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作物杂志,2022, 第6期: 167–173 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2022.06.024

• 生理生化·植物营养·栽培耕作 • 上一篇    下一篇

芋头挥发性代谢物分析及其品质综合评价

郭巨先1(), 黄家昕2, 李桂花1, 符梅1, 罗文龙1, 王俊2, 陆美莲2()   

  1. 1广东省农业科学院蔬菜研究所/广东省蔬菜新技术研究重点实验室，510640，广东广州
    2仲恺农业工程学院，510225，广东广州
  • 收稿日期:2021-08-20 修回日期:2021-09-14 出版日期:2022-12-15 发布日期:2022-12-21
  • 通讯作者: 陆美莲
  • 作者简介:郭巨先，主要从事蔬菜作物种质资源方面研究，E-mail：guojuxian2021@163.com
  • 基金资助:
    广东省驻镇帮镇扶村科技特派员项目(KTP20210007);广东省蔬菜新技术重点实验室开放课题(201906)

Volatiles Metabolites Analysis and Evaluation on Quality Traits of Different Tora Varieties

Guo Juxian1(), Huang Jiaxin2, Li Guihua1, Fu Mei1, Luo Wenlong1, Wang Jun2, Lu Meilian2()   

  1. 1Vegetable Research Institute, Guangdong Academy of Agricultural Sciences/Guangdong Key Laboratory for New Technology Research of Vegetables, Guangzhou 510640, Guangdong, China
    2Zhongkai University of Agriculture and Engineering, Guangzhou 510225, Guangdong, China
  • Received:2021-08-20 Revised:2021-09-14 Online:2022-12-15 Published:2022-12-21
  • Contact: Lu Meilian

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PDF (PC)

113

摘要：

芋头是一种重要的蔬菜兼粮食作物，其营养丰富且药用价值高，然而对于芋头品质性状的评价及分子机理的研究较少。以来源于我国不同地区的18个芋头品种为例，运用生物信息学方法系统评价其外观和营养物质指标，并利用GC-MS气质联用法对挥发性代谢物进行定性和定量分析。结果表明，魁芋芋头的单芋重、干物质和淀粉含量相对高于多子芋。不同芋头品种的品质指标存在明显差异，主成分分析降维方法分析到了4个独立的综合指标，其累计贡献率达82.31%，解释了芋头品质的大部分变异信息。综合得分排名前5名的全部是魁芋。以炭步香芋和花都红芽芋为例的代谢组学分析，共鉴定到76种挥发性代谢物，其中香型中显著上调的代谢物包括1-甲基乙基-萘和4-甲基-6-庚烯-4油化物，说明这2种代谢物很可能与香味生物学功能有关。

关键词: 芋头, 营养成分, 品质评价, 主成分分析, 挥发性代谢物

Abstract:

Taro is an important vegetable as well as a staple crop, which is abundant in nutrition and drugs components. However, the studies on the evaluation of taro quality traits and its molecular mechanism were less reported. We systematically evaluated the appearance and nutrient indexes of 18 taro varieties derived from different ecological regions of China by bioinformatics methods, and quantitively and qualitatively determined the relative abundance of volatiles metabolites with GC-MS approach. The results showed that weight per taro, dry mass and starch contents were relatively higher in Kui taro than that in Duozi taro. The quality traits in different taro varieties exert huge variation. Principal component analysis (PCA) revealed the four independent indexes from the determined quality traits, with 82.31% accumulative contribution rates, which reflected the majority variation information. The top five comprehensive scores were found to belong to Kui taro. Furthermore, we analyzed the differentially abundant volatiles metabolites in Tanbu xiang taro and Huaduhongya taro, and identified 76 volatiles metabolites, including two extremely upregulated metabolites, 4-methyl-6-hepten-4-olide and 1-methylethyl-naphthalene, especially in Tanbuxiang taro. The two key metabolites are very likely related to the biological function of aromatic profiles.

Key words: Taro, Nutritional components, Quality evaluation, Principal component analysis, Volatiles metabolites

表1

供试芋品种和来源

品种编号
Variety
number		 品种名称
Variety name		 来源
Origin		 品种类别
Variety
clustering
1 江西白芽芋Jiangxibaiya taro 江西寻乌 多子芋
2 广西红芽芋Guangxihongya taro 广西天等 多子芋
3 山东小毛芋Shandongxiaomao taro 山东日照 多子芋
4 常德紫禾芋Changdezihe taro 湖南常德 多子芋
5 常德红禾芋Changdehonghe taro 湖南常德 多子芋
6 花都红芽芋Huaduhongya taro 广东广州 多子芋
7 连州岭芋Lianzhouling taro 广东连州 多子芋
8 长亭香芋Changtingxiang taro 福建长亭 魁芋
9 荔浦香芋Lipuxiang taro 广西荔浦 魁芋
10 张溪香芋Zhangxixiang taro 广东乐昌 魁芋
11 始兴香芋Shixingxiang taro 广东始兴 魁芋
12 乳源香芋Ruyuanxiang taro 广东乳源 魁芋
13 连州香芋Lianzhouxiang taro 广东连州 魁芋
14 江西香芋Jiangxixiang taro 江西南非 魁芋
15 永州香芋Yongzhouxiang taro 湖南永州 魁芋
16 龙岩香芋Longyanxiang taro 福建龙岩 魁芋
17 儋州香芋Danzhouxiang taro 海南儋州 魁芋
18 炭步香芋Tanbuxiang taro 广东广州 魁芋

表2

不同芋头品种的硬度、纵径、横径和单芋重的比较分析

品种编号Variety number 硬度Hardness (kg/cm2) 纵径Longitudinal diameter (cm) 横径Transverse diameter (cm) 单芋重Weight per taro (g)
1 1.17±0.64de 5.50±0.50h 4.50±0.50fg 58.33±13.09g
2 2.40±1.23abcd 7.00±0.50gh 3.67±0.58gh 68.33±13.48g
3 2.20±0.20abcde 5.33±0.58h 3.01±0.01h 39.17±11.18g
4 2.60±0.79abc 5.33±0.29h 4.67±0.29fg 81.23±7.43g
5 2.17±0.91abcde 5.33±1.26h 4.51±0.50fg 68.11±9.95g
6 1.21±0.58de 8.01±1.00gh 4.67±0.29f 119.67±16.44g
7 1.61±0.26cde 5.51±0.87h 3.01±0.51h 37.73±6.22g
8 1.80±0.98abcde 12.33±0.58ef 8.00±0.01e 590.71±71.05f
9 1.03±0.35e 11.01±1.12f 8.02±0.01e 635.00±36.40def
10 1.63±1.31bcde 22.00±1.73b 10.33±0.58a 1280.33±62.38c
11 1.97±0.38abcde 15.67±2.08c 8.33±0.58de 762.61±128.62def
12 0.91±0.10e 25.67±0.58a 9.17±0.29bcd 1614.63±156.18b
13 2.57±0.93abc 14.33±0.58cd 8.33±0.58de 734.50±58.34def
14 3.13±0.12a 13.01±1.01de 9.54±0.51abc 616.33±74.70ef
15 2.80±0.36abc 10.67±0.58f 8.67±0.29cde 644.41±14.86def
16 2.97±0.42ab 14.33±0.58cd 9.33±0.58bc 614.03±55.43ef
17 0.90±0.10e 11.00±0.50f 7.83±0.76e 530.03±28.47f
18 0.91±0.10e 27.33±0.58a 9.67±0.29ab 1900.01±100.01a
平均值Average 1.89 12.19 6.95 577.51
变异系数CV (%) 48.94 55.91 36.30 94.54

表3

不同芋头品种各外观品质指标的皮尔森相关性分析

指标Index 硬度Hardness 纵径Longitudinal diameter 横径Transverse diameter 单芋重Weight per taro
硬度Hardness 1.000
纵径Longitudinal diameter -0.303 1.000
横径Transverse diameter 0.000 0.815** 1.000
单芋重Weight per taro -0.326 0.987** 0.823** 1.000

图1

18个芋头品种的营养品质相关参数的变异

表4

9个营养品质相关指标的皮尔森相关性分析

指标
Index		 Vc 总酚
Total phenolics		 黄酮
Flavone		 直链淀粉
Amylose		 支链淀粉
Amylopectin		 粗纤维
Crude fiber		 还原糖
Reducing sugar		 蛋白质
Protein		 干物质
Dry mass
Vc 1.000
总酚Total phenolics -0.153 1.000
黄酮Flavone -0.106 -0.455 1.000
直链淀粉Amylose 0.602** -0.246 0.430 1.000
支链淀粉Amylopectin -0.029 -0.490* 0.868** 0.588* 1.000
粗纤维Crude fiber 0.320 0.213 0.341 0.338 -0.057 1.000
还原糖Reducing sugar -0.285 0.548* -0.191 -0.255 -0.273 0.254 1.000
蛋白质Protein 0.098 0.244 0.034 -0.036 -0.089 -0.119 -0.144 1.000
干物质Dry mass 0.220 -0.872 0.853 0.698 0.809 -0.510 -0.782 -0.469 1.000

表5

4个主成分的特征值、贡献率及累计贡献率

品质指标
Quality index		 主成分1
PC1		 主成分2
PC2		 主成分3
PC4		 主成分4
PC4
硬度Hardness -0.02 0.24 -0.85 0.06
纵径Longitudinal diameter 0.81 -0.37 0.26 -0.13
横径Transverse diameter 0.91 -0.27 -0.10 0.06
单芋重Weight per taro 0.79 -0.39 0.27 -0.10
Vc 0.03 0.68 0.28 -0.56
总酚Total phenolics -0.72 0.11 -0.10 0.43
黄酮Flavone 0.83 0.09 -0.18 0.36
直链淀粉Amylose 0.45 0.84 0.11 0.02
支链淀粉Amylopectin 0.89 0.22 -0.02 0.33
粗纤维Crude fiber -0.25 0.56 0.49 0.21
干物质Dry mass -0.85 -0.40 0.06 -0.26
还原糖Reducing sugar -0.46 -0.15 0.37 0.67
蛋白质Protein -0.06 0.11 -0.56 -0.11
特征值Eigenvalue 5.38 2.20 1.74 1.37
贡献率Contribution rate (%) 41.42 16.96 13.41 10.52
累计贡献率
Accumulative contribution
rate (%)		 41.42 58.38 71.79 82.31

表6

供试芋品种的主成分得分及其排序

品种编号Variety number 主成分1PC1 主成分2PC2 主成分3PC3 主成分4PC4 前4名PCTop 4 of PC 排序Ranking
1 -1.76 -0.15 1.31 0.46 -0.78 14
2 -0.15 3.02 0.41 -1.59 0.08 8
3 -1.70 0.21 -0.48 -0.47 -0.95 16
4 -1.40 0.27 -0.88 -0.06 -0.66 13
5 -2.01 -0.64 -0.78 0.53 -0.98 17
6 -1.13 -0.68 0.20 -1.65 -1.19 18
7 -2.14 -0.65 0.71 1.38 -0.80 15
8 0.36 0.80 0.25 1.86 0.88 3
9 0.30 1.19 0.84 1.22 0.75 4
10 2.37 -0.42 0.18 0.15 1.15 1
11 0.51 -0.83 0.23 -0.13 0.04 9
12 2.32 -0.85 1.16 0.34 1.09 2
13 0.69 0.64 -0.13 0.27 0.56 7
14 0.24 -0.28 -2.58 -0.26 -0.01 10
15 0.83 0.17 -1.00 0.38 0.57 6
16 -0.34 -0.59 -1.09 0.09 -0.26 12
17 0.28 0.14 0.36 -0.87 -0.07 11
18 2.70 -1.34 1.27 -1.70 0.58 5

图2

炭步香芋和花都红芽芋的差异挥发性代谢物比较 (a) 根部横截面，(b) 挥发性代谢物的主成分分析，(c) 76种挥发性代谢物相对丰度变异热图，(d) 差异性挥发代谢物的火山图

表7

芋头的2种差异性挥发性代谢物

物质Compound 保留时间
Retention time (min)		 品种编号Variety number P值
P value		 Log2FC 调控
Regulation
6 18
4-甲基-6-庚烯-4-油化物4-methyl-6-hepten-4-olide 24.7097 30.10±7.24a 156.10±30.68a 0.015214 -2.37471 上调
1-甲基乙基-萘1-methylethyl-naphthalene 22.0401 3.45±1.34b 8.61±0.50b 0.013334 -1.31847 上调
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