韭菜盒子、猪肉韭菜馅饺子、韭菜包子……中国人对韭菜这种传统特色蔬菜喜爱有加，这种偏好更多是由于韭菜特殊的风味。科学家开始关注韭菜里的风味物质是如何形成的。
然而，与白菜、茄子、甘蓝、番茄等大宗蔬菜相比，特色蔬菜的分子生物学研究相对比较滞后，韭菜功能基因组学研究进程非常缓慢，其风味形成的分子机制研究仍是一片空白。
近日，北京市农林科学院蔬菜中心(以下简称蔬菜中心)栽培与设施科研团队通过转录组学技术，系统鉴定和分析了韭菜风味物质合成过程的关键基因，厘清了合成途径，并初步勾勒出线路图，为深入开展韭菜风味合成的调控机制研究奠定了坚实的工作基础。相关成果在线发表于《基因组学》。
厘清风味形成途径
韭菜是一种分布在东亚和东南亚地区的葱亚科葱属多年生宿根蔬菜，我国常年种植面积约600万亩，在蔬菜生产和供应中占据重要地位。
“韭菜、大蒜、洋葱、大葱等都是葱属作物，它们的叶片、鳞茎、种子植物组织中含有多种生物活性物质，主要包括含硫化合物、甾体皂苷、黄酮类化合物、含氮化合物等，其中以S-烃基半胱氨酸亚砜(CSO)为主的一类有机硫化物对风味贡献最大，它们是葱属植物风味前体物质。”论文共同通讯作者、蔬菜中心研究员刘宁在接受《中国科学报》采访时介绍。
不过，目前关于CSO合成及其分解途径的研究主要集中在大蒜和洋葱两种作物。蔬菜中心的科研人员想在韭菜相关研究中闯出一条路，团队选用国内主栽品种“791”韭菜为实验材料，开始了一系列探索。
他们厘清了韭菜从硫转运、吸收和利用，到合成风味物质的整个途径。“硫是植物必需的营养元素，韭菜主要从土壤里吸收硫酸盐来加以利用，通过特定转运蛋白把硫酸盐从根部运进植物体内，并在体内发生‘蜕变’，从无机硫变成有机硫。在同化过程中，硫酸盐生成了半胱氨酸，再继续转化为谷胱甘肽，最终经多步反应生成CSO。”刘宁说。
特征香气形成的关键基因
神奇的是，CSO其实并没有味道，那它又是如何让韭菜这么“有味儿”呢?
刘宁介绍，葱属植物含有极为丰富的蒜氨酸酶，这个酶是特征香气释放的关键酶，可以与风味前体物质CSO相互作用，被催化分解后能生成一系列具有挥发性的有机硫化物，释放出辛辣气味。
实际上，这两者正常状态下相互分隔，蒜氨酸酶存在于液泡膜里，与细胞质中的底物CSO无法接触，但韭菜叶片一旦被切碎，液泡中贮存的蒜氨酸酶被释放出来，两者“相遇”发生反应就会形成韭菜特有的风味。这就是为什么完整的韭菜香气并不浓，但一经加工，立马气味四溢。
值得一提的是，团队成员利用高通量测序技术，系统分析了韭菜叶片、花、花序、根状茎、根和种子的组织特异性转录组，从中鉴定到22万个韭菜基因，发现205个基因参与硫同化、半胱氨酸和谷胱甘肽合成、CSO合成与水解释放香气的生化过程。这些发现有助于未来韭菜分子育种工作的开展。
为水培韭菜“增味”
市面上，韭菜可谓让消费者“又爱又怕”，韭菜农残超标的话题此起彼伏。这是因为在传统土壤栽培方式下，露天韭田长期连作导致韭蛆虫害严重，农药的效用比较有限，韭蛆很容易卷土重来、周而复始。反复使用化学防治极易引发严重的食品安全问题。
针对韭菜农药残留超标的难题，蔬菜中心研究员武占会及其团队推出了水培韭菜生产模式。论文共同通讯作者武占会向《中国科学报》介绍，水培技术去除了韭蛆滋生的土壤环境，基本解决了虫害及伴随的农残问题，并能实现营养液封闭循环，省肥节水，推动了韭菜产业的科学、绿色和安全发展。
然而水培韭菜遇到了一个瓶颈问题，与传统土壤栽培方式相比，水培韭菜的风味稍逊一筹。
“主要原因是CSO积累量显著低于同茬期的土培韭菜。”刘宁表示，水培韭菜风味不足严重影响了消费者的购买意愿和种植农户的收益，“味淡”成为困扰水培韭菜产业可持续发展的核心难题之一。
受到农谚“顺境出产量，逆境出品质”的启发，研究人员经过反复试验筛选，发现在原营养液配方中添加适量盐分，精准控制水培韭菜的胁迫程度，能促进CSO合成过程关键酶基因转录，CSO积累量增加，韭叶辛辣度提升1.06倍，与土壤栽培韭菜风味相近，其它品质指标也显著改善，产量增加6%左右，更受消费者欢迎。
这项改进措施能够实现水培韭菜“增味”，有望发展成为一项成本低廉、简单易行的实用栽培技术，并有潜力应用于改善其它水培蔬菜风味、品质。该项栽培技术背后的分子机制正在研究之中。
目前，水培韭菜技术在北京郊区、河北定州、河南新乡、新疆阿克苏等地示范推广，取得良好的经济、生态和社会效益。
