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本综述采用UPLC-QTOF-MS代谢组学技术，对韩国主要栽培的两种紫菜——齿缘新紫菜（Neoporphyra dentata）与条斑新红叶藻（Neopyropia yezoensis）进行了全面的代谢物表征与比较。研究共鉴定63种代谢物，并发现包括7种藻菌孢氨酸（MAA）及3种甜菜碱脂质（BL）在内的24种代谢物存在显著种间差异，其中MGTS类化合物为齿缘新紫菜潜在的特异性化学分类标记。该研究结果为紫菜的高附加值物种选育提供了关键代谢层面的见解。
1. 引言
海洋生物资源为应对全球粮食与环境挑战提供了可持续方案，其中海藻因其种植广泛、生长迅速、产量高而备受关注。韩国半岛的地理特征为包括紫菜属（Porphyra, Neoporphyra, Pyropia和 Neopyropia）在内的多种海藻生产提供了理想条件。齿缘新紫菜（N. dentata）与条斑新红叶藻（N. yezoensis）是该属中主要的国内栽培种，占总产量约80%。紫菜富含藻菌孢氨酸（MAA）和氨基酸等营养物质与生物活性化合物，具有抗氧化、抗癌、抗炎等多种健康益处。近年来，代谢组学已成为食品工业中精确识别目标材料成分特征的有力工具。本研究首次应用基于液相色谱-质谱（LC-MS）的非靶向代谢组学方法，通过超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（UPLC-QTOF-MS）对两种紫菜进行代谢物分析，旨在建立全面的代谢物谱，为高附加值紫菜物种的筛选提供依据。
2. 材料与方法
2.1. 紫菜样品与化学品
N. dentata和 N. yezoensis样品于2022年10月和11月采集自韩国南部四个沿海地区。样品经标准化干燥方法制成干紫菜，其物理外观如 与 所示。干燥样品研磨后储存于-80°C直至分析。
2.2. 氨基酸含量测定
采用酸水解法处理干紫菜粉末，使用氨基酸分析仪进行定量分析。
2.3. 紫菜提取物制备
使用水:甲醇（50:50, v/v）溶液提取干紫菜粉末，离心过滤后获得用于代谢物分析的提取物。
2.4. 紫菜代谢物的LC-MS分析
使用UPLC系统耦合Q-TOF-MS进行代谢物分析。色谱分离采用ACQUITY UPLC HSS T3柱，流动相为含0.1%甲酸的水和乙腈。质谱分析在正、负电喷雾电离（ESI）模式下进行。化合物通过与在线数据库（如PubChem、HMDB、MassBank、Lipid Maps）及已发表文献的谱图比对进行鉴定。
2.5. Shinorine与Porphyra-334含量测定
采用改良的水提取法提取MAA，使用LC-MS在多反应监测（MRM）模式下对shinorine和porphyra-334进行定量。
2.6. 统计分析
使用SPSS进行氨基酸和MAA含量差异的显著性检验（t-检验）。代谢组学数据使用Progenesis QI软件预处理，并利用MetaboAnalyst 6.0进行多变量统计分析，包括主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）。以VIP > 1.0、调整后p值 <0.001且FC > 1.2为标准筛选差异代谢物。
3. 结果与讨论
3.1. N. dentata和 N. yezoensis的氨基酸含量
N. yezoensis的总氨基酸含量（ΣAA）与总必需氨基酸含量（ΣEAA）均显著高于 N. dentata。N. yezoensis的必需氨基酸/非必需氨基酸比值更高，表明其可能提供更优质的蛋白质。两种紫菜中最丰富的氨基酸均为丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸和亮氨酸，这与先前研究一致。谷氨酸和天冬氨酸与鲜味相关，而丙氨酸则与甜味相关。具体氨基酸含量差异如 所示。
3.2. N. dentata和 N. yezoensis的PCA与层次聚类分析
基于正离子模式数据的PCA得分图显示两种紫菜代谢物谱明显分离，主成分1和2分别解释了48.1%和15.4%的方差，表明二者具有不同的代谢组成，如 所示。质控（QC）样本紧密聚集，证明了分析的高重复性。层次聚类分析（HCA）也确认了物种水平的差异是代谢物谱的主要决定因素。负离子模式分析结果同样支持这一结论。
3.3. N. dentata和 N. yezoensis的代谢物谱分析
研究共从两种紫菜中初步鉴定了63种代谢物，包括10种氨基酸及其衍生物、2种有机酸、7种MAA、10种核酸相关化合物、24种磷脂（PL）、3种甜菜碱脂质（BL）、2种糖脂、1种脂肪酸和4种其他化合物。鉴定基于高分辨质谱和MS/MS数据，并与数据库及文献比对。所鉴定代谢物的化学结构汇总如 所示。详细信息见文内表格。
3.4. N. dentata和 N. yezoensis关键代谢物的比较
OPLS-DA模型（R2= 0.937, Q2= 0.921）能清晰区分两种物种，其S-plot模型如 与 所示。经验证模型稳健。共筛选出24种VIP > 1.0、FC > 1.2且调整后p < 0.001的关键差异代谢物，主要包括MAA、BL和部分PL及氨基酸衍生物。
热图分析将这24种差异代谢物分为两类：簇1代谢物在 N. dentata中更丰富，簇2代谢物在 N. yezoensis中更丰富，如 所示。具体相对丰度比较见相应的箱线图。
MAA的组成在两种紫菜间差异显著：N. dentata的shinorine、porphyra-334和mycosporine-glycine-alanine水平分别高出4.41、1.24和5.95倍；而 N. yezoensis的palythine、asterina-330和aplysiapalythine B水平分别高出3.00、3.52和14.18倍。这些差异可能反映了物种特异的代谢途径及对环境因子（如紫外线、盐度、氮浓度）的不同适应策略。MAA具有光保护、抗氧化、抗炎等多种生理活性。
在脂质方面，N. yezoensis中多种溶血磷脂酰胆碱（LPC）和溶血磷脂酰乙醇胺（LPE）含量更高，而三种单酰基甘油-三甲基高丝氨酸（MGTS 18:3, MGTS 16:0, MGTS 18:1）仅在 N. dentata中检测到。PL和BL是细胞膜的关键结构成分，也是响应盐度、温度、营养限制等环境胁迫的信号分子。研究发现LPC、LPE与MGTS水平呈负相关，这可能反映了在特定条件下PL与BL生物合成的相互转化或补偿关系。MGTS化合物被认为是鉴定 N. dentata的潜在化学分类学标志物。
氨基酸及其衍生物（如牛磺酸、瓜氨酸、色氨酸、胆碱、2,6-哌啶二甲酸）在两种物种间也存在显著差异（1.34至17.67倍）。牛磺酸及其衍生物异牛磺酸在 N. dentata中含量较高，具有神经保护等生理功能。
4. 结论
本研究首次应用UPLC-QTOF-MS非靶向代谢组学技术，系统比较了 N. dentata和 N. yezoensis的代谢物谱，成功鉴定出63种代谢物并明确了24种关键差异代谢物。研究表明，MAA和BL的组成差异最为显著，其中MGTS类化合物可作为区分 N. dentata的特异性潜在标志物。这些代谢层面的深入见解不仅有助于紫菜的物种分类鉴定（结合基因组分析），也为基于特定健康功效的高附加值紫菜物种的选育与开发提供了重要的科学依据。
