整合表型组-代谢组-风味组解析海南山姜果实风味与生物活性成分形成的关键品质指标

本研究针对海南山姜(AHS)风味与药用成分形成机制不明的科学问题，通过整合表型组学、UPLC-MS/MS和GC–MS代谢组学及风味组学技术，系统解析了果实发育过程中1543种代谢物的时空动态变化，鉴定出41种关键风味物质（如3-蒈烯、豆蔻素）及其与油细胞性状的关联规律，揭示了半乳糖代谢、苯丙烷类等通路对代谢物积累的调控作用，为AHS采收加工和副产物高值化利用提供了科学依据。

　　

在热带香料与中药材领域，海南山姜（Alpinia hainanensis）种子作为年产值达2800万美元的重要经济作物，既是去腥增香的火锅调料，又是温胃止呕的传统药材。然而其应用面临三大瓶颈：风味形成机制不明导致品质不稳定，采收期缺乏科学依据造成活性成分波动，加工过程中产生的大量果皮副产物未被有效利用。这些问题的核心在于对果实发育过程中代谢网络的认识不足，特别是挥发性风味物质与非挥atile生物活性成分的协同积累规律。

中国热带农业科学院的研究团队通过多组学联用策略，系统追踪了海南山姜果实4-10周发育期的品质演变。研究采用解剖学与显微结构分析结合感官评价，运用超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)和气相色谱-质谱(GC–MS)进行全谱代谢组检测，通过相对气味活性值(rOAVs)筛选关键风味物质，并构建表型-代谢物关联网络。样本来自农业农村部儋州热带药用植物种质资源圃的时序采集群体。

表型特征揭示品质标记物
解剖学分析发现，煮沸干燥的成熟种子（暗褐色、重量＞1.2g/粒）具有最佳风味，其油细胞颜色变化与黄酮类积累显著相关。显微结构显示，第6周发育期油细胞密度达到峰值，此时直径15-20μm的油细胞占比超60%，与关键风味物质3-蒈烯含量呈正相关。

代谢组解析时空特异性
从1543种鉴定代谢物中锁定41种关键风味成分：豆蔻素(cardamonin)和松属素(pinocembrin)在8周时含量最高（分别达1.2mg/g和0.8mg/g），而单萜类物质3-蒈烯在6周出现积累高峰。值得注意的是，果皮经煮沸加工后，d-柠檬烯等单萜含量提升3-5倍，揭示加工副产物的再利用价值。

风味组学建立品质评价体系
通过rOAVs分析结合感官评分，确定辛辣感主要来源于[6]-姜烯酚（rOAV＞200），而苦味与松属素含量显著相关（R²=0.87）。煮沸处理使种子辛辣值提升30%，同时促进果皮中倍半萜醇类物质的转化。

通路分析阐明代谢调控机制
KEGG富集显示，差异代谢物显著富集于半乳糖代谢(ko00052)和苯丙烷生物合成(ko00940)通路。其中肉桂酸羟化酶(C4H)活性与豆蔻素积累呈正相关，而法尼基焦磷酸合酶(FPPS)表达量与3-蒈烯含量同步变化。

该研究首次构建了海南山姜"表型-代谢-风味"三位一体的品质评价模型，提出油细胞颜色可作为田间采收的直观指标，6-8周为兼顾风味与药效的最佳采收期。发现加工工艺能定向调控萜类转化，为果皮废弃物开发抗菌、抗氧化产品提供理论依据。研究成果发表于《Food Chemistry》，为Zingiberaceae植物资源的高值化利用提供了跨尺度研究范式。