不同基质栽培黑木耳活性物质的靶向代谢组学分析研究报告

作者及发表信息
该研究由刘询（四川省农业科学院四川省食用菌研究所）、贾定洪（同单位）、王晓巍（甘肃省农业科学院及天水红崖河菌业种植有限公司）、李通（甘肃省农业科学院）、王波（四川省食用菌研究所）合作完成，并于2024年12月发表在《Mycosystema》期刊（第43卷第12期，文章编号240122）。研究得到国家重点研发计划（2022YFD1602109）资助。

学术背景与研究目的
黑木耳（*Auricularia heimuer*）是我国第二大栽培食用菌，富含多糖、黄酮、酚酸和必需氨基酸等生物活性成分，具有抗氧化、降血脂等潜在健康功效。目前，黑木耳的栽培基质（如木屑、玉米芯、棉籽壳）对子实体活性物质的影响尚未系统研究。代谢组学（Metabolomics）是定量分析代谢产物的关键技术，但此前未应用于不同基质黑木耳的活性物质比较。该研究通过靶向代谢组学技术（Targeted Metabolomics）解析三种基质（木屑SW、玉米芯CO、棉籽壳CH）栽培的黑木耳中糖类、黄酮、多酚及必需氨基酸的差异，旨在为黑木耳品质调控和功能产品开发提供理论依据。

研究流程与方法
1. 实验设计与样品制备
- 菌株与基质：选用“黑丰2号”菌株，分别以木屑（SW）、玉米芯（CO）、棉籽壳（CH）为主料（占比90%），添加10%麸皮配制基质，灭菌后接种液体菌种，25℃发菌40天，20℃出耳。
- 样品处理：每组取成熟子实体3个生物学重复，液氮速冻后研磨成粉，用于后续代谢组分析。

1. 靶向代谢组学分析
   
   • 糖类物质（GC-MS）：
     提取液为甲醇:异丙醇:水（3:3:2），超声离心后衍生化（甲氧铵盐吡啶+BSTFA），通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）检测17种糖类，包括海藻糖、蔗糖、肌醇等。采用正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）和热图聚类比较组间差异。
     
   • 黄酮类（LC-MS）：
     80%甲醇提取，液相色谱-质谱（LC-MS）检测5种黄酮（如牡荆素、槲皮素），多反应监测（MRM）模式定量。
     
   • 多酚类（UHPLC-MS）：
     80%甲醇（含0.2%维生素C）提取，超高效液相色谱-质谱（UHPLC-MS）分析25种酚类化合物（如没食子酸、咖啡酸）。
     
   • 必需氨基酸（LC-MS/MS）：
     70%甲醇提取，三重四级杆质谱（LC-MS/MS）检测9种必需氨基酸（如赖氨酸、组氨酸），基于标准曲线定量。
     

主要结果
1. 糖类物质差异
- 总糖含量：SW组显著低于CO和CH组（P<0.05），CO与CH无差异。
- 海藻糖（含量最高的糖类）在CO和CH组较高；蔗糖、肌醇等6种糖在CH组含量最高；1,5-酐-D-山梨糖醇在SW组显著富集。OPLS-DA显示三组糖谱明显分离（图1a）。

1. 黄酮类物质

   • 总黄酮无显著差异，但牡荆素在CO组含量最高，CH组最低（P<0.05），其他黄酮（如槲皮素）无组间差异（图3b-g）。
     

2. 多酚类化合物

   • SW组多酚总量最高，12种酚类（如儿茶素、木犀草素）在SW中富集；8种酚类（如咖啡酸）在CO组最高；仅水杨酸、芥子酸在CH组含量最高（图4）。
     

3. 必需氨基酸

   • CH组氨基酸总量及9种必需氨基酸（尤其是赖氨酸和组氨酸）含量均显著高于SW和CO组。赖氨酸在CH组的含量是SW组的5倍、CO组的3.2倍（图5）。
     

结论与意义
1. 科学价值：首次系统揭示基质类型对黑木耳活性物质的定向影响。棉籽壳提升氨基酸含量，木屑促进多酚积累，玉米芯增加特定黄酮（牡荆素），为代谢调控机制研究提供数据支撑。
2. 应用价值：根据功能需求选择栽培基质——开发高氨基酸产品首选棉籽壳，抗氧化产品可选用木屑基质。研究为黑木耳品质鉴别和功能性食品开发提供精准策略。

研究亮点
1. 方法创新：整合GC-MS、LC-MS/MS等多平台靶向代谢组学技术，覆盖四类活性物质的精准定量。
2. 发现突破：明确赖氨酸等必需氨基酸在棉籽壳基质中的显著富集现象，揭示牡荆素与玉米芯基质的特异性关联。
3. 产业指导：提出“基质-成分-功能”关联模型，推动黑木耳定向栽培和产品差异化开发。

其他价值
研究指出，黑木耳黑色素和多糖以往研究较多，而该团队通过代谢组学拓展了对小分子活性物质（如酚酸、黄酮）的认知，为食用菌资源开发提供了新视角。