基于核磁共振(NMR)技术的植物代谢组学主要是利用NMR与多变量数据分析方法对植物体液和组织进行系统检测和分析,对完整的生物体(而不是个别的单细胞)中随时间改变的代谢物进行动态的跟踪检测、定性分类和定量分析,然后将这些信息与受外部干扰而产生的植物生理过程的生物学事件联系起来,确定发生这些变化的作用位点,进而确定相关的生物标记物,以及它们所揭示的生物学意义,并从分子水平上认识植物生命运动的规律。本文选取油菜和玉米两种作物作为研究对象,对提取植物的溶剂选择和植物初期受到外部干扰而发生代谢异常的生理过程进行了研究,内容主要包括以下三个方面:一、植物体内含有的代谢物的种类和数量非常庞大,其代谢物小分子的极性、种类和含量水平都存在差异,因此用同一种溶剂无法完全提取植物中代谢物。为了更全面地评价植物体内代谢物组成和代谢变化,本课题选取了四种溶剂分别对油菜幼苗叶片进行提取,利用核磁共振技术和模式识别相结合的方法评价油菜幼苗叶片的不同提取策略。结果表明:从四种溶剂中共检测到了 36种代谢物,包括糖类、氨基酸、脂类、有机酸和黄酮类化合物。其中,50%甲醇溶液比Na2HPO4/NaH2P04缓冲溶液溶剂提取获得了更多的糖类、丁二酸和苹果酸以及苯丙类化合物,但乳酸和异亮氨酸含量较少。氘仿/甲醇(1:1,v)提取物中含有较高的亚麻酸等不饱和脂肪酸,但是糖类、氨基酸类和有机酸代谢物含量较50%甲醇溶剂提取物少。丙酮对于脂肪类化合物的提取具有较高的选择性。二、作物类植物对农药刺激通常会产生一定的应激反应,这可能会引起植物体内的代谢异常。本课题运用了1HNMR、COSY、TOCSY、HMBC、HSQC和JRES等核磁共振技术结合主成分分析(PCA)和正交偏最小二乘-判别式分析法(OPLS-DA)等模式识别的方法研究了除草类农药HWS02对油菜代谢的影响。结果显示,施药前后β/α-葡萄糖、缬氨酸、GABA、胆碱、和亚麻酸、反丁烯二酸、苹果酸、苏氨酸和异亮氨酸等代谢物的含量发生了较大变化。这些代谢物的变化反映了农药HWSO2对油菜的三羧酸循环(TCA)是具有一定影响的,为油菜对农药HWSO2的应激反应提供了一定的信息,也为农药的合理应用及开发研制提供了一定的理论依据。三、通常除草剂类农药是具有一定选择性的,例如农药HWS02可以选择性的除掉稗草等杂草,而对玉米等作物相对安全。本节内容主要考察了农药HWSO2对玉米幼苗代谢的影响,并与上节的油菜作比较,分析了两种作物对农药HWS02应激反应的差异。通过主成分分析(PCA)和偏最小二乘-判别式法(PLS-DA)研究了给药组和空白组组玉米幼苗叶片提取物中代谢物随时间的变化,确认其标识代谢物为蔗糖和代谢物U2,其中蔗糖的含量给药后先降低后升高,而U2在给药后先升高后降低,其它代谢物含量的变化不明显。对比油菜对农药HWS02的应激反应,玉米的生长代谢受农药HWSO2作用的影响较小,相对较安全,这为农药HWS02的安全施用及合理改造提供了一定的理论依据。