您好，欢迎访问仪器信息网

搜全站

搜展位

科瑞恩特（北京）科技有限公司

关注

已关注

金牌10年

已认证

粉丝量 0

400-860-5168转2987

仪器信息网认证电话，请放心拨打

全部分类

首页

产品中心

解决方案

资料中心

访客留言

联系方式

关于我们

公司简介

资质荣誉

当前位置：科瑞恩特 > 最新动态 > 利用MALDI质谱成像技术观察不同发育时期草莓中代谢物的分布

利用MALDI质谱成像技术观察不同发育时期草莓中代谢物的分布

科瑞恩特

2024/07/05 10:49

阅读：4

关键词：Imaging Mass Spectrometry 质谱成像，Strawberry 草莓，Plant metabolites 植物代谢产物，Anthocyanins 花青素

前言

草莓被认为是全球受欢迎度最高的水果之一，富含膳食纤维、天然糖、维生素、矿物质、柠檬酸和花青素等营养成分。其中的抗氧化成分有助于降低慢性疾病（如心血管疾病和高血压）的风险，改善糖尿病状况，延缓衰老过程，并可能预防某些类型的癌症（如乳腺癌、皮肤癌和肺癌）。因此，该研究旨在通过 MALDI IMS 技术可视化四个不同成熟期（绿色、白色、粉红色和红色）草莓中柠檬酸、可溶性糖和花青素的分布差异，有助于了解这些有益化合物在果实中的具体分布，也对深入理解植物化学物质的变化，以及植物育种和采后技术的发展具有重要意义。

摘要

2021年2月，加拿大蒙特利尔大学 Pierre Chaurand 团队联合麦吉尔大学和北京大学高级农业科学学院在 Food Chemistry 发表了题目为“Visualizing the distribution of strawberry plant metabolites at different maturity stages by MALDI-TOF imaging mass spectrometry”的文章。该研究利用 MALDI IMS 技术对四个不同成熟期（绿色、白色、粉红色和红色）草莓样本进行分析，以获取草莓中柠檬酸、可溶性糖和花青素的空间分布图像，同时对这些化合物进行了 HPLC 检测，并对以上结果进行统计分析，以评估不同成熟期草莓中化合物的变化。为有益化合物在草莓中的分布提供数据支持，也为草莓的种植、收获和后收获技术提供科学依据。

实验设计

本研究利用 MALDI IMS 技术，对四个不同成熟期（绿色、白色、粉红色和红色）草莓中柠檬酸、可溶性糖和花青素的空间分布差异进行了研究，具体包括以下三个步骤：

1、样品物理化学属性测定：测定不同成熟期（绿色、白色、粉红色、红色）草莓的糖含量、水分以及颜色属性。

2、MALDA IMS 分析：使用 MALDI IMS 技术对草莓切片进行成像质谱分析，以观察不同成熟期草莓中代谢物（柠檬酸、可溶性糖、花青素）的空间分布。

3、HPLC 分析：使用 HPLC 对草莓中的抗坏血酸、柠檬酸、糖和花青素进行定量分析。

3.1

草莓中可溶性糖、水分和颜色属性分析

该研究发现随着草莓成熟，总糖含量逐渐增加。红色草莓的总糖含量是绿色草莓的两倍。草莓的水分含量在成熟初期（绿色草莓）最低，为82.5%，随着果实成熟，水分含量迅速增加。白色、粉红色和红色草莓的水分含量没有显著差异，分别为 90.9%、90.5% 和 90.8%。颜色属性是识别草莓成熟度和质量的重要指标。研究中观察到草莓在四个成熟期的颜色属性（a*、b*、L 和 ΔE）有显著变化。a值从绿色成熟期到红色成熟期明显增加。而b值和L值在粉红色和白色草莓中最高。此外该研究还指出从绿色到红色成熟期的草莓，其水分、可溶性糖和颜色属性之间存在正相关。

表S2. 草莓不同成熟期的水分、糖含量和颜色属性

（注：a*：亮度；b*：绿色/红色；L*：蓝色/黄色；∆E：总色差）

3.2

草莓样品中代谢产物的鉴定

利用 MALDI IMS 技术，对不同成熟期（绿色、白色、粉红色、红色）草莓样本中柠檬酸、己糖（包括葡萄糖和果糖）、蔗糖以及花青素的空间分布进行了分析。具体的分析步骤如图1所示。在样本中检测到了柠檬酸（m/z 231）、己糖（m/z 219）、蔗糖（m/z 381），以及几种花青素（包括天竺葵素3-O-葡萄糖苷 m/z 433、天竺葵素-3-O-丙二酰葡萄糖苷 m/z 519、矢车菊素-3-O-丙二酰葡萄糖苷 m/z 535、天竺葵素-3-O-芸香糖苷 m/z 579）。为了进一步确认所检测到的化合物，研究进行了二级质谱扫描以确认这些化合物的结构，代表性质谱如图2所示。

图1. （a）：四个不同成熟期的草莓；（b）：草莓结构；（c-i）：草莓的 MALDI IMS 的分析工作流程。

图2. 四个成熟期（绿色、白色、粉红色、红色）草莓的外皮质组织区域获得的 MALDI MS 质谱。

3.3

柠檬酸的MALDI IMS分析

该研究通过 MALDI IMS 技术，发现在草莓的各个成熟期柠檬酸均匀分布在整个果实中。在绿色、白色和粉红色成熟期的草莓中，果皮中柠檬酸的浓度略高于其他组织。而在红色成熟期，柠檬酸在整个果实切片中均匀分布，除了接近果柄的区域外，柠檬酸的相对丰度从绿色阶段到红色阶段逐渐增加。HPLC 结果显示，柠檬酸的含量从绿色成熟期的 27.6mg/100g FW 增加到红色成熟期的 943.1mg/100g FW，比粉红色成熟期高出5.5倍。研究结果表明，柠檬酸的增加与草莓成熟过程中颜色属性的变化密切相关。

3.4

己糖和蔗糖的MALDI IMS分析

该研究利用 MALDI IMS 技术对草莓在四个成熟期中己糖（葡萄糖和果糖）和蔗糖的分布进行了分析。研究结果显示，随着草莓的成熟，这些糖的分布和含量显著增加。在成熟过程中，己糖的含量逐渐增加，特别是在红色成熟期，草莓的木髓部和花托部位结构中己糖的积累变得明显。IMS 结果显示，己糖与草莓的生长过程中呈现正相关趋势，且红色成熟期的含量最高。通过 HPLC 分析，发现葡萄糖的含量从绿色阶段的 20.6mg/g FW 增加到红色阶段的 48.5mg/g FW，与 IMS 的趋势一致。蔗糖从白色成熟期开始就能在草莓切片中被检测到，且其含量丰富。HPLC 分析也进一步确认了这一趋势，草莓中蔗糖含量在绿色成熟期几乎无法检测，而到红色成熟期其含量达到最高水平（15.6mg/g FW）。

图3. 不同成熟期草莓中的柠檬酸、己糖和果糖的MALDI IMS和定量HPLC分析

3.5

花青素的MALDI IMS分析

花青素是一类多酚类化合物，是水果呈现深紫、红、粉红和蓝色等颜色的主要色素，同时花青素具有具有抗癌、抗炎和和预防心血管疾病等多种药理活性。通过 MALDI IMS，该研究发现，花青素主要分布在草莓的表皮和外皮层组织中，尤其在红色成熟期，花青素的合成显著增加，其中天竺葵素3-O-葡萄糖苷在红色草莓中含量最高，其次是天竺葵素-3-O-芸香糖苷和矢车菊素-3-O-丙二酰葡萄糖苷。HPLC 结果显示，在草莓红色成熟期天竺葵素3-O-葡萄糖苷的含量为 660 µg/100g FW，天竺葵素-3-O-芸香糖苷的含量为 255µg/100g FW，矢车菊素-3-O-丙二酰葡萄糖苷的含量为 112µg/100g FW。该研究还指出蔗糖等糖类物质可以作为信号分子，诱导脱落酸合成基因的表达，进而促进草莓的成熟。

图4. 不同成熟期草莓中花青素的MALDI IMS和定量HPLC分析

图5. 不同成熟期草莓中的颜色属性、糖、有机酸和花青素之间的关系

3.6

草莓中的未知化合物

在草莓的成熟过程中，研究者通过 MALDI IMS 技术观察到一些未知的化合物，这些化合物在草莓的四个成熟期（绿色、白色、粉红色、红色）中显示出不同的分布模式。化合物（m/z 147.1）在粉红色成熟期首次被观察到，并且随着果实的成熟，它倾向于在皮层中积累。化合物（m/z 205.1）在白色成熟期首次被检测到，并且这种化合物更倾向于在草莓的维管束中积累。化合物（m/z 471.0）随着草莓的成熟，在外部皮层组织中的积累逐渐增加。化合物（m/z 399.1）在四个成熟期都可以检测到。在绿色和白色成熟期，它在整个果实中分布，到了红色成熟期，其只在维管束周围的皮层组织中积累。化合物（m/z 423.0）在果实成熟的整个过程中相对均匀地分布，但在果柄区域的分布更多。

图S9. 不同成熟期草莓组织切片中未知化合物的MALDI IMS离子图像

总结

该研究通过 MALDI IMS 技术可视化分析了不同成熟期（从绿色到红色）草莓中代谢物（包括柠檬酸、可溶性糖和花青素）的分布差异，提供了草莓成熟过程中代谢物变化的详细数据，旨在探索草莓成熟过程中柠檬酸、可溶性糖和花青素等代谢物含量的变化，以及这些变化如何与草莓的颜色和其他品质属性相关联，有助于深入了解影响草莓成熟和品质的关键因素以及不同成熟期草莓中的营养成分分布，不仅为草莓成熟生物学提供数据支撑，也为 MALDI IMS 技术在其他植物和食品研究中的应用奠定基础。

文献地址：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S030881462032700X?via%3Dihub

「科瑞恩特」独家代理质谱成像离子源

科瑞恩特在大中华区独家代理的两款质谱成像离子源，都可搭载Thermo Scientific^TM Q Exactive^TM或Obitrap Exploris^TM系列质谱仪。

AP-SMALDI 5AF高分辨自动聚焦3D快速质谱成像系统，常压操作环境，空间分辨率可达到3μm，独特3D检测模式可以检测凹凸不平的样品表面，快速检测模式可达18pixel/s，全像素检测大大提高检测灵敏度，高空间分辨率和高质量分辨率使样本中的分子化合物达到最佳成像效果。

MALDI ESI Injector^TM 透射式超高分辨质谱成像系统，可以同时搭载MALDI离子源与ESI离子源，既可用于传统LC-MS/MS实验，也可用于质谱成像检测，通过双离子漏斗接口实现离子源快速切换，无需拆卸，操作便捷，并且接口可以进一步升级为MALDI-2和t-MALDI检测，大大提高空间分辨率和检测灵敏度。

综述 | 质谱成像技术及其在药物研究中的应用进展

质谱成像（MSI）：天然产物药物研发新视角