生长代谢能量

最近看了些关于近红外预测能量的文章,有些迷惑,向大家请教些问题:用近红外建立的代谢能预测模型，大部分国外的研究成果,(英语水平有限,看不太懂),是直接用代谢能和近红外模型挂钩；还是用近红外先预测出化学成分再预测代谢能？如果是第二种情况，是不是这种间接的过程是在计算机内部处理我们看不出来，从而体现出来的只是用近红外预测的代谢能的模型？（看了一些资料，说的有些模糊！）近红外是通过一些C-H键来反映一些成分，而代谢能是经过了机体内一些理化反映，用近红外能直接预测出代谢能吗？ 期待解答!

日前，在国际生命科学学会中国办事处主办的学术论坛上，美国加州巴旦木商会首席科学家Karen Lapsley（凯伦·来普斯利）博士发布了美国农业部农业研究服务局的一研究中心对能量代谢研究的新成果。日前，在国际生命科学学会中国办事处主办的学术论坛上，美国加州巴旦木商会首席科学家Karen Lapsley（凯伦·来普斯利）博士发布了美国农业部农业研究服务局的一研究中心对能量代谢研究的新成果。该研究通过人体代谢实测的方法替代传统计算的方法发现，以美国巴旦木为代表的质地较硬、富含膳食纤维和脂肪的坚果食物，其实际可吸收的能量值低于通过计算标注在营养标签上的理论值。美国巴旦木的可吸收能量比理论能量值低约20%,开心果的可吸收能量比理论能量值低约5%.这为同等能量下食用坚果有利于控制体重提供了技术依据。 Karen Lapsley博士介绍说，目前食物的能量值依然沿用100年前Wilbur Atwater（韦伯·阿特沃德）提出的经典的热能系数来计算获得，即先检测食物中供能营养素的含量，再根据每克碳水化合物产能4千卡、每克蛋白质产能4千卡、每克脂肪产能9千卡来计算总能量。2003年FAO/WHO（世界粮农组织/世界卫生组织）更新了膳食纤维的产能吸收，不同于普通的碳水化合物，其每克产能系数为2千卡。例如：每盎司（28克）巴旦木含14克脂肪，6克总碳水化合物（其中3克为膳食纤维）含6克蛋白质，计算能量值为168千卡。但Atwater能量值是按照食物热能完全燃烧利用来计算的，但食物营养的消化吸收过程并不是百分百有效的，未被吸收的能量会随粪便流失，这对质地坚硬、富含膳食纤维的食物来说，表现得更为明显。 为确切了解没被吸收的能量有多少，美国农业部农业研究服务局贝尔茨维尔人类营养研究中心于2012年8月研究了人体摄入美国巴旦木后实际获得的能量。据该实验主持研究人员大卫·拜尔博士介绍，实验是用进食总能量减去受试者粪便、尿液中的能量获得的有效代谢能量。实验结果表明，每盎司美国巴旦木（约28克）被人体吸收的能量为129千卡，比传统认为的168千卡的数值低20%.这一结果解释了为什么研究发现吃巴旦木不会导致肥胖而是会有利于控制体重。研究人员说，不同的坚果具有不同的供能营养素构成，能量可代谢的系数也不同。同时研究的开心果的可代谢能量比理论值低5%-10%. Karen Lapsley博士告诉记者，高膳食纤维食品的人体吸收比例是一个非常活跃的研究领域，全球有很多研究机构在进行这一领域的研究，主要的研究团体在新西兰，今年10月份将在澳大利亚召开一个专门讨论这一课题的学术会议。除了巴旦木，有些高膳食纤维且能量密集的植物性食品如芝麻，据分析其可代谢能量比例也会较低。目前，美国加州巴旦木商会已经向美国FDA提出了申请，希望修改相关营养标签上的标注，至今已完成第一轮磋商，进入由美国FDA主导的政府实验室试验验证阶段。 美国塔斯夫大学奥利弗·陈博士表示，该能量代谢研究结果也提示消费者，吃坚果最好带皮吃，因为坚果种皮正是膳食纤维和具有抗氧化功能的多酚物质富集的部位。

[font=楷体]黄芩（[/font][font='Times New Roman',serif]Scutellariabaicalensis Georgi[/font][font=楷体]）是一种常见于中国及东亚其他地区的药用植物，其高含量的黄酮类化合物赋予其多种生物活性，包括抗炎、抗菌、抗病毒和抗新冠病毒（[/font][font='Times New Roman',serif]COVID-19[/font][font=楷体]）等功效。发光二极管（[/font][font='Times New Roman',serif]LED[/font][font=楷体]）已被公认为能够增强植物生长及次生代谢物积累的有效人工光源，适用于商业植物生产。然而，关于[/font][font='Times New Roman',serif]LED[/font][font=楷体]光对黄芩的影响仍知之甚少。本研究探讨了单色蓝光（[/font][font='Times New Roman',serif]B[/font][font=楷体]，[/font][font='Times New Roman',serif]460 nm[/font][font=楷体]）、单色红光（[/font][font='Times New Roman',serif]R[/font][font=楷体]，[/font][font='Times New Roman',serif]660 nm[/font][font=楷体]）、白光（[/font][font='Times New Roman',serif]CK[/font][font=楷体]）及不同比例的红蓝光组合（[/font][font='Times New Roman',serif]R9B1[/font][font=楷体]、[/font][font='Times New Roman',serif]R7B3[/font][font=楷体]、[/font][font='Times New Roman',serif]R5B5[/font][font=楷体]、[/font][font='Times New Roman',serif]R3B7[/font][font=楷体]、[/font][font='Times New Roman',serif]R1B9[/font][font=楷体]）对黄芩生长和黄酮积累的影响。结果表明，在[/font][font='Times New Roman',serif]R:B[/font][font=楷体]比为[/font][font='Times New Roman',serif]9:1[/font][font=楷体]或[/font][font='Times New Roman',serif]7:3[/font][font=楷体]的条件下，黄芩幼苗的全株及根部生物量和黄酮含量较高。靶向代谢组学分析显示，不同处理组间验证了[/font][font='Times New Roman',serif]48[/font][font=楷体]种差异表达代谢物（[/font][font='Times New Roman',serif]DEMs[/font][font=楷体]），且与[/font][font='Times New Roman',serif]CK[/font][font=楷体]组相比，[/font][font='Times New Roman',serif]R9B1[/font][font=楷体]和[/font][font='Times New Roman',serif]R7B3[/font][font=楷体]组上调的[/font][font='Times New Roman',serif]DEMs[/font][font=楷体]数量尤其是黄酮类化合物较多。转录组数据表明，与[/font][font='Times New Roman',serif]CK[/font][font=楷体]组相比，[/font][font='Times New Roman',serif]R9B1[/font][font=楷体]和[/font][font='Times New Roman',serif]R7B3[/font][font=楷体]组分别有[/font][font='Times New Roman',serif]1412[/font][font=楷体]和[/font][font='Times New Roman',serif]1508[/font][font=楷体]个差异表达基因（[/font][font='Times New Roman',serif]DEGs[/font][font=楷体]）。[/font][font='Times New Roman',serif]KEGG[/font][font=楷体]通路分析显示，[/font][font='Times New Roman',serif]R9B1[/font][font=楷体]和[/font][font='Times New Roman',serif]R7B3[/font][font=楷体]组中的[/font][font='Times New Roman',serif]DEGs[/font][font=楷体]主要富集于苯丙烷生物合成、植物激素信号传导、黄酮生物合成、淀粉和蔗糖代谢、半乳糖代谢、类胡萝卜素生物合成、玉米素生物合成和氮代谢等通路。[/font][font='Times New Roman',serif]qRT-[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/jp][color=#3333ff]PCR[/color][/url][/font][font=楷体]结果表明，参与黄酮生物合成途径的[/font][font='Times New Roman',serif]SbPAL[/font][font=楷体]、[/font][font='Times New Roman',serif]SbCLL-7[/font][font=楷体]、[/font][font='Times New Roman',serif]SbCHI[/font][font=楷体]、[/font][font='Times New Roman',serif]SbFNS[/font][font=楷体]和[/font][font='Times New Roman',serif]SbOMT[/font][font=楷体]等编码酶在黄芩中的表达显著上调，且与转录组数据一致。最后，[b]通过黄芩中主要黄酮类化合物与编码黄酮代谢途径的转录因子和酶的基因之间的相关性分析，构建了一个共表达网络图，为挖掘与黄酮类合成相关的光响应基因提供了依据[/b]。这是首个关于红蓝光组合如何影响黄芩生长及次生代谢的研究报告。 [/font][font=楷体]黄芩（[/font][font='Times New Roman',serif]Scutellariabaicalensis Georgi[/font][font=楷体]）是唇形科著名的药用植物，其干燥根部在中国被称为“黄芩”，是最常用的中药材之一，广泛用于抗菌、抗炎、抗病毒和抗肿瘤治疗（[/font][font='Times New Roman',serif]Do et al., 2021 Xiang et al., 2022[/font][font=楷体]）。黄芩的化学成分主要包括黄酮类、有机酸类化合物和皂苷类，其中黄酮类是其主要活性成分（[/font][font='Times New Roman',serif]Miao et al., 2022 Sun et al., 2020a[/font][font=楷体]）。黄芩苷是黄芩中含量最高的黄酮类化合物之一，也是《中国药典》评估黄芩质量的重要指标之一。最近的研究表明，黄芩提取物和黄芩素具有潜在的抗冠状病毒药物活性（[/font][font='Times New Roman',serif]Liu et al., 2021[/font][font=楷体]）。黄芩是清肺排毒汤的重要成分，清肺排毒汤是国家卫健委推荐用于新冠肺炎治疗的权威中药方剂（中华人民共和国国家卫生健康委员会[/font][font='Times New Roman',serif], 2021[/font][font=楷体]）。目前，黄芩在中国北方广泛种植，对其药用成分的需求不断增加。因此，[/font][b][font=楷体]提高该物种的产量及其黄酮类化合物（包括黄芩素和黄芩苷）含量成为了重要的研究领域。[/font][/b][font=楷体]在多种可控的环境因素中，光是至关重要的因素之一，因为光对植物光合作用具有重要性，不同的光质对植物的生长和发育有显著影响（[/font][font='Times New Roman',serif]Chen et al., 2021 Danziger and Bernstein, 2021[/font][font=楷体]），如红光和蓝光更有效地参与植物光合作用（[/font][font='Times New Roman',serif]Mccree, 1970[/font][font=楷体]）。植物已经进化出一系列光受体来响应光的特定方面，这决定了植物的生长和发育（[/font][font='Times New Roman',serif]Ahmad, 2016 de Wit et al., 2016[/font][font=楷体]）。在温室园艺中，发光二极管（[/font][font='Times New Roman',serif]LED[/font][font=楷体]）可以通过发射特定波长的光精确控制光谱组成，已被用于提高作物的产量和质量（[/font][font='Times New Roman',serif]Lazzarin et al., 2021 Ma et al., 2021[/font][font=楷体]）。例如，研究表明，与白光相比，红光照射下的苹果（[/font][font='Times New Roman',serif]Malus domestica[/font][font=楷体]）根长、侧根数量和根体积显著增加，而蓝光和白光之间的根指数没有显著差异（[/font][font='Times New Roman',serif]Li etal., 2021b[/font][font=楷体]）。红光和蓝光通过影响植物的激素水平和信号传导调节其生长和发育。例如，蓝光和红光促进了挪威云杉幼苗中赤霉素和吲哚[/font][font='Times New Roman',serif]-3-[/font][font=楷体]乙酸（[/font][font='Times New Roman',serif]IAA[/font][font=楷体]）的积累（[/font][font='Times New Roman',serif]OuYang et al., 2015[/font][font=楷体]）。与单色红光或蓝光相比，两种光的组合能显著刺激植物的光受体，从而影响其生长和发育（[/font][font='Times New Roman',serif]Spalholz et al., 2020[/font][font=楷体]）。之前的研究表明，单一的红光或蓝光无法促进番茄茎的伸长和生长，但当红蓝光的比例适当时，植物的生长状态达到最佳（[/font][font='Times New Roman',serif]Liang et al., 2021[/font][font=楷体]）。[/font][font=楷体]红光和蓝光通常用于温室农业种植，不仅影响植物的生长状态，还影响次生代谢物的生成。例如，红光和蓝光通过激活青蒿素合成相关基因的表达提高了黄花蒿（[/font][font='Times New Roman',serif]Artemisia annua[/font][font=楷体]）中青蒿素的水平（[/font][font='Times New Roman',serif]Zhang et al., 2018[/font][font=楷体]）。在某些物种中，红光和蓝光对次生代谢的影响有所不同。例如，在贯叶连翘（[/font][font='Times New Roman',serif]Hypericum perforatum[/font][font=楷体]）中，红光下金丝桃素和黄酮类化合物的含量显著增加，而蓝光和白光处理之间无显著差异（[/font][font='Times New Roman',serif]Sobhani Najafabadi et al., 2019[/font][font=楷体]）。类似地，红光被证明有效提高了蓝莓（[/font][font='Times New Roman',serif]Vaccinium spp.[/font][font=楷体]）中的花青素含量（[/font][font='Times New Roman',serif]Abou El-Dis et al., 2021[/font][font=楷体]）。红蓝光组合可以强烈刺激莴苣（[/font][font='Times New Roman',serif]Lactuca sativa cv. "Batavia"[/font][font=楷体]）中花青素和黄酮类化合物的积累（[/font][font='Times New Roman',serif]Sng et al., 2021[/font][font=楷体]）。[/font][b][font=楷体]对于药用植物育种者来说，一个重要的目标是优化活性成分的含量，同时提高产量[/font][/b][font=楷体]。近年来，黄芩黄酮类化合物的生物合成及其调控机制得到了广泛研究（[/font][font='Times New Roman',serif]Zhao et al., 2016[/font][font=楷体]），[/font][b][font=楷体]但关于不同波长光对黄芩生长、发育和次生代谢影响的信息仍然缺乏。[/font][/b][font=楷体]本研究利用红光和蓝光及其不同比例组合研究了它们对黄芩的影响。根据植物的形态特征和主要活性成分的含量确定了最佳的红蓝光比例。随后，利用靶向代谢组学和转录组学数据分析了最佳红蓝光组合促进黄芩生长及次生代谢物积累的潜在机制。通过代谢组和转录组数据的整合分析，鉴定了参与黄酮类化合物生物合成和调控的转录因子和酶的潜在光响应基因。[/font][b][font=楷体]本研究结果为黄芩的分子育种及[/font][font='Times New Roman', serif]LED[/font][font=楷体]应用于其优化生长和黄酮类药效的研究奠定了基础。[/font][font=楷体]结果[/font][font='Times New Roman',serif]3.1. [/font][font=楷体]光处理对黄芩生长和生物量的影响[/font][/b][font=楷体]不同光照显著影响了黄芩的生长（图[/font][font='Times New Roman',serif]1A[/font][font=楷体]）。与[/font][font='Times New Roman',serif]CK[/font][font=楷体]组相比，红蓝光组合处理组的植株高度显著低于[/font][font='Times New Roman',serif]CK[/font][font=楷体]组和单色光处理组（图[/font][font='Times New Roman',serif]1B[/font][font=楷体]）。与[/font][font='Times New Roman',serif]CK[/font][font=楷体]组相比，单[b]色红光处理下，黄芩全株和根部的生物量分别增加了[/b][/font][b][font='Times New Roman',serif]1.44[/font][font=楷体]倍和[/font][font='Times New Roman',serif]1.77[/font][font=楷体]倍，而单色蓝光处理组则无显著差异[/font][/b][font=楷体]。[/font][font='Times New Roman',serif]R9B1[/font][font=楷体]和[/font][font='Times New Roman',serif]R7B3[/font][font=楷体]处理下，全株和根部生物量分别是[/font][font='Times New Roman',serif]CK[/font][font=楷体]组的[/font][font='Times New Roman',serif]2.23[/font][font=楷体]倍和[/font][font='Times New Roman',serif]3.53[/font][font=楷体]倍，[/font][font='Times New Roman',serif]2.04[/font][font=楷体]倍和[/font][font='Times New Roman',serif]3.45[/font][font=楷体]倍（图[/font][font='Times New Roman',serif]1C[/font][font=楷体]、[/font][font='Times New Roman',serif]D[/font][font=楷体]）。数据表明，与单色光处理和[/font][font='Times New Roman',serif]CK[/font][font=楷体]组相比，红蓝光组合显著抑制了植株高度。然而，[/font][font='Times New Roman',serif]R9B1[/font][font=楷体]和[/font][font='Times New Roman',serif]R7B3[/font][font=楷体]处理显著增加了黄芩幼苗全株和根部的生物量，而在较高比例的蓝光处理下，植物生长受到抑制。 [b][font='Times New Roman',serif]4.1. [/font][font=楷体]适当的红蓝光组合促进黄芩的生长和主要活性成分的积累[/font][/b][font=楷体]植物对红光和蓝光的反应具有物种特异性（[/font][font='Times New Roman',serif]Izzo et al., 2020 Kong and Zheng, 2020 Liang et al., 2021[/font][font=楷体]）。例如，在红蓝光组合处理下，贯叶连翘（[/font][font='Times New Roman',serif]Hypericum perforatum L.[/font][font=楷体]）的根、叶和花的生物量随着红光比例的增加而增加，尤其是在[/font][font='Times New Roman',serif]100%[/font][font=楷体]红光处理下（[/font][font='Times New Roman',serif]Karimi et al., 2022[/font][font=楷体]）。在单色蓝光处理下，四周龄的豆薯幼苗的生物量显著高于单色红光、绿光和白光处理（[/font][font='Times New Roman',serif]Chung et al., 2019[/font][font=楷体]）。本研究得出结论，单色红光相比[/font][font='Times New Roman',serif]CK[/font][font=楷体]显著促进了黄芩根部和全株的生长，而蓝光对生长没有显著影响（图[/font][font='Times New Roman',serif]1[/font][font=楷体]）。[/font][font='Times New Roman',serif]Yeo[/font][font=楷体]等（[/font][font='Times New Roman',serif]2021[/font][font=楷体]）研究了在单色红光、蓝光和白色[/font][font='Times New Roman',serif]LED[/font][font=楷体]光处理下黄芩幼苗的初级和次级代谢物变化，发现白光[/font][font='Times New Roman',serif]LED[/font][font=楷体]最有效地促进了黄酮类物质（如黄芩苷、黄芩素和汉黄芩素）的生产。不同比例的红蓝光组合能够更好地控制植物生长和次生代谢物的生成（[/font][font='Times New Roman',serif]Bantis et al., 2018 Chen et al., 2019 Li et al., 2021a[/font][font=楷体]）。例如，适当比例的红光和蓝光可以显著促进大麻（[/font][font='Times New Roman',serif]Cannabis sativa L.[/font][font=楷体]）的生长和大麻二酚的积累（[/font][font='Times New Roman',serif]Wei et al., 2021[/font][font=楷体]）。在另一种唇形科著名药用植物丹参（[/font][font='Times New Roman',serif]Salvia miltiorrhiza Bunge[/font][font=楷体]）中，[/font][font='Times New Roman',serif]R[/font][font='Times New Roman',serif]=7:3[/font][font=楷体]的比例不仅促进了其生长，还促进了酚酸的生成（[/font][font='Times New Roman',serif]Zhang et al., 2020[/font][font=楷体]）。本研究发现，[/font][font='Times New Roman',serif]R9B1[/font][font=楷体]和[/font][font='Times New Roman',serif]R7B3[/font][font=楷体]组相比[/font][font='Times New Roman',serif]CK[/font][font=楷体]组或其他处理组，更有利于黄芩的生长和黄酮类物质的积累（图[/font][font='Times New Roman',serif]1[/font][font=楷体]，图[/font][font='Times New Roman',serif]2[/font][font=楷体]），这与丹参的研究结果类似（[/font][font='Times New Roman',serif]Zhang et al., 2020[/font][font=楷体]）。[/font][b][font='Times New Roman',serif]4.2. [/font][font=楷体]组合光可激活黄芩的黄酮类合成途径[/font][/b][font=楷体]多种在黄芩根部参与黄酮类合成途径的关键酶基因，如[/font][font='Times New Roman',serif]SbPALs[/font][font=楷体]、[/font][font='Times New Roman',serif]SbC4H[/font][font=楷体]、[/font][font='Times New Roman