冯佰利教授团队在糜子籽粒响应碱胁迫的品质变化和代谢物适应机制研究方面取得进展

土地盐碱化严重制约全球农作物生长和产量形成，糜子作为起源于我国的古老农作物，有较强的耐盐碱胁迫的能力，目前关于糜子籽粒对碱胁迫的响应尚未见相关报道。近期，农学院特色杂粮科技创新团队在国际权威学术期刊《Food Research International》上在线发表题为“Widely targeted metabolomic analysis revealed the effects of alkaline stress on nonvolatile and volatile metabolites in broomcorn millet grains”的研究论文。2019级博士研究生马前为论文第一作者，冯佰利教授为论文通讯作者。

非生物胁迫会影响作物蛋白质、脂质、非结构性碳水化合物、矿物质、抗氧化剂、饲料价值以及物理和感官特性，且非生物胁迫对营养和功能特性的影响因作物而异。研究碱胁迫对糜子籽粒营养成分、功能性物质和代谢物变化的影响，对完善糜子功能性食品产业链，构建多元化食物供给体系，树立大食物观有重要意义。

该项研究通过盆栽试验、精准靶向代谢组测定分析、广泛靶向代谢组测定分析等试验方法和技术手段，探究了碱胁迫对糜子营养成分、功能性物质、非挥发性代谢组和挥发性代谢组的影响。研究发现，在糜子籽粒中共鉴定出933种非挥发性代谢物和313种挥发性代谢物，碱胁迫分别引起114种和89种非挥发性代谢物以及16种和20种挥发性代谢物在碱敏感糜子和耐碱糜子籽粒中差异积累。与对照相比，碱胁迫改变了成熟期糜子籽粒苯丙素、黄酮类化合物、黄酮和黄酮醇、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成以及精氨酸和脯氨酸、色氨酸和抗坏血酸的代谢。碱胁迫下，糜子籽粒酚酸、类黄酮、氨基酸及其衍生物、有机酸等代谢物含量增加，碱敏感糜子相关代谢物变化更显著。这些发现为进一步研究糜子籽粒的食品化学和功能性食品开发及盐碱地利用提供了有价值的信息。

此前，特色杂粮科技创新团队完成了296份糜子种质资源耐碱性鉴定与评价，结合形态学、生理学、转录组学与代谢组学从“宏观—微观”以及“表型—生理—分子”多层面、多角度揭示耐碱性不同的糜子对碱胁迫的响应和适应机制，并揭示了24-表油菜素内酯缓解糜子碱胁迫的生理和分子机制，为盐碱地作物生产提供了可行性依据，为植物改良盐碱地奠定了理论基础。相关研究成果发表在《Journal of Environmental Management》、《Ecotoxicology and Environmental Safety》、《Global Change Biology Bioenergy》、《Land Degradation & Development》、《Frontiers in Plant Science》等学术期刊。

该研究得到了国家谷子高粱产业技术体系和陕西省小杂粮产业技术体系等项目资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.foodres.2023.113066