《食品科學》：北方民族大學高春燕教授、盧躍紅副教授等：沙蓬多酚代謝物及抗氧化活性分析

沙蓬（Agriophyllum squarrosum (L.) Moq.），屬于藜科沙蓬屬，主要分布在我國寧夏、內蒙古、甘肅等干旱、半干旱地區，是我國西北沙漠地區的固沙先鋒植物。沙米為沙蓬種子，其淀粉含量（（46.13±0.02）%）顯著低于小麥、稻米等主要谷物，但其蛋白質和脂肪含量更高，是一種獨特的低碳水化合物、高蛋白食物。沙蓬的食用歷史可追溯至1 300多年前。沙蓬作為蒙藥，具有祛疫、清熱、解毒、利尿等作用?，F代藥理學研究已初步揭示其物質基礎，證實其含有黃酮、酚酸、三萜等多種生物活性成分，并表現出抗氧化、降血脂與降血糖等藥理活性。目前許多研究側重于特定類別成分（如萜類或黃酮）、特定部位（如種子）或全草；此外，在活性研究方面，或集中于體內整體效應，或聚焦于降血糖等特定通路。然而，目前尚鮮有研究系統比較沙蓬莖葉與種子多酚代謝譜差異及其對不同自由基體系的抗氧化、DNA保護活性。

北方民族大學生物科學與工程學院的李奉娟、高春燕*、盧躍紅*等人以沙蓬種子和莖葉為研究對象，采用超高效液相色譜-串聯質譜（UPLC-MS/MS）靶向代謝組學技術和多元統計分析方法檢測多酚代謝物組成，定量分析其中的黃酮類化合物組成及含量；同時，采用多種抗氧化體系綜合評價沙蓬多酚提取物的抗氧化活性及對DNA損傷的保護作用，以期為對沙蓬功能活性成分的研究及綜合利用開發提供科學依據。

1 沙蓬多酚的總酚含量分析

種子和莖葉的總酚含量分別為（0.65±0.01）、（2.83±0.15）μg/mg，兩部分的總酚含量存在顯著差異（P＜0.05），莖葉是種子的4.35 倍。這與藜麥不同部位總酚分布規律一致，即地上組織（莖、葉、花）顯著高于種子。植物各部位的總酚含量呈現梯度分布（花＞葉＞莖＞根＞種子），這與植物防御資源的分配策略相符。具體而言，作為易受病原體侵襲的繁殖器官，花朵需要高濃度酚類物質提供化學保護；而種子則依賴果皮或種皮形成的物理屏障，降低了對化學防御的依賴性。此外，本研究觀察到的沙蓬不同部位總酚含量差異，也可能與其沙生植物特性相關：沙漠環境中的強紫外線輻射可誘導活性氧爆發，從而促使地上部分（如莖、葉）合成更多酚類化合物以應對氧化脅迫。

2 多酚代謝組定性分析

質控（QC）樣本質譜檢測總離子流色譜圖（TIC）如圖1所示，QC樣本代謝物檢測TIC曲線重疊性高，信號穩定性較好，檢測的數據可靠，可進行代謝物分析?；赨PLC-MS/MS檢測平臺和邁維數據庫信息，共初步鑒定出1 138 個多酚代謝物，包括黃酮類（數量占比60.07%，后同）、酚酸類（23.39%）、木脂素和香豆素類（13.11%）、單寧類（2.81%）、其他類（0.62%）。

3 主成分分析（PCA）

對樣本代謝物質譜數據進行PCA，觀察種子和莖葉間的總體分布情況，結果如圖2所示。QC樣本集中分布在PCA圖的中央范圍，較為聚集，表明檢測中儀器穩定，方法重現性良好，數據可信度高。并且種子和莖葉樣本PC1和PC2都實現了良好的分離，PC1的方差貢獻率為81.76%，PC2的方差貢獻率為6.13%，說明種子和莖葉多酚代謝物存在差異。

4 差異代謝物篩選

為了進一步分析種子與莖葉之間的代謝物差異，采用正交偏最小二乘判別分析（OPLS-DA）模型進行分析，結果如圖3A、B所示。OPLS-DA模型評價參數Q 2 分別為0.945、1.000、0.999，均接近1，表明模型穩定可靠，可根據其進行差異代謝物篩選。以變量投影重要性（VIP）＞1、|log 2 差異倍數（FC）|≥1和 P ＜0.05為標準進行篩選，差異代謝物見圖3C。log 2 FC越大說明該物質在兩組樣品間的相對含量差異越大；縱坐標表示差異顯著性水平，其值越大表明差異越顯著，篩選得到的差異代謝物越可靠；圓點的大小代表VIP值。種子與莖葉相比共有862 個差異代謝物，其中193 個上調、669 個下調、275 個差異不顯著。

5 黃酮類代謝物的定量分析

為進一步明確主要成分的含量，對黃酮類物質進行絕對定量分析，并篩選含量大于0.10 nmol/g的化合物。由表1可知，在種子與莖葉中含量大于0.10 nmol/g的黃酮類化合物共有42 種。這些化合物涵蓋黃酮（35.7%）、黃酮醇（21.4%）和異黃酮（8.5%）等類別。從分布上看，種子中獨有的化合物有4 種，莖葉中獨有的有10 種，兩者共有的有28 種。其中，種子中含量最高的前5 種化合物依次是蘆?。?65.82 nmol/g，顯著高于莖葉）、水仙苷（261.24 nmol/g）、山柰酚-3-O-蕓香糖苷（29.50 nmol/g）、(-)-表兒茶素（26.12 nmol/g）、(-)-兒茶素（5.61 nmol/g）；莖葉中含量最高的5 種依次是異鼠李素-3-O-葡萄糖苷（793.96 nmol/g）、水仙苷（754.79 nmol/g）、異鼠李素（344.07 nmol/g）、蘆丁（280.89 nmol/g）、金絲桃苷（242.28 nmol/g）?？傮w上，莖葉中的黃酮類代謝物含量顯著高于種子（P＜0.05），例如，莖葉中的異鼠李素-3-O-葡萄糖苷、異鼠李素和水仙苷含量分別是種子的194.12、158.56、2.89 倍。

6 多酚提取物的抗氧化活性

由表2可知，沙蓬不同部位多酚提取物的抗氧化活性存在顯著差異（P＜0.05）。在DPPH自由基清除能力中，種子活性最弱（（48.41±1.06）μg/mL），顯著低于其他樣品（P＜0.05）；莖葉（（23.10±0.29）μg/mL）與陽性對照VC（（27.00±0.42）μg/mL）活性相近（P＞0.05），但莖葉的DPPH自由基清除能力優于VC。種子的FRAP最弱（（28.04±2.04）μmol/g），陽性對照VC最強（（14 993.33±453.69）μmol/g），較莖葉高約88 倍（P＜0.05）。在FRAP體系中，因VC在酸性體系中的強還原特性，導致其數值異常偏高，這與文獻[24]的結果一致。莖葉的ABTS陽離子自由基清除活性最強（（26.40±1.37）μg/mL），顯著優于種子（（129.38±0.60）μg/mL）和VC（（77.53±1.03）μg/mL）（P＜0.05），表明莖葉對ABTS陽離子自由基的清除能力突出。總體上，莖葉的綜合抗氧化活性最優，其DPPH自由基清除活性與VC相當，ABTS陽離子自由基清除活性顯著優于VC，但FRAP遠低于VC。

7 多酚提取物對羥自由基介導DNA損傷的保護作用

由圖4A1～C1可知，正常pBR322質粒DNA（泳道1）以完整的雙螺旋構型為主導，無斷裂；當受到羥自由基攻擊時（泳道2），DNA分子單鏈斷裂出現開環狀態，甚至雙鏈斷裂呈現線性分子結構，雙螺旋幾乎消失；加入系列質量濃度的Trolox抗氧化劑或多酚提取物后（泳道3～7），DNA分子受到不同程度的保護，從而在電泳圖上未觀察到線性DNA分子，并且雙螺旋構型保留程度有所增加。大體上，隨著種子和莖葉質量濃度遞增（10～50 μg/mL），雙螺旋保留率逐步升高，斷裂產物減少，陽性對照Trolox呈現相似的趨勢，并且，除質量濃度20 μg/mL外，Trolox在其余同等質量濃度條件下的雙螺旋保留程度弱于種子。

由圖4A2～C2可知，沙蓬多酚提取物對羥自由基介導DNA損傷的保護作用大體上呈現濃度依賴性；沙蓬不同組織部位的保護作用有差異，種子的保護作用顯著大于莖葉，甚至大于陽性對照Trolox。羥自由基是由二價鐵離子催化過氧化氫分解產生，沙蓬多酚可能通過螯合二價鐵離子（抑制羥自由基生成）或直接清除羥自由基，從而阻斷DNA鏈斷裂。

8 多酚提取物對過氧自由基介導DNA損傷的保護作用

由圖5A1～C1可知，泳道1（正常DNA）中完整雙螺旋構型占主導，無斷裂跡象；泳道2中DNA受過氧自由基攻擊導致嚴重斷裂，雙螺旋幾乎消失，開環構型占主導；泳道3～7（樣品處理后）中雙螺旋保留率增加。

由圖5A2～C2可知，在質量濃度為10～50 μg/mL范圍內，Trolox、種子、莖葉的DNA雙螺旋百分比范圍分別為58.50%～66.81%、55.52%～63.98%、52.50%～60.05%。總體上，陽性對照Trolox的保護作用明顯強于沙蓬樣品，種子和莖葉之間無顯著差異。過氧自由基對DNA的損傷主要通過攻擊DNA磷酸二酯鍵，沙蓬多酚提取物的保護作用可能通過疏水作用錨定DNA雙螺旋，阻隔過氧自由基接近。

9 相關性分析

本研究通過相關性分析進一步探討了沙蓬多酚提取物中主要單體成分、總酚含量與體外抗氧化活性指標（DPPH自由基清除活性、ABTS陽離子自由基清除活性、FRAP）以及DNA氧化損傷保護作用之間的關聯性，結果如圖6所示。沙蓬多酚中主要單體成分之間存在不同程度的相關性。特別是水仙苷、異鼠李素-3-O-葡萄糖苷、金絲桃苷之間表現出強正相關關系（r≥0.83）。上述結果表明，在沙蓬中這3 種關鍵的黃酮類化合物可能存在相似的生物合成途徑或積累模式，它們在沙蓬中的含量變化可能存在一定的協同或關聯?？偡雍颗c水仙苷、異鼠李素、金絲桃苷這3 種單體成分之間表現出強正相關，表明這3 種主要成分對總酚含量有重要的貢獻。

DPPH自由基清除活性與蘆丁含量呈顯著正相關（r＝0.83，P＜0.05），與異鼠李素-3-O-葡萄糖苷（r＝-0.83，P＜0.05）、異鼠李素（r＝-0.94，P＜0.05）呈顯著負相關。異鼠李素與ABTS陽離子自由基清除活性之間存在顯著負相關（r＝-0.94，P＜0.05），與FRAP呈顯著正相關（r＝0.89，P＜0.05）；總酚含量與抗氧化活性呈正相關，相關性不顯著（P＞0.05）。說明這3 種黃酮類化合物可能在沙蓬提取物的總抗氧化活性中扮演著非常重要的角色，其貢獻可能超越了其他共存酚類物質的平均效應。

羥自由基介導DNA損傷的保護作用與蘆丁含量呈顯著正相關（r＝0.94，P＜0.05），與異鼠李素呈顯著負相關（r＝-0.83，P＜0.05）。金絲桃苷與過氧自由基介導DNA損傷的保護作用呈顯著負相關（r＝-0.88，P＜0.05）?？偡雍颗cDNA保護之間呈負相關，相關性不顯著（P＞0.05）。

10 討論

本研究通過代謝組學比較了沙蓬莖葉與種子多酚代謝譜差異，揭示了沙蓬中的酚類化合物以黃酮類為主（占60.07%）。其中，水仙苷、異鼠李素-3-O-葡萄糖苷、異鼠李素、蘆丁、金絲桃苷是最主要的黃酮類化合物單體，這與先前研究報道的結果一致。本研究中，沙蓬莖葉中異鼠李素-3-O-葡萄糖苷、異鼠李素、水仙苷、金絲桃苷等含量顯著高于種子（表2），這一分布模式符合植物防御資源分配規律：作為暴露于強紫外線的沙漠先鋒植物，其地上部分需合成大量酚類物質抵御氧化脅迫。值得注意的是，3 種關鍵黃酮類化合物（金絲桃苷、水仙苷、異鼠李素-3-O-葡萄糖苷）呈現出極強的含量協同性（圖6），揭示其生物合成途徑受共同調控。

在抗氧化活性方面，莖葉多酚提取物的DPPH自由基、ABTS陽離子自由基清除活性與VC相當甚至更優（表3），且與3 種黃酮呈強相關性（|r|≥0.83）。然而，種子提取物雖抗氧化能力較弱，卻在羥自由基介導的DNA損傷保護中表現突出（50 μg/mL時保護率超過Trolox（圖5））。由此推測：1）種子中高含量的蘆丁（365.82 nmol/g）可能通過螯合Fe2+抑制羥自由基生成；2）其他酚酸類物質的協同作用彌補了黃酮含量劣勢。這一發現揭示了沙蓬不同組織的差異化應用價值：莖葉適于開發成抗氧化劑，而種子在DNA保護產品中更具應用潛力。

在DNA保護中，羥自由基介導DNA損傷的保護作用與蘆丁呈顯著正相關，但是與異鼠李素呈顯著負相關。蘆丁的抗氧化機制主要歸因于其分子結構中B環上保留的3’,4’-鄰苯二酚基團，該結構是其發揮直接自由基清除與金屬離子螯合能力的關鍵位點。蘆丁能夠直接中和高活性的羥自由基，并通過螯合Fe2+等過渡金屬離子，從源頭上抑制芬頓反應，從而有效阻斷氧化應激對DNA的損傷鏈條。然而，引人深思的是，蘆丁的代謝產物之一——異鼠李素，卻與DNA損傷保護作用呈顯著負相關（r＝-0.83，P＜0.05）。這一看似矛盾的現象揭示了天然產物代謝與活性的復雜性。異鼠李素作為蘆丁的苷元代謝物，其B環上的一個酚羥基（通常在3’位）發生了O-甲基化修飾。這一關鍵的代謝轉化顯著削弱了其直接提供氫原子或電子的能力，導致其自由基清除效率遠低于其前體蘆丁。更重要的是，有研究指出，特定結構的黃酮類化合物在特定反應環境中可能表現出“促氧化”活性。異鼠李素可能在高濃度下，通過其特定的氧化還原電位，將Fe3+還原為Fe2+，反而為羥自由基的生成提供了充足的底物，從而加劇了DNA的氧化損傷。此外，它也可能作為競爭性抑制劑，占據了生物大分子的保護位點，但由于其自身保護效力低下或具有促氧化性，最終導致整體保護效應的下降。

此外，金絲桃苷與過氧自由基介導的DNA損傷呈現出顯著的負相關（r＝-0.88，P＜0.05）。這一有悖于其傳統抗氧化認知的現象提示在金絲桃苷與活性氧的相互作用中可能存在更為復雜的機制，有待進一步研究。

DNA保護作用與總酚含量未呈現出顯著的正相關性（圖6），說明非黃酮類酚類物質（如酚酸、單寧）可能通過疏水作用錨定DNA雙螺旋，或激活內源修復酶發揮保護效應。下一步可通過組分剔除實驗進一步驗證協同機制。

11 結論

本研究比較了沙蓬莖葉與種子多酚代謝譜差異，共鑒定出1 138 種多酚代謝物，主要為黃酮類化合物（占比60.07%），其中，水仙苷、異鼠李素-3-O-葡萄糖苷、異鼠李素、蘆丁、金絲桃苷是最主要的黃酮類物質，除蘆丁外，其余4 種物質在莖葉中的含量顯著高于種子。莖葉多酚提取物綜合抗氧化能力顯著優于種子，且與異鼠李素-3-O-葡萄糖苷、異鼠李素呈強正相關。種子多酚提取物在羥自由基介導的DNA損傷體系中保護效果顯著優于莖葉。沙蓬莖葉是優質天然抗氧化劑來源，而種子在DNA氧化損傷防護領域具有獨特價值。后續可聚焦其活性成分分離純化及體內功能驗證，為沙蓬資源綜合利用提供依據。

引文格式：

李奉娟, 吳江, 李昱瑤, 等. 沙蓬多酚代謝物及抗氧化活性分析[J]. 食品科學, 2026, 47(2): 195-203. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250825-170.

LI Fengjuan, WU Jiang, LI Yuyao, et al. Metabolites and antioxidant activities of polyphenols in Agriophyllum squarrosum(L.) Moq.[J]. Food Science, 2026, 47(2): 195-203. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250825-170.

實習編輯：安宏琳；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

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