LED光调控西兰花芽苗菜萝卜硫素富集机制研究

In this study, the changes of the growth, photosynthesis, substance metabolism, antioxidant system, methionine, sulfur, glucoraphanin and sulforaphane as well as the activity of related enzymes in broccoli sprouts treated with different LED light qualities and photoperiods will be firstly investigated, in order to obtain the optimum photoperiod. On this base, the transformation relationship between glucoraphanin and related glucosinolates in broccoli sprouts under LED lights will be examined. Meanwhile, the dynamic balance between sulforaphane and sulforaphane nitrile as well as other isothiocyanates also will be studied. In addition, the expression levels of genes related to sulforaphane metabolism, proteome expression patterns and metabolic pathway will be explored. The regulatory networks of sulforaphane accumulation in broccoli sprouts under LED lights will be built. This study will reveal the scientific mechanism of LED lights on sulforaphane accumulation in broccoli sprouts from levels of physiology and biochemistry, gene expression and proteomics. The results not only will enrich the scientific theory of sprout foods but also will promote the commercial production of sulforaphane-rich functional sprouts vegetable.

本项目以西兰花芽苗菜为试材，首先研究不同LED光质和光周期处理对西兰花芽苗菜生长状况、光合作用、物质代谢、抗氧化系统、甲硫氨酸、硫、萝卜硫苷及萝卜硫素含量及相关酶活性，确定不同光质处理下的最佳光周期；然后分析不同光质在最佳光周期下萝卜硫苷与相关硫苷之间的转化关系，明确萝卜硫素与萝卜硫腈和其它异硫氰酸酯之间的动态平衡关系；探讨不同LED光质对萝卜硫素代谢相关酶基因表达的影响，并运用iTRAQ技术分析蛋白表达谱的变化和代谢通路，构建LED光调控西兰花芽苗菜富集萝卜硫素的蛋白网络。本研究将从生理生化、基因转录和蛋白质组学三个层面上全面揭示LED光调控西兰花芽苗菜萝卜硫素富集的机理。研究结果有助于丰富LED在芽苗菜中的应用，对推动富含萝卜硫素的功能性芽苗菜类食品产业化发展具有实际意义。

LED光能够调节植物的生长和次生代谢，在调节硫代葡萄糖苷合成和萝卜硫素形成起重要作用。本研究利用荧光定量PCR和iTRAQ蛋白组学技术，从生理生化、基因转录和蛋白质组学三个层面上揭示LED光调控西兰花芽苗菜萝卜硫素富集的机理。研究结果表明，光照均有效提高西兰花芽苗菜的营养品质，光周期为16 h·d-1更有利于萝卜硫素的形成。黄光处理下，西兰花芽苗菜中萝卜硫苷含量最高，紫光和蓝光处理次之，同时葡萄糖含量也高于其他光照；而黄光和蓝光处理下西兰花芽苗菜中萝卜硫素的富集效果显著高于其他光照。LED光通过调节萝卜硫苷合成途径中相关基因和蛋白表达实现萝卜硫苷富集，尤其在黄光处理下，MYB28、 Elong、CYP79F1,、CYP83A1、UGT74B1 和 FMOGS-OX1的表达量显著提高，其中萝卜硫苷合成的关键基因FMOGS-OX1的表达量显著上调50.22倍；同时，萝卜硫苷合成的蛋白S-腺苷甲硫氨酸合成酶1（SAM1）、S-腺苷甲硫氨酸合成酶2（SAM2）和S-腺苷甲硫氨酸合成酶4（SAM4）的表达较白光显著提高， 3-异丙基苹果酸脱氢酶（IPMDH）的表达也较白光显著提高；因此萝卜硫素形成量显著提高。蓝光更主要是通过提高降解途径重要基因MYR和ESM1的表达及MYR1、MYR2 、ESP 蛋白和ESP 修饰蛋白（ESM1）的蛋白表达，从而实现萝卜硫素富集的。结合生理生化指标，蓝光是更适合西兰花芽苗菜培育的光照方式。本项目研究结果为安全、高效的光环境应用于富含GRA和萝卜硫素的西兰花芽苗菜生产提供了理论依据，丰富了萝卜硫素富集理论。