《Food Chemistry》：Large-scale profiling of alkaloids and related nitrogenous metabolites in cultivated and wild citrus germplasm resources
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•为柑橘建立了一个高可信度的生物碱靶向检测系统。•L-哌啶酸被鉴定为柑橘中主要的生物碱。•辛弗林和斯达基啉在甜橙、酸橙和柑橘中积累。•在柑橘果实成熟过程中，生物碱含量呈现一致的下降趋势。引言柑橘水果是世界上生产和消费量最大的水果之一，其营养、感官和促进健康的特性与各种代谢物相
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为柑橘建立了一个高可信度的生物碱靶向检测系统。
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L-哌啶酸被鉴定为柑橘中主要的生物碱。
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辛弗林和斯达基啉在甜橙、酸橙和柑橘中积累。
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在柑橘果实成熟过程中，生物碱含量呈现一致的下降趋势。
引言
柑橘水果是世界上生产和消费量最大的水果之一，其营养、感官和促进健康的特性与各种代谢物相关（He等，2023）。柑橘是芸香科中最大的属，包含约70个物种，包括各种可食用物种，如C. limon（柠檬）、C. medica（香橼）、C. aurantium（酸橙）、C. paradisi（葡萄柚）、C. reticulata（柑橘、橘子）、C. clementina（金柑）、C. bergamia（佛手柑）、C. junos（柚子）、C. japonica（金橘）和C. sinensis（甜橙）（Zayed等，2021）。柑橘水果在解剖上由多个组织层和内部结构组成，包括以下部分：油胞层（果皮外部有色部分）、白皮层（果皮的白色内部部分）、包含上述部分的果皮，以及包含汁液和种子的果肉，称为内果皮（Demertzis等，2013）。风味化合物和生物活性物质在这些不同组织位置的分布共同决定了柑橘水果的特征性风味特征和药理特性（Liu等，2012）。然而，并非柑橘水果的所有组织部分都能被充分利用。人类直接消费的柑橘生物量比例通常不超过45–60%，其余部分作为不可食用部分被丢弃。这些残余物要么被填埋，要么用作动物饲料，要么未经适当处理即被丢弃，从而可能对农业食品链环境造成负担并导致严重的资源浪费（Putnik等，2017；Taghizadeh-Alisaraei等，2017）。这些生物废弃物主要由果肉残留物、种子和果皮组成（Ganatsios等，2021；Mahato等，2020；Sharma等，2017）。
柑橘水果因其含有大量具有抗菌、抗癌、抗氧化、抗炎和抗昆虫作用的生物活性次级代谢物，被广泛用于食品、化工和制药行业（Indriyani等，2023），例如黄酮类化合物，其中大部分以黄酮苷的形式存在，即柚皮苷、橙皮苷和新橙皮苷（Gattuso等，2007）、生物碱，主要是辛弗林、酪胺和章鱼胺（Wheaton & Stewart，1969）以及包括阿魏酸、对香豆酸、绿原酸和咖啡酸在内的羟基肉桂酸类（Manthey & Grohmann，2001；Rapisarda等，1998；Wang等，2007；Wang等，2008）。生物碱是天然存在的含氮有机化合物（大多为杂环化合物），具有碱性和显著的生理活性，主要分布在植物中，部分存在于细菌、真菌和动物中。这些多样的含氮特异性代谢物参与生物互作（Pérez-Mesa & Roda，2025），存在于约20%的植物物种中。迄今为止，已鉴定出约12,000种已知结构的生物碱。由于其强大的生物活性，某些生物碱已被开发用于制药、兴奋剂、麻醉剂和毒药（Facchini，2001）。
基于目前对柑橘生物碱生物合成的理解，本研究分析的大多数目标化合物源自不同的生物合成途径。具体来说，苯乙胺衍生物生物碱（如N-甲基酪胺、辛弗林和霍丁宁）源自酪氨酸代谢途径（Zhong等，2024），而哌啶类生物碱（如L-哌啶酸及其衍生物）源自赖氨酸代谢途径（Hartmann & Zeier，2018）。此外，斯达基啉和甜菜碱分别由脯氨酸和甘氨酸生物合成（Ashraf & Foolad，2007；He等，2024）。在中国，柑橘水果几千年来一直被用作有效的抗哮喘药物（Liu等，2021）。柑橘中鉴定出的主要特征性药用生物碱成分是辛弗林和N-甲基酪胺（Yu等，2018）。此外，先前的研究表明，N-甲基酪胺和辛弗林之间存在相互转化途径，其中N-甲基酪胺可以在N-甲基酪胺β-羟化酶的催化下通过β-羟基化不可逆地转化为辛弗林（Wheaton & Stewart，1969）。其中，辛弗林含量最丰富，约占酸橙Citrus aurantium L.柑橘果皮干重的0.38%。它具有血管收缩、升压和支气管扩张等药理活性。此外，据报道辛弗林可以增强代谢率并增加热量消耗（Fu等，2019；Yu等，2018）。然而，关于柑橘水果中生物碱模式的信息非常有限，特别是在大规模栽培和野生近缘种方面。
在本研究中，我们建立了一个靶向超高效液相色谱四极杆飞行时间质谱系统（UPLC-Q-TOF-MS），用于检测柑橘中分布的10种生物碱和相关含氮代谢物。随后，我们分析了各种果实组织、不同发育阶段以及栽培品种和野生种质资源之间10种目标化合物含量的差异积累模式。本研究的发现为筛选高或低生物碱含量的柑橘品种提供了参考，并为柑橘副产物的高值化利用提供了技术指导以及重要的科学依据。
各章节摘要
植物材料
本研究分析了87个柑橘种质资源（详见补充表S1），包括9个橙砧（Citrus sinensis (L.) Osbeck × Poncirus trifoliata (L.) Raf.）、3个柚砧（Citrus paradisi Macf. × Poncirus trifoliata (L.) Raf.）、2个青柠（Citrus × aurantiifolia）、2个佛手柑（Citrus bergamia Risso）、6个宜昌橙（Citrus ichangensis）、17个柠檬（Citrus × limon）、6个佛手（Citrus medica L. var. sarcodactylus Swingle）、1个葡萄柚（Citrus paradisi Macfad）、12个柚子（Citrus maxima）、1个
柑橘生物碱和相关含氮代谢物靶向检测系统的建立
为了实现对柑橘中生物碱和相关含氮代谢物的全面分析，建立了一个靶向UPLC-Q-TOF-MS系统（Chen等，2023；Milin?i?等，2024）。该方法旨在同时检测和定量柑橘中常见分布的10种生物碱和相关含氮代谢物，包括N-甲基酪胺、腺苷、霍丁宁、甜菜碱、3-哌啶甲酸、4-哌啶乙酸、4-氨基苯甲酸、斯达基啉、辛弗林和
结论
在本研究中，成功建立并验证了一种靶向UPLC-Q-TOF-MS方法，用于同时检测柑橘中的10种生物碱和相关含氮代谢物。对87个柑橘种质资源的系统分析揭示，生物碱和相关含氮代谢物的积累具有高度的基因型、组织特异性和成分特异性。L-哌啶酸被鉴定为所有样品中主要的生物碱和相关含氮代谢物。辛弗林和斯达基啉，作为
CRediT作者贡献声明
Ke Fang：撰写——审阅与编辑，撰写——原稿撰写，验证，监督。Yue Yang：撰写——原稿撰写，调查，形式分析。Xiaokang Wang：资源。Lihua Gui：可视化。Wanpeng Xi：项目管理，资金获取，概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能已经影响本论文报告的工作。
致谢
本研究工作由中国国家重点研发计划（2023YFD2300600）和国家自然科学基金（32472706）资助。
Ke Fang|Yue Yang|Xiaokang Wang|Lihua Gui|Wanpeng Xi
