Hydrogen sulfide modulation of quality traits and antioxidants in broccoli sprouts

《LWT》：Hydrogen sulfide modulation of quality traits and antioxidants in broccoli sprouts

　　

西兰花（Brassica oleracea var. italica）芽苗菜因其丰富的营养成分而备受重视。硫化氢（H2S）是一种快速起效的植物信号分子，能够增强芽苗菜的营养和功能品质。本研究通过单次喷施1.0 mM NaHS并结合短期采样（0、3、9和24小时），揭示了西兰花芽苗菜快速且协调的响应机制。主要品质性状，包括维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白和总酚含量均有所增加，并在24小时达到峰值。通过提高超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）循环酶系的活性，抗氧化能力得到加强，表现为·OH清除能力增强，尽管活性氧（ROS）在后期有适度增加，但丙二醛（MDA）水平未变。莽草酸-苯丙烷网络被激活，导致酚酸和个别黄酮类化合物（如山奈酚）的选择性富集。游离氨基酸广泛积累，含硫氨基酸和支链氨基酸（如Met、Cys、Val、Arg）显著增加。硫代葡萄糖苷（GSLs）-黑芥子酶-异硫氰酸盐（ITCs）轴也被强化，总硫代葡萄糖苷和异硫氰酸盐含量随黑芥子酶活性增加而上升。综上所述，外源H2S在数小时内作为氧化还原线索，强化防御系统并重定向碳-氮-硫通量，共同优化营养品质和生物活性代谢物产出。处理后9-24小时为最敏感窗口期，表明了一种提升微型蔬菜健康价值的潜在采前策略。

西兰花芽苗菜富含硫代葡萄糖苷（GSLs）及其异硫氰酸盐（ITCs）衍生物（如萝卜硫素）以及酚类化合物和维生素C，但其采后品质易劣变。硫化氢（H₂S）作为一种新型气体信号分子，虽已知可延缓采后衰老，但其在短期内如何重塑芽苗菜营养代谢网络的时间动态尚不明确。为此，研究人员以七天的西兰花芽苗菜为材料，采用单一浓度（1.0 mM）的NaHS进行喷施处理，并在处理后0、3、9和24小时进行破坏性采样，结合生理生化测定与转录组学分析，系统解析了H₂S对芽苗菜品质性状、抗氧化系统及次级代谢通路的影响机制。该研究最终发表在《LWT》期刊上。

为实现上述目标，研究人员采用了多项关键技术方法。实验材料选用市售西兰花种子，经消毒催芽后于人工气候箱中培养至第7天。处理组喷施1.0 mM NaHS溶液，对照组喷施无菌水，随后在特定时间点采集样品。主要技术手段包括：利用分光光度法测定维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白、总酚、总GSLs含量及SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性；采用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）技术定量游离氨基酸谱；利用高效液相色谱（HPLC）技术分析酚酸、黄酮类化合物及GSLs组分；通过试剂盒法测定AsA-GSH循环相关物质及酶活；最后利用Illumina平台进行转录组测序，并对差异表达基因进行GO和KEGG富集分析。

研究结果显示：

关于H₂S处理对西兰花芽苗菜营养品质的影响，结果表明外源H₂S显著促进了初级品质属性。维生素C在24小时增加了11.6%，可溶性糖和蛋白分别在24小时增加了33.8%和21.4%，总酚在24小时增加了16.6%。同时，GSLs-黑芥子酶-ITCs轴被显著强化，总GSLs和黑芥子酶活性在9至24小时分别增加了18.3%-35.9%和37.9%-57.4%，下游总ITCs和萝卜硫素在24小时分别增加了1.7倍和33.8%。

在抗氧化系统方面，H₂S显著增强了酶促和非酶促抗氧化防御。SOD、POD和CAT活性在3至24小时均显著上升，其中CAT响应最强，在9小时增加了63%。在AsA-GSH循环中，抗坏血酸（AsA）和谷胱甘肽（GSH）含量升高，氧化型谷胱甘肽（GSSG）下降，APX、MDHAR、DHAR、GPX和GR等关键酶活性均被激活。此外，·OH清除率在24小时提高了13%，尽管H₂O₂和O₂·^-在24小时略有积累，但脂质过氧化产物MDA水平未受显著影响。

相关性分析揭示，黑芥子酶活性、萝卜硫素和维生素C倾向于同向变化，而CAT和SOD则表现出相反的趋势。转录组数据进一步证实，参与AsA-GSH循环的DHAR和MDHAR基因转录本在9小时达峰，而抗氧化酶相关基因则在3小时即出现早期上调。

针对游离氨基酸的分析发现，H₂S诱导了广泛的积累效应，24小时时支链氨基酸（缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸）和含硫氨基酸（蛋氨酸、半胱氨酸）增幅最为显著，蛋氨酸在9小时甚至出现了12.8倍的瞬时激增，精氨酸和天冬酰胺等也显著增加，表明H₂S强化了氮硫同化相关的氨基酸代谢。

在酚类物质代谢方面，H₂S选择性地调控了特定成分。山奈酚在24小时增加了1.39倍，羟基苯甲酸类（如没食子酸、原儿茶酸）和羟基肉桂酸类（如绿原酸、咖啡酸）含量在3至24小时不同程度上升，阿魏酸则表现出先降后升的双相动力学特征。莽草酸途径关键酶AroB、AroD、AroZ和CM活性在9至24小时被激活，苯丙烷分支酶PAL、C3H、C4H和COMT活性亦显著增强，表明碳流向苯丙烷代谢的通量被重定向。

对于GSLs组分，H₂S呈时间依赖性地上调了脂肪族和吲哚族GSLs。Progoitrin在24小时增加了98.4%，Glucoraphanin（萝卜硫苷）在24小时增加了40.0%，Neoglucobrassicin在3至24小时增加了32.0%-44.0%。合成酶分析显示，ADGST、NH-S-B-GT、N-IAAM和SAL活性在9-24小时被显著诱导。相关性热图和转录组分析进一步揭示了特定GSLs组分与相关合成酶及基因（如BCAT4、CYP79F1、ASB1等）之间的时空表达关联。

在讨论部分，研究人员指出外源H₂S作为气体信号分子，通过蛋白质过硫化等机制重编程了氧化还原和碳氮能量代谢，从而在不引起膜脂过氧化损伤的前提下，同步提升了初级代谢品质和次级代谢产物（如GSLs、酚类）的含量。这种效应与H₂S对ROS稳态的精细调控以及对莽草酸-苯丙烷网络和GSLs生物合成途径关键节点的激活密切相关。

研究结论部分总结道：外源H₂S（1.0 mM NaHS）以时间依赖的方式快速重塑了七天龄西兰花芽苗菜的代谢，效应在处理后24小时内达到峰值。该处理在不诱发脂质过氧化的前提下增强了初级品质属性和抗氧化能力，促进了莽草酸-苯丙烷代谢及酚类化合物的积累，同时激活了硫代葡萄糖苷-黑芥子酶-异硫氰酸盐轴。此外，游离氨基酸特别是含硫和支链氨基酸显著富集。这些协调的变化表明H₂S是作为信号分子而非单纯的防腐剂发挥作用。从应用角度看，短期H₂S处理并在9-24小时后采收，代表了一种提升西兰花芽苗菜营养和功能品质的简单有效策略，但尚需进一步优化处理条件并评估实际应用中的安全性与监管考量。