南川木波罗果实的营养物质研究

南川木波罗（ArtocarpusnanchuanensisS.S.Chang,S.H.TanetZ.Y.Liu）是中国特有的桑科波罗蜜属白桂木亚属乔木类植物，自然分布于重庆地区，是波罗蜜属在我国分布最北端的常绿乔木[1]，已被列入《国家重点保护野生植物名录》（2021）二级保护物种[2]。其不仅树形优美、抗逆性强，果实亦风味独特，富含多种营养与药用成分[3]，具有调节心血管与胃肠道功能的潜力，兼具生态、食用、经济与药用综合价值，是一种极具开发前景的珍稀植物[4]。

在本研究中，南川木波罗果实样本采集自位于綦江的野生种群（28°45'54.581"N,106°41'1.828"E）。所有新鲜果实均采自15年生人工繁育栽培植株，分别收集绿色期、转色期和完熟期三个发育阶段的样本。每个发育阶段从三株树上随机选取9个果实（每株3个果实）。将这9个果实切成小块后合并混匀，制备代表性混合样本。从该混合样本中取三份等量组织作为生物学重复，经液氮速冻后置于-80℃保存备用。

采用基于UPLC-MS／MS的广泛靶向代谢组学方法，评估果实发育过程中的代谢物动态。样品经真空冷冻干燥、研磨后，用-20℃预冷的70%甲醇提取，在AgilentSB-C18色谱柱上以含0.1%甲酸的水-乙腈体系进行梯度洗脱分析。采用多反应监测模式对目标物质进行定量分析。使用Analyst1.6.3和MultiQuant软件进行数据分析。同时，在Illumina平台对样品进行转录组测序，通过与KEGG、GO、NR、Swiss-Prot、trEMBL和KOG数据库比对进行基因功能注释。采用iTAK软件预测转录因子。基于DESeq2进行差异表达基因分析，并通过超几何检验对差异表达基因DEGs进行KEGG通路和GO功能富集分析。

本研究在前期采集南川木波罗果实样本的基础上，将转录组和代谢组数据进行整合分析，对基因和代谢物进行KEGG通路富集分析和表达相关性分析，系统全面地阐明生物分子的功能与调控机制，并筛选关键代谢通路中的基因和代谢物，为后续深入的实验分析和应用提供依据。

1／南川木波罗果实主要营养成分与生理功能

南川木波罗果实含有丰富的生物活性物质，主要包括黄酮类、生物碱、有机酸、氨基酸、维生素及多糖等。这些成分在抗氧化、抗炎、抗菌、抗肿瘤及调节代谢等方面表现出显著活性。（图1）

1.1黄酮类化合物

黄酮类化合物是南川木波罗果实的主要次生代谢产物，含量丰富、种类多样，目前已鉴定出包括黄酮、黄酮醇、二氢黄酮、黄烷醇、异黄酮及查耳酮等在内的310种物质，包括泽兰黄酮、摩查耳酮B、根皮素、木犀草素、香橙素、儿茶素橙皮素、柚皮素等多种活性黄酮成分，大部分黄酮类物质在转色果实和成熟果实中含量较高。研究表明，此类物质具有防治心血管疾病、抑菌、抗炎、抗氧化、抗肿瘤及抗病毒等多种生理功能，且作为天然活性成分，在降低疾病风险方面较人工合成物质更具安全性[5-6]。与一般果蔬相比，南川木波罗果实中黄酮类物质积累显著更高，当地民间长期以其果实泡酒用于调理疾病，体现出明确的药用与保健潜力，进一步开发其黄酮资源对该植物的产业发展具有重要意义。

泽兰黄酮是一种具有抗炎和抗过敏活性的天然类黄酮，能够有效抑制细胞因子（如IL-6、IL-8和MCP-1）的分泌，具有显著的抗炎效果；通过下调高亲和力IgE受体（FcεRI）的表达，阻断IgE介导的过敏反应，适用于治疗哮喘、特应性皮炎等过敏性疾病；也具有抗氧化和潜在的抗癌特性，能够保护肝脏等器官[7]。

木犀草素主要靠改变细胞信号通路抑制肿瘤细胞生长因子或改变激酶活性抵抗癌细胞的浸润，也可通过阻滞细胞周期等方式抑制肿瘤细胞生长。木犀草素可以抑制多种细菌和病毒，如金葡球菌、大肠杆菌、单纯疱疹病毒、脊髓灰质炎病毒、柯萨奇B3病毒和严重急性呼吸道综合征（SARS）冠状病毒，以及能够抑制艾滋病病毒HIV-1整合酶的活性[7]。此外，木犀草素还具有免疫调节、降血压的作用等。

桑根酮H最初是一种从桑树根部提取的天然有机化合物，具有强烈的苦味，有时可用于中药口感修正剂。桑根酮能够下调肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）等促炎因子表达，显著缓解急性肺损伤和关节炎模型中的炎症反应。在糖尿病模型中，桑根酮通过激活腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）通路增强葡萄糖摄取，同时抑制α-葡萄糖苷酶活性实现降血糖。其降尿酸（uricacid-lowering）作用与抑制黄嘌呤氧化酶（XOD）活性密切相关。它凭借抗糖尿病、抗氧化、抗菌、抗炎、抗肿瘤、抗病毒、保肝、肺保护、镇咳、骨髓保护、抗血栓、降尿酸等广泛药理作用，展现出巨大的开发潜力[7]。

根皮素，亦称三羟苯酚丙酮，是一种类黄酮化合物。它能够帮助植物抵御紫外线伤害，也是一种具有多重生物活性的天然物质。在化妆品领域，根皮素展现出抗氧化、抗炎、促进透皮吸收、美白及保湿等功效。凭借其广泛的生物学特性，根皮素已成为备受美容界关注的重要功效原料[7]。

黄腐醇是一种主要存在于啤酒花中的具有多种生物活性的天然化合物，它被证实拥有抗氧化、抗炎、抗肿瘤、抗菌和抗病毒等作用。此外，它在预防心脑血管疾病、癌症和骨质疏松方面显示出潜力，并有助于调节血糖、改善机体代谢功能。因此，南川木波罗中的黄酮类物质在药物开发和保健品中具有广泛的应用前景。

类黄酮物质也可以影响植物的颜色、发育、营养质量和环境适应能力，产生从黄色到红色以及从浅黄色到橙色的色调[8]。它们的积累会影响果实的色素沉着，例如芒果的颜色和苹果果皮的成分，而柑橘皮和番茄富含黄烷酮。在南川木波罗果实中，类黄酮是主要的代谢物，由于成熟时果皮和果肉呈黄色，类黄酮可能是果实变黄的主要驱动因素，但仍需进一步验证。此外，柚皮苷和新橙皮苷会导致柑橘类水果的苦味。在南川木波罗果实中，根皮素从绿色果到完全熟果持续上升，而泽兰黄酮在熟果相比绿果上增了11.3倍。此外，31种差异积累类黄酮在完全熟果中显著上调，这也可能影响南川木波罗的风味。

1.2生物碱

生物碱是一类广泛存在于自然界（主要是植物，少数在动物和真菌中）的含氮有机化合物，通常具有显著的生理活性和药理作用[9]，如抗菌、抗肿瘤及神经活性等多重药理作用。它们的种类繁多，根据其核心化学结构进行划分，主要有以下几种：异喹啉类生物碱、吲哚类生物碱、吡啶和哌啶类生物碱、喹啉类生物碱和萜类生物碱等。吲哚类生物碱及其衍生物表现出强效抗肿瘤活性[10]，而喹啉类生物碱则展现出广泛的治疗潜力，包括抗癌、抗人类免疫缺陷病毒（HIV）及调节代谢功能等多重功效[11]。

南川木波罗果实中鉴定出131种生物碱，包括吲哚类生物碱、酚酰胺、吡咯生物碱、喹啉生物碱和吡啶生物碱，如四氢哈尔醇、卵还生甲、蕨内酰胺等。其中转色期南川木波罗果实中的四氢哈尔醇（一种吲哚类生物碱）的浓度达到绿色果实的197倍，显示其生物合成与发育阶段密切相关。卵还生甲在转色果实中的含量则提升至绿色果实中的14.4倍。在完全成熟果实中其他显著上调的生物碱，包括吡咯烷生物碱（蕨内酰胺和3-羟基-1-甲基吡咯烷-2-酮*），喹啉类生物碱（3,5-二氢-2H-呋喃[3,2-C]喹啉-4-酮*），4-甲基吖啶-2-羧酸*，吲哚类生物碱（3-吲哚乙腈和吡喃[3,4-b]吲哚-2-酮）。这些物质的发现为南川木波罗果实药用开发提供了物质基础。

1.3糖类物质

果实风味则取决于挥发性化合物的组成，包括糖、有机酸和氨基酸。通过代谢组学分析，南川木波罗果实中共鉴定出84种糖类。果实甜味主要受可溶性糖的影响，而酸度则主要由有机酸决定。在成熟水果中，总糖含量主要由三种成分组成：果糖、葡萄糖和蔗糖。从库尔勒香梨果肉中筛选出23种糖类，其中D-乳糖在不同外观的果实中差异显著[12]。大多数糖类在山楂果实生长过程中逐渐积累，其积累速度在果实成熟期间显著加快[13]。在南川木波罗绿色、转色和成熟三个阶段中，糖类物质含量呈现规律性变化：如D-乳糖、海藻糖、D-纤维二糖、D-松醇*、海带多糖(昆布多糖)、水苏糖等14种糖类化合物在完全成熟期显著积累，可能是风味的关键贡献者，也为采收时机与加工利用提供了科学依据。

水苏糖微甜，能够调节人体胃肠道微生态菌群平衡，迅速改善人体消化道内环境，具有润肠通便的功效。海带多糖有抑制肿瘤生长、改善肾功能衰竭、降低血脂以及降低血压的功效。D-松醇有刺激胰岛素生成的能力,能降低血糖。

1.4有机酸与氨基酸

水果中的有机酸可以改善风味、颜色和香气。不同的水果含有不同种类和水平的有机酸，从而产生独特的味道[14]。在南川木波罗果实中，检测到102种有机酸。其中有22种累积有机酸在完全成熟的果实中显著增加，如2-甲基-3-氧代琥珀酸、柠檬酸、α-酮戊二酸、丁酮酸、1,3-丙酮二羧酸等多种有机酸。南川木波罗完全成熟果实的总可溶性固形物（TSS）为14.95%，总酸（TA）为2.79%。糖和有机酸代谢物的变化会改变南川木波罗果实的TSS和TA，从而最终影响其风味。

氨基酸的组成和丰度是衡量营养质量和风味的重要指标[15]。在南川木波罗果实中共鉴定出271种氨基酸及其衍生物。其中，L-脯氨酸*、1-氨基-1-环丁烷羧酸*、L-精氨酸-L-甘氨酸、天冬氨酰-甲硫氨酰-酪氨酸、D-异亮氨酸*、组氨酸-酪氨酸-谷氨酸、N-乙酰-L-谷氨酸、N-丙酰甘氨酸和L-脯氨酸-L-天冬氨酸在完全成熟果中的含量显著高于绿色果实。氨基酸的变化可能会影响南川木波罗果实的风味和营养质量差异。（图2）

1.5维生素

维生素是支持人体和动物正常生理功能的重要微量营养素。在这些中，维生素C（L-抗坏血酸）在预防坏血病、增强免疫力以及维持血管和骨骼健康方面起着关键作用[16]。作为一种强效抗氧化剂，维生素C具有双重功能：它不仅是水果的重要品质指标，还参与植物基本的发育过程，包括细胞分裂和扩展。

南川木波罗果实中含有18种维生素，包括抗坏血酸(维生素C)、脱氢抗坏血酸、异抗坏血酸、烟酰胺、烟酸(维生素B3)、乳清酸(维生素B13)、核黄素(维生素B2)、硫胺素(维生素B1)等，在增强免疫力、抗氧化等方面具有重要价值。其中成熟果实维生素C含量较高（约542.16μg／g），超过常见的柠檬（305.75μg／g），表明南川木波罗果实在营养方面的重要价值。（图3）

2／南川木波罗果实中生物物质的合成

南川木波罗果实转录组分析揭示了苯丙烷-类黄酮途径中的一些差异表达基因（DEGs），包括六种关键酶：反式肉桂酸4-单加氧酶（CINS）、异黄酮2'-羟化酶（I2'H）、黄酮醇还原酶／肉桂酰辅酶A还原酶（FRS）、查尔酮合酶（CHS）、UDP-葡糖醛酸转移酶和UDP-葡糖基转移酶（GLTS）、香叶醇8-羟化酶（GHS）。CHS可以催化对羟基肉桂酰辅酶A（p-Coumaroyl-CoA）转化为柑橘黄酮查尔酮、异甘草黄酮、苯二酧酮和咖啡酰辅酶A，后者进一步异构化生成柚皮素[17]。作为类黄酮生物合成的首个酶，CHS在南川木波罗熟果中相比绿色果中表现出上调表达，推动黄酮类物质合成。同时，在本研究中鉴定到多个差异表达的MYB、WRKY、ERF以及bHLH转录因子，影响果实成熟过程中泽兰黄酮、木犀草素、黄腐醇C、摩查耳酮B和桑根酮H的含量变化。这些代谢物质属于类黄酮，生物合成受到关键转录因子（TFs）的调控，包括MYB、bHLH和WRKY。以往的研究发现，粉色番茄中的SiMYB12影响类黄酮代谢，而拟南芥中的AtWRKY23通过上调类黄酮生物合成途径酶基因增强类黄酮的生物合成。桑葚果实中bHLH3的异常表达会干扰类黄酮的代谢平衡，改变花青素、黄酮和黄酮醇的水平及比例，从而导致果实颜色的变化[18]。

在糖类代谢的D-葡萄糖-6P生物合成通路中，鉴定出21个基因，涉及编码7种糖类代谢关键酶，包括蔗糖磷酸合酶、己糖激酶、蔗糖磷酸酶2、蔗糖合酶2、磷酸葡萄糖变位酶和UDP-葡萄糖焦磷酸化酶。这些酶类物质的动态变化，直接导致了糖类化合物的水平变化。此外，在南川木波罗果实成熟过程中，有264个差异表达基因富集在植物激素信号转导通路中，通过调控各种激素含量变化进而调控果实成熟。（图4）

3／应用前景与展望

南川木波罗果实营养组分多样，这些代谢物质不仅是风味的重要组成部分，也具有显著的药用活性，在功能食品、保健品及药物开发方面具有广阔潜力。其果实可加工为果酱、饮料或酿酒，提取物可用于天然抗氧化剂或抗菌剂。此外，该物种抗逆性强、绿化效果好，亦适合用于生态修复与城市绿化。

南川木波罗作为一种集生态、营养与药用价值于一体的特有植物，其营养物质研究不仅丰富了植物资源学与食品科学的内涵，也为该物种的保护与可持续利用奠定了科学基础。本研究通过多组学技术的整合分析，初步揭示南川木波罗果实营养成分积累的规律与分子机制，为其进一步开发为高价值功能性产品提供了理论支持与技术路径。未来研究可进一步聚焦关键活性成分的分离纯化与药理验证，栽培优化与可持续利用策略，基于基因组信息的品种改良与功能产品研发等方向。

参考文献：

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