基于廣靶代謝組學分析馬齒莧根莖葉中5類重要初生代謝產物

張少平 李洲 練冬梅 姚運法 賴正鋒 吳松海 洪建基

摘要：為了解馬齒莧中重要初生代謝產物成分及其在不同部位相對含量及聯系，利用高效液相色譜串聯質譜進行廣靶代謝組學分析。發現在馬齒莧中檢測到脂質、氨基酸及其衍生物、有機酸、糖及醇類、維生素等5類重要初生代謝產物分別含化合物69、59、36、21、8種;聚類熱圖分析表明，在馬齒莧根莖葉中，脂質和氨基酸及其衍生物總體含量較高，有機酸含量次之，糖及醇、維生素含量較低;脂質、氨基酸及其衍生物和維生素在葉部總體含量較高，有機酸在莖部總體含量較高，糖及醇在根莖葉部含量無明顯差異。5類次生代謝產物所含的193種化合物在馬齒莧根莖葉部的含量具有明顯差異。

關鍵詞：馬齒莧;廣靶代謝組學;初生代謝產物;化合物;成分分析

中圖分類號： S567.21+9.01文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）24-0139-08

收稿日期：2021-03-25

基金項目：福建省科技廳計劃（編號：2020R1030001）。

作者簡介：張少平（1975—），男，江西撫州人，碩士，高級農藝師，主要從事特色蔬菜相關研究。E-mail：zspnc@163.com。

通信作者：吳松海，副研究員，主要從事特色蔬菜研究，E-mail：7789446@qq.com;洪建基，研究員，主要從事特色蔬菜研究，E-mail：76227508@qq.com。

脂類、糖類、蛋白質等大分子的合成分解與植物生長發育密切相關，也是所有植物細胞最基本的共性代謝過程，稱為初生代謝，初生代謝過程形成的化合物稱為初生代謝產物[1]。馬齒莧（Portulaca oleracea L.）是一種重要的藥食同源植物，具有較高的藥用價值，廣泛分布于我國熱帶、亞熱帶以及世界其他地區[2-3]。馬齒莧所含的多糖[4]、脂肪酸[5]、氨基酸[6]、維生素[7]、有機酸[8]等重要初生代謝產物，具有降血糖血脂、抗氧化、抗炎、抗癌、改善記憶、增強免疫力等作用[9-11]。

馬齒莧所含化合物種類豐富，相關成分分析測定及提取等研究報道較多[12-13]，而隨著代謝組學的發展，該技術運用于馬齒莧相關成分檢測研究將更全面和準確[14-15]。本研究以福建省閩南地區常見的馬齒莧野生種為研究對象，通過超高效液相色譜串聯質譜（UPLC-MS/MS）對其根莖葉廣靶代謝組進行分析，系統獲取馬齒莧中脂質、氨基酸及其衍生物、有機酸、糖及醇類、維生素等5類重要的初生代謝產物的具體成分和相對含量，以期為進一步進行馬齒莧功效成分提取利用等打下良好基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

馬齒莧為福建省閩南地區野生種，筆者于2020年7月12日馬齒莧長勢旺盛時期，從福建省農業科學院亞熱帶農業研究所特色蔬菜種質資源圃采取紅莖、綠葉和白根的馬齒莧資源，取根、莖、葉各3份（共計9份），每份60 g左右，用75%乙醇洗凈晾干，裝入封口袋標記后保存至-80 ℃冰箱備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 廣靶代謝組樣品提取 從-80 ℃冰箱取出馬齒莧所測樣品，放入凍干機中干燥;干燥后的試驗材料在30 Hz頻率下的研磨儀中進行研磨約 1.5 min;稱取每個待測樣品粉末100 mg用0.6 mL 70%的甲醇提取液溶解;相關溶解液置于4 ℃冰箱約10 h，期間渦旋6次以提高得率;經10 000 g轉速離心10 min后取上清液，使用0.22 μm微孔濾膜過濾上清液后存儲于進樣瓶中，測試分析備用。

1.2.2 超高效液相色譜采集條件 所用色譜柱內部填充物粒徑為1.8 μm，內徑×長度=2.1 mm×100 mm，流動相A相為超純水加入0.04%乙酸;流動相B相為乙腈中加入0.04%乙酸。洗脫梯度B相比例5%→95%，時間0～10 min;B相比例95%，維持10～11 min;B相比例95%→5%，時間11～11.1 min;B相比例降為5% 平衡至14 min。流速 0.35 mL/min，柱溫40 ℃，進樣量為4 μL。

1.2.3 串聯質譜采集條件 串聯質譜中電噴霧離子源溫度為550 ℃，質譜電壓5 500 V，簾氣 206.85 kPa，碰撞誘導電離參數設置為高。在三重四級桿中，每個離子對根據優化的去簇電壓（declustering potential，簡稱DP）和碰撞能（collision energy，簡稱CE）進行掃描檢測[16]。

1.2.4 廣靶代謝物定性與定量 根據北京百邁客生物科技有限公司所建數據庫（metware database），通過二級譜信息，分析時去除陽離子和碎片離子重復信號。利用三重四級桿質譜多反應監測模式進行代謝產物定量。獲取馬齒莧根、莖、葉各3個樣本的代謝物質譜分析數據，再對所有物質質譜峰峰面積積分，同時對同一代謝物在不同樣本中的質譜出峰進行積分校正。

2 結果與分析

2.1 馬齒莧5類初生代謝產物分析

在馬齒莧根、莖、葉各3個生物學重復共9個樣品中，共檢測出5類重要初生代謝產物：脂質69種、氨基酸及其衍生物59種、有機酸36種、糖及醇類21種、維生素8種，共193種化合物。

進一步對5類初生代謝產物在馬齒莧根莖葉中相對含量進行聚類熱分析（圖1）可知，馬齒莧所含脂質、氨基酸及其衍生物較高，有機酸含量次之，糖及醇類、維生素含量較低。比較5種初生代謝產物在馬齒莧根莖葉中相對含量可知，脂質、氨基酸及其衍生物和維生素在葉部含量較高，有機酸在莖部含量較高，糖、醇類在根莖葉部含量無明顯差異。

2.2 69種脂質分析

由表1可見，69種脂質分為6個亞類：甘油酯、磷脂酰膽堿、鞘脂、溶血磷脂酰膽堿、溶血磷脂酰乙醇胺、游離脂肪酸，其化合物分別有11、3、3、16、6、30種。

在甘油酯中，單酰甘油酯（酰基18：3）異構3在葉部含量較高，單酰甘油酯（酰基18：4）異構1在根部含量極低。鞘脂中，十六烷基鞘氨醇在根莖葉部含量均較高，4-羥基鞘氨醇在莖部含量較高，D-赤式-二氫鞘氨醇在葉部含量極低。溶血磷脂酰膽堿中，溶血磷脂酰膽堿（16：0）和溶血磷脂酰膽堿（16：1）在根莖葉部含量均較高，溶血磷脂酰膽堿（16：0） （2n異構）、 溶血磷脂酰膽堿（16：2）和溶血磷脂酰膽堿（18：1）在葉部含量較高。溶血磷脂酰乙醇胺中，溶血磷脂酰乙醇胺（18：1） 和溶血磷脂酰乙醇胺（18：1）（2n異構） 在葉部含量較高。游離脂肪酸中，硬脂酸在根莖葉中含量均較高，γ-亞麻酸在莖葉中含量較高，反油酸在根葉中含量較高，肉豆蔻酸根莖中含量較高，12，13-環氧十八碳二烯酸在莖葉中含量極低，2，3-二羥基丙基-9，12-十八碳二酸酯-己糖在葉中含量極低，10，16-二羥基棕櫚酸在根部含量極低。

2.3 59種氨基酸及其衍生物分析

在59種氨基酸及其衍生物中（表2），反-4-羥基-L-脯氨酸、D-纈氨酸、D-苯丙氨酸和酪胺在根莖葉部相對含量均較高;L-亮氨酸、L-異亮氨酸和L-正亮氨酸在莖葉部相對含量均較高;L-谷氨酸、DL-谷氨酸、DL-脯氨酸、L-纈氨酸、L-色氨酸、L-苯丙氨酸和DL-正纈氨酸在葉部含量較高。而N-丙酰甘氨酸在葉部含量極低，4-羥基-L-谷氨酸在莖部含量極低，N-α-乙酰-L-精氨酸在根部含量極低。

2.4 36種有機酸分析

在36種有機酸中（表3），蘋果酸在葉和莖中含量較高，奎尼酸和檸檬酸在莖中含量較高;而草酰乙酸、D-木糖酸和延胡索酸在莖部含量極低，2-甲基丁二酸和3-甲基-2-氧代-丁酸在根部含量極低。

2.5 21種糖、醇類分析

馬齒莧所含21種糖、醇類中（表4），葡萄糖-1-磷酸和D-葡萄糖-6-磷酸在馬齒莧根莖葉部含量均較高;磷酸葡糖酸和肌醇半乳糖苷在葉部含量較高;而D-松三糖和木糖醇在葉部含量極低，松二糖在莖部含量極低。

2.6 8種維生素

馬齒莧所含8種維生素中（表5），煙酰胺和 D-泛酸在馬齒莧根莖葉部含量均較高;維生素C在葉和莖部含量較高;而吡哆醇O-阿魏酰己糖苷在莖部含量極低。

3 討論

馬齒莧作為重要的藥食同源植物，其成分分析研究報道較多[17-18]，然而相關研究由于所用技術手段和方法等限制，導致研究不夠系統，所測成分也不夠全面[19-20]。代謝組學是采用高效液相色譜串聯質譜對植物所有低分子量代謝產物同時進行定性和定量分析的一門新型學科。

本研究通過靶向代謝組學進行馬齒莧5種重要初生代謝產物分析，首次系統獲取該馬齒莧中69種脂質、59種氨基酸及其衍生物、36種有機酸、21種糖、醇類以及8種維生素。同時，本研究首次發現馬齒莧中脂質和氨基酸及其衍生物含量較高、有機酸含量次之、糖、醇類以及維生素含量較低;同時，脂質、氨基酸及其衍生物和維生素在馬齒莧葉部含量較高，有機酸在莖部含量較高，糖、醇類在根莖葉部含量差異不明顯;但5類次生代謝產物中所含193種具體化合物在馬齒莧根莖葉部的具體含量差異明顯。因此本研究同時詳細列舉了所有化合物在馬齒莧根莖葉中相對含量，為進一步從事馬齒莧中具體成分的提取利用及功效評價等提供參考依據。

參考文獻：

[1]余龍江，趙春芳. 次生代謝產物生物合成——原理與應用[M]. 北京：化學工業出版社，2017：2

[2] Khazdair M R，Anaeigoudari A，Kianmehr M.anti-asthmatic effects of portulaca oleraceaand its constituents，a review[J]. Journal of Pharmacopuncture，2019，22（3）：122-130.

[3]Zhou Y X，Xin H L，Rahman K，et al. Portulaca oleracea L.：a review of phytochemistry and pharmacological effects[J]. BioMed Research International，.2015，2015：925631.

[4]寧 娜，韓建軍，郁建生，等. 馬齒莧多糖提取工藝研究進展[J]. 山東化工，2020，49（18）：67-67.

[5]李冠文，秦 楠，郭麗麗，等. 馬齒莧多不飽和脂肪酸的研究進展[J]. 食品安全質量檢測學報，2020，11（14）：4549-4555.

[6]李 榮，王 偉，付鳳富，等. 毛細管電泳法測定馬齒莧中氨基酸的含量[J]. 分析化學，2009，37（1）：134-134.

[7]Szalai G，Dai N，Danin A，et al.Effect of nitrogen source in the fertilizing solution on nutritional quality of three members of the Portulaca oleracea aggregate[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture，2010，90（12）：2039-2045.

[8]Javed M，Akram M S，Habib N，et al. Deciphering the growth，organic acid exudations，and ionic homeostasis of Amaranthus viridis L. and Portulaca oleracea L. under lead chloride stress[J]. Environmental Science and Pollution Research t，2018，25（3）：2958-2971.

[9]Rahimi V，Ajam F，Rakhshandeh H. A pharmacological review on Portulaca oleracea L.：focusing on anti-inflammatory，anti-oxidant，immuno-modulatory and antitumor activities [J]. Journal of Pharmacopuncture，2019，22（1）：7-15.

[10]Farkhondeh T，Samarghandian S，Azimi-Nezhad M，et al.The Hepato-protective effects of Portulaca olerace L. extract：review[J]. Current Drug Discovery Technologies，2019，16（2）：122-126.

[11]Rahimi V B，Ajam F，Rakhshandeh H，et al.A pharmacological review on Portulaca oleraceaL.：focusing on anti-inflammatory，anti-oxidant，immuno-modulatory and antitumor activities[J]. Journal of Pharmacopuncture，2019，22（1）：7-15.

[12]Shanker N，Debnath S. Impact of purslane （Portulaca oleracea L.） leaves extract to enhance the anti-oxidant potential of edible oils during heating[J]. Journal of Oleo Science，2019，68（4）：321-328.

[13]劉佃雨. 馬齒莧化學成分、質量控制及多酚提取物制備工藝研究[D]. 濟南：山東大學，2011：7-15.

[14]Mulcahy S，Googacre C. Opening Pandora’s box of academic integrity：using plagiarism detection software [R]//Atkinson R，McBeath C，Jonas-Dwyer D，et al. Beyond the comfort zone：proceedings of the 21st ASCILITE Conference. Perth，2004：688-696.

[15]董 靜，邢錦城，洪立洲，等. 干燥工藝對馬齒莧活性成分及風味物質的影響[J]. 江蘇農業科學，2021，49（16）：179-183.

[16]Chen W，Gong L，Guo Z L，et al.A novel integrated method for large-scale detection，identification，and quantification of widely targeted metabolites：application in the study of rice metabolomics[J]. Molecular Plant，2013，6（6）：1769-1780.

[17]Park J E，Seo Y，Han J S.hm-chromanone isolated from Portulaca oleracea Ⅰ. Protects ins-1 pancreatic β cells against glucotoxicity-induced apoptosis[J]. Nutrients，2019，11（2）：404.

[18]扈本荃，申亞麗，李金娟，等. HPLC法測定馬齒莧中3種有機酸含量[J]. 中藥材，2015，378（8）：1677-1679.

[19]Elshamy M M，Heika Y M，Bonanomi G. Phytoremediation efficiency of Portulaca oleracea L. naturally growing in some industrial sites，Dakahlia District，Egypt[J]. Chemosphere，2019，225（1）：678-687.

[20]Park J E，Lee J S，Lee H A，et al. Portulaca oleracea L. extract enhances glucose uptake by stimulating glut4 translocation to the plasma membrane in 3T3-L1 adipocytes[J]. Journal of Medicinal Food，2018，21（5）：462-468.