杂粮是生长于边际土地的特色作物，适应性强、营养价值高，富含黄酮、酚酸、不饱和脂肪酸等生物活性物质，在优化人们膳食结构、保障营养安全等方面具备优势。而杂粮籽粒中活性成分富集机制不明且籽粒中植物囊泡样纳米颗粒（PDVLNs）的生物学功能鲜有报道，严重制约了杂粮种质资源的深度挖掘与产业化利用。
近日，山西农业大学孔照胜团队在国际期刊Science China Life Sciences在线发表题为PDVLNs function as efficient carriers for enriching secondary metabolites in minor crop grains的研究论文。该研究系统解析了高粱、芸豆籽粒中PDVLNs的结构特征、代谢富集规律与抗氧化功能，阐明了PDVLNs作为天然纳米载体介导次生代谢物选择性富集的保守机制，为杂粮作物功能成分挖掘与精准营养应用提供了全新理论依据与技术支撑。
该研究选取高粱和芸豆为研究对象，借助EXODUS自动化分离纯化系统，针对性优化高淀粉、多杂质籽粒的PDVLNs提纯技术，成功纯化得到结构完整、纯度优异的SbDVLNs与PvDVLNs。通过透射电镜、冷冻电子断层扫描等多维度表征手段，明确了两种PDVLNs的形态、粒径、电位及特征蛋白特性，验证了其典型植物EVs结构属性，为后续功能机制研究提供了可靠的实验支撑。
通过代谢组学分析表明，籽粒中的PDVLNs并非被动包裹种子原有代谢物质，而是存在主动、特异性的次生代谢物富集机制。SbDVLNs和PvDVLNs可分别富集种子内38.05%和36.91%的代谢组分，证实了PDVLNs的高效富集效应。其富集的核心活性物质主要包括莽草酸及苯丙酸类、脂肪酸和萜类化合物等功能性成分，同时富集槲皮素和绿原酸等多种高活性抗氧化物质，具备极高的营养与生物应用价值。通过DPPH自由基清除、线粒体超氧化物检测双重抗氧化体系，系统验证了PDVLNs的生物学功能。研究发现两类PDVLNs均呈现显著的剂量依赖性抗氧化活性。同时研究发现，两类PDVLNs存在明显的功能分化：SbDVLNs富集脂肪酸类活性物质，PvDVLNs特异性富集氨基酸和多肽类功能组分，形成了“保守核心代谢+物种特异功能”的互补特征。
该研究建立了杂粮籽粒中PDVLNs的高效提取、精准表征、代谢解析与功能验证的完整技术体系，明确了PDVLNs是储存、转运、富集功能性次生代谢物的关键介质。该成果不仅填补了杂粮籽粒中PDVLNs功能研究的领域空白，也为杂粮营养品质改良、功能成分定向富集、特色农产品高值化利用提供了全新思路。同时，PDVLNs优异的纳米载体特性与抗氧化功能，为功能食品、营养保健品、生物医药等领域的创新研发提供了新型天然素材。
这是研究团队继2025年在国际期刊Plant Biotechnology Journal（DOI:10.1111/pbi.70074）上揭示植物源性囊泡样纳米颗粒（PDVLNs）在粮食作物营养强化与生物医药方面的应用前景后，在杂粮源囊泡样纳米颗粒营养富集机制中的又一重要研究成果。
山西农业大学山西省后稷实验室王杰副教授和博士生王小宇为该论文的第一作者，孔照胜研究员为通讯作者，山西高等创新研究院李小梅工程师也参与了该工作。研究得到了中国科学院微生物研究所微生物多样性与资源创新利用全国重点实验室和中国科学院生物物理研究所生物大分子全国重点实验仪器平台等的大力支持。研究获得了国家自然科学基金、山西省科技创新人才团队专项、山西省三晋英才支持计划、山西农业大学优青培育计划和山西省后稷实验室自主科研项目等项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1007/s11427-026-3450-1
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