與濃度的關(guān)系散點(diǎn)圖。使用線性回歸方法擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線,所有花色苷組分均使用錦葵素-3-葡萄糖苷的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行計(jì)算。
花色苷組分定性:選擇具有代表性峰的樣品作為標(biāo)準(zhǔn)品使用液相質(zhì)譜儀進(jìn)行定性,根據(jù)保留時(shí)間對(duì)其他樣品的液相色譜峰進(jìn)行定性。
數(shù)據(jù)處理:使用MicrosoftExcel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析。
3 數(shù)據(jù)內(nèi)容
3.1花色苷標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制
對(duì)錦葵素-3-葡萄糖苷標(biāo)準(zhǔn)品設(shè)定500、250、
125、62.5、31.25和 3.125μg/mL 共6個(gè)濃度繪制了標(biāo)準(zhǔn)曲線,采用線性回歸方法擬合得到了標(biāo)準(zhǔn)曲線,結(jié)果如圖1所示。
3.2花色苷組分含量熱圖和主成分分析
對(duì)188個(gè)葡萄品種果皮花色苷組分含量數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化后繪制熱圖,由圖2可以看出,188個(gè)葡萄品種共檢測(cè)到25種組分,不同品種的花色苷組成和含量表現(xiàn)出了豐富的多態(tài)性和特異性,得到了類似于‘指紋的結(jié)果,花色苷組分含量可以作為葡萄品種鑒定的輔助指標(biāo)。
對(duì)188個(gè)葡萄品種果皮花色苷組分含量數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化后進(jìn)行了主成分分析,由圖3可以看出,大部分的葡萄品種能夠匯聚到一起,說明大部分葡萄品種花色苷組分含量具有相似性,但在三個(gè)維度上也具有差異性,比如早熟黑虎香、黑元帥、摩爾多瓦、金田藍(lán)寶石、金田0608、藤稔等。
3.3花色苷總含量與組分個(gè)數(shù)的分析
對(duì)188個(gè)葡萄品種花色苷總含量取log10對(duì)數(shù)后與組分?jǐn)?shù)進(jìn)行了散點(diǎn)圖分析,結(jié)果如圖4所示,總體上各品種花色苷總含量與組分個(gè)數(shù)正相關(guān),即花色苷的含量越高,組分種類也越多,含量越低,組分種類也越少。
3.4花色苷組分的頻次和含量統(tǒng)計(jì)分析
對(duì)188個(gè)葡萄品種25種花色苷組分的頻次和總含量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,并繪制了柱狀圖,由圖5可以看出,芍藥素-3-葡萄糖苷、矢車菊素-3-葡萄糖苷、錦葵素-3-葡萄糖苷、飛燕草素-3-葡萄糖苷和矮牽牛素-3-葡萄糖苷是葡萄中出現(xiàn)瀕率最高的幾種花色苷組分,其次是他們的香豆酰化修飾。就總含量而言,錦葵素-3-葡萄糖苷和芍藥素-3-葡萄糖苷是最多的兩種組分,
Fig.3Principal Component Analysis of anthocyanin components and content in the skins of 188 grape varieties
其次是矢車菊素-3-葡萄糖苷。非?;揎椊M分的含 量高于?;揎椊M分,錦葵素的酰基化修飾組分含 量要高于其他種類花色素。
3.5最高含量花色苷組分統(tǒng)計(jì)分析
對(duì)188個(gè)葡萄品種含量最高的花色苷組分進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果如圖6所示,包括7種組分,芍藥素-3-葡萄糖苷占比最高,其次是矢車菊素-3-葡萄糖苷和錦葵素-3-葡萄糖苷。其中, 31.6% 的品種以芍藥素-3-葡萄糖苷為主, 30.5% 的品種以矢車菊素-3-葡萄糖苷為主, 19.8% 的品種以錦葵素-3-葡萄糖苷為主, 11.2% 的品種以錦葵素-3-葡萄糖苷-6-香豆酰為主,還有少量的葡萄品種以飛燕草素-3-葡萄糖苷、矮牽牛素-3,5-葡萄糖苷和錦葵素-3,5-雙葡萄糖昔為主。說明不同葡萄品種的花色苷合成途徑存在差異,可能是造成葡萄果皮紅色多樣性的原因。
3.6葡萄花色苷?;揎椀奶攸c(diǎn)與分析
對(duì)188個(gè)葡萄品種花色苷總含量與酰基化組分總含量取1og10對(duì)數(shù)后繪制了散點(diǎn)圖,如圖7所示,花色苷總含量與?;M分總含量的關(guān)系表現(xiàn)出正相關(guān),
即花色苷總含量越高,則酰基化組分總含量越高,但也發(fā)現(xiàn)一些不發(fā)生?;蝓;潭忍貏e低的品種,比如圖8展示的8個(gè)品種。
4質(zhì)量控制和技術(shù)驗(yàn)證
本研究取樣選擇的是各品種健康、成熟度相似且具有代表性的葡萄果粒,果皮的剝?nèi)タ刂圃?— -2mm 每個(gè)品種設(shè)置3次重復(fù),對(duì)平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。液相流動(dòng)相的配置保證藥品的一致性和稱取的準(zhǔn)確性,色譜柱平衡 40min 之后再進(jìn)樣,保證結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。
5 數(shù)據(jù)價(jià)值與使用建議
本研究提供了188個(gè)葡萄品種果皮花色苷組分和含量的翔實(shí)數(shù)據(jù),為研究葡萄色澤形成機(jī)制提供了重要的理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支持。
開放訪問,遵從CCBY-NC4.0協(xié)議。
https://cstr.cn/17058.11.sciencedb.agriculture.00042;
https://doi.org/10.57760/sciencedb.agriculture.00042。
6 數(shù)據(jù)可用性
數(shù)據(jù)作者分工職責(zé)
武亞敬,論文撰寫。
王孝娣、于祎飛、劉霞和王寶亮,數(shù)據(jù)分析。
時(shí)夢(mèng),花色苷提取與前處理。
冀曉昊,高效液相和液質(zhì)測(cè)定。
李明亮和王賀,樣品采集。
劉鳳之、劉俊和王海波,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及論文構(gòu)架
倫理聲明
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本研究未涉及倫理。
利益沖突聲明
作者聲明,全部作者均無會(huì)影響研究公正性的財(cái)務(wù)利益沖突或個(gè)人利益沖突。
引用格式:武亞敬,冀曉昊,于祎飛,時(shí)夢(mèng),王寶亮,王孝娣,劉鳳之,李明亮,王賀,劉俊,王海波.188個(gè)鮮食葡萄品種果皮中花色苷組分?jǐn)?shù)據(jù)集[J].農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)學(xué)報(bào),2025,7(2):238-245.DOI:10.19788/j.issn.2096-6369.100020.
CITATION: WUYaJing,JXiaoHao,YUYiFeiSMeng,WANGBaoLiangWANGXiaoDi,LIUengZHi,LIMingLiang,WANGHe,LJnWANHaiBo.DatasetofntoynmpotCtentsintesofGapeVrietisJ]ualouraligta)4.DOI:10.19788/j.issn.2096-6369.100020.
Abstract:Thecolorofrapeskinssowsarichgeneticdversityangingfromgreentoyelow,thentoed,purple,ndevenblack. Thecomponentsandcontentof anthocyaninsarethespecies basis forthe fomationofredcolor ingrape skins.Qualitativeand quantitative analyss of anthocyanins in theskinsof188 grape varieties werecariedoutusing HPLCand HPLC-MS/MS methods. Heatmapand principal componentanalysisrevealedarich polymorphismand specificityinthecompositionandcontentof anthocyaninsamong diferent varieties,suggesting tatthecontentofanthocyanincomponentscouldserve asanauxiliaryindicator forgrapevarietyidentification.There isgenerallyapositivecorelationetweenthetotalcontentofanthocyannsandthenumberof componentsingrapevarieties,i.e.,thehighertheanthocyanincontent,themorecomponenttypes,andviceversa. Peonidin-3-glucoside,cyadin-3-glucoside,malvidi-3-glucoside,pelargonidin-3-glucoside,andpetunidi-3-glucosideareaong the anthocyanincomponents thatappearwithhigher frequencyandcontentingrapes,withthecontentofnon-acylated modification components being higherthanthatofacylatedones,andtheacylated modificationcomponents ofmalvidinhavingahighercontent thanothertypesofanthocyanins.Sevenanthocyanincomponentswith the highestcontent were discovered,amongwhich peonidin-3-glucosidehadtheighestproportion,folowedbycyanidin-3-glucosideandmalvidin-3-lucoside.Tereisaposiive correlationbetweenthetotalanthocyanincontentandthetotalcontentofacylatedcomponents,although some varieties were found to haveno acylation ora particularlylowdegreeofacylation.This studyprovides detailed data ontheanthocyanin componentsand content intheskinsof188grapevarieties,oferinganimportanttheoreticalfoundationanddatasupportforthestudyof the mechanisms behind grape color formation.
eywords: grape; anthocyanin; high performance liquid chromatography; genetic diversity
農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)學(xué)報(bào)2025年2期