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西蓝花(Brassica oleracea L.),又称青花菜,是富集具有抗癌活性的异硫氰酸酯(Isothiocyanates,ITCs)和硒的良好试材。ITCs是硫代葡萄糖苷(简称硫苷)在内源黑芥子酶的作用下降解的产物之一,能够有效地防止膳食中多种致癌物质引起的DNA损伤。硫酸盐胁迫通过提高硫苷含量进而促进西蓝花中ITCs的富集,而硫苷含量与植物体内硫含量密切相关,由于硒和硫在原子大小、化学性质方面相似,在新陈代谢进程中硒不仅可以代替硫元素促进硒化合物的合成,而且与硒交换硫可能会进一步提高硫苷水解产物ITCs的生物活性。本文以西蓝花芽苗为试材,从生理代谢水平、基因转录水平和蛋白质表达水平探讨硒硫互作对西蓝花芽苗中异硫氰酸酯代谢影响,主要研究结果如下:1、研究了硫酸锌(4 mM,ZnSO4)及其联合高浓度(0.10 mM)和低浓度(0.01 mM)亚硒酸钠(Na2SeO3)处理对西蓝花芽苗生理代谢和ITCs富集的影响。西蓝花芽苗在ZnSO4处理下生长受到严重抑制,芽长变短、鲜重降低,丙二醛以及H2O2含量上升;发芽6d时,在ZnSO4处理的基础上加入高浓度和低浓度Na2SeO3均可以缓解单独ZnSO4处理对芽苗造成的伤害,降低丙二醛含量,提高芽苗中总酚含量,显著提高硒含量但并不影响总硫含量(p<0.05)。ZnSO4处理通过提高西蓝花芽苗中硫苷含量与黑芥子酶活力,实现ITCs和萝卜硫素的富集;在ZnSO4富集ITCs的基础上加入高浓度和低浓度Na2SeO3处理对ZnSO4处理组的ITCs含量无任何显著影响,显著降低了芽苗中的萝卜硫素含量。在ZnSO4处理4 d西蓝花芽苗的基础上,加入浓度为0.10 mM Na2SeO3时,较0.01 mM浓度富集ITCs与萝卜硫素含量的效果好,0.10 mM为最适Na2SeO3浓度。2、研究ZnSO4、高浓度Na2SeO3及ZnSO4联合高浓度Na2SeO3处理对西蓝花芽苗ITCs合成以及硒代谢相关基因表达的影响。ZnSO4处理下,4 d西蓝花芽苗中UGT74B1、FMOGs-OX1、ST5b、BoSMT、BoCOQ5-2及4d和6d下ESP、BoSultr1:1表达水平显著上调(p<0.05),6 d芽苗中MYB28、UGT74B1、FMOGS-OX1、ST5b、BoCOQ5-2 表达显著下调(p<0.05),4 d 下 MYB28,6 d 下 BoSMT及4d 和 6 d下MYR、BoSAT1;1、BoHMT1的表达量无显著变化(p>0.05);高浓度Na2SeO3处理下,4d西蓝花芽苗中UGT74B1、FMOGS-OX1、ST5b,6 d 下MYB28及4 d和6 d下BoSMT、BoHMT1、BoCOQ5-2、BoSultr1;1表达水平显著上调(p<0.05),6 d芽苗中UGT74B1、ESP表达显著下调(p<0.05),4 d 下 MYB28、ESP、6 d 下 ST5b、FMOGS-OX1及4d 和6d下MYR、BoSAT1;1的表达量无显著变化(p>0.05);ZnSO4联合高浓度Na2SeO3处理下,4d西蓝花芽苗中ST5b、FMOGS-OX1、ESP,6 d下MYR、BoSAT1;1及4 d和6 d下UGT74B1、BoSMT、BoHMT1、BoCOQ5-2、BoSultr1;1表达水平显著上调(p<0.05),6 d 芽苗中 MYB28、FMOGS-OX1、ESP表达显著下调(p<0.05),4 d 下 MYB28、MYR、BoSAT1;1及6d下ST5b的表达量无显著变化(p>0.05)。结果表明,不同处理下西蓝花芽苗中与异硫氰酸酯合成和硒代谢有关的基因响应具有差异,ZnSO4联合高浓度Na2SeO3处理上调6 d芽苗中UGT74B1、MYR增加异硫氰酸酯,上调BoHMT1的表达增加硒含量。3、4d西蓝花芽苗经ZnSO4及高浓度Na2SeO3处理后,分别鉴定出差异表达的蛋白310、353个;经ZnSO4联合高浓度Na2SeO3处理后与ZnSO4处理相比,差异表达的蛋白共202个,与高浓度Na2SeO3处理相比,差异表达的蛋白共170个;这些差异蛋白功能主要涉及氨基酸代谢、碳水化合物代谢、防御、能量等。各处理对二次代谢与硒代谢均有调控作用。ZnSO4处理对于ITCs合成中MAM1、IPMI2、IIL1、IMD1、BCAT3、SOT17、SOT18、MYR1和MYR2的表达丰度显著增加,利于硫苷的合成和MYR活性从而促进ITCs的富集;对于硒代谢的MS2、NTRB、APS1较对照无显著性差异,其余参与硒代谢的酶表达丰度均增加。高浓度Na2SeO3处理后IIL1相对表达较对照显著降低了 34.63%,其通过降低IIL1的蛋白表达调控脂肪族硫苷,进而调控ITCs,MYR活性与蛋白表达无关;对于硒代谢中鉴定出的11个酶表达丰度较对照均显著增加,进而促进硒的积累。ZnSO4联合高浓度Na2SeO3处理后与单独ZNSO4处理或高浓度Na2SeO3处理相比均降低了IIL1和IPMDS3、MYR1、ESP和NSP2的表达丰度,通过调控MYR2表达丰度提高MYR活力从而利于ITCs的富集;较单独ZnSO4处理MS2,MTO1,APS3均增加,较高浓度Na2SeO3处理均降低或不显著,其余参与硒代谢的酶表达丰度较ZnSO4或Na2SeO3均无显著性差异,表明ZnSO4联合高浓度Na2SeO3通过上调硒代谢相关基因BoHMT1及MS2,MTO1,APS3蛋白表达丰度增加硒含量。