利用整合多组学技术和分子对接方法，解析石生附生栽培对增强 dendrobium officinale 叶片中黄酮类化合物含量及生物活性的影响，从而为功能性茶叶的开发提供策略

《Food Bioscience》：Using integrated multi-omics and molecular docking to decode stone epiphytic culture as a strategy for enhancing flavonoids and bioactivity in Dendrobium officinale leaves for functional tea development

本研究比较石耳附生栽培（SEC）与温室栽培（GC）对枫斗叶黄酮含量及抗氧化活性的影响，发现SEC组黄酮含量（79.86 mg/g）显著高于GC组（61.30 mg/g）。代谢组学分析揭示SEC积累91种黄酮醇、114种黄酮及26种花青素，转录组学显示钙信号通路激活及多个关键基因（如4-香豆酰辅酶A ligase 1-like、黄酮醇合成酶等）上调，网络药理学表明SEC黄酮靶向氧化应激相关蛋白（如肿瘤坏死因子、雌激素受体1等），证实SEC更适用于高质功能茶开发。

　　

李静|周蓉|侯英月|陈一昌|谢少豪|吴金玉|陈江|侯洪斌|杜光英

贵州中医药大学，贵州省贵阳市花溪区550025

摘要

在食品加工过程中，铁皮石斛的茎被利用，而其叶子通常作为副产品被丢弃，导致资源浪费。由于这些叶子含有丰富的黄酮类化合物（与茶叶类似），因此具有开发功能性茶饮的潜力。本研究比较了石斛附生栽培（SEC）和温室栽培（GC）对铁皮石斛叶子中黄酮类化合物含量和抗氧化活性的影响。结果显示，SEC条件下的总黄酮类化合物含量为79.86 mg/g，显著高于GC条件下的61.30 mg/g。代谢组学分析发现，SEC条件下积累了91种黄酮醇、114种黄酮和26种花青素。转录组学分析表明，SEC通过激活钙信号通路并上调关键基因（包括4-香豆酸-CoA连接酶1类似物、黄酮醇合成酶、黄酮酮3-羟化酶类似物和花青素3-O-葡萄糖转移酶7基因）来增强黄酮类化合物的生物合成。体外实验证实，SEC提取物对2,2-二苯基-1-吡啶基肼基自由基、2,2'-偶氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)自由基和超氧阴离子具有更强的清除作用。

网络药理学研究确定了20种靶向氧化应激相关蛋白的关键黄酮类化合物，包括肿瘤坏死因子、雌激素受体1和表皮生长因子受体。因此，建议采用SEC方法生产具有生物活性的铁皮石斛叶子，作为高质量的功能性茶材料，为利用不同栽培方法获得的叶子提供了依据。

引言

铁皮石斛的茎在亚洲被广泛用作食物（Li等人，2025a）。其茎富含多糖，是主要的可食用部分，被广泛用于功能性饮料、健康产品和各种食品中（Yashin等人，2011）。然而，在实际收获和加工过程中，许多叶子作为农业副产品被丢弃，导致资源浪费和潜在经济价值的损失（Wang，2021；Li等人，2025b；Chen等人，2025）。先前的研究表明，尽管铁皮石斛不同部位的化学成分相似，但叶子中的黄酮类化合物含量明显高于茎（Tang等人，2021），这一发现引起了广泛的研究兴趣。黄酮类化合物是植物次生代谢产物，以其强大的抗氧化作用而闻名（Yuan等人，2020；Pu等人，2024）。许多体外实验表明，它们能够有效清除自由基并减轻氧化应激引起的细胞损伤（Zheng等人，2022；Hussen & Endalew，2023；Ding等人，2021）。作为全球消费最广泛的饮料之一，茶叶的健康益处很大程度上归功于其丰富的黄酮类化合物（Rietveld & Wiseman，2003）。研究表明，茶叶中的黄酮类化合物在体外具有显著的抗氧化能力，可能有助于预防与氧化损伤相关的慢性疾病，如心血管和神经退行性疾病（Ma & Khachemoune，2022；Wang等人，2000；Kris-Etherton & Keen，2002）。由于人体内的内源性抗氧化防御系统通常不足以完全抵消活性氧造成的损伤，因此从饮食中获取外源性抗氧化剂尤为重要（Yashin等人，2011）。观察到铁皮石斛叶子在采用制茶技术加工后可以制成类似茶叶的饮品（图1），本研究调查了其黄酮类化合物的含量，以评估其开发成新型功能性茶饮的潜力。因此，系统研究两种主要栽培方法下铁皮石斛叶子中黄酮类化合物的组成、代谢途径和抗氧化机制对于提高其资源的综合利用率和扩展其在功能性食品中的应用至关重要。

目前，关于铁皮石斛的研究分布不平衡，大多数研究集中在茎上，并建立了相对完善的研究框架。例如，Hou等人（2025）结合代谢组学和网络药理学研究了不同栽培方法对铁皮石斛茎中黄酮类化合物积累的影响。Zhan等人（2020）采用靶向代谢分析方法证明紫茎品种富含花青素类黄酮。Yuan等人（2022）采用转录组学和代谢组学相结合的方法研究了茎中特定成分的积累机制。相比之下，关于叶子中黄酮类化合物的研究不仅在数量上有限，而且在方法上也较为局限。研究主要集中在不同收获期和提取技术对叶子黄酮类化合物含量的影响（Deng等人，2024；Si等人，2022），以及对叶子黄酮类化合物代谢的单一代谢组学分析，以及不同加工方法对总黄酮类化合物含量和抗氧化活性的影响（Cai等人，2023；Liu等人，2021）。然而，由于茎和叶子之间的代谢谱存在根本差异（Cao等人，2019），目前缺乏整合多组学方法的系统探索。特别是关于不同栽培模式下叶子中黄酮类化合物生物合成调控机制、代谢途径的差异及其与功能活性的关联的知识仍然不足。这一差距阻碍了对这一重要副产品资源的深入理解和利用。

近年来，广靶代谢组学在识别植物生物活性成分和药物评估中发挥了关键作用，因其高通量和高灵敏度。该技术已成功应用于多种药用和可食用植物中的生物活性成分研究，包括蓖麻（Li等人，2024）、枸杞（Liang等人，2024）、 Siberian Polygonatum（Wang等人，2025a）、Crataegus pinnatifida（Wang等人，2023）、丹参（He等人，2025）和中国石竹（Zhou等人，2022），为阐明它们的药用成分组成和生物活性提供了新的研究视角和方法支持。由于操作简单和检测效率高，2,2-二苯基-1-吡啶基肼基（DPPH）、2,2'-偶氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）（ABTS）和超氧阴离子（O₂•^?）清除实验已成为评估植物提取物抗氧化能力的标准方法（Luo等人，2023；Dudonné等人，2009）。此外，网络药理学与生物信息学和分子对接技术的结合使得能够系统预测活性成分的靶点，为深入探索铁皮石斛叶子中黄酮类化合物的抗氧化机制提供了新的见解。

基于此，本研究创新性地整合了多种分析技术，包括黄酮类化合物靶向代谢组学、转录组学、体外抗氧化活性评估和网络药理学。旨在系统比较石斛附生栽培（SEC）和温室栽培（GC）条件下叶子中黄酮类化合物组成的差异及其调控机制。这种方法旨在克服现有研究的局限性，研究结果有望为开发基于铁皮石斛叶子的功能性食品提供理论基础。

材料

铁皮石斛叶子采集自贵州省安龙县两年生的茎，在3月收获季节进行。详细的采集程序见表S1。为确保样本的准确性和代表性，每个样本由60株铁皮石斛植物的叶子混合而成，建立了三个生物学重复实验。设计了两个实验组，包括SEC（石斛附生栽培环境，图1A）和GC

黄酮类化合物的广靶分析

在SEC和GC条件下，使用紫外-可见分光光度计测定了铁皮石斛叶子中的黄酮类化合物含量。结果显示，SEC条件下的黄酮类化合物含量为79.86 mg/g，而GC条件下的含量为61.30 mg/g（图2A）。为阐明叶子黄酮类化合物差异的具体代谢机制，本研究对SEC和GC条件下培养的铁皮石斛叶子进行了黄酮类化合物靶向代谢组学分析

参与黄酮类化合物积累的关键基因表达分析

我们的研究发现，在相同的加工条件下，SEC组的铁皮石斛叶子含有更多的黄酮类化合物，并且关键基因的表达显著上调，这表明SEC组的叶子作为功能性茶的原料具有更大的潜力。主要原因在于喀斯特地区的独特环境条件，碳酸盐岩石的长期溶解显著提高了土壤中的

结论

本研究通过综合多组学分析、体外活性评估和网络药理学，系统阐明了SEC栽培模式对铁皮石斛叶子中黄酮类化合物代谢和抗氧化能力的调控机制。结果表明，与GC模式相比，SEC模式使叶子中的总黄酮类化合物含量增加了30%，并显著增强了其抗氧化活性。在组成层面，黄酮类化合物

作者贡献声明

李静：撰写——原始草案，研究，数据管理。周蓉：方法学，研究，数据管理。侯英月：资源获取。侯洪斌：数据管理。杜光英：撰写——审稿与编辑，监督，项目管理，资金获取，正式分析。陈一昌：数据管理。谢少豪：数据管理。吴金玉：数据管理。陈江：数据管理

未引用参考文献

Liu等人，2021；Liu等人，2025。

数据可用性

本文报告的RNA-seq原始数据已存放在国家生物技术信息中心的基因组序列档案库（提交编号：PRJNA1321583），可在https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene公开获取。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（82560855）、贵州省科技计划（项目编号[2025]111）和贵州省现代中医药创新重点实验室（钱克和平台[2025]019）的财政支持。我们非常感谢贵州中医药大学的魏胜华教授提供的实验场所。