基于MALDI-IMS技术的杏果实糖酸平衡与色素沉积空间代谢异质性研究

本研究首次应用基质辅助激光解吸电离质谱成像（MALDI-IMS）技术，揭示杏果实红黄区域糖（蔗糖/果糖）、有机酸（抗坏血酸/柠檬酸/苹果酸）及色素（类胡萝卜素/花青素）的空间分布差异，为果实风味形成和品质育种提供新视角。

　　

1 引言

杏（Prunus armeniaca L.）因其独特风味和丰富营养备受关注，但果实内部代谢物的空间分布规律尚未阐明。研究首次采用空间代谢组学技术MALDI-IMS，解析杏果实红黄区域的糖酸代谢与色素沉积异质性。前人研究表明，蔗糖可激活MYB75/PAP1等基因促进花青素合成，而苹果酸与柠檬酸的比值直接影响果实酸度感知。类胡萝卜素与花青素的动态平衡决定果实色泽，但二者在组织层面的空间竞争关系仍待探索。

2 材料与方法

实验材料采自呼和浩特万家沟果园，通过冷冻切片（50 μm）结合DHB基质喷涂，采用tims TOF flex质谱（分辨率40,000）进行成像分析。生理指标检测采用酶标法测定糖酸含量，pH示差法量化花青素。数据经SCiLS Lab软件RMS归一化后，进行PCA/OPLS-DA多变量统计分析。

3 结果

3.1 生理指标分析

红区蔗糖含量（21.39 mg/g）显著高于黄区（17.79 mg/g），而黄区果糖（31.54 mg/100g）、抗坏血酸（11.03 mg/g）和柠檬酸（6.41 mg/g）更丰富。类胡萝卜素在红区达29.25 mg/g，花青素Cyanidin-3-O-(6’’-O-malonyl)glucoside特异性富集于果皮附近。

3.2 代谢相关性

抗坏血酸与柠檬酸呈强正相关（r=0.9971），而与花青素显著负相关（r=-0.9795）。柠檬酸对类胡萝卜素积累具有抑制作用（r=-0.9953），揭示酸代谢与色素合成的拮抗关系。

3.3 空间成像特征

MALDI-IMS显示N-乙酰-D-甘露糖胺在红区呈皮层富集模式，而黄区分布均匀。苹果酸在红区果肉信号强度达黄区的1.8倍，抗坏血酸磷酸酯则在黄区含量高出6倍。关键花青素Petunidin 3-(6’’-p-coumarylglucoside)在红区全组织分布，而类胡萝卜素衍生物13-apo-β-胡萝卜酮在黄区果皮特异性累积。

4 讨论

红区通过高蔗糖-类胡萝卜素协同形成甜味视觉信号，黄区依赖果酸-抗坏血酸轴增强抗氧化活性。花青素与类胡萝卜素的负相关（r=-0.9858）暗示代谢流竞争，可能受MYB转录因子调控。空间代谢异质性为解释杏果实"外红内黄"表型提供新证据，但需结合转录组验证糖信号（如sucrose synthase）对色素合成的调控。

5 结论

研究建立杏果实首张空间代谢图谱，阐明红区以蔗糖-花青素为主导、黄区以果酸-类胡萝卜素为特征的"双色代谢模式"。该发现为定向改良果实风味（糖酸比优化）和营养强化（抗氧化色素富集）提供理论依据，推动园艺作物品质设计的精准调控策略发展。