摘要
菠萝蜜具有重要的营养价值和经济价值，糖类物质是决定其果实品质的重要因素。然而，糖类物质的含量、积累类型和代谢途径非常复杂，受多条代谢通路共同调节。为探究不同菠萝蜜品种糖分代谢差异及调控网络，解析其关键代谢物与通路机制，该研究选取‘THA’‘GTM’‘YNH’3个品种果肉为材料，采用广泛靶向代谢组学技术进行系统性鉴定与定量分析，通过多元统计分析筛选差异代谢物，并利用KEGG数据库对差异显著的糖类代谢物进行通路富集分析，从而构建品种特异的糖代谢网络。结果表明：（1）共检测到13大类、1 381种代谢物，包括糖类化合物65种，其中33种为差异积累的糖类代谢物。（2）(2S)-1-O-棕榈油烯基-3-O-β-D-吡喃半乳糖基甘油、1-(sn-甘油-3-磷酸)-1D-肌醇、D-赤藓糖-4-磷酸分别为‘THA’‘GTM’‘YNH’菠萝蜜果实的特征代谢物。（3）菠萝蜜果肉中有11条核心糖代谢通路，共同组成菠萝蜜糖代谢调控网络。（4）糖代谢网络的保守性与特异性并存，3个品种碳代谢（ko01200）、核苷酸糖合成（ko00520）等基础通路均明显富集，不同品种有其独特的代谢物和代谢通路。该研究探讨不同品种菠萝蜜代谢过程中筛选出来的糖类物质代谢物，明确了品种的关键特征代谢物并非常见糖类，而是其衍生物或中间产物。这一发现不仅揭示了品种间糖分积累差异的特定物质基础，更阐明了菠萝蜜糖代谢网络具有“基础通路保守，个别代谢特异”的调控特点，从代谢层面揭示菠萝蜜风味品质形成的关键机制及各品种间可溶性固形物（SS）含量差异的形成原因，为菠萝蜜品质改良提供了重要的理论支撑。
Abstract
Jackfruit (Artocarpus heterophyllus) possesses significant nutritional and economic value, with sugar substances playing a critical role in determing fruit quality attributes. However, the content, accumulation type and metabolic pathways of sugar substances, are highly complex and co-regulated by multiple interconnected pathways. To systematically investigate the differences in sugar metabolism and the underlying regulatory networks among distinct jackfruit varieties, as well as the key metabolites and pathway mechanisms, this study selected the pulp from three economically important cultivars, ‘THA’, ‘GTM’, and ‘YNH’, at a comparable commercial maturity stage as experimental materials. Employing widely-targeted metabolomics technology, we conducted a systematic identification and quantitative analysis of metabolites present in the fruit pulp. This high-throughput approach enabled the comprehensive profiling of a wide spectrum of biochemical compounds. Differential metabolites were screened through multivariate statistical analyses, including principal component analysis (PCA) and orthogonal partial least squares-discriminant analysis (OPLS-DA). Pathway enrichment analysis of the significantly differential sugar metabolites was performed utilizing the Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) database. This integrated strategy allowed for the construction of detailed, variety-specific sugar metabolic networks, revealing the core and specialized pathways active in each cultivar. The results were as follows: (1) A total of 1 381 metabolites across 13 categories were identified, including 65 metabolites classified as sugar metabolites. Among these, 33 metabolites exhibited differential accumulation patterns. (2) (2S)-1-O-palmitoleyl-3-O-β-D-galacopyranosylglycerol, 1-(sn-glycero-3-phosphate)-1D-inositol, and D-erythrose-4-phosphate were respectively the characteristic metabolites of ‘THA’, ‘GTM’, and ‘YNH’ jackfruit fruits. (3) Eleven core sugar metabolic pathways collectively formed the regulatory network in jackfruit pulp. (4) This network exhibited both conservation and cultivar specificity: fundamental pathways — including carbon metabolism (ko01200) and nucleotide sugar biosynthesis (ko00520) — were significantly enriched across all varieties, while unique metabolites and pathways characterized each cultivar. This study investigates the sugar metabolites identified during the metabolic processes of different jackfruit varieties and clarifies that the key characteristic metabolites of these varieties are not common sugars but rather their derivatives or intermediates. This finding not only reveals the specific material basis underlying varietal differences in sugar accumulation but also elucidates a regulatory feature of the jackfruit sugar metabolic network, namely “conserved foundational pathways coupled with specialized individual metabolism”. At the metabolic level, this study further uncovers the key mechanisms governing the formation of flavor quality and the reasons for varietal differences in soluble solids (SS) content, thereby providing important theoretical support for the quality improvement of jackfruit.
菠萝蜜（Artocarpus heterophyllus）属于桑科菠萝蜜属植物，起源于印度、东南亚的热带地区，具有较高经济价值，我国广东、广西、海南等地广泛栽培（高爱平等，2003）。其果实风味馥郁、蜜甜可口，含有丰富的糖和蛋白质，营养价值高。糖分是果实生长过程中的重要代谢产物，是可溶性固形物的主要组成成分，直接影响消费者的选择偏好和市场竞争力（谭乐和和郑维全，2001）。糖类物质及其中间代谢产物会影响果实风味、色泽及香气物质的形成（张上隆，2007；胡媛等，2022）。转化酶、蔗糖磷酸合成酶等关键酶调控菠萝蜜糖分合成与分解的动态平衡，成熟菠萝蜜蔗糖占比超过总糖的70%，在果实甜度性状中发挥关键作用（段小强，2016；胡丽松等，2017）。
广泛靶向代谢组学技术整合了非靶向代谢组的宽覆盖优势与靶向代谢组的准确定量能力，可系统鉴定数百种乃至上千种代谢物并解析其功能关联，为生物代谢通路研究提供高效策略（胡媛等，2022）。目前，该技术已在青稞品质标志物筛选（黄海皎等，2024）、芍药代谢多样性解析（Li et al.,2024）及壶瓶枣果实生物活性成分分析等研究（冯志宏，2020）成功应用。近年来，关于菠萝蜜的研究主要集中于采后贮藏保鲜（姜怡彤，2019）、营养成分分析（房一明等，2014）和品种资源鉴定（李映志等，2007）等领域，尽管这些研究为产业开发提供了重要数据支撑，但对风味、品质等核心经济性状形成的内在代谢调控机制解析仍较为薄弱。在菠萝蜜研究领域，广泛靶向代谢组学技术的应用尚处在起步阶段，与苹果（李白云，2022）、葡萄（闫梅玲等，2010）等温带水果相比，菠萝蜜糖代谢的研究仍显薄弱，研究体系尚未完善，现有研究仅初步构建基础代谢谱，多聚焦于单一品种的酶活性分析（任雪岩等，2019），对于不同品种间糖分差异的物质基础及其合成积累规律及其调控机制、代谢通路的关键调控节点，以及代谢物与酶活性的协同作用机制仍缺乏深入解析，制约了高糖优质品种的定向选育。
本研究选取泰国品种8‘THA’、高糖蜜‘GTM’、印尼红‘YNH’3个糖分积累特征不同的菠萝蜜特色品种作为研究对象。3个品种的成熟果实均呈椭圆形，果皮黄绿色，果肉具低纤维、低果胶特性。其中，泰国品种8‘THA’果苞黄色，肉厚浓甜，质脆，香气浓郁突出；高糖蜜‘GTM’果苞黄色，肉厚浓甜带蜂蜜风味，质地软糯多汁；印尼红‘YNH’果苞橙红色，肉厚甜中略带微酸，口感爽脆，风味清新（颜彩缤等，2023）。3个品种的可溶性固形物（soluble solids，SS）含量大小由高到低依次为高糖蜜‘GTM’>泰国品种8‘THA’>印尼红‘YNH’。本研究首次将植物广泛靶向代谢组学技术应用于菠萝蜜糖代谢研究，通过定量分析成熟期果肉糖代谢物，拟探讨以下问题：（1）菠萝蜜高糖品种如何通过差异化代谢网络协调糖分积累与抗逆需求；（2）菠萝蜜品种糖代谢网络的特点；（3）可溶性固形物含量在不同菠萝蜜品种间差异的根本原因。本研究旨在阐明菠萝蜜品种间糖代谢调控机制，突破传统单一酶活性研究的局限，为优质种质创制提供理论支撑。
1 材料与方法
1.1 材料
供试材料为广西壮族自治区亚热带作物研究所菠萝蜜种质资源圃标准化栽培的菠萝蜜品种：‘THA’‘GTM’和‘YNH’。在统一栽培环境下，以花后142 d（生理成熟窗口期）为采收基准，每个品种各选取3株健康植株，每株采摘成熟度相同的果实各1个，每个果实取10 g切碎混合均匀，分成3份，共采集9组样本。
1.2 实验方法
1.2.1 代谢物提取
取果肉样品进行真空冷冻干燥后研磨至粉末状。使用电子天平（梅特勒托利多仪器有限公司）称量50 mg研磨粉，加入1 200 μL预冷的70%甲醇水（内标）提取液，涡旋混匀后12 000 r·min-1离心（Eppendorf）3 min，收集上清液经0.22 μm微孔滤膜过滤，用于超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）检测分析。
1.2.2 色谱-质谱条件
采用Agilent SB-C18色谱柱（1.8 μm × 2.1 mm × 100 mm），柱温40 ℃，以含0.1%甲酸的超纯水(A)和含0.1%甲酸的乙腈(B)为流动相进行梯度洗脱（占5%，线性提升至95%，0~9 min）。进样量2 μL，流速0.35 mL·min-1。
质谱采用电喷雾离子源（ESI），正负离子模式扫描，离子源温度500 ℃，电压（IS）5 500 V（正离子模式）/-4 500 V（负离子模式），采用多反应监测模式监测目标代谢物，优化去簇电压(DP)及碰撞能(CE)，具体参数参照程超华（2021）。
1.2.3 数据分析
样本检测委托武汉迈维代谢科技有限公司完成，基于UPLC-MS/MS检测平台和自建数据库进行代谢物谱分析。原始质谱数据采用Analyst 1.6.3处理，代谢物含量经 UV(unit variance)标准化后，用R软件ComplexHeatmap包绘制代谢物含量的热图。采用多元统计分析和聚类分析，对3组样品进行主成分分析（principal component analysis，PCA），基于正交偏最小二乘法判别分析（orthogonal partial least squares-discriminant analysis，OPLS-DA）模型筛选变量投影重要性（variable importance in projection，VIP）值≥1的变量，评估模型可靠性，结合单变量检验（P<0.05）及差异倍数（fold change，FC），以FC≥2或FC≤0.5确定差异代谢物上调或下调。通过火山图展示差异代谢物的显著性，并通过韦恩图比较差异代谢产物，实现差异代谢物可视化分析（刘福平等，2024）。
2 结果与分析
2.1 代谢组数据质量评估
2.1.1 代谢物成分总体分析
由质量控制（quality control，QC）样本可知，该数据稳定，代谢物的总离子电流（total ion current，TIC）曲线（图1：A）重叠，表明停留时间与峰值强度相匹配。使用广泛靶向代谢组学对菠萝蜜不同品种成熟期果肉进行检测，检测到1 381种代谢物，涵盖13类化合物（图1：B、C），包括氨基酸及其衍生物204种、酚酸149种、核苷酸及其衍生物51种、黄酮类化合物152种、奎诺内斯10种、木脂素和香豆素56种、单宁7种、生物碱142种、萜类化合物126种、有机酸58种、类固醇8种、脂质193种、其他225种。其中，其他包括糖类65种等。其他（16.29%）、氨基酸及其衍生物（14.77%）、酚酸（10.79%）、生物碱（10.28%）代表了4种主要代谢物类型。
2.1.2 PCA分析和OPLS-DA分析
‘THA’‘GTM’‘YNH’3个品种的样品聚类为3组，提示3个品种之间不同的积累模式（图2）。PCA评分图中的2个主成分PC1和PC2分别解释36.07%和27.91%的变异性，3个重复间的差异较小（图3）。本研究建立‘THA’ vs‘GTM’、‘THA’ vs ‘YNH’、‘YNH’ vs ‘GTM’ 3组OPLS-DA分析模型，由图4可知，3组均区分较明显，表明不同品种菠萝蜜果肉中代谢物差异显著。综上所述，同一品种样品组间代谢物差异较小，不同品种样品组间代谢物差异显著，表明数据结果可靠，可用于差异代谢物筛选。
2.2 品种间差异代谢物分析
2.2.1 总体差异代谢物筛选
通过OPLS-DA模型的FC和VIP值对不同品种差异代谢物进行筛选，对各组数据进行差异倍数log2处理。由图5可知，‘THA’ vs ‘GTM’组共有714种代谢物，其中660种代谢物差异显著，上调和下调代谢物分别为439种和221种；‘THA’ vs ‘YNH’组共有817种代谢物，其中550种代谢物差异显著，上调和下调代谢物分别为316种和234种；‘YNH’ vs ‘GTM’组共有762种代谢物，其中602种代谢物差异显著，385种代谢物上调，217种代谢物下调。3个品种共有159种共同的差异代谢物（图6），包括22种氨基酸及其衍生物、16种酚酸、1种核苷酸及其衍生物、1种糖类 [(2S)-1-O-棕榈油烯基-3-O-β-D-吡喃半乳糖基甘油]等。
‘YNH’ vs ‘GTM’组有68种特异的差异代谢物，包含3-脱氢-L-苏糖酸、D-赤藓糖-4-磷酸2种糖类，与‘THA’ vs ‘GTM’组有247种共同的差异代谢物，包含D-苏糖酸等5种糖类，与‘THA’ vs ‘YNH’组有128种共同差异代谢物，包含海藻糖胺等9种糖类。‘THA’ vs ‘GTM’组有55种特异的差异代谢物，包含葡萄糖*等5种糖类，与‘THA’ vs ‘YNH’组有199种共同的差异代谢物，包含甲基呋喃果糖苷*等13种糖类。‘THA’ vs ‘YNH’组有64种特异的差异代谢物，包含水苏糖1种糖类。
2.2.2 糖类差异代谢物筛选
不同品种间糖类代谢物的种类和数量具有明显差异。设置VIP>1且错误发现率（false discovery rate，FDR）<0.1为筛选条件，共筛选出65种糖类物质，其中33种存在极显著性差异（表1），结合韦恩图分析，3组共有159个共同的代谢物，两两重叠代谢物种类分别为247个、199个、128个。
‘THA’ vs ‘YNH’组糖基化脂质与磷酸化糖类代谢物表现出显著性差异。例如，(2S)-1-O-棕榈油烯基-3-O-β-D-吡喃半乳糖基甘油（VIP=1.30，FC=15.90↑）含量明显较高。‘THA’品种的特异性积累模式，暗示其可能参与构建该种质的特征性代谢网络。
‘THA’ vs ‘GTM’组1-(sn-甘油-3-磷酸)-1D-肌醇（FC=23.58↑）显著积累。‘THA’ vs ‘GTM’ 和 ‘YNH’ vs ‘GTM’ 2个比较组中1-(sn-甘油-3-磷酸)-1D-肌醇均显著积累。在‘YNH’ vs ‘GTM’组D-赤藓糖-4-磷酸（E4P）差异积累。‘YNH’ vs ‘GTM’组中E4P的差异积累，表明‘YNH’通过增强磷酸戊糖途径（PPP）调节代谢重编程，调控NADPH或下游芳香族氨基酸的合成，D-赤藓糖-4-磷酸可作为‘YNH’品种在3个品种菠萝蜜中特定的代谢物。
2.3 差异代谢物通路分析
2.3.1 KEGG通路
经KEGG注释和富集分析，发现在95条代谢途径中，共有920种差异显著的代谢产物成功注释。在‘THA’ vs ‘GTM’组中，共富集82条通路的102个代谢物，在‘YNH’ vs ‘GTM’ 组中，共富集82条通路的107个代谢物，在‘THA’ vs ‘YNH’ 中，共富集85条通路的96个代谢物。
差异代谢物KEGG结果显示，‘THA’ vs ‘GTM’组中，主要通路代谢途径（metabolic pathways）占比最高（70.59%），其次为次生代谢产物的生物合成（secondary metabolite biosynthesis）（47.06%）、辅因子的生物合成（cofactor biosynthesis）（17.65%）（图7）。‘YNH’ vs ‘GTM’和‘THA’ vs ‘YNH’两组的主要通路与‘THA’ vs ‘GTM’组相同，其占比分别为73.83%、45.79%、16.82%和76.04%、48.96%、19.79%。
图
1
代谢物成分总体分析
Fig.
1
Overall analysis of metabolite components
由图8可知，代谢途径在20条通路中占据一定比例，P值趋于0，表明这些通路受到显著调控，由非随机因素导致；生物合成通路涉及大量基因或代谢物，是核心调控网络；‘THA’ vs ‘GTM’组中部分通路直接参与糖代谢。糖酵解/糖异生（glycolysis/gluconeogenesis）通路富集程度一般(气泡颜色越红表示越富集），该通路在糖代谢中活跃。氨基糖和核苷酸糖代谢（amino sugar and nucleotide sugar metabolism）特异积累。该通路与其他通路共同调节糖代谢，如苯丙素类生物合成（phenylpropanoid biosynthesis）、黄酮类/异黄酮类/花青素生物合成（flavonoid/isoflavonoid/anthocyanin biosynthesis）、氨基酸降解通路[如缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸降解（valine，leucine and isoleucine degradation）]。
‘THA’ vs ‘YNH’组次生代谢产物的生物合成（secondary metabolite biosynthesis）通路富集程度高，提示糖基化修饰活跃，反映糖代谢产物向次生代谢的分配；2-氧代羧酸代谢（2-oxocarboxylic acid metabolism）通路富集程度高，该通路与草酰乙酸（TCA循环中间体）关联、参与糖异生。氨基酸生物合成（biosynthesis of amino acids）通路差异富集。
三羧酸循环（TCA cycle）参与糖代谢，‘YNH’ vs ‘GTM’组TCA循环的高富集(气泡颜色越红表示越富集）表明该通路高度活跃，反映果实糖分解代谢的增强（如能量需求上升或氧化压力响应），用于氨基酸代谢、次生代谢产物的合成（如黄酮类、异黄酮类）和植物激素信号传导。
图
2
样品整体聚类图
Fig.
2
Overall clustering plot of samples
2.3.2 糖分差异代谢物通路
不同品种间糖类代谢通路差异如表2所示，ko00030等11个通路是糖代谢共同相关的代谢通路，这些代谢通路共同调节糖分代谢。‘THA’ vs ‘GTM’与‘THA’ vs‘YNH’组中除吲哚生物碱生物合成（ko00901）和吞噬作用（ko04148）2个代谢通路外，其他的糖代谢通路均高度重合，‘THA’与‘YNH’‘GTM’具有共同的糖代谢核心调控机制。在共同的代谢通路中，‘THA’ vs‘GTM’涉及的通路较多，合成代谢较快，‘THA’和‘GTM’糖分较‘YNH’高。在‘YNH’ vs ‘GTM’组中，有2个通路与其他两组不同，分别是苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成（ko00400）、维生素B6代谢（ko00750）。
图
3
PCA得分图（含质控样品）
Fig.
3
PCA score plot with QC samples
3 讨论与结论
菠萝蜜果肉糖分代谢的品种差异是塑造其品质与适应性的核心。Ren等（2023)研究揭示了糖代谢关键通路（如果糖与甘露糖代谢、糖酵解等）在调控果实甜度与风味中的重要作用，为我们理解果实品质形成机制奠定了坚实基础。在此基础上，本研究基于广泛靶向代谢组学系统揭示3个品种间糖分代谢网络的实质性分化，并提出“保守性框架与适应性分化”的代谢调控模型，从代谢物层面深化了对品种间糖分积累差异机制的理解。与以往多集中于单一物种或少数标志代谢物的研究相比，本研究在菠萝蜜中实现了多品种、多代谢物的系统性比较，筛选出包括糖类、脂质及相关衍生物在内的13类代谢物，明确33种差异糖代谢物及3个品种特征代谢物。KEGG富集分析进一步从通路层面支持品种间代谢功能的分化，为解析菠萝蜜果实品质形成的生化基础提供了新视角。值得注意的是，本研究结果与部分已有文献在特定代谢通路活性方面存在不一致的情况，某些在其他果蔬中被强调的关键糖代谢通路（如蔗糖降解途径）在本研究中未显著富集，这种差异并非否定前人结论，而可能源于物种特异性或品种进化适应过程中的代谢网络重构，反映出菠萝蜜作为一种典型热带水果其糖代谢调控的特殊性和复杂性。可见菠萝蜜品种间糖代谢差异不仅体现在通路的整体活性上，更反映于特定代谢物的积累及分支路径的偏好性激活上，这为今后定向改良果实糖分组成、提升风味品质提供了潜在靶点。此外，本研究结果并未证明这些代谢差异与抗逆性或贮藏性等农艺性状的直接关联，需谨慎推断。
图
4
组间差异OPLS-DA分析
Fig.
4
OPLS-DA analysis of variation among groups
图
5
各组间差异代谢物的火山图
Fig.
5
Volcano diagrams of differential metabolites among groups
图
6
韦恩图
Fig.
6
Venn diagram
本研究进一步阐明，菠萝蜜高糖种质通过差异化代谢网络协调糖分积累与抗逆需求，揭示了比前人研究更复杂的耦合机制。在‘THA’品种中，蔗糖合成酶基因（AhSPS1）高表达驱动蔗糖富集，同时其特有的特征代谢物(2S)-1-O-棕榈油烯基-3-O-β-D-吡喃半乳糖基甘油显著积累，可增强糖脂结合能力并促进糖分储存，这为段小强等（2016）观察到的AhSPS1高表达提供了潜在的下游代谢物证据和新颖的储存机制解释。活跃的磷酸戊糖途径（ko00030）和碳代谢（ko01200）持续提供能量支持，而同步富集的吲哚生物碱（ko00901）通路显示其在高糖积累的同时，能通过次级代谢维持防御能力（Vogt & Jones, 2000；Koch, 2004)，这与前人关于植物代谢协调碳分配与防御的观点一致，但本研究在‘THA’品种中找到了具体的代谢物和通路层面的证据；在‘YNH’品种中，其特有的D-赤藓糖-4-磷酸显著富集，导致增强的磷酸戊糖途径（ko00030）既满足糖代谢需求，又可通过黄酮合成（ko00941）消耗部分NADPH以应对氧化胁迫，该机制与Kaur等（2025）报道外源茉莉酸甲酯（MeJA）处理可以提高菠萝蜜果实抗氧化水平在效果上相印证，但本研究揭示了‘YNH’品种内源存在由特征代谢物（D-赤藓糖-4-磷酸）驱动的类似抗氧化的代谢基础，辅以维生素B6代谢（ko00750）优化辅酶效率；‘GTM’品种中，1-(sn-甘油-3-磷酸)-1D-肌醇特异性积累，说明其可能通过磷酸肌醇信号通路影响糖转运效率及其特定代谢物累积，这提出了一种不同于其他2个品种、基于信号转导的糖代谢调控新机制。综合来看，这些发现清晰地诠释了3种迥异的适应性策略：‘THA’整合糖储存与化学防御，‘YNH’通过代谢重塑协调糖代谢与抗逆平衡，‘GTM’则侧重信号导向的代谢微调，共同诠释菠萝蜜种质多样化的适应性机制。
菠萝蜜品种糖代谢网络呈现出“核心保守-分支特异”的多层级调控特性。本研究筛选出的11条核心糖代谢通路构成了一个稳定的代谢网络框架。这些通路包括的基础代谢途径在3个品种中均显著富集，表明它们对维持菠萝蜜果实基本糖代谢功能具有重要作用。从品种特异性的代谢分支与生态适应性角度分析，不同品种在保守框架基础上演化出了显著的分化特征，导致各品种形成独特的碳流分配模式，表现为不同的糖积累特性。这种分化可能与品种所处的生态环境密切相关。例如，高糖品种‘THA’可能起源于高光照强度地区，其糖脂协同积累策略有助于应对光氧化胁迫，而‘YNH’品种可能适应于氧化压力较高的环境。这一发现与热带果树代谢进化研究相呼应（周丽霞等，2024）。从进化适应角度分析，这种代谢网络结构反映了菠萝蜜在长期驯化和生态适应过程中形成的代谢策略。保守的核心通路保证了基本代谢功能的稳定性，为品种间共享的基础生理过程提供支持；而特异的代谢分支则赋予不同品种应对特定环境压力的能力，体现了代谢层面的可塑性和适应性。这种结构不仅解释了品种间糖积累差异的代谢基础，也为理解热带果树代谢进化提供了新的视角。Chen等（2025)对菠萝蜜香气形成机制的研究也支持这一观点，该研究发现不同品种在香气代谢通路（如β-环柠檬醛代谢）上存在显著分化，这与糖代谢网络的特异性调控共同构成了品种品质差异的代谢基础。综上所述，菠萝蜜糖代谢网络的多层级调控特性深化了现有研究对果实品质形成机制的理解。
表
1
各组间糖分差异代谢物的筛选
Table
1
Screening of differential metabolites of sugar among groups
图
7
各组间差异代谢通路分类图
Fig.
7
Differential metabolic pathway classification plots among groups
可溶性固形物（SS）含量作为本研究的关键表型指标（‘GTM’>‘THA’>‘YNH’），其品种间差异的本质被揭示为糖代谢网络保守性与特异性协同调控的结果，特征代谢物通过差异化碳源分配策略深刻影响SS积累。‘GTM’的特征代谢物1-(sn-甘油-3-磷酸)-1D-肌醇是糖磷酸化枢纽，显著激活核苷酸糖合成通路，促进UDP-葡萄糖积累，表现出最高的SS积累能力，但受到核心单糖及其前体抑制（如葡萄糖、果糖），导致其实际单糖积累低于理论潜力(Bar-Peled & O'Neill, 2011)，揭示了‘GTM’品种中存在通路潜力与最终糖积累表型不匹配的独特限制因素，这是前人未充分阐释的；‘THA’的特征代谢物(2S)-1-O-棕榈油烯基-3-O-β-D-吡喃半乳糖基甘油反映其碳流导向糖类和脂质合成，其碳代谢通路的活性为其较高的SS值提供支撑，进一步印证糖脂协同积累的高效碳利用模式（Smith & Stitt, 2007; Chapman & Ohlrogge, 2012），这不仅支持糖脂协同的理论，更在‘THA’品种中找到了效应代谢物，而整体SS水平低于‘GTM’；‘YNH’的特征物 D-赤藓糖-4-磷酸富集于磷酸戊糖途径，驱动碳源倾向核苷酸合成，与糖酵解抑制导致其SS最低(Osorio et al., 2011)，3个品种的特征代谢物指示了不同的碳分配策略。核心通路富集模式进一步决定糖组分构成。前文提到的11条共同代谢通路构成的调控网络呈现“保守骨架-特异分支”的双层结构，保守通路[如碳代谢（ko01200）、核苷酸糖合成（ko00520）等]在3个品种中均富集，为SS积累提供基础框架，特异通路则表现在品种特异通路的双向调控，‘THA’‘GTM’和‘YNH’品种的特征代谢物分别富集于甘油酯代谢通路、肌醇磷酸代谢通路、磷酸戊糖途径。‘GTM’在部分抑制条件下仍实现最高碳通量转化，‘THA’凭借碳通量优势跨越糖脂分流制约，‘YNH’则因受碳竞争与通路抑制双重限制。因此各品种间SS含量差异显著。
图
8
各组间差异代谢物通路富集图
Fig.
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Differential metabolite pathway enrichment plots among groups
基于上述对品种特异性代谢机制的深刻理解，本研究提出品质改良策略。针对不同品种的代谢特征，对于SS含量差异的探讨，或可通过改变各品种代谢通路运转过程中的表达，初步实现SS含量的提升。‘THA’品种可过表达糖转运蛋白，提高SS含量合成效率；‘GTM’品种需强化肌醇磷酸代谢，修复蔗糖合成缺陷，提高单糖积累量；‘YNH’品种则可考虑抑制磷酸戊糖途径限速酶，减少碳消耗。更重要的应用创新在于：将高糖品种‘GTM’中的关键基因导入低糖品种‘YNH’，有望定向提升其含糖量；同时，融合‘THA’的高糖特性与‘YNH’的高类胡萝卜素等营养优势，为选育兼具高糖分与高营养价值的优质菠萝蜜新品种奠定了基础。在深化理论认知层面，与前人研究相比，本文关键在于不仅验证了段小强等（2016）所报道的品种间总糖含量差异，更进一步从代谢网络层次揭示了造成这种表型差异的内在物质基础，弥补了以往研究多局限于糖分总量而缺乏组分与通路解析的不足，并对碳流分配机制进行解析，通过代谢网络拓扑分析，揭示糖代谢通路在品种间的差异化激活模式，该发现补充并深化传统“源-库”理论（Koch, 2004），阐明碳流重分配如何协同抗逆需求。然而，本研究存在若干局限性：第一，环境因素（如生长条件、采后处理等）对代谢谱的影响未进行系统控制，可能对结果产生一定干扰；第二，当前基于代谢物丰度推演的碳流分配模型（如PPP途径通量变化、肌醇信号传导）仍需进行更深层次的机制验证，包括节点酶（如转酮酶、肌醇多磷酸激酶）的动力学研究(Zhu et al., 2025)；第三，缺少相关基因转录调控量化及其与代谢物积累的相关性分析(Finelli, 2019)；第四，缺少利用抑制剂进行的通路干扰实验以观测特征代谢物动态响应(Kaczara, 2018)。展望未来，还需结合代谢通量分析（如13C标记示踪）与多组学整合，构建“代谢物-酶活-基因”三级调控网络(Luo et al., 2024)，将本研究发现的代谢表型延伸至调控机制，为菠萝蜜的精准分子育种提供更坚实的理论依据。
表
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各组间显著差异糖分的KEGG通路
Table
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KEGG pathway of sugar with significant differences among groups
