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基于广靶代谢组学分析马齿苋根茎叶中5类重要初生代谢产物

2021-01-07张少平李洲练冬梅姚运法赖正锋吴松海洪建基

江苏农业科学 2021年24期
关键词:马齿苋化合物

张少平 李洲 练冬梅 姚运法 赖正锋 吴松海 洪建基

摘要:为了解马齿苋中重要初生代谢产物成分及其在不同部位相对含量及联系,利用高效液相色谱串联质谱进行广靶代谢组学分析。发现在马齿苋中检测到脂质、氨基酸及其衍生物、有机酸、糖及醇类、维生素等5类重要初生代谢产物分别含化合物69、59、36、21、8种;聚类热图分析表明,在马齿苋根茎叶中,脂质和氨基酸及其衍生物总体含量较高,有机酸含量次之,糖及醇、维生素含量较低;脂质、氨基酸及其衍生物和维生素在叶部总体含量较高,有机酸在茎部总体含量较高,糖及醇在根茎叶部含量无明显差异。5类次生代谢产物所含的193种化合物在马齿苋根茎叶部的含量具有明显差异。

关键词:马齿苋;广靶代谢组学;初生代谢产物;化合物;成分分析

中图分类号: S567.21+9.01文献标志码: A

文章编号:1002-1302(2021)24-0139-08

收稿日期:2021-03-25

基金项目:福建省科技厅计划(编号:2020R1030001)。

作者简介:张少平(1975—),男,江西抚州人,硕士,高级农艺师,主要从事特色蔬菜相关研究。E-mail:zspnc@163.com。

通信作者:吴松海,副研究员,主要从事特色蔬菜研究,E-mail:7789446@qq.com;洪建基,研究员,主要从事特色蔬菜研究,E-mail:76227508@qq.com。

脂类、糖类、蛋白质等大分子的合成分解与植物生长发育密切相关,也是所有植物细胞最基本的共性代谢过程,称为初生代谢,初生代谢过程形成的化合物称为初生代谢产物[1]。马齿苋(Portulaca oleracea L.)是一种重要的药食同源植物,具有较高的药用价值,广泛分布于我国热带、亚热带以及世界其他地区[2-3]。马齿苋所含的多糖[4]、脂肪酸[5]、氨基酸[6]、维生素[7]、有机酸[8]等重要初生代谢产物,具有降血糖血脂、抗氧化、抗炎、抗癌、改善记忆、增强免疫力等作用[9-11]。

马齿苋所含化合物种类丰富,相关成分分析测定及提取等研究报道较多[12-13],而随着代谢组学的发展,该技术运用于马齿苋相关成分检测研究将更全面和准确[14-15]。本研究以福建省闽南地区常见的马齿苋野生种为研究对象,通过超高效液相色谱串联质谱(UPLC-MS/MS)对其根茎叶广靶代谢组进行分析,系统获取马齿苋中脂质、氨基酸及其衍生物、有机酸、糖及醇类、维生素等5类重要的初生代谢产物的具体成分和相对含量,以期为进一步进行马齿苋功效成分提取利用等打下良好基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

马齿苋为福建省闽南地区野生种,笔者于2020年7月12日马齿苋长势旺盛时期,从福建省农业科学院亚热带农业研究所特色蔬菜种质资源圃采取红茎、绿叶和白根的马齿苋資源,取根、茎、叶各3份(共计9份),每份60 g左右,用75%乙醇洗净晾干,装入封口袋标记后保存至-80 ℃冰箱备用。

1.2 试验方法

1.2.1 广靶代谢组样品提取 从-80 ℃冰箱取出马齿苋所测样品,放入冻干机中干燥;干燥后的试验材料在30 Hz频率下的研磨仪中进行研磨约 1.5 min;称取每个待测样品粉末100 mg用0.6 mL 70%的甲醇提取液溶解;相关溶解液置于4 ℃冰箱约10 h,期间涡旋6次以提高得率;经10 000 g转速离心10 min后取上清液,使用0.22 μm微孔滤膜过滤上清液后存储于进样瓶中,测试分析备用。

1.2.2 超高效液相色谱采集条件 所用色谱柱内部填充物粒径为1.8 μm,内径×长度=2.1 mm×100 mm,流动相A相为超纯水加入0.04%乙酸;流动相B相为乙腈中加入0.04%乙酸。洗脱梯度B相比例5%→95%,时间0~10 min;B相比例95%,维持10~11 min;B相比例95%→5%,时间11~11.1 min;B相比例降为5% 平衡至14 min。流速 0.35 mL/min,柱温40 ℃,进样量为4 μL。

1.2.3 串联质谱采集条件 串联质谱中电喷雾离子源温度为550 ℃,质谱电压5 500 V,帘气 206.85 kPa,碰撞诱导电离参数设置为高。在三重四级杆中,每个离子对根据优化的去簇电压(declustering potential,简称DP)和碰撞能(collision energy,简称CE)进行扫描检测[16]。

1.2.4 广靶代谢物定性与定量 根据北京百迈客生物科技有限公司所建数据库(metware database),通过二级谱信息,分析时去除阳离子和碎片离子重复信号。利用三重四级杆质谱多反应监测模式进行代谢产物定量。获取马齿苋根、茎、叶各3个样本的代谢物质谱分析数据,再对所有物质质谱峰峰面积积分,同时对同一代谢物在不同样本中的质谱出峰进行积分校正。

2 结果与分析

2.1 马齿苋5类初生代谢产物分析

在马齿苋根、茎、叶各3个生物学重复共9个样品中,共检测出5类重要初生代谢产物:脂质69种、氨基酸及其衍生物59种、有机酸36种、糖及醇类21种、维生素8种,共193种化合物。

进一步对5类初生代谢产物在马齿苋根茎叶中相对含量进行聚类热分析(图1)可知,马齿苋所含脂质、氨基酸及其衍生物较高,有机酸含量次之,糖及醇类、维生素含量较低。比较5种初生代谢产物在马齿苋根茎叶中相对含量可知,脂质、氨基酸及其衍生物和维生素在叶部含量较高,有机酸在茎部含量较高,糖、醇类在根茎叶部含量无明显差异。

2.2 69种脂质分析

由表1可见,69种脂质分为6个亚类:甘油酯、磷脂酰胆碱、鞘脂、溶血磷脂酰胆碱、溶血磷脂酰乙醇胺、游离脂肪酸,其化合物分别有11、3、3、16、6、30种。

在甘油酯中,单酰甘油酯(酰基18:3)异构3在叶部含量较高,单酰甘油酯(酰基18:4)异构1在根部含量极低。鞘脂中,十六烷基鞘氨醇在根茎叶部含量均较高,4-羟基鞘氨醇在茎部含量较高,D-赤式-二氢鞘氨醇在叶部含量极低。溶血磷脂酰胆碱中,溶血磷脂酰胆碱(16:0)和溶血磷脂酰胆碱(16:1)在根茎叶部含量均较高,溶血磷脂酰胆碱(16:0) (2n异构)、 溶血磷脂酰胆碱(16:2)和溶血磷脂酰胆碱(18:1)在叶部含量较高。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异构) 在叶部含量较高。游离脂肪酸中,硬脂酸在根茎叶中含量均较高,γ-亚麻酸在茎叶中含量较高,反油酸在根叶中含量较高,肉豆蔻酸根茎中含量较高,12,13-环氧十八碳二烯酸在茎叶中含量极低,2,3-二羟基丙基-9,12-十八碳二酸酯-己糖在叶中含量极低,10,16-二羟基棕榈酸在根部含量极低。

2.3 59种氨基酸及其衍生物分析

在59种氨基酸及其衍生物中(表2),反-4-羟基-L-脯氨酸、D-缬氨酸、D-苯丙氨酸和酪胺在根茎叶部相对含量均较高;L-亮氨酸、L-异亮氨酸和L-正亮氨酸在茎叶部相对含量均较高;L-谷氨酸、DL-谷氨酸、DL-脯氨酸、L-缬氨酸、L-色氨酸、L-苯丙氨酸和DL-正缬氨酸在叶部含量较高。而N-丙酰甘氨酸在叶部含量极低,4-羟基-L-谷氨酸在茎部含量极低,N-α-乙酰-L-精氨酸在根部含量极低。

2.4 36种有机酸分析

在36种有机酸中(表3),苹果酸在叶和茎中含量较高,奎尼酸和柠檬酸在茎中含量较高;而草酰乙酸、D-木糖酸和延胡索酸在茎部含量极低,2-甲基丁二酸和3-甲基-2-氧代-丁酸在根部含量极低。

2.5 21种糖、醇类分析

马齿苋所含21种糖、醇类中(表4),葡萄糖-1-磷酸和D-葡萄糖-6-磷酸在马齿苋根茎叶部含量均较高;磷酸葡糖酸和肌醇半乳糖苷在叶部含量较高;而D-松三糖和木糖醇在叶部含量极低,松二糖在茎部含量极低。

2.6 8种维生素

马齿苋所含8种维生素中(表5),烟酰胺和 D-泛酸在马齿苋根茎叶部含量均较高;维生素C在叶和茎部含量较高;而吡哆醇O-阿魏酰己糖苷在茎部含量极低。

3 讨论

马齿苋作为重要的药食同源植物,其成分分析研究报道较多[17-18],然而相关研究由于所用技术手段和方法等限制,导致研究不够系统,所测成分也不够全面[19-20]。代谢组学是采用高效液相色谱串联质谱对植物所有低分子量代谢产物同时进行定性和定量分析的一门新型学科。

本研究通过靶向代谢组学进行马齿苋5种重要初生代谢产物分析,首次系统获取该马齿苋中69种脂质、59种氨基酸及其衍生物、36种有机酸、21种糖、醇类以及8种维生素。同时,本研究首次发现马齿苋中脂质和氨基酸及其衍生物含量较高、有机酸含量次之、糖、醇类以及維生素含量较低;同时,脂质、氨基酸及其衍生物和维生素在马齿苋叶部含量较高,有机酸在茎部含量较高,糖、醇类在根茎叶部含量差异不明显;但5类次生代谢产物中所含193种具体化合物在马齿苋根茎叶部的具体含量差异明显。因此本研究同时详细列举了所有化合物在马齿苋根茎叶中相对含量,为进一步从事马齿苋中具体成分的提取利用及功效评价等提供参考依据。

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