摘要
花青素作为一类广泛存在于高等植物营养器官和生殖器官的水溶性色素，对植物生长发育和人体健康具有重要意义。前期研究表明花青素具有抗氧化、抗肿瘤、抗炎以及抗糖尿病等生物学活性，在预防癌症、心血管疾病、糖尿病等慢性退行性疾病方面具有一定的健康促进作用。黑色鲜食玉米作为一种新型特种鲜食玉米类型，除了具备鲜食玉米的口感好和营养丰富特性外，还含有丰富的花青素资源。然而目前国际对富含花青素的鲜食玉米的研究和推广还不够深入，考虑到其重要的营养价值和保健功能，研究黑色鲜食玉米花青素积累机理、开发其潜在食用和药用功能的需求十分迫切。 本研究以国内自主选育的黑甜玉米（BSC）和黑糯玉米（L1）为研究对象，以广泛种植的黄甜玉米（YT28）以及白糯玉米（L2）、黄糯玉米（L3）分别作为黑甜玉米和黑糯玉米的对照材料。通过研究黑色鲜食玉米籽粒发育过程中花青素含量及成分变化、相关基因表达的结果，来阐明控制鲜食玉米籽粒花青素合成的关键基因。通过不同发育阶段玉米转录组分析及对同一时期不同种类玉米多组学关联分析，探究花青素在鲜食玉米中合成代谢机制。通过构建Ⅱ型糖尿病小鼠模型，食用添加黑甜玉米的饲料，探究鲜食玉米花青素类物质对糖尿病小鼠糖脂代谢的调节作用。本研究旨在探索鲜食玉米中花青素合成代谢关键因子，为食用富含花青素的鲜食玉米在人类糖脂调节方面的应用提供新的思路，从而为富含花青素的鲜食玉米品质改良和附加产品开发提供理论基础和技术支持。 主要结果如下： 1.高效液相色谱分析花青素含量结果显示，黑色鲜食玉米（BSC、L1）的花青素种类为矢车菊素、天竺葵素和芍药色素，两种黑色鲜食玉米类型中检测出的主要花青素糖苷类成分为矢车菊素-3-O-葡萄糖苷和天竺葵素-3-O-葡萄糖苷。籽粒发育过程中，总花青素含量总体呈升高趋势，发育前期含量变化幅度大，后期趋缓。然而由于季节气温和光照强度等因素的影响，夏季的花青素含量高于秋季，且天竺葵素受到天气影响的效应相比另两种花青素更大。对花青素合成过程中主要基因表达进行分析可发现，ANS、DFR、F3H和CHS等基因对花青素的合成起到重要的调节作用。 2.通过抗氧化活性分析发现，黑色鲜食玉米具有很强的抗氧化性。BSC的抗氧化能力整体上随着籽粒发育阶段的推进而上升，然而L1的抗氧化水平随着籽粒发育进行反而下降。其中，BSC中游离态抗氧化水平高于结合态，L1中恰好相反，结合态水平高于游离态。通过对细胞抗氧化活性和总抗氧化活性的对比发现，细胞抗氧化活性明显低于总抗氧化活性，主要是由于细胞对多酚类物质吸收利用度的差别导致。相关性分析表明，籽粒发育过程中，多酚含量与抗氧化水平呈显著正相关关系，同时，玉米中的主要酚类成分如矢车菊素、阿魏酸与抗氧化水平也呈正相关。 3.对BSC以及对照组YT28发育阶段授粉后5-20天（5-20DAP）的籽粒进行转录组水平对比分析，并结合关键代谢物的组成含量进行关联分析。结果显示，BSC花青素上色最快以及差异基因数量最多的时期是5-10DAP。以YT28作对照，BSC与YT28在5DAP的籽粒中共发现13478个差异基因，其中包括了与黄酮类物质合成相关的26个结构基因，18个基因上调表达，8个下调表达；两个品种在同一发育时期的籽粒的差异基因共332个，其中与花青素合成相关的基因包括有C4O、DFR、ANS和F3H。甜玉米转录组分析中，挑选出可能与调控花青素合成相关的转录因子包括：LHY-蛋白，MYBR95，pl和MYB3。其中前面三个在发育阶段呈上调表达，可能作为甜玉米花青素合成的激发因子；而MYB3在YT28中表达，在BSC中不表达，说明其可能作为抑制因子调控花青素的合成。 4.对授粉后35天的成熟黑、白、黄糯玉米（L1、L2和L3）籽粒进行转录代谢关联分析，发现了黑糯玉米的特定代谢物包括13类花青素和花青素合成途径上相关的其他黄酮类代谢物，如二氢山奈酚、柚皮苷查尔酮、柚皮素等，其中含量最高的花青素类成分是矢车菊素-3-O-葡萄糖苷。L1与L2和L3之间的差异基因共2189个，其中880个差异基因为黑糯玉米独有；已知的花青素合成途径中有7个基因属于这880个差异基因中，当中就包括转录因子r1和c1，其中有5个结构基因上调表达，与甜玉米共有的上调基因包括F3H、ANS、CHS和BZ1，转录因子r1也上调表达，c1表达变化不明显。说明转录因子r1可能是糯玉米花青素合成代谢中的激发因子。 5.选取BSC作为研究黑甜玉米对db/db糖尿病小鼠糖脂代谢调节作用的原料，经过6周饲养后，实验结果证实了含有BSC高剂量饲料组能够有效控制db/db糖尿病小鼠的体重增长；黑甜玉米可以有效降低糖尿病小鼠的空腹血糖值并提升胰岛素敏感性；同时，黑甜玉米能够降低糖尿病小鼠血清总胆固醇水平，改善血脂水平，降低低密度脂蛋白以及调节血清胰岛素水平，改善效果呈剂量依赖性；并对肝脏组织的病理症状有所减轻。
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