西兰花(Brassica oleracea.var.italic)因富含抗癌和抗氧化的活性物质(如萝卜硫素)深受广大消费者喜爱。萝卜硫素是脂肪族硫代葡萄糖苷的降解产物之一,也是迄今报道的蔬菜中抗癌能力最强的活性物质。硒元素是人体生长必需的微量元素,可激活人体生长发育过程中的关键酶,同时甲基化的含硒化合物已被证实是预防肿瘤的有效形式。鉴于西兰花同时具有大量合成硫代葡萄糖苷和富集硒元素的特性,近些年受到越来越多的关注。本研究首先以西兰花芽菜为研究对象,对其营养价值进行全面分析,设计四因素三水平响应面实验,确定了萝卜硫素的最佳提取工艺,并探明了高含量萝卜硫素的西兰花芽菜的最佳生长和储藏期。其次为了探究硒处理对西兰花中硫代葡萄糖苷合成的影响及相关机理,本研究采用一定浓度的硒酸盐处理西兰花芽菜、幼叶以及成熟花蕾。最后结合代谢组学的推论,在高浓度硒的培养液中添加适量的硫酸盐观察西兰花芽苗的生长表型并检测西兰花毒理反应,结果表明一定浓度的硫酸盐对高浓度硒的毒性具有缓解作用,本研究同样对其作用原理进行了深层次的探究。相关研究结果具体如下:1.西兰花芽菜中营养物质丰富,每100 g新鲜西兰花芽菜中大约含水分90.0 g,含蛋白质4.3-7.6 g,脂肪1.3-3.1 g。每1 g冻干芽菜中含钾17.0-30.0 mg,钙6.0-10.0 mg,钠1.5-2.6 mg,锌0.2-0.3 mg,镁4.0-6.6 mg,铁0.6-2.0 mg。西兰花芽菜中同时还含有丰富的氨基酸参与蛋白的合成。通过单因素实验和响应面实验建立二次回归模型确定西兰花芽菜中萝卜硫素提取的最佳工艺参数为:固液比1:30,加入抗坏血酸量4 mg/g冻干样品,提取时间1.5 h,提取温度65℃。基于最佳提取条件测定了发芽后2-9天的西兰花芽菜,可确定西兰花芽菜在生长期第5天时萝卜硫素含量最高,同时比较了冷冻储藏和冷藏储藏对萝卜硫素含量的影响,结果显示冷冻储藏前5天的西兰花芽菜均含有较高含量的萝卜硫素。2.硒处理发芽后的西兰花芽菜于第5天收获,测定西兰花中的主要营养成分,结果显示硒处理能显著地影响西兰花芽菜中对人体有益的初级和次级代谢产物的含量,除了总多酚含量在硒处理后略有下降,抗坏血酸,花青素以及总黄酮含量均略有上升。此外,本研究发现硫代葡萄糖苷的代谢同样也受到了硒处理的影响。实验结果表明,硒处理虽然不影响西兰花芽菜中总硫代葡萄糖苷的合成,但会影响降解硫苷的黑芥子酶的活性,并且黑芥子酶活性的变化与最终萝卜硫素的含量变化趋势保持一致。本实验中选取了三种不同品种的西兰花芽菜,结果均显示硒处理能影响黑芥子酶的活性从而影响萝卜硫素的生成。3.通过代谢组学的方法对硒处理的西兰花芽菜及空白对照的西兰花芽菜进行分析比较,结果表明硒处理对西兰花芽菜中的初级代谢产物产生了一定的影响。实验中得出的500多种差异化合物经过单变量统计分析和多变量统计分析相结合的方法并加以验证,最终筛选出约50种VIP>1且p<0.05的化合物。其中丝氨酸、D-赤藓糖内酯、松三糖、酪氨酸、苏-β-羟基天冬氨酸、异麦芽糖、核酮糖-5-磷酸以及部分其他氨基酸在处理后含量显著增加,处理后3-(1-吡唑基)-L-丙氨酸、戊二酸、半乳糖酸以及5,6-二氢尿嘧啶等代谢物含量显著下降。通过对差异代谢物的分析表明,β-丙氨酸和谷胱甘肽代谢途径受硒处理影响较大,由此推测硒处理可能会影响部分参与合成硫代葡萄糖苷的氨基酸的合成从而影响硫代葡萄糖苷的合成,同时硒处理后的西兰花芽菜可能需要吸收一定浓度的硫酸盐来抵抗高浓度硒的影响。4.硒处理后的嫩叶和成熟西兰花中的总硫代葡萄糖苷以及不同种类的硫代葡萄糖苷的含量显著的下降,但是西兰花芽菜不受其影响。通过实验证实硒处理虽然显著的增加了硒含量但并没有减少嫩叶和成熟西兰花中的硫含量。这一结果排除了硫吸收减少从而降低硫代葡萄糖苷合成的可能性。进一步通过测定与硫苷合成相关氨基酸的含量以及合成硫代葡萄糖苷相关基因的表达量,结果表明硒处理能够降低相关氨基酸的含量以及下调相关基因的表达量。为了验证上述结果,本研究选取成熟西兰花作为TMT标记的样本开展蛋白组学分析,结果显示硒处理后的西兰花中约384种蛋白呈下调表达,其中大部分的蛋白为参与硫代葡萄糖苷前体氨基酸合成的酶,对这些差异蛋白的KEGG代谢通路富集分析,结果表明,硒处理主要影响了合成硫代葡萄糖苷的氨基酸的合成从而进一步影响硫代葡萄糖苷的合成。5.过量的硒处理会抑制西兰花芽苗的正常生长,结合代谢组学的推论,发现在西兰花芽苗的生长环境中添加适量的硫酸盐则会缓解硒的毒性。本研究设计了西兰花芽苗在硒和硫不同组合的处理,结果表明在硫酸盐的保护下西兰花芽苗的生长表型明显的好于不含硫酸盐保护的芽苗。同时对芽苗体内总硒、可溶性硒以及不可溶性硒的含量进行了检测,结果同样表明在硫酸盐的保护下芽苗中这三种硒的含量均少于不含硫酸盐保护的芽苗。硒在植物体内的毒性主要是由于硒蛋白所引起,因此本研究对硒蛋白的含量进行测定,结果表明在含有硫酸盐的培养液中生长的芽苗硒蛋白含量显著的低于不含硫酸盐保护的芽苗中的硒蛋白含量。此外,硒参与芽苗代谢同样会产生大量的ROS从而破坏细胞膜的结构进而影响芽苗的生长,本研究通过DAB和NBT染色发现硫酸盐的保护能减少ROS产物的生成,同时通过测定细胞膜的渗透率发现硫酸盐处理的芽苗渗透率较低,这一结果表明细胞膜损伤较小。本研究进一步测定能够清除植物组织中的超氧自由基以及过氧化氢的酶的活性,结果表明芽苗生长液中加入硫酸盐时能增强芽苗中相关酶的活性从而起到缓解含硒化合物对西兰花芽苗的毒害作用。