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有机大米是指在种植过程中,不使用转基因种子、不施用合成化学肥料、杀虫剂和除草剂,采用绿色肥料及生物病虫害防治措施等可持续种植方法产出的大米产品。目前对有机大米的鉴定仍然停留在对有机种植过程的通用规范和认证流程的基本规定上,缺少对产品质量进行定性和定量的鉴别方法和标准化规范。本论文以黑龙江省有机大米和普通大米为原材料,基于Label-free蛋白组学技术和非靶向代谢组学技术,结合化学计量学和生物信息学方法,从大米蛋白质组和代谢物组中筛选出具有实现有机大米和普通大米分类和鉴别能力的生物标识物,建立了基于生物标识物鉴别有机大米和普通大米的判定模型和方法。首先建立了大米中代谢物的提取方法和UPLC-Q-TOF MS/MS测定大米中代谢物的分析方法;采用甲醇-水(7:3)和乙腈-水(3:7)两次超声辅助提取(24k Hz,55 W,30 min)大米中代谢物;UPLC色谱柱为ACQUITY BEH AMIDE柱(1.7μm,2.1 mm×100 mm),柱温30℃,流速0.3 m L/min,以25 mmol/L氨水-乙酸铵水溶液为A相,乙腈为B相进行23 min的梯度洗脱;Q-TOF MS/MS采用电喷雾电离源,采用正负离子模式分析,正离子模式下QC样品获得9443个特征峰,负离子模式下QC样品获得8795个特征峰;所建立方法的精密度、重复性及线性范围较好,能够满足非靶向代谢物快速分析要求。基于Label-free蛋白质组分析技术,研究了10个有机大米和10个普通大米蛋白质水平的差异;共鉴定出1660个蛋白质,两组之间共表达的核心蛋白质共418个;根据t检验和倍数分析,筛选出114个差异蛋白质,其中有机大米上调蛋白质56个,下调蛋白质58个;采用主成分分析、聚类层次分析和相似度分析对114个丰度差异蛋白质建立有机大米与普通大米的分类和鉴别模型,证明可以通过两组的差异蛋白质进行大米样品的分类;采用正交偏最小二乘判别分析模型筛选出30个对有机大米和普通大米判别具有较大贡献率的潜在标识蛋白质;根据蛋白质KEGG分析,从30个潜在标识蛋白质中筛选出21个参与水稻主要代谢过程的蛋白质,所参与的生物学过程包括淀粉合成、糖酵解、三羧酸循环、植物应激反应、核糖体合成等。采用所建立的UPLC-Q-TOF MS/MS方法对20个有机大米和20个普通大米进行非靶向代谢物分析,正负离子模式下共识别出16814个代谢物,两组样品共有核心代谢物为8614个(ESI+)和7526个(ESI-);采用t检验和倍数分析从共有核心代谢物中筛选出差异性代谢物3665个(ESI+)和3376个(ESI-)。采用主成分分析法、偏最小二乘判别分析法和正交偏最小二乘判别分析法,建立基于差异代谢物的有机大米与普通大米的分类和判别模型,根据模型筛选出100个对两组样品判别贡献率较大的代谢物;采用KEGG代谢通路富集分析筛选出参与水稻主要代谢过程的37个潜在标识代谢物,其涉及的生物学过程包括糖代谢、氨基酸代谢、脂肪酸代谢、核苷酸代谢等。基于潜在标识蛋白质和潜在标识代谢物的代谢途径相关性,以及有机大米与普通大米之间分类贡献率和丰度倍数,从21个潜在标识蛋白质和37个潜在标识代谢物中筛选出6个蛋白质和9个代谢物作为有机大米和普通大米鉴别的生物标识物,6个蛋白质为烯醇化酶、磷酸葡萄糖异构酶、乙醇脱氢酶、过氧化氢酶A、HSP 70和HSP16.9,9个代谢物为硫胺素、亚叶酸、琥珀酸、甜菜碱、棉子糖、前列腺素D2、氨基环丙烷羧酸、5-羟色胺和壬二酸;根据15个生物标识物的丰度范围和概率统计分析建立有机大米与普通大米的判别标准,符合有机大米的可识别生物标识物个数为11～15的样品视为有机大米,符合普通大米的可识别生物标识物个数为10～15的样品视为普通大米;采用18个来源已知的大米样品(9个有机大米和9个普通大米)对所建立的方法进行验证,大米生物标识物的测定精密度和准确率符合方法学要求,样本识别准确率为88.89%;盲样分析可以鉴别出有机大米和普通大米,但不能有效地识别掺假的有机大米。