不同干燥方式对苜蓿种子代谢物的影响

doi:10.11686/cyxb2020147

草业学报 ›› 2021, Vol. 30 ›› Issue (3): 158-166.DOI: 10.11686/cyxb2020147

不同干燥方式对苜蓿种子代谢物的影响

张迪¹^,²(), 任立飞¹, 刘广彬³, 罗伏青⁴, 张文浩¹, 王天佐¹()

^1.中国科学院植物研究所，北京 100093
^2.中国科学院大学生命科学学院，北京 100049
^3.青岛科技大学机电工程学院，山东青岛 266061
^4.袁隆平农业高科技股份有限公司，湖南长沙 410001

收稿日期:2020-03-31 修回日期:2020-06-04 出版日期:2021-03-20 发布日期:2021-03-09
通讯作者: 王天佐
作者简介:Corresponding author. E-mail: tzwang@ibcas.ac.cn
张迪（1997-），女，河南新野人，在读硕士。E-mail: zhangdi@ibcas.ac.cn
基金资助:
国家重点研发计划(2018YFD0700202);国家自然科学基金(32070351)

Comparative metabolite profiling of alfalfa seeds dried at different temperatures

Di ZHANG¹^,²(), Li-fei REN¹, Guang-bin LIU³, Fu-qing LUO⁴, Wen-hao ZHANG¹, Tian-zuo WANG¹()

^1.Institute of Botany，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100093，China
^2.University of Chinese Academy of Sciences，College of Life Sciences，Beijing 100049，China
^3.Qingdao University of Science and Technology，College of Electromechanical Engineering，Qingdao 266061，China
^4.Yuan Longping High-tech Agriculture Company Limited，Changsha 410001，China

Received:2020-03-31 Revised:2020-06-04 Online:2021-03-20 Published:2021-03-09
Contact: Tian-zuo WANG

摘要/Abstract

摘要：

以中科1号黄花苜蓿为材料，研究了不同干燥方式对苜蓿种子萌发率的影响；并采用非靶向代谢组学技术，利用高效液相色谱串联质谱的方法，分析了自然干燥、39 ℃干燥和65 ℃干燥3种干燥方式下苜蓿种子代谢物的变化。结果发现，39 ℃为不影响苜蓿种子萌发率的最高干燥温度，65 ℃干燥可使苜蓿种子萌发率下降50%；39 ℃干燥和自然干燥相对于新鲜种子产生的差异代谢物最相近，65 ℃干燥造成的代谢物差异较大；核苷、核苷酸及类似物是高温干燥造成的种子差异代谢物中最大的一类，其次为脂类及类脂分子和有机酸及其衍生物；高温干燥对种子嘌呤代谢途径影响最大。研究结果从代谢的角度阐明了高温干燥造成苜蓿种子萌发率降低的机理，为苜蓿种子干燥设备的设计提供了理论基础。

关键词: 苜蓿, 萌发率, 代谢组学, 种子干燥

Abstract:

The present study explored the effects of different drying methods on the seed germination rate of Medicago falcata ‘Zhongke No.1’. High performance liquid chromatography and tandem mass spectrometry were used to analyze the different metabolites produced during natural drying of alfalfa seeds at 39 and 65 ℃. It was found that 39 ℃ was the highest drying temperature which did not affect the seed germination rate and drying at 65 ℃ reduced the germination rate of alfalfa seeds by half. Drying at 39 ℃ and natural drying were similar in terms of the change in metabolites detected before and after drying. However， drying at 65 ℃ induced a larger change in the metabolite profile of seeds. Based on analysis of metabolome data， nucleosides， nucleotides， and their analogues was altered most significantly by high temperature， and lipids and lipid-like molecules followed. The purine?metabolism pathway in seeds was acutely affected by drying at high temperature. The findings of this study elucidate， in terms of different metabolites present， the reasons for low germination rate after high temperature drying， and provide a theoretical basis for improving the design of equipment for alfalfa seed drying.

Key words: alfalfa, germination rate, metabolite, seed drying

张迪, 任立飞, 刘广彬, 罗伏青, 张文浩, 王天佐. 不同干燥方式对苜蓿种子代谢物的影响[J]. 草业学报, 2021, 30(3): 158-166.

Di ZHANG, Li-fei REN, Guang-bin LIU, Fu-qing LUO, Wen-hao ZHANG, Tian-zuo WANG. Comparative metabolite profiling of alfalfa seeds dried at different temperatures[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2021, 30(3): 158-166.

图/表 7

参考文献 32

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编号Codes	比较组Comparison groups
A	自然干燥/新鲜种子Natural drying/fresh seeds
B	39 ℃干燥/新鲜种子 39 ℃ drying/fresh seeds
C	65 ℃干燥/新鲜种子 65 ℃ drying/fresh seeds
D	39 ℃干燥/自然干燥 39 ℃ drying/natural drying
E	65 ℃干燥/自然干燥 65 ℃ drying/natural drying
F	65 ℃干燥/39 ℃干燥 65 ℃ drying/39 ℃ drying

编号Codes	比较组Comparison groups
A	自然干燥/新鲜种子Natural drying/fresh seeds
B	39 ℃干燥/新鲜种子 39 ℃ drying/fresh seeds
C	65 ℃干燥/新鲜种子 65 ℃ drying/fresh seeds
D	39 ℃干燥/自然干燥 39 ℃ drying/natural drying
E	65 ℃干燥/自然干燥 65 ℃ drying/natural drying
F	65 ℃干燥/39 ℃干燥 65 ℃ drying/39 ℃ drying

分类Groups	数目Number
脂类及类脂分子Lipids and lipid-like molecules	188
有机酸及其衍生物Organic acids and derivatives	106
苯丙酸和聚酮Phenylpropanoids and polyketides	72
未分类Unclassed	59
有机杂环化合物Organoheterocyclic compounds	33
有机氧化合物Organic oxygen compounds	28
苯环型化合物Benzenoids	23
核苷、核苷酸及类似物Nucleosides, nucleotides, and analogues	23
有机氮化合物Organic nitrogen compounds	7
生物碱及其衍生物Alkaloids and derivatives	5
磺胺嘧啶Sulfadiazine	1

分类Groups	数目Number
脂类及类脂分子Lipids and lipid-like molecules	188
有机酸及其衍生物Organic acids and derivatives	106
苯丙酸和聚酮Phenylpropanoids and polyketides	72
未分类Unclassed	59
有机杂环化合物Organoheterocyclic compounds	33
有机氧化合物Organic oxygen compounds	28
苯环型化合物Benzenoids	23
核苷、核苷酸及类似物Nucleosides, nucleotides, and analogues	23
有机氮化合物Organic nitrogen compounds	7
生物碱及其衍生物Alkaloids and derivatives	5
磺胺嘧啶Sulfadiazine	1

比较组 Comparison groups	代谢物 Metabolites	含量变化 Content change	分类 Groups
A、B和C三个比较组共有差异代谢物 The common differential metabolites among A, B and C comparison groups	8-羟基鸟嘌呤8-Hydroxyguanine	下调Down-regulation	有机杂环化合物Organoheterocyclic compounds
	15-羟基二十碳-5Z,8Z,11Z,13E-四烯酸 5-Hydroperoxy-5Z,8Z,11Z,13E-Eicosatetraenoic acid	下调Down-regulation	脂类及类脂分子 Lipids and lipid-like molecules
	槲皮素Quercetin	下调Down-regulation	苯丙酸和聚酮 Phenylpropanoids and polyketides
C、E和F三个比较组共有差异代谢物 The common differential metabolites among C, E and F comparison groups	1,3,5-苯三酚1,3,5-Benzenetriol	上调Up-regulation	有机杂环化合物Organoheterocyclic compounds
	脱氧腺苷 Deoxyadenosine	下调Down-regulation	核苷、核苷酸及类似物 Nucleosides, nucleotides, and analogues
	3'-磷酸腺苷3'-Adenosine monophosphate	上调Up-regulation	核苷、核苷酸及类似物 Nucleosides, nucleotides, and analogues
	2'，3'-环磷酸腺苷 Adenosine 2',3'-cyclic phosphate	上调Up-regulation	核苷、核苷酸及类似物 Nucleosides, nucleotides, and analogues
	2'-磷酸腺苷Adenosine 2'-Monophosphate	上调Up-regulation	有机氧化合物 Organic oxygen compounds
	腺苷Adenosine	上调Up-regulation	核苷、核苷酸及类似物 Nucleosides, nucleotides, and analogues
	磷酸腺苷Adenosine phosphate	上调Up-regulation	核苷、核苷酸及类似物 Nucleosides, nucleotides, and analogues
	2'，3'-环磷酸鸟苷 Guanosine-2',3'-cyclic monophosphate	上调Up-regulation	核苷、核苷酸及类似物 Nucleosides, nucleotides, and analogues
	戊草丹Esprocarb	上调Up-regulation	未分类Unclassed
	鸟苷Guanosine	上调Up-regulation	核苷、核苷酸及类似物 Nucleosides, nucleotides, and analogues
	磷酸鸟苷 Guanosine monophosphate	上调Up-regulation	核苷、核苷酸及类似物 Nucleosides, nucleotides, and analogues
	3'-磷酸鸟苷Guanosine 3'-Monophosphate	上调Up-regulation	核苷、核苷酸及类似物 Nucleosides, nucleotides, and analogues
	3'，5'-环磷酸鸟苷 Guanosine-3',5'-Cyclic monophosphate	上调Up-regulation	核苷、核苷酸及类似物 Nucleosides, nucleotides, and analogues
	异亮氨酸-脯氨酸Ile-Pro	上调Up-regulation	有机酸及其衍生物 Organic acids and derivatives
	苯丙氨酸-脯氨酸Phe-Pro	上调Up-regulation	有机酸及其衍生物 Organic acids and derivatives
	尿苷5'-单磷酸Uridine 5'-Monophosphate	上调Up-regulation	核苷、核苷酸及类似物 Nucleosides, nucleotides, and analogues
	缬氨酸-脯氨酸Val-Pro	上调Up-regulation	有机酸及其衍生物 Organic acids and derivatives
B和D两个比较组共有差异代谢物The common differential metabolites between B and D comparison groups	L-谷胱甘肽（氧化型）L-Glutathione (oxidized form)	上调Up-regulation	有机酸及其衍生物 Organic acids and derivatives
C和E两个比较组共有差异代谢物 The common differential metabolites between C and E comparison groups	3-恶辛酸3-Oxooctadecanoic acid	下调Down-regulation	脂类及类脂分子 Lipids and lipid-like molecules
	13-羟基亚油酸13-Hydroxylinoleic acid	下调Down-regulation	脂类及类脂分子 Lipids and lipid-like molecules
	溶血磷脂酰乙醇胺 LysoPE 18:2	下调Down-regulation	脂类及类脂分子 Lipids and lipid-like molecules
C和F两个比较组共有差异代谢物 The common differential metabolites between C and F comparison groups	5'-磷酸胞苷 Cytidine-5'-Monophosphate	上调Up-regulation	核苷、核苷酸及类似物 Nucleosides, nucleotides, and analogues
	5'-磷酸胸腺嘧啶 Thymidine-5'-Monophosphate	下调Down-regulation	核苷、核苷酸及类似物 Nucleosides, nucleotides, and analogues
E和F两个比较组共有差异代谢物 The common differential metabolites between E and F comparison groups	3'-磷酸胞苷 Cytidine-3'-Monophosphate	上调Up-regulation	核苷、核苷酸及类似物Nucleosides, nucleotides, and analogues
	鸟嘌呤Guanine	上调Up-regulation	有机杂环化合物Organoheterocyclic compounds
A比较组特有差异代谢物 The specific differential metabolite in A comparison group	儿茶素Catechin	下调Down-regulation	苯丙酸和聚酮 Phenylpropanoids and polyketides
C比较组特有差异代谢物 The specific differential metabolites in C comparison group	桦木酸Betulinic acid	下调Down-regulation	脂类及类脂分子 Lipids and lipid-like molecules
	虫草素Cordycepin	下调Down-regulation	未分类Unclassed
	3-羟基十二酸乙酯Ethyl 3-Hydroxydodecanoate	下调Down-regulation	脂类及类脂分子 Lipids and lipid-like molecules
	苏氨酸-γ-谷氨酸盐Threoninyl-Gamma-Glutamate	下调Down-regulation	有机酸及其衍生物 Organic acids and derivatives
	反式玉米素核糖 Trans-Zeatin riboside	下调Down-regulation	核苷、核苷酸及类似物 Nucleosides, nucleotides, and analogues

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