非靶向代謝組鑒定太湖甜瓜品種“小白娘”特征物及儲藏過程中代謝物變化

摘 要：太湖甜瓜是浙江省湖州市太湖沿岸一帶常規(guī)地方甜瓜品種，俗稱老太婆瓜、酥瓜，栽培歷史悠久。其瓜皮呈白色，芳香味濃，肉質(zhì)脆甜，因濃郁的瓜香而受到消費者喜愛。但目前對太湖甜瓜特征物的鑒定及其在儲藏過程中代謝物的變化缺乏研究。本研究利用超高效液相色譜-高分辨質(zhì)譜對小白娘、玉奶香2號和綠香甜果肉進(jìn)行代謝物分析，同時，并對在常溫下儲藏1 d和8 d的小白娘果肉進(jìn)行代謝物分析。以市場常見的甜瓜品種綠香甜和玉奶香2號為對照，對3個甜瓜品種的果肉進(jìn)行代謝組測定，在品種小白娘中共鑒定到18 136個代謝物，高于對照綠香甜中14 879個和玉奶香2號中15 943個。其中在小白娘中共鑒定到特有代謝物1 902個，高于對照綠香甜中449個和玉奶香2號中542個。對代謝物進(jìn)行含量分析發(fā)現(xiàn)，小白娘中黃酮類化合物山柰酚3-龍膽雙糖苷（kaempferol-3-gentiobioside）含量明顯高于綠香甜和玉奶香2號，分別是它們的136倍和3 200倍。同時，將小白娘甜瓜常溫儲藏1 d和8 d后測定其代謝物，并對差異代謝物進(jìn)行主成分分析（PCA），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，代謝物無顯著差異。綜上所述，小白娘不僅具有一定的儲藏穩(wěn)定性，同時，小白娘中高含量的黃酮類化合物山柰酚3-龍膽雙糖苷可作為小白娘甜瓜的特征物用于標(biāo)識太湖甜瓜小白娘。該研究對小白娘的鑒定和推廣具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：太湖甜瓜；代謝組；特征物；儲藏穩(wěn)定性

中圖分類號：Q946.92" " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " " " " " " DOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2025.01.009

Abstract： Taihu muskmelon， commonly known as “Laotaipo muskmelon” and “crisp muskmelon”， has a long history of cultivation. The skin of the muskmelon is white， the aroma is strong， the meat is crisp and sweet， and it is loved by consumers. However， there is a lack of research on the identification of the characteristics of Taihu muskmelon and the changes of metabolites during storage. The metabolites of Xiaobainiang， Yunaixiang 2 and Lüxiangtian were analyzed by ultra-high performance liquid chromatography-high resolution mass spectrometry. At the same time， the Xiaobainiang was stored at room temperature for 1 d and 8 d， and the metabolites of its flesh were analyzed. Using common muskmelon varieties in the market， Lüxiangtian and Yunaixiang 2， as controls， a total of 18 136 metabolites were identified in the flesh of the three muskmelon varieties， Xiaobainiang， through metabolomics analysis， which was higher than the control of 14 879 metabolites in Lüxiangtian and 15 943 metabolites in Yunaixiang 2. Among them， a total of 1 902 unique metabolites were identified in Xiaobainiang， which was higher than the 449 unique metabolites in the control group of Lüxiangtian and 542 unique metabolites in Yunaixiang 2. Analysis of the content of metabolites revealed that the flavonoid compound kaempferol-3-gentiobioside in Xiaobainiang was significantly higher than that in Lüxiangtian and Yunaixiang 2， which were 136 and 3 200 times higher， respectively. Meanwhile， the metabolites of Xiaobainiang muskmelon were measured after being stored at room temperature for 1 and 8 days， and principal component analysis （PCA）" was performed on the differential metabolites. The results showed that there were no significant differences in the differential metabolites. In conclusion， Xiaobainiang not only has a certain level of storage stability， but also contains a high amount of flavonoid compounds， particularly kaempferol-3-gentiobioside， which can serve as a characteristic marker for identifying Taihu fragrant melon Xiaobainiang. This study is of significant importance for the identification and promotion of Xiaobainiang.

甜瓜（Cucumis melo L.）是世界十大水果之一［1］。其味甘，性寒，歸心、胃經(jīng)，具有清熱解暑，除煩止渴、利尿的功效［2-3］。其果實營養(yǎng)豐富、口味甜美、氣味芳香等特點深受人們喜愛，已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｖ匾氖秤霉瞎?。隨著國民收入和生活水平的不斷提高，人們的營養(yǎng)膳食結(jié)構(gòu)也在不斷優(yōu)化，水果在居民日常食物消費中所占的比例日益增加。2010年至2019年間，我國甜瓜產(chǎn)量從2010年的1 086.01萬噸增長為2019年的1 354.15萬噸，增量達(dá)268.14萬噸，增幅為24.69%［4］。我國甜瓜產(chǎn)量總體增長趨勢較為穩(wěn)定。從需求端來看，人們的消費需求出現(xiàn)了新的變化和特征，甜瓜的品質(zhì)、安全和健康更受關(guān)注。甜瓜富含β-胡蘿卜素和維生素C，脂肪和鈉含量較低，不含膽固醇，具有較高的營養(yǎng)價值［5-6］。

太湖甜瓜是浙江省湖州市太湖沿岸一帶常規(guī)的地方品種，因其口感酥脆、香氣濃郁深受消費者喜愛。但有關(guān)甜瓜特征物及儲藏過程中代謝物變化的研究還未報道。該研究以太湖甜瓜代表品種小白娘為研究對象，通過與玉奶香2號及綠香甜比對，利用非靶向代謝組鑒定太湖甜瓜品種“小白娘”的特征物及儲藏過程中代謝物的變化。研究結(jié)果將揭示地方品種太湖甜瓜小白娘的特征物，同時對甜瓜常溫儲藏過程中代謝物的變化進(jìn)行鑒定，為小白娘儲藏過程中風(fēng)味物質(zhì)的變化提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料種植于浙江省湖州市吳興區(qū)，以太湖地區(qū)特有的甜瓜品種小白娘為試驗組，綠香甜、玉奶香2號為對照組。甜瓜成熟后取生長狀態(tài)、外形大小較一致的果實，其中小白娘18個、綠香甜6個和玉奶香2號各6個。果實攪碎后立即于-80℃冰箱存放。小白娘儲藏條件設(shè)置為室溫下儲存1、8 d。分別測定不同儲存時間的代謝物，每個試驗組6個生物學(xué)重復(fù)。

1.2 方法

1.2.1 試劑

本實驗所用到的試劑甲醇（貨號：67-56-1）、乙腈（貨號：75-05-8）和甲酸（貨號：64-18-6）均采購于賽默飛世爾科技（中國）有限公司。

1.2.2 色譜條件

色譜柱為Agilent Eclipse Plus C18 （2.1 mm×100 mm，1.8 μm）；正/負(fù)離子模式：流動相A為水（含 0.1%甲酸），流動相B為乙腈（含 0.1%甲酸）；梯度洗脫程序：5% B洗脫0～2 min，5%～100 % B洗脫2～20 min，100% B洗脫20～25 min；后運行時間為5 min；流速為0.30 mL/min，進(jìn)樣量為2 μL，柱溫為40℃。

1.2.3 質(zhì)譜條件

毛細(xì)管電壓：正離子3.5 kV；氣溫：325℃；干燥氣流速：11 L/min；霧化氣壓：35 PSI（pounds per square inch）；鞘氣溫度：370℃；鞘氣流速：11 L/min；質(zhì)荷比（m/z）：100～1 700；正離子參比離子：121.050 873、922.009 798；負(fù)離子參比離子：112.985 587、1 033.988 109。

1.2.4 樣品提取

準(zhǔn)確稱取5.0 g甜瓜樣品，加入20 mL乙腈，渦旋5 min，8 000 g離心10 min，取上清液過0.22 μm濾膜，待測。小白娘室溫儲存1 d和8 d后分別提取代謝物，提取方法同上。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

使用Agilent Profinder軟件將質(zhì)譜原始數(shù)據(jù)進(jìn)行保留時間矯正、峰識別、峰提取、峰積分、峰對齊等工作，最后輸出CEF格式文件。使用Agilent Mass Profiler Professional軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理，并配合關(guān)聯(lián)Metlin數(shù)據(jù)庫進(jìn)行物質(zhì)鑒定以及生物循環(huán)代謝通路分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 質(zhì)控分析

將質(zhì)控樣本超高效液相色譜-四極桿飛行時間質(zhì)譜（ultra high performance liquid chromatography- quadrupole time-of-flight mass spectrometry，UHPLC-Q-TOF/MS）正、負(fù)離子總離子流圖進(jìn)行比較，結(jié)果表明，各色譜峰的響應(yīng)強(qiáng)度和保留時間基本一致，表明在試驗過程中樣本質(zhì)量良好、試驗方法良好及儀器穩(wěn)定性良好（圖1）。

2.2 正、負(fù)離子模式差異代謝物的鑒定和篩選

利用UHPLC-Q-TOF/MS技術(shù)在正、負(fù)離子模式下采集質(zhì)譜信息，結(jié)合 Agilent Mass Profiler Professional（MPP）軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理，并配合關(guān)聯(lián)Metlin數(shù)據(jù)庫進(jìn)行物質(zhì)鑒定以及生物循環(huán)代謝通路分析。結(jié)果顯示：在正離子模式下，共有8 690個代謝物是共有的，1 536個代謝物是小白娘特有的，遠(yuǎn)多于玉奶香2號的367個和綠香甜中的354個（圖2a）；在負(fù)離子模式下，小白娘、玉奶香2號和綠香甜這3個品種中，有2 491個代謝物是共有的，366個代謝物是小白娘中特有的，遠(yuǎn)多于玉奶香2號的175個和綠香甜中的95個（圖2b）。這說明小白娘甜瓜中含有更多的代謝物。

2.3 正、負(fù)離子模式差異代謝物的主成分分析

對三種甜瓜中的正、負(fù)離子差異代謝物分別進(jìn)行主成分分析（principal component analysis，PCA），結(jié)果顯示，正離子模式差異代謝物之間存在顯著差異（圖3a），負(fù)離子模式差異代謝物之間同樣存在顯著差異（圖3b）。這表明三種甜瓜之間代謝物差異明顯。

2.4 正、負(fù)離子模式差異代謝物的火山圖比較

為了解不同品種甜瓜與太湖甜瓜小白娘代謝物之間的差異，將玉奶香2號和綠香甜的差異代謝物分別與小白娘甜瓜的差異代謝物進(jìn)行了比對。 負(fù)離子模式差異代謝物火山圖：小白娘vs.玉奶香2號（圖4a），小白娘vs.綠香甜（圖4b）；正離子模式差異代謝物火山圖：小白娘vs.玉奶香2號（圖4c），小白娘vs.綠香甜（圖4d）。玉奶香2號和綠香甜分別與小白娘相比，它們的代謝物之間均有顯著差異。

2.5 小白娘甜瓜中特征物分析

為了尋找小白娘中特異的差異代謝物，對小白娘、玉奶香2號和綠香甜代謝物及其質(zhì)譜圖進(jìn)行了分析，并利用質(zhì)譜圖面積來指示代謝物的相對含量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在小白娘甜瓜中，黃酮類代謝物山柰酚3-龍膽雙糖苷（分子式為C27H30O16，m/z為 609.146 1，保留時間為7.88 min）的含量明顯高于綠香甜和玉奶香2號中的含量，分別是它們的136倍和3 200倍（圖5），山柰酚3-龍膽雙糖苷可以作為太湖甜瓜小白娘的特征物。

2.6 小白娘儲藏穩(wěn)定性檢測

甜瓜在常溫條件儲藏易變質(zhì)，其營養(yǎng)價值及代謝物隨之發(fā)生改變［7-8］。本研究選擇在常溫下儲藏1、8 d的小白娘進(jìn)行代謝組的測定。將測定的代謝物進(jìn)行PCA分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，小白娘儲藏8 d與儲藏1 d的代謝物差異不顯著（圖6）。特征物山柰酚3-龍膽雙糖苷在儲藏后相對含量（相對峰面積）同樣沒有顯著性差異（圖7a）。

2.7 小白娘中特有的代謝物分析

通過代謝組測定，在小白娘中匹配到特有的代謝物184個，包含23個負(fù)離子代謝物，161個正離子代謝物。將這些代謝物含量（相對峰面積）最大的前5個進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)負(fù)離子模式代謝物含量最高的前5個為長春花堿（vinblastine）、甲氧基壽菊素I（axillarin I）、黑龍辛（amurensine）、劍葉龍血素（cochinchinenin）和槲皮素-7-甲基醚-3，3′-二硫酸鹽（quercetin-7-methyl ether-3，3′-disulfate）（圖7b）；正離子模式代謝物含量最高的前5個為色氨酸（tryptophan）、葫蘆茶苷（cucurbitarin）、甘油棕櫚酸酯（palmitin）、1-戊烯-3-醇（1-pentene-3-ol）和人參皂苷（1-pentene-3-alcohol and ginsenosides）（圖7c）。

3 討論

中國是世界甜瓜主要種植國家和出口大國［9］。太湖甜瓜小白娘是甜瓜的一個地方品種，栽培歷史悠久，其獨特的風(fēng)味和酥脆的口感深受消費者喜愛。特征物是一個物品所特有的區(qū)別于其他同類型物品的特殊物質(zhì)。特征物的鑒定在不同行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用［10-11］，對物品的溯源及品質(zhì)監(jiān)控具有重要的意義［12］。本研究對小白娘、玉奶香2號和綠香甜中代謝物質(zhì)進(jìn)行了非靶向代謝組研究，結(jié)果鑒定到太湖甜瓜小白娘中的差異代謝物為1 902個，遠(yuǎn)多于玉奶香2號的542個和綠香甜中的449個。而代謝物的多樣性可能導(dǎo)致了口味的豐富性［13-14］。其中山柰酚3-龍膽雙糖苷在小白娘中的含量顯著高于在其他品種中的含量，可作為小白娘品種的特征物。山柰酚3-龍膽雙糖苷屬于黃酮類物質(zhì)［15-16］，具有抗腫瘤、抗糖尿病及抗菌的效果［17-19］。最新的研究發(fā)現(xiàn)，山柰酚3-龍膽雙糖苷還具有抗病毒的效果［20］，如新型冠狀病毒。小白娘甜瓜中特有的代謝物豐富，除了含有較高含量的人體必需氨基酸色氨酸外，還含有較多的次級代謝物，如長春花堿、人參皂苷、甲氧基壽菊素I、黑龍辛、劍葉龍血素、葫蘆茶苷和甘油棕櫚酸酯等。這些代謝物具有抗炎、抗癌、提高免疫力、促進(jìn)心腦血管等作用［21-25］，說明小白娘甜瓜在營養(yǎng)價值方面具有一定的優(yōu)勢。水果在儲藏過程中會出現(xiàn)營養(yǎng)流失、風(fēng)味口感發(fā)生變化等問題［26-27］。通過對常溫儲藏后不同時間點小白娘中代謝物的測定發(fā)現(xiàn)，儲藏1 d和儲藏8 d的差異代謝物PCA無顯著差異，其特征物山柰酚3-龍膽雙糖苷相對含量無顯著性差異。本研究結(jié)果說明，小白娘在常溫儲藏過程中代謝物變化不顯著，其功能性代謝物具有一定的儲藏穩(wěn)定性，同時，其特征物在儲藏過程中高度穩(wěn)定。

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收稿日期：2024-04-26；修回日期：2024-05-28。

基金項目：金農(nóng)科研基金項目（JNST2021011）。

作者簡介：#為并列第一作者。鄭澤泯，碩士研究生；陸鴻英，高級農(nóng)藝師，主要從事園藝植物栽培育種研究。

* 通信作者 ：胡斌，博士，主要從事園藝植物分子生物學(xué)研究，E-mail： binhu0107@163.com；

施星仁，高級農(nóng)藝師，主要從事果蔬栽培及育種研究， E-mail： 664634321@qq.com。