《食品科学》：四川省农业科学院谢红江研究员、四川师范大学李琪高级实验师等：基于代谢组学和特征分子网络揭示会理石榴主要代谢物特征

石榴（Punica granatum L.）是一种栽培历史超过四千年的古老可食用水果，富含花青素、多酚、维生素、有机酸、单宁、氨基酸及糖类等多种生物活性成分，具有抗氧化、抗炎、抗癌、降血压及抗动脉粥样硬化等功能特性和药用价值。随着健康饮食理念的普及和天然食品需求的增长，全球石榴消费量持续攀升，2024年其市场价值已达61.8亿 美元，预计至2034年将增至131.4亿 美元。中国四川省会理地区（北纬26°39’，东经102°15’，海拔1 650 m）作为重要的石榴产区，凭借独特光热气候条件，孕育了多种优质特色石榴品种，已形成多种加工产品体系，素有“中国石榴之乡”的美誉。其中，突尼斯软籽石榴以汁甜籽软、产量高、耐贮运等优势成为当地主栽品种。

石榴果实的颜色是影响消费者偏好的关键性状。花青素作为一类广泛存在于水果中的类黄酮次生代谢物，不仅赋予果实鲜艳的色泽，还具备较强的抗氧化活性，在植物响应光照、温度等环境胁迫中发挥保护作用，品种间颜色的差异主要源于花青素组分及其积累量的不同。di Stefano等利用超高效液相色谱-轨道阱质谱技术，通过分析5 种意大利石榴基因型中的花色苷与非花色苷酚类物质，并结合抗氧化活性评估，揭示了不同基因型间的营养与功能差异。除色泽外，风味是评价石榴果实品质的另一核心指标，其基调主要由甜味与酸味的平衡性决定。糖类与有机酸的组成、含量及比例共同构成风味基础；此外，由多酚类次生代谢物贡献的苦涩味则进一步丰富了风味的层次与复杂性。An等采用气相色谱-质谱和液相色谱-质谱技术的综合代谢组学策略，系统比较了红宝石等4 种不同色泽与风味的石榴品种，初步解析了其风味形成的化学基础。然而，目前对于石榴假种皮感官属性与具体代谢物之间的关联机制仍缺乏系统性的研究。随着代谢组学技术的不断发展，基于高分辨率质谱的代谢物鉴定与分子网络分析为解析植物代谢多样性提供了有力工具。全球天然产物社会分子网络（GNPS）平台中的基于特征分子网络（FBMN）工作流，整合了同位素分布、二级质谱碎片与保留时间等信息，可实现代谢物的高效可视化分析和快速鉴定。

四川师范大学生命科学学院的黄亚兰、李琪*和四川省农业科学院园艺研究所的谢红江*等人选取会理产区6 个石榴品种，采用超高效液相色谱-四极杆-飞行时间串联质谱（UPLC-Q-TOF-MS/MS）技术，结合FBMN分析方法，系统解析其代谢物组成及品种间差异，旨在阐明不同感官表现的代谢调控基础，为石榴种质资源评价、品种选育与高附加值产品开发提供科学依据。

1 不同品种石榴颜色和感官分析

对不同品种石榴的色泽与滋味进行了测定，结果如表1所示。在亮度（L*）方面，三白甜的L*值最高（54.90±2.74），表明其果皮色泽最亮；金珠香妃的L*值最低（33.74±2.20），颜色最为深暗。其余品种的亮度依次为玉石籽＞三白＞突尼斯软籽＞以色列酸。在红绿色度（a*）上，金珠香妃呈现最明显的红色调（17.41±2.53），而三白甜的a*值为负数（-2.52±0.57），表明其果实偏向绿色。其余品种的a*值介于2.22～10.13之间，红色调相对较弱。在黄蓝色度（b*）上，三白的黄色调最为显著（15.32±1.86），以色列酸则最低（4.94±1.32）。综上所述，金珠香妃表现为“低明度、高红色调”，三白甜为“高亮度、绿色调”，三白为“高亮度、高黄色调”，而以色列酸则呈现出“中低亮度、中等红色调、低黄色调”的特征。该结果为不同品种的果实外观品质评价及色泽代谢调控提供了准确的定量依据。

6 个石榴品种在甜味、酸味及苦涩味3 个核心滋味属性上显现出显著的品种间差异。甜味方面，金珠香妃的强度显著最高（4.06±0.85），以色列酸则显著最低（0.88±0.34），其余4 个品种甜味强度属于中等水平（2.63～3.25），彼此间无统计学差异（P＞0.05）。酸味表现则相反，以色列酸显著最强（4.88±0.34），突尼斯软籽最弱（1.13±0.96），其余品种酸味强度居中（1.63～2.38）。值得注意的是，尽管以色列酸的苦涩味均值较高（2.56±2.10），但本实验条件下所有品种间的苦涩味评分无统计学显著差异（P＞0.05）。风味分析表明，本研究中的6 个石榴品种可被明确划分为高甜低酸型（金珠香妃）、高酸低甜型（以色列酸）和甜酸平衡型（其余品种）3 类，品种间风味轮廓差异显著，而苦涩味未成为有效的区分特征。

2 代谢组学分析

2.1 不同品种石榴差异代谢物分析

本研究采用UPLC-Q-TOF-MS/MS技术，在正、负离子模式下系统分析了不同石榴品种的代谢物组成，并结合FBMN进行数据挖掘。结果显示，正离子模式下共生成20 575 个节点，聚类为389 个簇（节点数≥2） （图1A）；负离子模式下生成16 519 个节点，聚类为425 个簇（节点数≥2）（图1B），表明石榴代谢产物具有高度多样性。通对GNPS在线数据库进行谱图匹配，共注释出111 种代谢物（图1C），其中正离子模式匹配58 个谱图，负离子模式匹配53 个谱图。经分类统计，鉴定出的化合物包括苯丙素和聚酮类化合物（42 种，37.84%）、脂质和类脂分子（26 种，23.42%）、有机酸及其衍生物（14 种，12.61%）、有机氧化合物（9 种，8.11%）、苯类化合物（8 种，7.21%）、核苷及核苷酸类似物（8 种，7.21%）以及其他化合物（4 种，3.6%）。

如图2所示，6 个石榴品种中鉴定出的代谢物种类数量相近，但其相对含量呈现显著差异。其中，以色列酸的代谢物相对含量明显高于其余5 个品种。从代谢物构成分析，脂质和类脂分子在所有品种中均为相对含量最高的类别，而苯类化合物相对含量最低。进一步对比显示，以色列酸在脂质和类脂分子、有机酸及其衍生物两类代谢物中均具有最高相对含量；金珠香妃在苯丙素和聚酮类化合物类别中含量最为突出；三白甜则在有机氧化合物及其他化合物中表现出最高相对含量。

基于111 种已鉴定的代谢物，本研究采用PLS-DA 初步解析6 个石榴品种在代谢层面的组间及组内差异。如图3A所示，不同品种在PLS-DA得分图中沿第1 主成分（PC1）和第2主成分（PC2）分布呈现明显分离，说明其代谢组成具有显著区别。PC1与PC2的方差贡献率分别为31.8%和23.1%，累计方差贡献率达54.9%，表明二者可较好地代表品种间代谢差异的主要来源。图3B为111 种代谢物的层次聚类热图。结果显示，代谢物可聚为多个内部一致性高、彼此差异显著的子簇。从品种聚类关系来看，6 个品种明显分为两大分支：以色列酸、金珠香妃和突尼斯软籽聚为一类；玉石籽、三白和三白甜聚为另一类，表明两个类群内品种具有相似的代谢谱结构，而类群间则展现出不同的代谢组成特征。

同一代谢物在6 个石榴品种间的相对丰度表现出显著差异。基于VIP＞1和P＜0.05的双重筛选标准，共鉴定出68 种具有品种区分能力的差异代谢物（表2），主要包括苯丙素和聚酮类化合物（29 种）、脂质和类脂分子（16 种）、有机酸及其衍生物（8 种）、有机氧化合物（7 种）、核苷及核苷酸类似物（6 种）、苯类化合物（1 种）和其他化合物（1 种）。在数量最为丰富的苯丙素和聚酮类差异代谢物中，各品种展现出特异的代谢物积累特征：三粒小麦黄酮和松属素等化合物在以色列酸中丰度最高；金珠香妃显著富集根皮苷和木犀草素-4’-O-葡萄糖苷等成分；玉石籽则以较高水平的柯里拉京和反式阿魏酸为特征；突尼斯软籽中染料木素积累最为突出；三白在原花青素B2与异鼠李素中含量较高；而三白甜则表现出花旗松素等代谢物的丰度优势。

2.2 色泽类差异代谢物分析

果实色泽是决定其市场接受度的关键外观性状。作为植物界重要的天然呈色物质，苯丙素和聚酮类化合物中的黄酮类化合物，发挥了核心呈色作用，其中花青素是一类广泛存在的水溶性色素。最常见的6 种花青素衍生物包括天竺葵色素、矢车菊色素、飞燕草色素、芍药色素、牵牛花色素和锦葵色素。本研究通过非靶向代谢物组学分析，在6 个石榴品种中鉴定出15 种与色泽密切相关的苯丙素和聚酮类物质，按其苷元骨架可系统划分为两大类：黄酮苷类（槲皮素-4’-O-葡萄糖苷、异槲皮素、山柰酚-3-O-葡萄糖苷、扁蓄苷、棉黄素、木犀草素-4’-O-葡萄糖苷、柚皮素-7-O-葡萄糖苷、圣草酚-7-O-葡糖苷和根皮苷）和花色素苷类（矢车菊素-3-O-葡萄糖苷、矢车菊素-3,5-二-O-葡萄糖苷、矢车菊素-3-O-半乳糖苷氯化物、芍药素-3-O-葡萄糖苷、天竺葵素-3-O-葡萄糖苷和飞燕草素-3-O-半乳糖苷）。基于质谱的非靶向相对定量分析（图4A）显示，不同品种中上述色泽相关化合物的总离子相对强度存在显著差异（P＜0.05）。其中，金珠香妃的累积总含量最高，其次依次为突尼斯软籽、以色列酸、玉石籽、三白和三白甜。该代谢物积累趋势与各品种假种皮的实际颜色表现高度一致：呈现深紫红色的品种（如金珠香妃）积累了更丰富多样且总量更高的化合物；而颜色浅淡的品种（如三白甜）其积累水平则相对较低。这一结果证实了果实色泽强度与特征呈色代谢物积累量之间呈正相关关系，与关于深色石榴品种通常具有更高水平苯丙素和聚酮类化合物的研究结论相吻合。

为深入解析色泽相关代谢物的组成与颜色表型之间的关联，进一步对各色泽参数进行Pearson相关性分析。如图4B所示，矢车菊素-3,5-二-O-葡萄糖苷、扁蓄苷、棉黄素及圣草酚-7-O-葡糖苷与a*值呈显著正相关 （P＜0.05），说明这些成分含量越高，石榴假种皮的红色调越深。其中，作为典型红紫色素的矢车菊素-3,5-二-O-葡萄糖苷，在金珠香妃中积累最高，与其显著的紫红色外观高度吻合。与此同时，L*和b*值与上述几种化合物呈显著负相关（P＜0.05），表明这些成分含量较低时，假种皮更明亮且黄色调更突出。该相关性趋势与三白甜等浅色品种的色泽特征一致，进一步验证了特定呈色化合物组学与石榴外观颜色之间存在紧密联系。

2.3 滋味类差异代谢物分析

石榴的甜味主要由其中糖的种类、含量及比例共同决定，其中果糖和葡萄糖含量最高，同时存在少量蔗糖、麦芽糖和阿拉伯糖等。而酸味则主要来源于有机酸，以柠檬酸为主，苹果酸次之，并还含有少量草酸、抗坏血酸和酒石酸等。根据甜味与酸味的组成特性，石榴品种可划分为甜型、酸甜型和酸型三大类。此外，石榴中虽含可能引入苦涩感的酚类物质，但其假种皮中的苦涩味通常并不显著。本研究在6 个石榴品种中共检测出7 种可能与甜味相关的有机氧化合物，包括帕拉金糖、乳果糖、海藻糖、水苏糖等，并选取柠檬酸作为酸味的关键指示物。同时鉴定出41 种在品种间存在显著差异的苯丙素和聚酮类化合（如鞣花酸、原花青素B1等），为后续风味剖析提供了代谢物层面的依据。定量分析发现，在甜味相关化合物方面，突尼斯软籽中7 种有机氧化合物的相对含量显著高于其他品种，含量由高至低依次为金珠香妃、三白甜、玉石籽、三白和以色列酸（图5A）。该累积趋势与感官评价中其突出的甜味表现相印证。在酸味方面，以色列酸的柠檬酸含量显著最高，其余品种含量由高至低依次为三白、玉石籽、三白甜、突尼斯软籽和金珠香妃（图5B）。高柠檬酸含量解释了以色列酸的强烈酸味，而三白品种适中的酸含量则与其酸甜平衡的风味特征一致。虽然金珠香妃的酚类物质相对含量高于其他品种（图5C），但其涩味并不明显，这表明涩味强度可能与总酚含量无直接关联，而更取决于酚类物质的具体组成与结构。

通过化合物相对含量热图进一步解析了各品种中风味代谢物的组成差异。如图5D所示，突尼斯软籽在乳果糖、海藻糖等有机氧化合物中显著富集；以色列酸的柠檬酸含量明显偏高；金珠香妃则富含根皮苷、棉黄素等黄酮苷类物质；浅色品种（三白与三白甜）在松属素和香橙素等黄烷醇含量上高于深色品种（金珠香妃与突尼斯软籽）；而深色品种在原花青素B1、杨梅素、芥子酸等酚类物质方面普遍高于浅色品种。

如图6所示，基于Pearson相关性分析发现，乳果糖与甜味呈显著正相关（P＜0.05），与酸味和苦涩味呈显著负相关（P＜0.05），这表明乳果糖是影响果实甜味的关键呈味物质，该结果与突尼斯软籽的感官评价数据相符，也与前人研究中果糖主导甜味的结论相契合。柠檬酸与酸味呈显著正相关（P＜0.05），与甜味呈显著负相关（P＜0.05），进一步证明其作为核心酸味物质的作用。以色列酸品种中较高的柠檬酸含量直接解释了其突出的酸感，这与报道中高酸石榴普遍具有较高有机酸含量的结果一致。此外，黄酮苷类（如柚皮素-7-O-葡萄糖苷、圣草酚-7-O-葡糖苷）、黄烷醇类（如松属素、柚皮素）、水解单宁（如野桐鞣酸）及其他苯丙素和聚酮类化合物（如三粒小麦黄酮、光亮蕈醇）均与酸味和苦涩味呈显著正相关（P＜0.05）。这些成分在味觉上可能产生协同效应，共同构成了石榴果实的酸涩风味，与以色列酸在感官评价中酸涩感较强的表现相吻合。

3 关键苯丙素和聚酮类化合物注释分析

为系统解析不同石榴品种中苯丙素和聚酮类化合物的多样性差异，本研究基于UPLC-Q-TOF-MS/MS技术构建了该代谢物家族的分子网络。在该网络中，节点代表代谢物，相连的边提示节点间可能共享核心骨架或属于同一生物合成途径。通过计算网络中节点的连接度与中介中心性等拓扑特征，筛选出在特定品种中显著富集的代谢物（degree＞5），并将其定义为关键代谢物，用以揭示品种特异的化学积累模式。图7A、B分别展示了在正、负离子模式下的分子网络，其中于金珠香妃品种中特异性富集的关键代谢物a～e被进一步鉴定与深入分析。

金珠香妃在苯丙素和聚酮类化合物上呈现独特的富集模式，这为其作为高价值功能型石榴品种的开发提供了代谢组学依据。具体而言：化合物a（木犀草素-4’-O-葡萄糖苷，图7C）在动物模型中被报道具有抗高尿酸血症及缓解痛风性关节炎的潜在活性；化合物b（棉黄素，图7D）的多种体外与体内研究显示，其具有抗氧化、抗炎及抗肿瘤等广泛的药理活性潜力；化合物c（槲皮素-4’-O-葡萄糖苷，图7E）的细胞水平研究表明，其能通过激活磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）、蛋白激酶B（Akt）、核因子红细胞2相关因子2（Nrf2）通路，保护心肌细胞免受高糖损伤。此外，化合物e（矢车菊素-3,5-二-O-葡萄糖苷，图7F）不仅是关键的呈色物质，亦与抗氧化、抗肿瘤等生理功能相关；化合物d（柚皮素-7-O-葡萄糖苷，图7G）则在临床前（乳如细胞或动物模型）实验中表现出抗乳腺癌的潜力。综上所述，本研究通过分子网络与拓扑分析，揭示了金珠香妃品种中多种具有潜在健康促进功能的苯丙素和聚酮类化合物的特异性富集。这一独特的代谢物积累模式，从化学物质基础上支撑了该品种作为功能型石榴进行深入开发与利用价值。

4 结 论

本研究整合非靶向代谢组学与分子网络拓扑分析，系统揭示了6 个石榴品种代谢物组成的显著差异。共注释到111 种代谢物，其中苯丙素和聚酮类化合物在种类上最为丰富。PLS-DA模型显示不同品种的代谢谱呈明显分离，表明其代谢组成存在本质差异。在色泽方面，苯丙素和聚酮类化合物的组成与果实表型密切相关：金珠香妃等深色品种中矢车菊素-3,5-二- O -葡萄糖苷等色素含量较高，其总花青素含量显著高于浅色品种，并与颜色参数呈现显著正相关。在风味方面，甜味特征主要与乳果糖等有机氧化合物积累相关，而酸味则由柠檬酸等有机酸主导。例如以色列酸因高柠檬酸含量呈现强烈酸感，金珠香妃则因甜味相关成分积累较多而甜味显著。进一步通过分子网络拓扑分析，识别出多个在特定品种中显著富集的关键代谢物。例如金珠香妃中特异性富集的木犀草素-4’- O -葡萄糖苷、槲皮素-4’- O -葡萄糖苷等黄酮苷类成分。综上所述，本研究从代谢物层面系统阐释了石榴品种间色泽与风味差异的化学基础，可为兼具优良感官品质与潜在健康功能的功能性石榴品种的定向选育与高附加值开发提供科学依据。

作者简介

第一作者：

黄亚兰 硕士研究生

四川师范大学生命科学学院

黄亚兰（2000—），女，四川师范大学生命科学学院生物学专业2023级在读硕士研究生，师从李琪、李治华。2023年本科毕业于四川轻化工大学生物制药专业，获工学学士学位，同年考入四川师范大学攻读硕士学位，现主要研究方向为植物资源的开发与利用。在读期间于四川省农业科学院进行培养，参与会理石榴、盐源苹果等地方特色果树资源的相关研究项目连续三年获校长二等奖学金。目前致力于结合非靶向代谢组学技术与基于特征的分子网络方法，探究不同品种石榴种质资源的品质差异及其物质基础，欢迎同行学者交流指正（邮箱：2316885397@qq.com）。

引文格式：

黄亚兰, 杨文渊, 赵驰, 等. 基于代谢组学和特征分子网络揭示会理石榴主要代谢物特征[J]. 食品科学, 2026, 47(12): 205-215. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251202-023.

HUANG Yalan, YANG Wenyuan, ZHAO Chi, et al. Metabolomics combined with feature-based molecular networking to reveal the main metabolite characteristics of pomegranates grown in Huili[J]. Food Science, 2026, 47(12): 205-215. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251202-023.

实习编辑：普怡然；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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