来源：Semantic Scholar | 编译：DNA Lab Space
**导语**
黄花菜作为传统食药两用植物，其活性成分开发长期受困于生物利用度低与转化效率不足。最新研究发现，利用灵芝（*Ganoderma lucidum*）对黄花菜进行固态发酵，可通过真菌代谢网络大幅重塑基质化学组成。研究人员借助非靶向代谢组学技术，系统绘制了发酵过程中的差异代谢物图谱，揭示了大量灵芝来源的三萜类物质与黄花菜释放的酚酸及黄酮苷元显著累积，抗氧化活性成倍增强。该工作为以食用菌发酵技术定向富集植物功能性成分、创制新型健康食品配料提供了全新的代谢依据。
研究背景
黄花菜（*Hemerocallis citrina*）富含多酚、黄酮、类胡萝卜素及多糖，具有抗氧化、镇静安神等功效，在东亚地区有着悠久的食用与药用历史。然而，黄花菜中大量活性物质以糖苷等结合形态存在，细胞壁结构也限制了细胞内含物的释放，导致人体直接吸收率不高。通过微生物发酵进行生物转化，被认为是提升植物原料功能价值的绿色高效策略。
灵芝是一种著名的药用担子菌，其菌丝体在生长过程中能分泌丰富的纤维素酶、半纤维素酶、漆酶及糖苷水解酶，可有效降解植物细胞壁，将大分子物质转化为小分子活性片段。更为重要的是，灵芝自身会合成独有的灵芝酸、灵芝多糖及甾醇类次级代谢产物，这些成分具有免疫调节、抗肿瘤和保肝等活性。当灵芝以黄花菜为基质进行发酵时，不仅会分解植物组织释放结合态活性成分，还可能将自身代谢产物“叠加”到发酵产物中，从而形成一套兼具两者优势的复合代谢物体系。然而，这种双向代谢重塑的全景图谱此前并不清晰。
近年代谢组学技术的快速发展，使得同时检测并相对定量数百至数千种小分子代谢物成为可能，尤其超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）结合多元统计分析，能够高灵敏度、高分辨率地揭示处理组之间的化学差异。因此，运用代谢组学策略全景解析灵芝发酵黄花菜过程中功能代谢产物的动态变化，对于阐明发酵增效机制、筛选特征活性标志物以及后续工艺优化均具有关键意义。
研究方法
该研究整体技术路线可分为四个核心环节：发酵体系构建、代谢物提取与数据采集、生物信息学分析以及功能验证。
**1. 灵芝-黄花菜固态发酵模型**
研究团队首先将灵芝菌种进行活化与液体种子培养，获得活力旺盛的均一菌丝悬液。新鲜黄花菜经低温干燥后粉碎至均一粉末，分装入发酵瓶并进行高压蒸汽灭菌。待基质冷却后，按一定比例接种灵芝液体菌种，于恒温避光静置条件下进行固态发酵，发酵周期设置多个时间点取样，同时设置未接种的黄花菜基质作为对照组。每个处理组与时间点均设有足够的生物学重复，以保证数据统计的稳健性。
**2. 代谢物提取与LC-MS/MS检测**
发酵终点样品经液氮速冻淬灭代谢活动后，采用含内标的预冷甲醇-水混合溶剂进行提取，通过涡旋振荡与超声辅助充分萃取极性及中等极性代谢物，离心取上清液过膜后转入进样瓶中。采用的检测平台为超高效液相色谱串联高分辨质谱，色谱分离通过反相C18柱实现，流动相为含甲酸的水-乙腈体系，梯度洗脱程序覆盖从高极性到非极性化合物的广泛洗脱窗口。质谱采集在电喷雾电离源正、负离子模式下分开进行，使用Full Scan与数据依赖性二级碎裂扫描实时采集一级与二级质谱信息，从而获得丰富的代谢物精确质量数和碎裂谱图，用于后续的结构鉴定。
**3. 数据处理与差异代谢物筛选**
原始下机数据通过软件进行峰检测、峰对齐、保留时间校正和积分，形成由质荷比、保留时间和峰面积组成的三维数据矩阵。对数据进行总离子流归一化后，实施主成分分析、偏最小二乘判别分析等无监督和有监督模式的多元统计检验。筛选潜在差异代谢物的标准为：变量投影重要性值 > 1.0 且 *P*值 < 0.05（经假阳性率校正），同时计算差异倍数。代谢物鉴定通过比对自建数据库与公开数据库，匹配保留时间、精确质量数和二级碎片信息，并依照代谢组学标准倡议的置信水平进行分级确认。随后，对筛选出的差异代谢物进行通路富集分析，以探明其参与的生物合成与代谢途径。
**4. 功能活性初步验证**
为将代谢组学发现与表型功能相关联，研究人员对发酵前后的黄花菜提取物进行了体外抗氧化能力测定，包括DPPH自由基清除率和ABTS自由基清除率实验，同时对部分特征性差异代谢物（如特定灵芝酸和黄酮苷元）进行了相对定量的靶向验证。
研究结果
代谢组学平台在灵芝发酵黄花菜体系中共鉴定出984种高置信代谢物，涵盖氨基酸及其衍生物、酚酸类、黄酮类、萜类、生物碱、脂类、核苷酸及其衍生物等多种类别。模型判别分析显示，发酵组与未发酵对照组在第一主成分上完全分离，且主成分得分的组内聚类紧密，表明灵芝发酵显著改变了黄花菜的化学轮廓，系统性的代谢差异远超个体生物学变异。
以VIP > 1.0和|log₂(fold change)| ≥ 1为标准，共筛选出235种显著差异代谢物，其中146种在发酵后含量显著上调，89种显著下调。上调代谢物中，增幅最大的类别为灵芝特征性的三萜类（灵芝酸）、甾醇类和部分有机杂环化合物。例如，灵芝酸A、灵芝酸F与灵芝酸DM在发酵产物中的相对峰面积较空白黄花菜基质增加了10至50余倍，大部分灵芝酸类在未发酵对照组中甚至完全检测不到。这一结果表明，灵芝菌丝在利用黄花菜基质营养时，其独有的次生代谢途径被积极激活，大量合成并分泌了高附加值的灵芝酸类成分。
黄花菜本体代谢物同样发生深刻重组。多达27种酚酸类物质呈现显著上调，包括绿原酸、咖啡酸、阿魏酸和异绿原酸B等，增幅在2.5至8.3倍之间。黄酮类化合物则以苷元形式的增加尤为突出，如山柰酚、槲皮素和芹菜素含量均提高3倍以上，而部分黄酮糖苷（如山柰酚-3-O-芸香糖苷）的含量反而下降。这一升一降的模式强烈暗示，灵芝分泌的糖苷水解酶有效水解了黄花菜中原有的黄酮糖苷，释放出生物活性更强的苷元。此外，数种氨基酸（如苯丙氨酸、酪氨酸）含量在发酵后期下降，而与其相关的阿魏酸、咖啡酸等酚酸含量同步升高，这提示苯丙烷代谢途径被激活并向酚酸分支倾斜。
下调代谢物主要集中在部分初级代谢物及不稳定中间体。例如，部分可溶性糖和糖醇类物质含量减少，这可能作为碳源被灵芝代谢消耗，用以支撑菌丝生长与次生代谢产物合成。总体而言，发酵代谢物全景展现出一种“真菌代谢物导入 + 植物共轭物水解 + 苯丙烷途径增强”的三位一体重塑模式。
体外抗氧化实验结果与代谢组数据高度印证。发酵后的黄花菜提取物DPPH自由基清除能力提升至原来的3.2倍，ABTS清除能力提升至2.8倍，其半抑制浓度值显著降低。结合差异代谢物分析，该抗氧化增益很可能归因于高浓度灵芝酸、酚酸及黄酮苷元的协同作用。
讨论与展望
该研究利用高分辨代谢组学首次全方位证实了灵芝发酵对黄花菜功能代谢物组的深度重塑效应，突破了以往仅关注单一或某一类成分变化的研究局限。其核心机制可被归结为一个“双向增优”模型：一方面，灵芝导入其独有的三萜与甾醇，直接将药材主体不具备的高活成分嵌入基质；另一方面，灵芝胞外酶如β-葡萄糖苷酶、纤维素酶与酯酶，高效分解植物细胞壁多糖及酚酸-纤维素酯键，将隐蔽态结合酚和糖苷黄酮“解锁”为自由态苷元，大幅提高了有效成分的释放率和生物可给性。苯丙烷代谢流的重编程则进一步促进了酚酸的增量合成。
该发现对功能食品及植物药开发具有多重启示。从工业转化角度，固态发酵体系工艺简便、无需复杂提取溶剂，发酵后的灵芝-黄花菜复合基质可直接作为功能性茶叶、口服液或膳食补充剂的原料，实现“药食同源”药材与药用真菌的协同增效。此外，通过改变灵芝菌株、发酵时间或添加诱导子，有望进一步定向调控灵芝酸谱与植物酚类构筑，真正走向精准代谢工程。
未来，可结合合成生物学手段，对灵芝中关键三萜合成基因（如羊毛甾醇合酶）进行过表达，或导入外源阿魏酸酯酶基因以强化黄酮苷元释放，构建高活性复合发酵底盘。同时，应开展基于动物模型或肠道类器官的功能评价，明确这些重塑代谢物的体内生物利用度、代谢路径及多靶点协同作用机制，并建立从原料、发酵工序到终产物标志性成分的全程质量控制标准，为灵芝发酵黄花菜产品的商业化落地奠定基础。
**参考来源**
BMC Plant Biology, 2026. Metabolomics analysis functional metabolites shaped by *Ganoderma lucidum* fermentation of daylily. DOI: 10.1186/s12870-026-08172-y
DOI: 10.1186/s12870-026-08172-y