劉寧（中）在北京農(nong) 林科學院蔬菜中心溫室指導研究生分析水培韭菜的生長情況。受訪者供圖

■本報記者 張晴丹

韭菜盒子、豬肉韭菜餡餃子、韭菜包子……中國人對韭菜這種傳(chuan) 統特色蔬菜喜愛有加，這種偏好更多是由於(yu) 韭菜特殊的風味。科學家開始關(guan) 注韭菜裏的風味物質是如何形成的。

然而，與(yu) 白菜、茄子、甘藍、番茄等大宗蔬菜相比，特色蔬菜的分子生物學研究相對比較滯後，韭菜功能基因組學研究進程非常緩慢，其風味形成的分子機製研究仍是一片空白。

近日，北京市農(nong) 林科學院蔬菜中心（以下簡稱蔬菜中心）栽培與(yu) 設施科研團隊通過轉錄組學技術，係統鑒定和分析了韭菜風味物質合成過程的關(guan) 鍵基因，厘清了合成途徑，並初步勾勒出線路圖，為(wei) 深入開展韭菜風味合成的調控機製研究奠定了堅實的工作基礎。相關(guan) 成果在線發表於(yu) 《基因組學》。

厘清風味形成途徑

韭菜是一種分布在東(dong) 亞(ya) 和東(dong) 南亞(ya) 地區的蔥亞(ya) 科蔥屬多年生宿根蔬菜，我國常年種植麵積約600萬(wan) 畝(mu) ，在蔬菜生產(chan) 和供應中占據重要地位。

“韭菜、大蒜、洋蔥、大蔥等都是蔥屬作物，它們(men) 的葉片、鱗莖、種子植物組織中含有多種生物活性物質，主要包括含硫化合物、甾體(ti) 皂苷、黃酮類化合物、含氮化合物等，其中以S-烴基半胱氨酸亞(ya) 碸（CSO）為(wei) 主的一類有機硫化物對風味貢獻最大，它們(men) 是蔥屬植物風味前體(ti) 物質。”論文共同通訊作者、蔬菜中心研究員劉寧在接受《中國科學報》采訪時介紹。

不過，目前關(guan) 於(yu) CSO合成及其分解途徑的研究主要集中在大蒜和洋蔥兩(liang) 種作物。蔬菜中心的科研人員想在韭菜相關(guan) 研究中闖出一條路，團隊選用國內(nei) 主栽品種“791”韭菜為(wei) 實驗材料，開始了一係列探索。

他們(men) 厘清了韭菜從(cong) 硫轉運、吸收和利用，到合成風味物質的整個(ge) 途徑。“硫是植物必需的營養(yang) 元素，韭菜主要從(cong) 土壤裏吸收硫酸鹽來加以利用，通過特定轉運蛋白把硫酸鹽從(cong) 根部運進植物體(ti) 內(nei) ，並在體(ti) 內(nei) 發生‘蛻變’，從(cong) 無機硫變成有機硫。在同化過程中，硫酸鹽生成了半胱氨酸，再繼續轉化為(wei) 穀胱甘肽，最終經多步反應生成CSO。”劉寧說。

特征香氣形成的關(guan) 鍵基因

神奇的是，CSO其實並沒有味道，那它又是如何讓韭菜這麽(me) “有味兒(er) ”呢？

劉寧介紹，蔥屬植物含有極為(wei) 豐(feng) 富的蒜氨酸酶，這個(ge) 酶是特征香氣釋放的關(guan) 鍵酶，可以與(yu) 風味前體(ti) 物質CSO相互作用，被催化分解後能生成一係列具有揮發性的有機硫化物，釋放出辛辣氣味。

實際上，這兩(liang) 者正常狀態下相互分隔，蒜氨酸酶存在於(yu) 液泡膜裏，與(yu) 細胞質中的底物CSO無法接觸，但韭菜葉片一旦被切碎，液泡中貯存的蒜氨酸酶被釋放出來，兩(liang) 者“相遇”發生反應就會(hui) 形成韭菜特有的風味。這就是為(wei) 什麽(me) 完整的韭菜香氣並不濃，但一經加工，立馬氣味四溢。

值得一提的是，團隊成員利用高通量測序技術，係統分析了韭菜葉片、花、花序、根狀莖、根和種子的組織特異性轉錄組，從(cong) 中鑒定到22萬(wan) 個(ge) 韭菜基因，發現205個(ge) 基因參與(yu) 硫同化、半胱氨酸和穀胱甘肽合成、CSO合成與(yu) 水解釋放香氣的生化過程。這些發現有助於(yu) 未來韭菜分子育種工作的開展。

為(wei) 水培韭菜“增味”

市麵上，韭菜可謂讓消費者“又愛又怕”，韭菜農(nong) 殘超標的話題此起彼伏。這是因為(wei) 在傳(chuan) 統土壤栽培方式下，露天韭田長期連作導致韭蛆蟲害嚴(yan) 重，農(nong) 藥的效用比較有限，韭蛆很容易卷土重來、周而複始。反複使用化學防治極易引發嚴(yan) 重的食品安全問題。

針對韭菜農(nong) 藥殘留超標的難題，蔬菜中心研究員武占會(hui) 及其團隊推出了水培韭菜生產(chan) 模式。論文共同通訊作者武占會(hui) 向《中國科學報》介紹，水培技術去除了韭蛆滋生的土壤環境，基本解決(jue) 了蟲害及伴隨的農(nong) 殘問題，並能實現營養(yang) 液封閉循環，省肥節水，推動了韭菜產(chan) 業(ye) 的科學、綠色和安全發展。

然而水培韭菜遇到了一個(ge) 瓶頸問題，與(yu) 傳(chuan) 統土壤栽培方式相比，水培韭菜的風味稍遜一籌。

“主要原因是CSO積累量顯著低於(yu) 同茬期的土培韭菜。”劉寧表示，水培韭菜風味不足嚴(yan) 重影響了消費者的購買(mai) 意願和種植農(nong) 戶的收益，“味淡”成為(wei) 困擾水培韭菜產(chan) 業(ye) 可持續發展的核心難題之一。

受到農(nong) 諺“順境出產(chan) 量，逆境出品質”的啟發，研究人員經過反複試驗篩選，發現在原營養(yang) 液配方中添加適量鹽分，精準控製水培韭菜的脅迫程度，能促進CSO合成過程關(guan) 鍵酶基因轉錄，CSO積累量增加，韭葉辛辣度提升1.06倍，與(yu) 土壤栽培韭菜風味相近，其它品質指標也顯著改善，產(chan) 量增加6%左右，更受消費者歡迎。

這項改進措施能夠實現水培韭菜“增味”，有望發展成為(wei) 一項成本低廉、簡單易行的實用栽培技術，並有潛力應用於(yu) 改善其它水培蔬菜風味、品質。該項栽培技術背後的分子機製正在研究之中。

目前，水培韭菜技術在北京郊區、河北定州、河南新鄉(xiang) 、新疆阿克蘇等地示範推廣，取得良好的經濟、生態和社會(hui) 效益。

相關(guan) 論文信息：https://doi.org/10.1016/j.ygeno.2021.05.005