绿叶蔬菜类作物栽培研究的新成果
（一）绿叶蔬菜功能研究的新信息
1．探索绿叶蔬菜信号传递功能的新进展
用纳米技术把菠菜开发为爆炸物的探测器。2016年10月31日，美国麻省理工学院化学工程系教授迈克尔·斯特拉诺拉领导的研究小组，在《自然·材料学》杂志上发表论文称，地下水中或许存在某些危险物质，人类很难察觉出来，但利用纳米技术改造的菠菜类植物却能做到。他们通过在叶子中嵌入碳纳米管，把菠菜变身为能探测爆炸物的传感器，并可用无线方式把信息传递到智能手机等手持设备。
斯特拉诺称，这种纳米仿生技术的目标是将纳米粒子引入植物，赋予其非原生功能。他们借助一种被称为“血管灌注”的技术，将含有纳米粒子的溶液注射到叶子背面——即将硝基芳烃传感器嵌入到菠菜叶子光合作用最强的叶肉层。研究人员还嵌入可发射恒定荧光信号的碳纳米管作为参考。通过比较两个荧光信号，更容易确定传感器是否检测到了爆炸物，如地下水中存在爆炸物分子，植物10分钟即可将其传送到嵌有传感器的叶片。
研究人员为了读取信号，将激光打到叶片上，激发其中的纳米管发射近红外荧光。荧光可由连接到一台小型电脑的红外相机检测到。通过移除红外滤光片，具有拍照功能的普通智能手机也能检测到这一信号。目前，研究人员已能在离植物1米远的地方进行检测。
斯特拉诺表示，新方法为克服植物与人类的通信障碍提供了可能，它也可用以警示污染和干旱等环境问题。此外，新技术还具有多功能性，今后可扩展到任何植物。植物学家利用这些传感器可以更好地监测植物健康，最大限度地增加植物合成药用化合物的产量。
下一步，他们将利用转基因技术对植物进行基因改造，让植物不再生成叶绿素，而是随周围物质成分的不同改变叶子颜色，这样获得的植物不需红外传感器等额外装置，依靠自身即能完成检测任务。
2．探索绿叶蔬菜保健功能的新进展
⑴从香菜中提炼出具有广谱杀菌能力的食物油。2011年9月，葡萄牙贝拉英特拉大学一个由生物学家组成的研究小组，在《医学微生物学报》上发表论文称，他们在一种作为香料的香菜中，提取到具有广谱杀菌能力的香菜油。
研究人员把香菜油配制成溶液，对大肠杆菌、沙门氏菌、蜡样芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌等12种有害病菌进行测试，发现香菜油浓度为1.6%，甚至更低的浓度时，就可以杀死大多数病菌和抑制它们生长。
研究发现，香菜油通过破坏病菌细胞的保护膜，阻断病菌和周遭环境的联系，例如抑制病菌的呼吸，从而使其窒息而死或停止生长。香菜油这种杀菌方式先前不为人们所知。研究人员认为，这种香菜油可以作为食物添加剂或医学临床制剂，预防和控制食物来源的细菌性疾病，甚至可以用于防治具有抗抗生素能力的病菌。
⑵发现绿叶蔬菜可预防脂肪肝。2018年12月，瑞典卡罗林斯卡医学院，生理学和药理学系副教授马蒂亚斯·卡尔斯特罗姆主持的研究小组，在美国《国家科学院学报》发表论文指出，大量摄取存在于多种蔬菜中的无机硝酸盐，可以减少肝脏中的脂肪积累，目前，没有真正可以治疗脂肪肝的药物获得批准使用，这种疾病很容易发展成威胁生命的肝硬化和肝癌。
肝脏脂肪变性，又称脂肪肝，是一种常见的肝脏疾病，大约影响25%的人口。最重要的原因是超重或饮酒过量，目前没有针对这种疾病的药物治疗方法。研究证明，摄入来自天然蔬菜的较多无机硝酸盐，可以防止肝脏积累过多脂肪。卡尔斯特罗姆说：“当我们给以高脂肪和糖为食的小鼠补充膳食硝酸盐后，小鼠肝脏中的脂肪比例显著降低。”
两种不同的人类肝细胞培养实验，证实了小鼠研究结果。此外，研究人员还发现，除了可以降低脂肪肝风险，这种处理，还可以改善Ⅱ型糖尿病小鼠的血压和胰岛素或葡萄糖稳态。
研究小组把目光从饮食改变，转移到微观世界。之前的研究表明，蔬菜中的硝酸盐可以提高线粒体效率，从而提高身体耐受力。研究还表明，水果和蔬菜摄入量越高，对心血管和糖尿病越有益处。
研究人员说：“我们认为，这些疾病可能存在某些相连的机制，例如氧化应激损害一氧化氮信号传导，对心脏代谢功能存在有害影响。现在，我们展示了一种代替一氧化氮的方法：在我们的饮食中，摄入更多硝酸盐，它们将可以被转化为一氧化氮和其他生物活性氮。”
尽管已经有许多临床研究，但是关于蔬菜的什么特性使它们有益于健康，仍存在相当大的争论。卡尔斯特罗姆说：“目前还没人关注硝酸盐，我们认为这是个关键。现在，我们要开始临床研究，以评估补充硝酸盐对降低脂肪肝变性风险的治疗价值，结果可能导致新的药理和营养策略。”在进行更大规模的临床研究证实硝酸盐的作用之前，研究人员建议患者尽量多吃绿叶蔬菜，如莴苣或富含硝酸盐的菠菜和芝麻菜。研究人员说：“据我们观察，并不需要太大量的蔬菜我们就能获得保护力，大约每天摄入200克。”
（二）绿叶蔬菜基因研究的新信息
1．绿叶蔬菜基因组测序研究的新进展
⑴发布高质量的香菜基因组序列。2019年12月10日，华北理工大学生命科学学院王希胤教授率领的研究团队，在《植物生物技术杂志》网络版上发表论文称，他们利用最新测序技术和生物信息学方法，制作成一个高质量的香菜参考基因组，研究了香菜基因组的进化，并为调节香菜风味确定潜在的候选基因。
香菜也称为芫荽或中国香菜，属于伞形科植物。伞形科植物包括434个属3700多个种，包括胡萝卜、芹菜、当归、茴香等重要经济作物。香菜是一种全球重要的蔬菜作物。根据世界粮农组织的数据，其全球产量从1994年到2016年增加了两倍，尤其是在亚洲，占全球产量的71.4%。其可食用的叶和茎被广泛用作蔬菜，而其干燥的种子可以用作一种香料。
香菜含有甘露醇、乙醛、糠醛和芳香醇等挥发性物质，可散发出独特的香味，用香菜烹饪能消除肉类的腥味，增加食物的味道。香菜营养丰富，富含维生素C、胡萝卜素、维生素B1和B2，它维生素C的含量异常高，7～10克的叶子便可以满足人体一天的需求，而香菜叶子中胡萝卜素的含量则是番茄、豆类和黄瓜的10倍以上。香菜还具有重要的药用价值，它的茎和叶可以增加食欲，改善消化，它的果实可以调节肠道，降低血压，还有利尿的功能。
该研究团队使用多种技术组合对香菜基因组进行测序，通过分析发现，香菜的杂合度为0.47%，重复序列比为80.58%，基因组大小估计数为2130.29M。同时，他们利用Pacbio平台共产生197.45 Gb测序数据，组装香菜基因组的长序列片段N50长度为2.15 Mb。
香菜香味的分子基础及其调控网络，目前尚未得到很好研究。对此，他们认为香菜及相关植物中萜类物质的合成途径，与植物挥发性物质的形成有关。此外，他们还鉴定了香菜和其他植物中的TPS基因家族。有趣的是，他们发现一个TPS-g组基因(Cs06G00661.1)在不同组织和发育阶段都有高表达，表明其可能在编码芳香醇和香叶烯合成酶中发挥重要作用。
高质量的香菜基因组序列，结合比较转录组和代谢组学分析，通过对香菜相关基因的鉴定，探索其在不同组织和发育时期之间的表达，为深入剖析植物香气和风味积累的遗传机制奠定基础，具有应用于作物育种的潜力。
⑵公布芹菜的基因组序列。2020年1月，南京农业大学作物遗传与种质创新实验室熊爱生教授率领的研究团队，在《园艺研究》杂志上，发布芹菜的基因组序列，推进这种富含芹菜素重要叶菜作物的基础理论和遗传育种技术研究。
芹菜为伞形科一、二年生草本植物，原产于地中海和中东地区，目前在全球范围内均有栽培，是一种世界性的蔬菜。芹菜以嫩叶和叶柄作为主要的食用部位。芹菜含有丰富的维生素、类胡萝卜素、蛋白质和膳食纤维等多种营养成分，其茎、叶、种子中还含有多种挥发油化合物、类黄酮、不饱和脂肪酸等具有生理活性的物质，具有很高的食用和药用价值。
随着人民生活水平提高和健康意识的增强，芹菜的需求量越来越大，这也对芹菜的遗传育种和基础理论研究提出了更高的要求。该研究团队构建了六个不同长度DNA文库，通过对芹菜基因组进行测序，共获得600.8 Gb的数据量，经过组装后得到2.21Gb的芹菜基因组序列，预测出34277个编码蛋白质的基因。
基因组加倍事件是植物基因组进化的重要驱动因素，研究人员发现，芹菜在进化过程中发生两次全基因组加倍，而且存在大量的基因家族扩张和收缩。芹菜基因组含有1698个转录因子，约占整个基因组总基因数的5%。芹菜素具有多种生物活性和药理功能，特别是芹菜中含有大量的芹菜素。芹菜还具有独特的风味，这与萜类物质的存在密不可分。根据芹菜基因组数据，这项研究对芹菜素、萜类等物质合成途径相关基因，进行了鉴定与分析。
2．绿叶蔬菜进化和代谢关键基因研究的新进展
探索莴苣进化和代谢关键基因取得新突破。2020年8月，华中农业大学园艺植物生物学实验室闻玮玮和匡汉晖教授课题组，与德国马克斯普朗克研究所艾莉斯代尔·费尼教授课题组联合组成的一个国际研究团队，在《植物杂志》发表题为“莴苣初级代谢驯化型遗传结构的剖析”的论文，表明在莴苣进化和代谢生物学研究领域取得新突破。
研究团队利用搜集到的野生和栽培莴苣材料的转录组和代谢组数据，系统地研究初生代谢网络及其在不同莴苣类型间的变异，并挖掘到与莴苣初生代谢通路驯化及类型分化相关的多个关键基因。现代栽培莴苣包含结球型、奶油型、散叶型、罗马型和莴笋型等多种类型，糨是由野生刺莴苣驯化而来的。匡汉晖课题组前期研究发现，现代栽培莴苣是由一次单一的驯化事件起源，经历上千年的时间，在不同国家及地区，慢慢演变成现代的各种栽培类型。
这项研究中，研究人员测定了189份莴苣材料的77种初生代谢产物，基于代谢数据的的多种方法研究，发现野生莴苣与栽培莴苣存在明显的差异，符合莴苣单一驯化起源的假说。然而相较于基因组水平，现有栽培类型的莴苣间，在代谢水平并未形成明显分化。
研究人员进一步发现代谢物肌醇半乳糖苷、苹果酸、奎宁酸和苏糖酸，可能在莴苣的驯化或者类型分化的过程中，有着重要的意义。全基因组关联分析鉴定了154个mQTL位点，挖掘出与绿原酸、奎宁酸和肌醇半乳糖苷等含量变异关联的功能基因和等位变异，并发现多个位点位于选择性清除区域。研究中，利用另一莴苣群体对位于选择清除区域的候选基因，进行验证并推测HQT等基因在启动子区域的变异，可能导致其启动子活性发生变化，进而影响其表达水平，以及奎宁酸和绿原酸在野生及栽培莴苣中的含量变化。
研究人员还对莴苣驯化和类型分化中初生代谢物的变异进行系统研究，并分析其遗传基础。研究发现，栽培莴苣中奎宁酸与绿原酸含量，均明显低于野生莴苣。鉴于绿原酸在食品和保健方面的重要作用，该研究对莴苣改良营养成分和提升品质提供了信息和线索。
