【摘 要】
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无土栽培已成为蔬菜现代生产的新型模式,是实现蔬菜高品质生产的重要途径。水培与基质培是蔬菜无土栽培的主要方式,对蔬菜品质有不同的影响。茉莉酸甲酯(MeJA)参与诱导植物的初级和次级代谢,调节植物生物活性物质代谢,在植物的生长发育及改善产品营养方面发挥重要作用。韭菜作为食药兼用的蔬菜,其独特风味及其对人类健康和生物功能有益的影响主要与有机硫化合物及生物活性物质有关。本研究采用水培和基质培两种栽培方式,
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无土栽培已成为蔬菜现代生产的新型模式,是实现蔬菜高品质生产的重要途径。水培与基质培是蔬菜无土栽培的主要方式,对蔬菜品质有不同的影响。茉莉酸甲酯(MeJA)参与诱导植物的初级和次级代谢,调节植物生物活性物质代谢,在植物的生长发育及改善产品营养方面发挥重要作用。韭菜作为食药兼用的蔬菜,其独特风味及其对人类健康和生物功能有益的影响主要与有机硫化合物及生物活性物质有关。本研究采用水培和基质培两种栽培方式,研究MeJA对韭菜生长生理、内源激素及光合作用调控的影响,分析MeJA诱导韭菜初级和次级代谢物积累、风味代谢物的差异及形成机理。取得以下主要结论:(1)MeJA(500μM)处理能够显著提高基质培韭菜假茎长和根部鲜重,显著提高水培韭菜叶片厚度及根部和整株的干鲜重。水培韭菜叶片组织含水量高于基质培韭菜,MeJA处理可进一步提高水培韭菜叶片组织含水量。MeJA(500μM)处理可显著促进韭菜叶绿素合成关键酶Chl M和POR活性,提高叶绿素含量,增强卡尔文循环途径关键酶Rubisco、FBA、FBPase、GAPDH及TK活性,提高叶片光合能力。(2)MeJA(500μM)处理抑制了韭菜内源JA合成途径中关键物质MGDG和DGDG的合成及关键酶LOX、AOC和OPR等的活性,显著降低了12-氧-植物二烯酸(OPDA)的含量,从而抑制了内源JA的合成。MeJA(500μM)处理韭菜抑制了内源激素MeJA和SA的合成,促进了ZT、GA3、IAA及ABA的合成。(3)MeJA处理对韭菜的初级和次级代谢有显著影响。代谢组及化学计量学分析表明,谷氨酸、丙氨酸、丝氨酸和脯氨酸等氨基酸及4-香豆酸、阿魏酸、龙胆酸、苯甲酸、对羟基苯甲酸和芥子酸等酚类化合物为MeJA处理基质培韭菜的生物标志物;谷氨酸、赖氨酸、精氨酸和丙氨酸等氨基酸及原儿茶酸、龙胆酸和4-香豆酸等酚类化合物为MeJA处理水培韭菜的生物标志物。(4)适宜浓度的MeJA处理能够显著增加基质培韭菜叶片酚类化合物及类胡萝卜素的含量,并显著增加水培韭菜叶片总糖、氨基酸及酚类化合物的含量。MeJA(500μM)处理能够显著提高韭菜叶片抗氧化活性及维生素C与矿质元素含量(N、K、Fe、Cu、Mn及Zn),显著降低硝酸盐含量,提高韭菜的营养价值及安全品质。(5)利用HS-SPME/GC-MS方法,在MeJA处理的韭菜叶片中检测到15类186种挥发性代谢物。挥发性代谢物以含硫化合物为主,占挥发性物质的49.6%~61.7%;含硫化合物前体S-甲基半胱氨酸亚砜(甲硫氨酸)及其产生的甲基硫化物的含量高于S-烯丙基半胱氨酸亚砜(蒜氨酸)及其产生的烯丙基硫化物的含量。(6)MeJA处理对韭菜的特征风味物质的影响,主要是对含硫化合物前体S-甲基半胱氨酸亚砜(甲硫氨酸)及S-烯丙基半胱氨酸亚砜(蒜氨酸)含量的影响。水培条件下,MeJA处理与对照韭菜群体间的挥发性差异代谢物主要是二甲基二硫、二甲基四硫及二硫化二甲基2-丙烯基等含硫化合物。基质培条件下,MeJA处理与对照韭菜群体间的挥发性差异代谢物主要是二甲基二硫、二硫化二甲基2-丙烯基、烯丙基三硫、二甲基四硫、二烯丙基二硫化物、二烯丙基硫及烯丙基甲基等含硫化合物。提高韭菜中甲基硫化合物及烯丙基含硫化合物的含量是MeJA改善韭菜风味的主要原因,有助于提升韭菜的营养和药用价值。(7)水培和基质培条件下,利用基于质谱(MS)的代谢组学,在MeJA处理和对照间鉴定出了219种差异代谢物,其中挥发性代谢物36种和非挥发性代谢物183种。利用转录组测序,建立了基于MeJA处理的水培和基质培韭菜叶片的RNA-Seq文库,并组装得到了210598个Unigenes。在分析韭菜风味前体物质S-烃基半胱氨酸亚砜合成途径相关基因表达谱的基础上,鉴定出了与风味形成相关的193个候选基因。在所有Unigenes中存在2667个差异表达基因。水培条件下,MeJA处理与对照存在504个差异表达基因;基质培条件下,MeJA处理与对照存在954个差异表达基因。代谢途径、次生代谢物的生物合成、苯丙烷生物合成、戊糖和葡萄糖醛酸相互转化、半乳糖代谢及亚油酸代谢是MeJA诱导韭菜代谢物积累的主要原因。
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