基于广泛靶向代谢组学的芋头代谢物和抗氧化酶活性的差异分析

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2024-0327

中国农学通报 ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (6): 118-125.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2024-0327

所属专题：生物技术

基于广泛靶向代谢组学的芋头代谢物和抗氧化酶活性的差异分析

符梅(), 李桂花, 罗文龙, 骆善伟, 郭巨先()

广东省农业科学院蔬菜研究所/广东省蔬菜新技术研究重点实验室，广州 510640

收稿日期:2024-05-17 修回日期:2024-08-15 出版日期:2025-02-25 发布日期:2025-02-24
通讯作者:
郭巨先，女，1970年出生，硕士研究生，硕士研究生，研究方向：特色蔬菜资源利用研究。通信地址：510640 广州市天河区金颖路广东省农业科学院蔬菜研究所，Tel：020-85647264，E-mail：823522867@qq.com。
作者简介:
符梅，女，1988年出生，海南人，助理研究员，博士，研究方向：蔬菜分子生物学。通信地址：510640 广州市天河区金颖路广东省农业科学院蔬菜研究所，Tel：020-85647264，E-mail：fumei@gdaas.cn。
基金资助:
广州市重点研发计划“华南特色粮蔬两用香芋育种技术创新与新品种选育研究”(2023B03J1274); 广东省级乡村振兴战略专项种业振兴行动项目“广东省芋属蔬菜种质资源圃运行维护”(2023-NBH-00-018)

Differential Analysis of Taro Metabolites Based on Widely Targeted Metabolomics and Antioxidant Enzyme Activity

FU Mei(), LI Guihua, LUO Wenlong, LUO Shanwei, GUO Juxian()

Vegetable Research Institute, Guangdong Academy of Agricultural Sciences/Guangdong Key Laboratory for New Technology Research of Vegetables, Guangzhou 510640

Received:2024-05-17 Revised:2024-08-15 Published:2025-02-25 Online:2025-02-24

摘要/Abstract

摘要：

芋头作为一种重要的粮菜兼用作物，其地下球茎含有丰富的生物活性物质。本研究旨在探索芋头哪些活性物质参与影响其食用价值，以期为芋头品质改良提供参考。本研究以红芽芋和香芋为试材，利用液质联用方法测定代谢物成分，结合农艺学性状变化，阐明影响其活性物质的关键代谢通路。相对于香芋，红芽芋的Vc含量增加13.0%，SOD和CAT分别增加63.8%和43.2%。通过代谢组学分析鉴定到244种差异代谢物，包括192种上调代谢物和52种下调代谢物。KEGG分析表明，次生代谢产物的生物合成、ABC转运蛋白、氨基酸的生物合成等途径显著富集。其中，丰度上调幅度最大的代谢物包含异鼠李素-3-O-新橙皮糖苷等9种黄酮。本研究强调这9种黄酮物质对于提高红芽芋品质具有重要作用，也为进一步开发芋头产品提供了理论基础。

关键词: 芋, 代谢组学, 营养物质, 差异代谢物, 抗氧化物质, 黄酮

Abstract:

Taro is a dual-purpose crop for food and vegetables. This study aims to explore the active substances in taro affecting its edible value, in order to provide a reference for improving the quality of taro. Red bud taro and fragrant taro were used as test materials in this study. The metabolite components were determined by liquid chromatography-mass spectrometry. Combined with the changes in agronomic traits, the key metabolic pathways affecting their active substances were elucidated. Compared with fragrant taro, the Vc contents of red bud taro were increased by 13%, while activities of SOD and CAT were increased by 63.8% and 43.2%, respectively. 244 differential metabolites were identified by metabolomics analysis, including 192 up-regulated and 52 down-regulated metabolites. KEGG analysis showed that the biosynthesis of secondary metabolites, ABC transporters, and amino acid biosynthesis pathways were significantly enriched. Among them, the metabolites with the largest up-regulated abundance included 9 flavonoids such as isorhamnetin-3-O-neohesperidin. This study emphasizes that these 9 flavonoids play an important role in improving the quality of red bud taro, and also provides a theoretical basis for the further development of taro products.

Key words: taro, metabolomics, nutrients, differential metabolites, antioxidant substances, flavone

符梅, 李桂花, 罗文龙, 骆善伟, 郭巨先. 基于广泛靶向代谢组学的芋头代谢物和抗氧化酶活性的差异分析[J]. 中国农学通报, 2025, 41(6): 118-125.

FU Mei, LI Guihua, LUO Wenlong, LUO Shanwei, GUO Juxian. Differential Analysis of Taro Metabolites Based on Widely Targeted Metabolomics and Antioxidant Enzyme Activity[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2025, 41(6): 118-125.

图/表 8

图1. 香芋和红芽芋表型比较图 **和***分别代表差异显著水平（P<0.01和P<0.001）；A：两种芋头的表型图。左侧和右侧芋头分别为香芋和红芽芋。B-D：二种芋头的纵茎、横茎和芋头重量比较分析，N=3 (±SD)

图2. 香芋和红芽芋营养成分比较 *代表差异显著水平(P<0.05)；A-C：Vc含量、直链淀粉含量和支链淀粉含量，N=3(±SD)

图3. 芋头的抗氧化物酶活性比较不同符号**、***分别代表P<0.01和P<0.001显著性水平，N=3 (±SD)

图4. 代谢组学质控分析 A和B分别代表香芋和红芽芋。Mix代表混合样本

图5. 两种芋头差异代谢物火山图

差异代谢物类别	检测总数	共有代谢物总数	差异代谢物总数	香芋上调up	红芽芋上调up
脂质	110	109	15	8	7
黄酮	89	63	47	8	39
氨基酸及其衍生物	69	64	39	8	31
酚酸类	68	60	29	3	26
有机酸	60	60	18	10	8
糖及醇类	50	48	19	4	15
生物碱	44	40	28	5	23
核苷酸及其衍生物	42	40	14	3	11
鞣质	16	16	10	0	10
维生素	16	16	7	3	4
其他	13	13	6	0	6
木脂素和香豆素	9	9	7	0	7
萜类	9	9	3	0	3
茋类	4	4	2	0	2
醌类	2	2	0	0	0
总数	601	553	244	52	192

表1. 两种芋头差异代谢物数量统计表

图6. 两种芋头品种差异最大的代谢物分析横坐标为差异代谢物的log2FC，即差异代谢物的差异倍数以2为底取对数的值，纵坐标为差异代谢物。红色代表上调差异表达代谢物，绿色代表下调差异表达代谢物。Pme1540：异鼠李素-3-O-新橙皮糖苷；HJAP128：异鼠李素-3-O-芸香糖苷-7-O-鼠李糖苷；Lmsp004670：山奈酚-3-O-葡萄糖苷-7-O-鼠李糖苷；Lmjp002867：山奈酚-3-O-新橙皮糖苷*；pmb0069：苯甲酰胺；Zmlp003063：木犀草素-7-O-(2''-O-鼠李糖基)芸香糖苷；mws1035：山奈酚-3-O-刺槐糖苷-7-O-鼠李糖苷(刺槐苷)；pme0368：芹菜素-7-O-芸香糖苷(异野漆树苷)；Lmtp002818：山奈酚-3-O-(2'',6''-二-O-鼠李糖基)-葡萄糖苷；pme2527：L-鸟氨酸；mws0001：L-天冬酰胺；pme0010：L-丝氨酸；Zmpn000199：D-半乳糖二酸*；pmp001259：5,8,11,14-十五烷酰胺；pma0149：芥子酰苹果酸；Hmfn000531：抗坏血酸(维生素C)；Lmmp002914：双(二氢咖啡酰)亚精胺；mws0919：山奈酚-3-O-鼠李糖苷(阿福豆苷)(番泻叶山奈苷)；Lmdp004307：杜鹃素-7-O-葡萄糖苷

图7. 差异代谢物KEGG富集分析

参考文献 28

[1]	康庆, 林莹, 苏颖杰, 等. 芋头水溶性多糖的分离纯化及其对巨噬细胞免疫活性功能的影响[J]. 食品工业科技, 2020, 41(19):13-19.
[2]	段文倩, 孙河龙, 金书情, 等. 中国绿色药膳房-芋头的药食功效研究[J]. 中西医结合心血管病电子杂志, 2018, 6(21):2-6.
[3]	韩笑, 张东旭, 王磊, 等. 芋头的营养成分及加工利用研究进展[J]. 中国果菜, 2018, 38(3):9-13.
[4]	陈蔚辉, 郑妹华. 芋不同器官主要营养成分分析[J]. 食品科技, 2014, 39(12):98-100.
[5]	黄新芳, 彭静, 柯卫东, 等. 206份芋种质资源品质性状分析[J]. 植物遗传资源学, 2014, 15(3):519-525.
[6]	顾绘, 陈美丽, 魏唐祺. 基于主成分分析和聚类分析的南通地区芋种质资源品质性状研究[J]. 上海农业学报, 2020, 36(4):31-36.
[7]	朱苗, 李刚凤, 詹露菲, 等. 铜仁芋食用部位营养成分测定与分析[J]. 铜仁学院学报, 2018, 20(3):20-23.
[8]	PUTRI S P, IKRAM M M M, SATO A, et al. Application of gas chromatography-mass spectrometry-based metabolomics in food science and technology[J]. Journal of bioscience and bioengineering, 2022, 133(5):425-435.
[9]	JING T, YU Z W, SHI X Y, et al. Metabolomics technology and its applications in agricultural animal and plant research[J]. Hereditas, 2020, 42(5):452-465.
[10]	吴瑞, 张立实, 陈锦瑶, 等. 代谢组学技术在营养学研究中的应用[J]. 营养学报, 2021, 43(6):609-614.
[11]	鲁忠富, 李艳伟, 汪颖, 等. 基于广泛靶向代谢组学的瓠瓜果实鲜味差异代谢物分析[J]. 中国蔬菜, 2021(6):34-41.
[12]	蒋侬辉, 朱慧莉, 刘伟, 等. 基于广泛代谢组学的荔枝果肉营养代谢物综合解析[J]. 食品科学, 2022, 43(16):269-278.
[13]	唐昊, 李沅秋, 甘晓凤, 等. 基于广泛代谢组学分析慈竹笋营养成分及其提取物的抗氧活性[J]. 现代食品科技, 2021, 37(6):304-311.
[14]	中华人民共和国国家卫生计划生育委员会, 食品安全国家标准食品中抗坏血酸的测定[C].GB/T 5009.86-2016, 北京: 中国标准出版社, 2016.
[15]	王春霞, 孙领霞, 刘满英. 双波长分光光度法测定河北省多种粮豆作物中直、支链淀粉含量[J]. 光谱实验室, 1999, 16(3):259-261.
[16]	金有景. 抗癌食药本草(上卷)[M]. 北京: 中国食品出版社, 1989.
[17]	赵国华, 陈宗道, 王斌. 芋头多糖的理化性质及体内免疫调节活性研究[J]. 中国食品学报, 2002(3):22-25.
[18]	黄绍力, 罗燕羽, 刘绍钦, 等. 不同槟榔香芋品种淀粉粒径的比较研究[J]. 热带农业科学, 2023, 43(2):69-74.
[19]	朱晓威, 崔文雪, 张二金, 等. ‘槟榔芋’和‘香沙芋’母芋与子芋淀粉形态和理化性质的比较[J]. 园艺学报, 2018, 45(7):1314-1326. doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2017-0733
[20]	郭巨先, 李桂花, 符梅, 等. 微生物有机肥对芋头产量品质性状及土壤微生物类群的影响[J]. 中国农学通报, 2023, 39(3):20-27. doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0070
[21]	王梦迪, 雍旭红, 印敏, 等. 代谢组学技术在植物次生代谢调控研究中的应用[J]. 植物科学学报, 2023, 41(2):269-278.
[22]	KIRIMURA J, SHIMIZU A, KIMIZUKA A, et al. Contribution of peptides and amino acids to the taste of foods[J]. Journal of agricultural and food chemistry, 1969, 17(4):689-695.
[23]	FERRERES F, GONCALVES R F, GIL I A, et al. Further knowledge on the phenolic profile of Colocasia esculenta (L.) Shott.[J] Journal of agricultural and food chemistry, 2012, 60(28):7005-7015.
[24]	LEBOT V, LAWAC F, MICHALET S, et al. Characterization of taro [Colocasia esculenta (L.) Schott] germplasm for improved flavonoid composition and content[J]. Plant genetic resources, 2015, 15(3):260-268.
[25]	XIAO Y H, ZHANG J L, JIANG Y Y, et al. Cinnamic acid treatment reduces the surface browning of fresh-cut taro[J] Scientia horticulturae, 2022, 291(1):1-10.
[26]	YEN S C, CHEN L C, HUANG H L, et al. In-vestigation of selected flavonoid derivatives as potent FLT3 inhibitors for the potential treatment of acute myeloid leukemia[J]. J nat prod, 2021, 84(1):1-10.
[27]	王明军, 涂伟君, 彭佐良, 等. HPLC法测定五灵止痛胶囊中异鼠李素-3-O-新橙皮糖苷的含量[J]. 中药材, 2008(10):1582-1583.
[28]	戴国梁, 马世堂, 刘史佳, 等. 异鼠李素-3-O-新橙皮糖苷与牛血清蛋白的结合及分子对接研究[J]. 中国实验方剂学杂志, 2014, 20(14):109-113.

基于广泛靶向代谢组学的芋头代谢物和抗氧化酶活性的差异分析

Differential Analysis of Taro Metabolites Based on Widely Targeted Metabolomics and Antioxidant Enzyme Activity

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 8

参考文献 28

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

关于本刊

作者中心

审者中心

在线期刊

联系我们

[1]	丛添玥, 邢翔宇, 尤梦瑶, 程丽, 郑春英. 基于黄酮类化合物生物合成的工业大麻内生真菌HMY07次生代谢产物研究[J]. 中国农学通报, 2025, 41(5): 56-62.
[2]	金辽, 刘银松, 林建枫, 张文伟, 顾钢, 魏恕文, 汪睿琪, 谢小芳, 张炳辉. 基于代谢组学解析‘翠碧一号’烟叶烘烤过程中多酚类代谢物动态变化[J]. 中国农学通报, 2024, 40(6): 135-142.
[3]	姜坤, 李玉国, 张道志, 徐恒伟, 冯丹萍, 孟小茜, 郑春英. 微生物发酵对刺五加叶黄酮类成分生物合成的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(3): 145-151.
[4]	颜惠芳, 王旭军, 彭翠英, 朱临渊, 张小军, 杨鹏华, 曹受金. 不同变异类型魔芋光合特性的比较研究[J]. 中国农学通报, 2024, 40(28): 17-23.
[5]	张海辉, 李旭新, 贾俊英, 苏慧, 李志刚. 野生和栽培华北蓝盆花药用部位代谢产物的分布模式[J]. 中国农学通报, 2024, 40(28): 67-75.
[6]	张曼, 黎健龙, 周波, 陈义勇, 农红秋, 崔莹莹, 刘嘉裕, 唐劲驰. 松针提取液对茶树生长和虫害防治的影响机制[J]. 中国农学通报, 2024, 40(25): 103-112.
[7]	罗秀芹, 韦卓文, 蔡杰, 安飞飞, 陈松笔, 薛晶晶. 转录组和代谢组联合分析阐释木薯叶片花青素合成机制[J]. 中国农学通报, 2024, 40(24): 100-106.
[8]	王莹, 李娟, 孙雪梅. 菊芋HtMYB2基因VIGS体系构建与功能验证[J]. 中国农学通报, 2024, 40(24): 116-121.
[9]	李佳颖, 刘乃新, 韩广源. 红甜菜根中萜类代谢物的比较代谢组学分析[J]. 中国农学通报, 2024, 40(2): 137-142.
[10]	马祥, 琚泽亮, 魏小星, 贾志锋. 聚乙烯吡咯酮对‘甘农三号’紫花苜蓿愈伤组织褐化及抗氧化物质活性的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(15): 132-136.
[11]	陈丽丽, 吕平, 吕少杰, 房明志, 李斌, 胡跃高, 薛绪掌, 康文艺. 不同波长LEDs光源对苦荞芽菜生长、生物活性物积累及抗氧化活性的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(12): 45-52.
[12]	覃剑锋, 孟延, 段龙飞, 蔡阳光, 郭邦利, 沈川. “3414”配方施肥对魔芋产量、品质及肥料利用率的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(10): 44-49.
[13]	陈露露, 王慧俐. 美国豆芋干制方法及成分分析[J]. 中国农学通报, 2023, 39(4): 154-159.
[14]	薛守宇, 李涛涛, 李冰冰. 组学技术在葱属植物中的研究进展[J]. 中国农学通报, 2023, 39(34): 22-31.
[15]	李轲, 田玉洁, 田雨晴, 李美嬉, 郝敬虹, 杨柳. 高效液相色谱法测定黄芩中12种黄酮类成分的含量[J]. 中国农学通报, 2023, 39(33): 140-146.