超声波与γ-氨基丁酸通过协同代谢调控提升上海青芽苗菜品质：来自多组学分析的见解

《Food Chemistry》：Ultrasound and γ-aminobutyric acid improve quality of Chinese kale sprouts through coordinated metabolic regulation: insights from multi-omics analysis

　　

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  超声波和GABA提高了中国芥蓝苗的生长和品质。
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  观察到初级和次级代谢的协调调节。
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  抗氧化化合物和硫苷显著增强。
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  多组学分析揭示了整合代谢重编程。
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  鉴定出包括WRKY75、MYB108和ERF113在内的关键转录因子。

引言

芽苗菜是幼嫩的可食用幼苗，具有生长迅速、营养密度高和抗氧化能力强等特点（Wang, Li, Gao, et al., 2023）。由于其生产周期短且富含生物活性化合物，芽苗菜作为功能食品正受到越来越多的关注（Ortiz et al., 2024）。其中，十字花科芽苗菜，包括来自Brassica oleracea和Brassica juncea的芽苗，因富含硫苷、酚类化合物和色素而备受推崇，这些成分对健康益处和感官品质均有贡献（Di, Li, et al., 2026; Zhou et al., 2025）。这些次级代谢产物不仅增强了抗氧化能力，还在植物防御和人类营养中发挥重要作用（Bansal et al., 2024; Cheng et al., 2024）。中国芥蓝（Brassica oleracea var. alboglabra）是一种原产于中国的传统十字花科蔬菜，主要种植在南方地区（Zhang et al., 2024）。由于其口味温和、生长迅速且营养价值高，中国芥蓝近来也被探索作为芽苗菜作物。与成熟蔬菜相比，芽苗菜通常表现出更高水平的生物活性化合物，使其成为功能成分的前景来源（Wang, Li, Gao, et al., 2023）。因此，中国芥蓝芽苗的生产已成为一种有前景的绿色、安全和高效方法。

由于环保、低成本和高效的特点，超声波已成为芽苗生产中一种有前景的非热技术（Liu et al., 2021）。作为物理诱导剂，超声波可通过促进水分吸收、削弱种皮结构和刺激代谢活性来增强种子萌发和早期幼苗生长（Liu, Sun, et al., 2024）。据报道，超声波处理可增加膜透性和酶活性，从而加速萌发过程中淀粉、蛋白质和脂质等贮藏储备的动员（Zhang et al., 2022）。因此，超声波可以增强可溶性糖、氨基酸和其他初级代谢产物的积累，为生长提供能量和底物（Ding et al., 2018）。除了对初级代谢的影响外，超声波还被证明能够刺激次级代谢产物的积累，包括酚类和黄酮类化合物，并增强各种芽苗系统中的抗氧化能力（Chiu, 2021; Qiao et al., 2024）。这些改善通常与关键代谢途径的激活有关，如苯丙烷途径。然而，以往的大多数研究集中于单个代谢反应，超声波对初级和次级代谢整合的综合影响仍知之甚少。此外，超声波诱导代谢变化的分子机制，特别是在转录水平上的机制，尚未得到充分阐明。

γ-氨基丁酸（GABA）是一种非蛋白质氨基酸，在植物中作为重要的信号分子发挥作用（Bown & Shelp, 2016）。它在调节碳-氮平衡、氧化还原稳态和胁迫反应中发挥核心作用，并与植物生长和发育密切相关（Chen et al., 2025; Kaba?a & Janicka, 2024）。已有广泛报道，外源施用GABA可通过促进糖类、氨基酸和抗氧化化合物的积累来改善植物品质（Chen et al., 2025）。特别是，GABA已被证明能够通过激活苯丙烷途径来增强酚类合成和抗氧化能力，并通过与三羧酸循环的相互作用来调节代谢通量（Gu et al., 2022）。尽管GABA的作用在采后保鲜和胁迫耐受方面已得到广泛研究，但其在调节芽苗发育过程中代谢过程方面的功能仍相对缺乏探索（Asgarian et al., 2022; Zhang, Guo, et al., 2025; Zhao et al., 2021）。重要的是，超声波和GABA的联合应用在芽苗系统中已有报道，其增强了GABA和其他生物活性化合物的积累并改善了抗氧化性能（Ding et al., 2018; Lang et al., 2023）。这些研究证明了结合物理和生化诱导剂的可行性，而非确立该组合本身作为新策略的地位。然而，这些处理如何重塑十字花科芽苗的代谢网络，特别是初级代谢与十字花科特有的次级代谢（如硫苷合成）之间的协调，仍知之甚少。此外，与这些代谢反应相关的转录调控网络也很少受到关注（Wang, Li, Yang, et al., 2023）。

因此，本研究旨在评估超声波、GABA及其联合处理对中国芥蓝芽苗生长和营养品质的影响，并利用整合的代谢组学和转录组学分析表征相关的代谢和转录反应。我们假设，超声波和GABA处理将通过初级和次级代谢的协调调节来改善中国芥蓝芽苗的生长和营养品质。本研究通过提供十字花科芽苗品质形成相关代谢和调控机制的多组学视角，拓展了以前的诱导研究。

章节摘要

植物材料与处理

选择"四季抽"品种的中国芥蓝（Brassica oleracea var. alboglabra）种子进行均匀性筛选，在37°C下用20毫升蒸馏水浸泡3小时。设置四个处理：蒸馏水（W）、超声波（U）、GABA（G）以及超声波联合GABA（UG）。GABA浓度是根据预实验选定的，使用0、5、10、20和50 mmol L^?1 GABA，其中20 mmol L^?1始终促进生物量积累且无明显生长抑制。

超声波和GABA促进中国芥蓝芽苗的生长

与W相比，U和G处理均显著促进中国芥蓝芽苗的生长，而UG进一步增强了这一效果。U处理芽苗的鲜重和株高分别比W高1.14倍和1.18倍，而G处理分别使它们增加了1.17倍和1.13倍。值得注意的是，G处理的鲜重最高（24.73克），而UG表现出最大的株高（5.15厘米），分别增加了1.16倍和1.28倍

讨论

本研究调查了超声波、GABA及其组合对中国芥蓝芽苗生长、品质和代谢的影响。两种处理均增强了生物量和营养特性，而联合处理在多个生长和品质特性上产生了全面的改善。多组学分析揭示了初级和次级代谢的协调调节，突出了整合物理和生化诱导策略的潜力

结论

本研究表明，超声波和GABA诱导通过协调的代谢和转录调控重塑了中国芥蓝芽苗的品质形成，而非仅通过单一营养特性的变化。超声波、GABA及其组合改善了多个生长和品质特性，尽管它们在个体特性上的相对效果有所差异。整合的代谢组学和转录组学分析进一步将这些表型反应与

CRediT作者贡献声明

Yu X.（俞雪娜）：撰写——初稿，调查。Zhou Z.（周正芬）：撰写——初稿，数据整理。Wang M.（王梦琪）：撰写——初稿，调查。Wu W.（吴文泽）：数据整理。Tang J.（唐佳怡）：数据整理。Ma J.（马杰）：调查，资金支持获取。Huang Z.（黄智）：数据整理。Tang Y.（唐怡）：调查。Li H.（李焕秀）：数据整理。Sun B.（孙波）：撰写——审稿与编辑，资金支持获取。Zhang F.（张芬）：撰写——审稿与编辑，资金支持获取，概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有任何已知的相互竞争的经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响到本论文报告的工作。

致谢

本研究得到国家自然科学基金委员会（32372683, 32372732）、贵州省高层次人才创新项目（BKRC202102, BKRC202306）、贵州省人才项目（RCJD2020-7）的资助。

Yu X.|Zhou Z.|Wang M.|Wu W.|Tang J.|Ma J.|Huang Z.|Tang Y.|Li H.|Sun B.|Zhang F.