蔗糖与褪黑素协同调控芥蓝芽苗营养品质的分子机制及生理效应研究

推荐：本研究针对芥蓝芽苗生长受限及营养品质下降问题，通过蔗糖与褪黑素单独及联合处理，揭示了二者协同调控芽苗生物量、色素积累及抗氧化物质合成的机制。结果表明，褪黑素缓解蔗糖/甘露醇诱导的生长抑制，蔗糖通过激活淀粉代谢和花青素合成通路提升可溶性糖含量，联合处理则通过苯丙烷代谢和硫苷生物合成途径显著增强抗氧化能力与硫苷积累。该研究为功能性芽苗菜安全生产提供了新策略。

　　

研究背景与意义

芥蓝（Brassica oleracea var. alboglabra）作为十字花科蔬菜，其芽苗因富含硫苷（glucosinolates）、抗坏血酸（ascorbic acid）和多酚等生物活性物质，成为功能性食品研究热点。然而，芽苗生产面临生长迟缓、营养品质不稳定等挑战。蔗糖既是碳源又是信号分子，可调控植物次级代谢；褪黑素（melatonin）则具有抗氧化和生长调节功能。但二者如何协同影响芥蓝芽苗品质尚不明确。四川农业大学团队在《LWT》发表研究，首次解析了蔗糖与褪黑素协同调控芥蓝芽苗营养品质的分子机制。

关键技术方法

研究以'四季粗条'芥蓝为材料，设置蒸馏水（CK）、褪黑素（MT）、甘露醇（m）、蔗糖（s）及联合处理（Mm/Ms）6组，通过生理指标测定、转录组和代谢组分析，结合HPLC（高效液相色谱）和GC-MS（气相色谱-质谱）技术，系统评估了生长参数、色素、糖类、硫苷及抗氧化物质含量，并挖掘了关键代谢通路基因表达模式。

研究结果

3.1 幼苗生长

蔗糖和甘露醇显著抑制芽苗株高，而褪黑素处理（MT）使株高和鲜重分别增加20.95%和11.13%。联合处理（Ms）逆转了蔗糖的抑制效应，鲜重提升19.33%。转录组显示，褪黑素上调光合作用相关基因表达（附图2）。

3.2 色素积累

蔗糖处理导致叶绿素a/b降低33%，而褪黑素通过激活叶绿素合成基因（如SGR、PAO）使其含量提升8-9.5%。联合处理显著增加类胡萝卜素（如β-胡萝卜素2.37 mg g^-1 DW）和花青素（49.59%），其中蔗糖通过上调CHS、LDOX等花青素合成基因发挥作用。

3.3 糖代谢

蔗糖处理使内源蔗糖含量提升3.64倍（20.66 mg g^-1 DW），并激活蔗糖合成酶（SUS）和β-淀粉酶（BAM）基因，促进淀粉转化为可溶性糖。代谢组证实蔗糖显著上调果糖（45.69 mg g^-1 DW）等17种糖类。

3.5 抗氧化物质

联合处理使抗坏血酸（31.69%）、总酚（26.16%）和FRAP（铁还原能力）达峰值。转录组揭示蔗糖通过上调12个GST（谷胱甘肽S-转移酶）基因增强抗氧化防御，而褪黑素进一步激活APX（抗坏血酸过氧化物酶）和DHAR（脱氢抗坏血酸还原酶）通路。

3.6 硫苷合成

甘露醇处理使脂肪族硫苷（如gluconapin 74.10 μmol g^-1 DW）增加39.25%，机制上通过诱导MAM1（甲基硫代烷基苹果酸合酶）和CYP79F1（细胞色素P450）基因表达。联合处理则协同上调MYB28/MYB34转录因子，使硫苷总量提升40.36%。

结论与展望

该研究阐明蔗糖通过淀粉代谢和花青素合成通路提升芽苗糖分积累，而褪黑素通过缓解氧化应激促进生长；二者协同激活苯丙烷代谢和硫苷合成关键基因（如4CL、UGT74B1），实现营养品质协同增效。该成果为十字花科芽苗菜的品质调控提供了理论依据，其安全、低成本的化学调控策略具有产业化应用潜力。未来需进一步优化处理参数，推动实验室成果向规模化生产转化。