谷子作为功能性杂粮越来越受到大众关注。蒸煮食味品质是消费者判断小米品质优劣的最直接的方法之一。我国谷子种质资源丰富,营养品质和食味品质各有差异,因此,在筛选蒸煮食味品质较好的谷子品种层面,对小米特色营养成分,尤其是有效功能成分的挖掘,对于我国谷子产业发展具有重要意义。本研究选取了名优品种晋谷21及农家种牛毛白为研究材料,在明确其主要蒸煮品质的基础上,首次利用脂质组学技术分析了小米蒸煮前后脂质变化规律。利用代谢组学技术初步探索了谷子籽粒灌浆过程中代谢物累积模式,并结合转录组分析了相关代谢途径。研究结果如下:1、通过对12个谷子资源的小米进行口感测评及米色观察,初筛出了食味品质较好的栽培种晋谷21(黄米)及较差的农家种牛毛白(白米)。对其蒸煮食味品质指标分析:(1)晋谷21与牛毛白的小米糊化特性及米汤固形物含量分析表明,除崩解值外,晋谷21的峰值黏度、热浆黏度、最终黏度、回生值等参数均低于牛毛白;说明其食味品质较牛毛白好,较难糊化,但米粥保存品质比牛毛白较差。晋谷21的米汤固形物含量显著高于牛毛白,与其米粥口感较好有关。(2)对具有代表性的四种米色谷子资源(包括晋谷21和牛毛白)的脂肪酸构成进行分析,研究发现小米中的脂肪酸主要由7种物质构成,其中,亚油酸为小米中主要脂肪酸,其次为棕榈酸、硬脂酸和油酸;亚麻酸、花生酸和山嵛酸在小米中所占比例较小。晋谷21和2个白米品种(牛毛白和支生谷)中的不饱和脂肪酸含量相对较高,绿米(大青谷和露米青谷)相对较低。(3)对晋谷21和牛毛白小米蒸煮挥发性物质分析,研究表明,晋谷21比牛毛白有更多的香味物质富集和修饰。筛选出13种小米粥中特征性风味物质,其中,反,反-2,4-癸二烯醛、正己醛、1-辛烯-3醇、辛醛、壬醛、(E)-2-壬烯醛、正壬醇和十二醛为小米粥中的关键风味物质;庚醛、萘和十一醛对小米粥风味具有修饰作用;香叶基丙酮和癸醛对小米粥风味具有关键性或修饰性作用。2、对晋谷21与牛毛白小米脂质代谢物及蒸煮前后脂质变化规律进行分析,主要结果如下:(1)利用非靶向脂质代谢组学技术从晋谷21与牛毛白小米中共鉴定出30种脂质亚类,共657种脂质分子。小米中主要的脂质构成为甘油三酯(245种)、甘油二酯(61种)、卵磷脂(59种)。此外,溶血卵磷脂、脑磷脂、磷脂酸、神经酰胺、磷脂酰肌醇、磷脂酰甘油、溶血脑磷脂和溶血磷脂酰甘油这8种脂类在小米中也相对较高,其余的脂类物质较少。(2)对小米蒸煮前后脂质代谢变化规律进行分析发现,不同谷子品种在蒸煮过程中,其差异脂质分子各不相同;生米中的脂质分子含量最高,其次是熟米,而米汤中的脂质分子含量最低;熟米与生米相比,各自含量较高的脂类物质不同,熟米中的磷脂和磷脂酰丝氨酸含量更高。(3)比较晋谷21与牛毛白在生米、熟米和米汤中的主要差异脂质分子发现,晋谷21与牛毛白的生米、熟米和米汤中各自含量较高的脂质分子不同;晋谷21生米和米汤中,有较多的脂质分子(特别是米汤中高达21种)含量比牛毛白高,而牛毛白仅在熟米中比晋谷21有较多的脂质分子,表明晋谷21在蒸煮过程中脂质代谢物变化比牛毛白更明显,该代谢变化可能导致晋谷21产生含量较高、种类较丰富的香味物质,使其米粥风味更好。3、对晋谷21与牛毛白谷子籽粒灌浆前期与后期的代谢物累积模式进行分析,主要结果如下:(1)利用广泛靶向代谢组学技术从谷子籽粒中首次鉴定出554种代谢物,包括初生代谢物220种和次生代谢物344种。这些代谢物分属于21个种类,分别为有机酸及其衍生物,酚胺,氨基酸及其衍生物,核苷酸及其衍生物,糖类,羟基肉桂酰衍生物,奎宁酸及其衍生物,黄酮类,脂质类,苯甲酸衍生物,烟酸及其衍生物,胆碱类,维生素类,生物碱,醇类和多元醇,色胺及其衍生物,植物激素,香豆素及其衍生物,吲哚及其衍生物,吡啶,萜类及其他。其中黄酮类最多(117种),包括黄酮碳糖苷、黄酮、黄酮醇、黄酮-木脂素、黄烷酮、异黄酮、儿茶素及花青素8种。这些次生代谢物中有的具有药用功能。(2)对晋谷21与牛毛白谷子籽粒灌浆前期差异代谢物分析,共发现153种显著性差异物质,主要存在于黄酮和黄酮醇生物合成途径,赖氨酸降解途径,苯丙氨酸代谢途径,精氨酸和脯氨酸代谢途径及氨基苯甲酸降解途径。其中,半胱氨酰甘氨酸,阿魏酰胆碱,4-羟基-7-氧甲基香豆素鼠李糖苷和麦黄酮4’-O-(β-愈创木酰甘油)醚O-芸香糖苷这4种物质为牛毛白籽粒灌浆初期特有差异代谢物;金圣草黄素O-芥子酰己糖苷,13-过氧十八碳三烯酸,对乙基苯甲酸,二芥子酰葡萄糖苷,奥洛波尔,C-己糖基-芹菜素O-戊糖苷这6种物质为晋谷21籽粒特有差异代谢物。此外,本研究还发现23种仅发生在晋谷21与牛毛白籽粒灌浆期前期的特异性差异代谢物。(3)对晋谷21与牛毛白谷子籽粒灌浆后期差异代谢物分析,共发现145种显著性差异物质,主要存在于苯丙烷生物合成途径,异黄酮生物合成途径,类黄酮生物合成途径及黄酮和黄酮醇生物合成途径。其中,麦黄酮4’-O-(β-愈创木酰甘油)醚O-芸香糖苷、儿茶素、吲哚-3-乙酸甲酯、赤霉素15、阿魏酰酪胺、4-羟基-7-氧甲基香豆素鼠李糖苷和6-羟甲基脱肠草素这7种代谢物为牛毛白籽粒灌浆后期特有差异代谢物;13-过氧十八碳三烯酸,金圣草黄素O-芥子酰己糖苷,C-己糖基-芹菜素O-戊糖苷,木糖醇,木犀草素,羟基金雀异黄素,二芥子酰葡萄糖苷,绿原酸甲酯这8种物质为晋谷21籽粒特有差异代谢物。此外,本研究还发现17种仅存在晋谷21和牛毛白籽粒灌浆后期特异性差异代谢物。(4)对籽粒灌前期和后期中的代谢物累积特征分析,共发现108种晋谷21与牛毛白共有差异代谢物,各品种特有差异代谢物分别为78种和72种。结合KEGG代谢通路分类图,晋谷21和牛毛白谷子籽粒灌浆过程中共同参与了55种代谢通路,主要为调节生理活动的初生代谢及应对外界环境刺激的次生代谢。此外,晋谷21中还具有24种特有的差异代谢途径,牛毛白中有10种,这些差异代谢途径可能与其品质差异有关。4、利用代谢-转录联合分析手段对富集在类黄酮生物合成途径及苯丙烷生物合成途径的关联代谢物进行分析,主要结果如下:(1)从柚皮素查尔酮至金圣草(黄)素的合成支路中,除了芹菜素在晋谷21与牛毛白中差异不显著,其余5种物质在晋谷21中的含量均比牛毛白高。结合转录组分析,最终筛选到10个关键基因,分别为:1个CHI,(Seita.9G034700);2个CYP75B1,(Seita.6G057600、Seita.6G171400);4个FNSI,(Seita.9G342600、Seita.7G210600、Seita.9G561700、Seita.7G210500);3个F3’OMT,(Seita.8G191 700、Seita.7G073700、Seita.8G139700)。(2)从芥子酸到紫丁香苷的代谢支路中,芥子醛在晋谷21中含量显著增高,而紫丁香苷含量显著下降,芥子酸和芥子醇的变化不显著。结合转录组分析,共发现4个关键基因,分别为1个CCR,(Seita.2G147600);3个CAD,(Seita.2G199 100、Seita.6G026000、Seita.7G049 900)。