Postharvest Biol. Technol. (IF=6.8)｜華中農大研究團隊揭示鮮切茭白關鍵保鮮機制！

英文標題：Comprehensive widely targeted metabolomics unveils the regulatory mechanisms of high-pressure CO2 in preserving fresh-cut water bamboo shoots (Zizania latifolia) quality

中文標題：廣泛靶標代謝組學揭示高壓CO2在保鮮鮮切茭白(Zizania latifolia)品質中的調控機制

發表期刊：Postharvest Biology and Technology

影響因子：6.8

客戶單位：華中農業大學

百趣提供服務：PRM精準植物廣靶

研究背景

茭白(Zizania latifolia)具有黃酮和膳食纖維等多種保健功效物質，是中國廣泛種植的水生蔬菜之一。但其鮮切后極易發生木質化和褐變，嚴重影響品質與市場價值。傳統保鮮方法如化學處理或低溫儲藏效果有限，且缺乏機制層面的支撐。為此，華中農業大學研究團隊采用高壓二氧化碳(HPCD)處理茭白，結合廣泛靶標代謝組學技術，系統追蹤茭白(WBS)在處理前后10天內的代謝變化，揭示HPCD延緩品質劣變的分子機制。

研究結果

1.質量屬性分析

貯藏10天后，HPCD處理顯著抑制茭白(WBS)的呼吸速率、電解質外滲率和失重率，同時提高了可溶性固形物含量（圖1）。說明HPCD處理可保持鮮切WBS的品質。

圖1 貯藏過程中WBS的呼吸速率、電解質外滲率、失重率和可溶性固形物的變化

2.代謝譜分析

利用廣泛靶標代謝組共鑒定出743種代謝物，涵蓋黃酮、酚酸、糖類、氨基酸等多個類別（圖2A）。PCA分析顯示HPCD組與CK組顯著分離（圖2B），表明HPCD處理使鮮切WBS的代謝譜改變，對鮮切WBS的品質具有保護作用。

圖2 WBS的代謝組學分析

3.篩選差異代謝物

在CK組和HPCD組的組內對比中，上調代謝產物數量普遍多于下調，說明隨著貯藏時間的延長，鮮切WBS中部分與木質化或褐變相關的代謝通路被逐漸激活。而在兩組之間的橫向比較中（如HPCD-d10 vs CK-d10），上調代謝產物數量少于下調代謝產物數量，表明HPCD處理可能抑制了關鍵的生理代謝，延緩了品質劣變的發生（圖3）。

圖3 各組比較中上調與下調差異代謝物數量統計

4.KEGG通路分析

CK組與HPCD組（CK-d10與CK-d0和HPCD-d10與HPCD-d0）主要富集通路為糖酵解、谷胱甘肽代謝和氨基酸代謝等與氧化應激相關的核心通路（圖4A-B）。在處理組間的比較中，HPCD-d0與CK-d0（圖4C）差異通路較少，主要集中在糖類與基礎代謝；而HPCD-d10與CK-d10（圖4D）之間則顯示出更多涉及苯丙烷代謝、黃酮合成和谷胱甘肽代謝通路的顯著富集。

圖4 差異代謝物KEGG通路富集分析

5.六類關鍵差異代謝物的組間差異

HPCD處理顯著影響了WBS儲藏過程中的各類代謝物（圖5）。其中，黃酮類代謝物顯著上調，增強了抗氧化能力（圖5A）；芳香族氨基酸及其衍生物水平升高，為黃酮和酚酸類物質提供了前體基礎（圖5B）。在酚酸與木脂素類代謝物中，咖啡酸、迷迭香酸等在HPCD組升高，但未進一步轉化為木質素，表明HPCD處理可能抑制了木質素的合成（圖5C）。此外，HPCD還顯著提升了核苷酸類化合物的水平，為貯藏期間的物質合成提供能量支持（圖5D）。糖類代謝物變化顯著，可能通過增強糖酵解途徑為細胞抗逆反應提供能量（圖5E）。部分脂質及其衍生物在HPCD處理后上調，其可能通過抑制前列腺素I2和茉莉酸的合成，從而抑制了酚類代謝（圖5F）。

圖5 六類關鍵代謝物的熱圖展示

6.HPCD抑制WBS木質化/褐變的潛在調控機制

鮮切操作會引發細胞膜磷脂氧化與水解，產生不飽和脂肪酸，這些脂肪酸進一步合成信號分子如前列腺素I2和茉莉酸，誘導PAL等酶的表達，促進酚類代謝物的從頭合成。這些酚類物質可在PPO、POD等酶的作用下轉化為醌類中間體，最終聚合形成褐變產物；另一部分酚酸則被用于木質素的生物合成，導致WBS木質化，進而加劇鮮切產品的褐變與木質化現象。同時，糖代謝、糖酵解和TCA循環提供碳源和能量，也為黃酮等抗氧化物合成提供原料（圖6A）。HPCD處理激活糖代謝和TCA循環，增強能量供應與抗氧化能力；同時抑制木質素合成，抑制信號脂類的產生和PAL表達，降低酚類積累。通過多個環節的調控，有效延緩了鮮切WBS的木質化與褐變（圖6B）。

圖6 鮮切WBS中主要生物合成途徑的變化(A)、HPCD處理對品質調控的內在機制(B)
 

研究結論

本研究表明，高壓CO2處理可有效減緩鮮切茭白在貯藏過程中的木質化和褐變，保持其營養與品質。廣泛靶標代謝組分析顯示，HPCD可以促進糖酵解與黃酮合成，增強抗氧化能力，是一種極具應用前景的果蔬保鮮技術。

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張泉靈 撰文

Peng 校稿