短梗五加果实不同发育阶段生理代谢研究

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短梗五加(Eleutherococcus sessiliflorus)为五加科五加属植物,在中国东北方具有悠久的食用历史,近些年来,人们将它代替刺五加入药的报道较多,足以证明短梗五加是一种很好的替代性药用资源。短梗五加果是一种传统的中药,具有多种药理作用和生物活性,即具有药食同源性,但是其果实开发利用的较少,造成了资源的浪费。本文以短梗五加果实为实验材料,将果实划分为5个发育时期:幼果期、绿熟期、半转色期、转色期、成熟期,基于GC-MS技术和UPLC-MS技术以及HPLC技术,结合生理代谢指标,对短梗五加果实的生理机制和代谢特性进行了综合分析,得到以下结论:(1)在短梗五加果实发育成熟过程中,花青素的含量逐渐积累。总酚、总黄酮的含量逐渐升高,并且在成熟期达到最高值,即成熟期的果实具有良好的抗氧化效果。可溶性糖含量逐渐积累,在成熟期含量最高。可溶性蛋白含量呈先降低后升高趋势,并在成熟期含量达到最高。随着果实的加速发育成熟,代谢加快,超氧阴离子自由基也增多。故综合可见,短梗五加果实发育过程中,这6项生理指标都呈规律性的动态变化,且在果实的成熟期内进行了丰富的物质积累。(2)利用GC-MS非靶向代谢组学技术,对5个发育时期初级代谢产物进行分析,通过PCA和PLS-DA分析发现,短梗五加果实的幼果期、绿熟期、半转色期与转色期和成熟期明显分开,并且筛选出分属糖类、氨基酸类、有机酸类、醇类等的49种差异化合物,通过代谢通路富集分析共筛选出半乳糖代谢、硫代谢、乙醛酸和二羧酸代谢、三羧酸循环、γ-氨基丁酸(GABA)代谢、丙氨酸,天冬氨酸和谷氨酸代谢、丙酮酸代谢共7条显著的代谢通路,其次,以糖酸为代表的初生代谢物,在短梗五加果实的积累中具有发育阶段特异性,即在果实发育前期积累了较多的糖和有机酸,随着果实发育成熟,糖分消耗,有机酸降解并转换为糖类和氨基酸等物质。(3)采用高效液相色谱法测定9种花色苷及含量,在幼果期和绿熟期发现,并没有这9种花色苷的积累,在半转色期检测到了1种花色苷,为天竺葵素-3-O-葡萄糖苷,转色期内检测到了6种花色苷,分别为:矢车菊素-3,5-双葡萄糖苷、飞燕草素-3-O-葡萄糖苷、飞燕草素-3-O-芸香糖苷、芍药素-3,5-双葡萄糖苷、矢车菊素-3-O-芸香糖苷、天竺葵素-3-O-葡萄糖苷,在成熟期,9种花色苷均被检测到,且各花色苷均显著积累,其中飞燕草素-3-O-芸香糖苷和芍药素-3,5-双葡萄糖苷含量最丰富。(4)研究通过UPLC-MS技术进行了27种酚类代谢物以及5种药用活性成分的测定,前体物质L-苯丙氨酸的含量在转色期显著积累,C6C1型碳骨架的酚类化合物中,香草酸、苯甲酸和原儿茶酸的含量在转色期最高,而C6C3型碳骨架的酚类化合物中,肉桂酸,咖啡酸,阿魏酸的含量在成熟期最高,而绿原酸和对羟基肉桂酸的含量在转色期最高,C6C3C6型碳骨架的酚类化合物中,高良姜素,儿茶素,大豆苷元,白杨素,柚皮素,柚皮苷,异槲皮苷,山奈酚,染料木素,花旗松素的含量在成熟期最高,槲皮苷,甘草素,橙皮素,紫云英苷,异甘草素,染料木苷,木犀草素,芦丁的含量在转色期最高。综合以上表明,短梗五加果实的转色期和成熟期是酚酸类物质和类黄酮物质积累最多的时期。对短梗五加果实5个时期的活性物质:刺五加苷B、刺五加苷E、金丝桃苷、异嗪皮啶、齐墩果酸的含量检测发现,在幼果期、绿熟期、半转色期,5种活性成分的含量基本稳定,但是在转色期、成熟期2个阶段,5种活性成分的含量显著增加,刺五加苷E是前期的1000倍,刺五加苷B是前期的100倍,金丝桃苷是前期的100倍,异嗪皮啶和齐墩果酸是前期的2倍,在转色期和成熟期是短梗五加果实5种药用活性成分最高的时期。即转色期和成熟期这两个时期的酚类物质和药用活性物质积累的最高,这两个时期的果实具有重要的食用价值和药用价值。本研究通过生理代谢实验,分析了短梗五加果实发育过程中生理特征、初级代谢产物、酚类代谢物质以及药用活性物质的变化,这些研究结果有助于对短梗五加果实的认识,并为短梗五加果实的采摘开发利用奠定了理论基础。
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