莲藕为木兰亚纲山龙眼目莲科（Nelumbo nucifera Gaertn）植物肥大的地下茎,莲属有两个种,一种是分布在亚洲的中国莲（Nelumbo nucifera）,另一种是分布在北美洲的美洲黄莲（Nelumbo lutea）。藕作为中药应用有上千年的历史,中医认为莲藕生用凉血生津、散瘀,可用于治疗热病烦渴、吐衄、下血等,熟用具有益血、健脾止泻、开胃的功效。莲藕具有很高的营养价值,历来对莲藕的研究多集中于其中的基础营养成分、膨大基因挖掘以及储藏加工过程的品质研究,对于其不同样品间代谢产物的差异分析还比较欠缺。植物代谢组学作为一个研究植物小分子代谢产物和动态变化的学科,在基因的挖掘、植物农业性状、品质划分、中药药效评价、作物育种等许多方面具有很大的潜力。对莲的地上部位如莲子心、荷叶、荷花中代谢产物的研究比较多,对于莲藕中代谢产物的研究却十分有限。生物的表型变异与他们遗传、次级代谢物有关,因此深度挖掘莲藕中的代谢产物对于解释莲藕表型变化具有至关重要的意义。不同样品的莲藕膨大现象差异很大,且莲藕在经历贮藏加工后存在明显的褐变现象,样品之间差异褐变程度不同,严重影响了莲藕的品质。基于我们收集的212个莲藕样品,探究不同膨大程度莲藕样品基础物质的差异,并对与褐变有关代谢物进行深度挖掘,以期解释莲藕形态变化与其代谢物的关系。记录莲藕成熟时期藕的膨大相关指标（如藕和藕节的周长、长度、重量等）,以及莲藕烘干打粉处理后藕粉的颜色指标,即亮度（L）和两个颜色通道a值和b值。采用不同的处理方法对其中的淀粉、次生代谢物种类和含量进行分析,藕粉中淀粉含量和直链淀粉比例的分析测量采用Megazyme试剂盒,次生代谢物的测量采用两种手段,分别是HPLC对藕粉中化合物绝对定量和LC-MS的相对定量,将最终得到的数据导入多个分析软件进行整理分析。应用MassHunter对化合物进行定性分析,Profinder进行离子流图定量分析,Chemdraw推测定性化合物的裂解规律,以及相应图形的绘制;Excel和Sigmaplot对数据进行整理和初步数据观察,和相关性散点图的绘制;SPSS对数据进行整体的正态性检验、相关性分析和无监督的PCA分析;Simca进行有监督的PLSDA分析,筛选差异性代谢物;R语言对整体样本进行聚类分析以及相关性热图的绘制;同时还有一些辅助处理图形软件的应用,如Adobe Illustrator、Photoshop、Origin等。得到212个样品莲藕中小分子代谢物、淀粉、直/支链淀粉等代谢物的含量分布如下所示。对提取过膜的样品进行LC-MS分析,共确定56个化合物。分别采用HPLC和LC-MS进行绝对定量和相对定量。HPLC绝对定量了 8个化合物,其中L-色氨酸含量范围为0.058～1.882 mg·g-1;没食子儿茶素含量范围为0～2.237 mg·g-1;对羟基苯甲醛含量范围为0.005～0.0257 mg·g-1;绿原酸含量范围为0～1.156 mg·g-1;北美鹅掌楸尼定碱含量范围为0～0.092mg·g-1;异莨菪亭含量范围为0～0.103mg·g-1;N-反式-对香豆酰酪胺的含量范围为0～0.131mg·g-1;N-阿魏酰基酪胺0～0.526 mg·g-1,其中,L-色氨酸、对羟基苯甲醛在所有样品中均能检测到,没食子儿茶素和L-色氨酸的含量相对较高,对羟基苯甲醛的含量较低。采用LC-MS对数据进行定性分析,共得到56个化合物,包括14个氨基酸类、16个生物碱类、5个核苷酸类、2个黄烷醇类、3个苯丙素类、8个有机酸类、8个其它类化合物,其中有39个化合物首次从莲藕中分析得到,特别是其中的生物碱类成分,为阿朴啡类、单苄基异喹啉类和酰胺类生物碱,并对一些化合物的裂解规律进行预测。在正离子模式下,通过提取化合物的母离子流图进行相对定量,共定量了 41个化学成分。藕中淀粉含量和直链/支链淀粉比例差异十分显著,总淀粉的含量在19.62%（A154）～79.12%（B061）,直链淀粉比例为12.64%（A021）～32.17%（A151）。藕粉的褐变指标L、a、b值分别为27～75、4.18～11.70、11.13～24.28,L值的变化幅度较大,多数的样品L值变化范围在50～70之间,这部分的样品占据样品总数的74.53%。将以上测得颜色指标分别与HPLC绝对定量数据和LC-MS相对定量数据做关联性分析。与HPLC绝对定量数据关联结果表明,L值与7个化合物均为显著负相关（P<0.01）,与L-色氨酸、异莨菪亭、N-反式-对香豆酰酪胺、N-反式-阿魏酰酪胺均呈中度负相关,即此类化合物的含量越高,藕粉的颜色越深;a值与7个化合物具有显著正相关,与化合物1、6、7、8呈中等正相关。b值与7个化合物具有显著性相关。与LC-MS相对定量数据关联结果表明,与L值有显著性相关的化合物有32个（P<0.01）,其中有23个化合物与L值为显著负相关,主要是氨基酸类和生物碱类化合物（如降杏黄罂粟碱、N-阿魏酰-3-甲氧基酪胺、印枳碱和去氢千金藤碱）,有9个化合物与L值呈显著正相关,主要是核苷酸和黄烷醇类化合物（如腺苷、儿茶素）;33个化合物与a值有显著性关系（P<0.05）,25个化合物与a值为显著正相关,与8个化合物为显著负相关;b值与29个化合物呈显著相关（P<0.05）,与22个化合物呈显著正相关,与7个化合物呈显著负相关。将212个藕粉样品按照其L值分为3个组别,分别依据绝对和相对定量数据对莲藕的群体结构分析,发现以LC-MS相对定量的化合物对L值分类的样品更具有代表性,OPLSDA模型表示,L值高低分的两组样品明显分为两个类别,模型对Y的解释率R2Y和模型的预测能力Q2分别为0.814和0.757。通过分析样品的载荷图,得到不同褐变程度的潜在生物标志物。在L值比较低的组别中,化合物色氨酸、（2Z）-N-[2-（3,4-二羟基苯基）-2-羟乙基]-3-（4-甲氧基苯基）-2-丙烯酰胺、印枳碱、降杏黄罂粟碱、杏黄罂粟碱的含量相对较低,此类样品主要为生物碱类成分;L值比较高的组别中,化合物鸟苷、腺苷、（表）儿茶素、（表）没食子儿茶素等核苷酸和黄烷醇类化合物含量较高,而其它成分含量相对较低。莲藕的膨大指标周长、藕节周长、纵向长度、周长各自取值范围分别为4.95～37.23 cm、3.45～10.55 cm、5.30～36.00 cm、11.40～338.65 g,对 212 个样品的代谢物与膨大相关指标（藕节周长、藕节周长、质量、长度）进行Spearman相关性分析,表明总淀粉含量与莲藕周长、节间周长、莲藕质量、支链淀粉含量均呈显著性正相关,与直链淀粉含量呈显著负相关,莲藕的周长与藕节周长、质量呈显著性正相关,相关性很强,莲藕的纵向长度仅与质量显著性正相关。与HPLC绝对定量相关系数表明,莲藕周长与色氨酸、没食子儿茶素、对羟基苯甲醛、绿原酸呈显著性负相关,异莨宕亭与莲藕周长呈正相关,在周长大的样品中含量更高,其余膨大相关表型如纵向长度、质量等与样品中成分关联性不强。与LC-MS定量的41个化合物做相关性系数表明,有18个化合物与莲藕周长显著性相关,6个化合物为显著性正相关,12个化合物与膨大周长呈显著性负相关,这12个化合物包含6个喹啉类生物碱成分。依据LC-MS定量的数据对收集的212个藕样品做聚类、PCA和PLSDA分析。聚类热图显示样品分为4个类别,大多热带莲样品聚集在一个类别,其中L-苯丙氨酸含量相对较高,但酰胺类生物碱含量极低。PCA分析得到的样品得分图将热带莲和非热带莲聚集在两个象限,进一步做PLSDA分析,得到这个聚集分类的差异代谢物,发现非热带莲样品的特征代谢物为异香豆素、印枳碱、乙酰-苯丙氨酸、谷氨酰胺、N-对阿魏酰基酪胺。热带莲样品的特征变量是甲基异乌药碱、表没食子儿茶素、L-酪氨酸、甲酰-四氢叶酸、L-精氨酸等。