利用基于核磁共振（NMR）的非靶向代谢组学技术，研究‘Hass’品种牛油果（Persea americana Mill. Hass）在采后成熟过程中的代谢组特征

《Postharvest Biology and Technology》：Investigation of metabolomic characteristics of ‘Hass’ avocados ( Persea americana Mill. Hass) during postharvest ripening using NMR-based untargeted metabolomics

牛油果后熟过程中果肉、果皮及种子的代谢组学分析揭示糖类、氨基酸、酚类等关键代谢物动态变化，果肉和果皮中代谢物变化显著，种子变化较小，主要涉及能量代谢、氧化应激响应及风味形成等途径。

　　在全球范围内，鳄梨因其独特的风味和丰富的营养价值而受到广泛欢迎，它与多种健康益处密切相关。然而，鳄梨在采摘后的成熟过程中发生的内部化学变化对其品质和市场价值具有深远影响。目前，尚未有研究全面概述鳄梨各个组织中的代谢变化。本研究采用基于核磁共振（NMR）的非靶向代谢组学方法，系统地分析了‘Hass’鳄梨（Persea americana Mill. Hass）在采摘后不同成熟阶段（未成熟、成熟和过熟）中果肉、果皮和种子的代谢变化。研究发现，果肉和果皮中的多种代谢物在不同成熟阶段发生了显著变化，而种子中的代谢物变化则相对不明显。例如，七碳糖如甘露七糖和珀赛itol，以及葡萄糖、果糖和蔗糖的含量明显下降，而氧化糖如葡萄糖内酯和半乳糖内酯则显著增加。支链氨基酸和天冬氨酸的含量减少，而谷氨酸和谷氨酰胺的含量增加。此外，香豆酸和芹菜素衍生物等酚类化合物的水平也有所上升。这些定量变化与特定的代谢通路富集结果相吻合，揭示了与能量代谢、氧化还原状态、分解代谢相关的代谢路径，以及风味形成和质地变化的关联。本研究为鳄梨的基础代谢过程提供了重要见解，有助于优化采摘后的处理和储存策略，以更好地利用鳄梨的代谢特征。

鳄梨的广泛受欢迎不仅源于其独特的风味和奶油质地，还因为其富含健康脂肪、维生素、矿物质、纤维和抗氧化剂，这些成分对健康有益。特别是鳄梨在预防和缓解肥胖、心血管疾病、糖尿病和癌症等方面具有积极作用，因此其生产和消费预计将持续增长。鳄梨属于呼吸跃变型果实，采摘后会继续成熟，显著增加二氧化碳和乙烯的产生。与香蕉、芒果和木瓜等其他呼吸跃变型果实不同，鳄梨在成熟过程中并不会出现糖分增加和甜度上升的现象。已有研究表明，在采摘后的储存和成熟过程中，鳄梨果肉和果皮中的总可溶性糖含量会发生显著变化，表现出逐渐下降的趋势，伴随着甘露七糖和珀赛itol的大幅减少。此外，氨基酸和有机酸的变化也与鳄梨的感官特性密切相关，且与其它呼吸跃变型果实存在显著差异。然而，许多以往的研究仅限于特定物质或代谢物群体的分析，因此有必要通过代谢组学方法，对鳄梨采摘后成熟过程中同时发生的代谢变化进行全面分析。

代谢组学作为一种先进的组学方法，能够深入研究鳄梨采摘后成熟过程中的代谢组，从而满足对果实品质和延长货架期的需求。该方法有助于全面了解复杂的代谢网络及其在生物通路中的作用，从而识别和管理与采摘后成熟过程相关的关键代谢物，进而改善果实品质和延长货架期。在一项关于‘Hass’鳄梨采摘后成熟异质性的代谢组学研究中，利用液相色谱-质谱（LC-MS）和气相色谱-质谱（GC-MS）技术，发现鳄梨果肉中的某些氨基酸和亚油酸与成熟速率密切相关，而慢熟鳄梨中的关键代谢前体水平则相对较低。基于核磁共振（NMR）的代谢组学方法具有广泛的代谢物检测能力、高可重复性、操作简便以及提供结构信息的优势，有助于代谢物的鉴定。尽管如此，目前尚无研究采用NMR代谢组学方法来解析鳄梨采摘后成熟过程中发生的全面代谢变化，这在该领域留下了重要的知识空白。鉴于鳄梨在采摘后成熟过程中可能带来的显著效益，本研究采用了代谢组学方法，以揭示果实如何适应采摘后环境变化，从而为提升鳄梨的品质和营养价值提供依据。

本研究使用了1H NMR代谢组学方法，分析了‘Hass’鳄梨在不同采摘后成熟阶段（未成熟、成熟和过熟）中果肉、果皮和种子的代谢变化。通过这种研究，可以获取关于鳄梨生物生理学的重要信息，有助于更好地理解其功能潜力、品质和储存特性。鳄梨的成熟通常伴随着颜色、质地和风味的变化，使其更加诱人且适合食用。因此，监测这些物理特性，如颜色变化和果肉硬度，对于评估鳄梨的品质和成熟度至关重要。在本研究中，鳄梨果皮颜色和果肉硬度在不同成熟阶段均发生了显著变化。随着鳄梨的成熟，CIE L*a*b*颜色系统中的L*值下降，表明果皮颜色变深。同时，b*值上升，表明果皮颜色变得更加黄。a*值则在未成熟至成熟阶段上升，但在过熟阶段下降，这反映了果皮颜色从绿色向深黄色转变的过程。果肉硬度则在未成熟至成熟阶段显著降低，这一变化与之前的研究结果一致，表明鳄梨的成熟度可以通过这些物理指标进行有效评估。

为了进一步揭示鳄梨采摘后成熟过程中的代谢变化，本研究采用了多种多元统计分析方法，包括主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）。这些方法能够识别不同成熟阶段和不同组织间的代谢差异。在PCA得分图中，鳄梨果肉和果皮在不同成熟阶段表现出明显的代谢聚类和分离模式，而种子的代谢变化则不那么显著。OPLS-DA得分图则进一步突出了不同成熟阶段和组织间的代谢差异，表明代谢物的变化在果肉和果皮中更为显著。通过这些统计分析，研究者能够更清晰地理解鳄梨在采摘后成熟过程中代谢物的变化趋势。

代谢物的变化不仅涉及糖类，还包括氨基酸、脂类化合物、有机酸和酚类化合物等。糖类的变化主要体现在七碳糖如甘露七糖和珀赛itol的快速下降，以及氧化糖如葡萄糖内酯和半乳糖内酯的增加。这些变化可能与鳄梨的能量储存和利用机制密切相关。例如，鳄梨在采摘后成熟过程中，呼吸作用增强，导致这些糖类被转化为能量。然而，糖类含量的变化也可能受到储存条件的影响。在一些研究中，当鳄梨被包裹并低温储存时，葡萄糖的含量并未发生变化，这表明在特定条件下，糖类的代谢可能受到调控。此外，甘露七糖和珀赛itol的含量在采摘后迅速下降，这可能与它们在抗氧化作用中的重要性有关，因为它们在成熟过程中可能被用于抵抗氧化应激。

氨基酸的变化也与鳄梨的成熟密切相关。支链氨基酸（BCAAs）如缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的含量在未成熟至成熟阶段下降，这可能与它们作为挥发性化合物的前体有关。例如，BCAAs可以转化为醇类、酯类、醛类和脂类衍生的化合物，这些化合物对鳄梨的风味有重要影响。同时，天冬氨酸的含量下降，而谷氨酸和谷氨酰胺的含量增加，这可能与它们在能量代谢和信号传导中的作用有关。谷氨酸作为常见的氨基酸，在多种呼吸跃变型果实中可以增强鲜味，其在鳄梨中的增加可能与成熟过程中的代谢调整有关。此外，芳香族氨基酸如苯丙氨酸和酪氨酸的含量在成熟过程中下降，这可能与它们在次级代谢途径中的作用有关，例如在抗氧化物合成中的参与。

脂类化合物的变化相对较小，但它们在鳄梨的成熟过程中仍然具有重要意义。鳄梨富含单不饱和脂肪酸，尤其是油酸，这使其在营养和健康方面具有独特优势。此外，鳄梨中含有独特的醋酸菌素，这些化合物来源于长链脂肪酸的生物合成。尽管这些化合物在鳄梨中含量丰富，但在成熟过程中其含量变化不大，显示出一定的代谢稳定性。这种稳定性可能与鳄梨的生理特性有关，因为其种子在成熟过程中保持代谢惰性，直到满足发芽条件才开始活跃。

有机酸的变化则反映了鳄梨成熟过程中的能量代谢和氧化应激反应。例如，醋酸、苹果酸和富马酸的含量在过熟鳄梨果肉中显著下降，这可能与这些有机酸在能量代谢中的作用有关。同时，琥珀酸的含量增加，这可能与琥珀酸合成途径的增强有关。此外，甲酸的含量增加，这可能与氧化应激反应有关，因为甲酸在植物中可以作为应激信号分子。鳄梨在成熟过程中由于呼吸作用和分解代谢的增强，可能导致氧化应激的增加，从而促进甲酸的积累。

酚类化合物的变化在鳄梨成熟过程中也表现出显著特征。这些化合物通常在NMR谱图的下场区域出现，该区域覆盖大约6到10 ppm，显示出复杂的信号重叠，表明存在多种酚类化合物。通过NMR和LC-MS分析，可以更全面地了解这些化合物的组成和模式。例如，香豆酸和芹菜素衍生物的含量在成熟过程中显著增加，这可能与内在的氧化过程有关。这些氧化过程可能引发轻微的氧化应激，而在呼吸跃变型果实如鳄梨中，这种应激通常伴随着呼吸速率和乙烯合成的显著增加。这些反应可能促进活性氧（ROS）的产生，而ROS可能作为信号分子，触发抗氧化酚类化合物的积累和合成。然而，酚类化合物的变化也可能受到特定环境条件的影响。

此外，本研究还观察到其他代谢物的变化，如ATP和三甲胺氧化物（trigonelline）。ATP的含量在鳄梨成熟过程中增加，这表明呼吸作用增强，为果实提供能量。而三甲胺氧化物的含量在果肉和果皮中显著下降，这可能与氮代谢和渗透压调节有关。三甲胺氧化物在鳄梨中可能具有苦味，因此其含量的下降可能使鳄梨的风味更加可口。同时，胆碱的含量在过熟鳄梨果肉中增加，这可能与果肉软化和细胞膜分解有关，胆碱作为细胞膜磷脂的一部分和甲基供体分子，其增加可能与细胞膜的分解和代谢活动有关。

综上所述，本研究通过基于NMR的代谢组学方法，揭示了鳄梨在不同成熟阶段中果肉、果皮和种子的代谢变化。研究发现，果肉和果皮中的代谢物变化显著，而种子的变化相对较小。这些变化涉及糖类、氨基酸、脂类化合物、有机酸和酚类化合物等多个代谢物类别，与鳄梨的生理过程如能量代谢、氧化应激反应、风味形成和质地变化密切相关。通过这些代谢物的变化，可以更深入地理解鳄梨在采摘后成熟过程中的代谢机制，从而为优化其采摘后的处理和储存策略提供科学依据。同时，研究还强调了鳄梨未成熟阶段中独特糖类如甘露七糖和珀赛itol的高含量，这些糖类可能具有抗氧化作用和潜在的健康益处，因此未成熟鳄梨可能在功能性和营养价值方面更具优势。此外，鳄梨种子的代谢稳定性可能使其成为一种可持续的生物活性化合物和抗氧化剂来源，这为鳄梨的综合利用提供了新的思路。这些发现不仅有助于提升鳄梨的品质和营养价值，还可能为制定更加科学的采摘后处理和储存策略提供依据。