代谢组学(metabolomics) 是研究生物体内源代谢物的种类、数量及其在内外因素作用下的变化规律，是系统生物学的重要组成部分，也是继基因组学、转录组学和蛋白质组学之后迅速发展起来的新兴学科。代谢组学是对某一生物、组织或细胞中所有低分子量(通常指分子量 < 1 000) 代谢产物进行定性和定量分析的一门学科。由于代谢组学是从整体上检测代谢产物的变化，因此被越来越广泛地应用于植物生物学及相关领域的研究中^[1-2]。

代谢组学特别是植物代谢组学要分析的对象种类繁多、理化性质各异、浓度范围分布极广，依靠单一的分析手段难以对全部植物代谢物进行检测。目前，代谢组学研究中的主流检测技术包括气相色谱质谱联用(gas chromatograph-mass spectrometer, GC-MS)、核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)、毛细管电泳质谱联用(capillary electrophoresis- mass spectrometer, CE-MS)、液相色谱质谱联用(liquid chromatograph-mass spectrometer, LC- MS) 等^[3]。GC-MS具有高分辨能力、高灵敏度、大量数据库等特点，有利于化合物结构鉴定，但由于质谱库中代谢物数量有限，很多化合物无法确定结构。样品在进行前处理分析时，需要衍生化增加其挥发性，但衍生化过程可能会引起样品的变化及引入干扰物质^[4]。NMR检测时样品制备简单、分析通量高，可实现代谢物的结构鉴定；但是NMR检测灵敏度较低、动态范围较窄，无法实现痕量物质的检测。CE-MS可实现离子型化合物的分析，样品不需要进行衍生化处理，有机溶剂和样品消耗量少，但较少用于植物研究。LC-MS具有较高的分辨能力、较快的分析速度、高灵敏度等特点，与GC-MS相比更适合于高沸点、热不稳定性及高分子量化合物的检测；与NMR相比，检测灵敏度高、动态范围宽。LC-MS是植物次级代谢产物的重要分离手段^[5]。

植物代谢物大体可分为初生代谢物和次生代谢物两大类。初生代谢物为维持植物生命活动和生长发育所必须，次生代谢物则更多地参与植物抗病、抗逆等环境应答^[6-8]。次生代谢是在初生代谢基础之上进化而来，并在植物生命活动的许多方面起着重要作用。根据其化合物结构性质，植物次生代谢物主要分为萜类、生物碱类、苯丙烷类等^[9-11]。因此，本文将重点围绕这几种代谢类型中的植物激素类、叶酸类、黄酮类等次生代谢物的分析技术进行阐述。

植物在生长发育过程中，除了必要的有机物和无机物外，还需要有植物激素的参与来调控生长发育过程。植物激素是植物体内合成的，能从产生部位运输到作用部位，在低浓度时能对生长发育具有显著生理作用的微量有机物，其含量甚微。植物激素作为一种痕量化合物存在于植物体中，在植物不同的器官中其浓度存在一定的波动^[12-13]。液相色谱-质谱联用技术具有分离快速、鉴定准确等优势，在有机物定性、定量检测中应用广泛，已成为目前植物激素高灵敏度分析、交叉作用研究的最主流方法。

植物样品大多为固态，需要通过浸提将分析物转移到溶液中。浸提的过程比较单一，对于弱酸弱碱类植物激素，通常采用甲醇、异丙醇或乙腈与水的混合溶液进行浸提^[14]。为了防止分析物的分解或氧化，通常在4 ℃甚至更低温度下进行^[15]，且浸提液中需加入少量的酸类化合物。Liu等^[16]采用异丙醇: 水: 浓盐酸(2:1:0.002, V/V/V) 溶液对水稻叶进行浸提，再用液液萃取除去杂质。另外还有报道通过旋蒸除去有机相，再进行冻溶来除去大部分的脂溶性色素或蛋白质。由于植物基质的复杂性，在进行色谱分析前，通常都需要对浸提液进行纯化或富集。纯化富集的方法通常有固相萃取、固相微萃取、液相萃取和液相微萃取等^[17]。

植物激素种类丰富、结构多样，含有羟基、氨基、羧基、苯环等作用位点，并带有一定的极性和酸碱性^[18-20]。碳基材料^[20]、有机骨架化合物^[21]、分子印迹聚合物^[22]等材料具有物化性能优异、比表面积大、易于结构改性等特点，常用于激素的富集纯化。2020年Ding等^[21]基于氧化碳氮材料(oxygenated carbon nitride, OCN) 合成了一种鱼鳞状磁性纳米复合材料(Co@Co₃O₄/OCN)。通过在OCN纳米片上原位掺杂氮，增加材料的吸附位点。该材料用作固相萃取剂结合HPLC-MS/MS实现了3种生长素类(auxin, Aux) 的含量检测。2020年，Li等^[22]以Fe₃O₄纳米颗粒为磁芯，1, 3, 5-三甲酰基间苯三酚(1, 3, 5-triformylphloroglucinol, Tp) 和2, 6-二氨基蒽醌(diaminoanthraquinone, DA) 发生席夫碱缩合反应。合成Fe₃O₄@COF(TpDA) 材料的壳层厚度约75 nm，比表面积高达180.2 m²/g。结合MSPE-HPLC-MS方法，首次用于果蔬样品中7种Aux检测，检出限介于4.68–7.51 ng/mL。Wang等^[23]选择甲基丙烯酸(methacrylic acid, MAA) 和β-环状糊精(β-cyclodextrin, β-CD) 功能单体，合成了β-CD/ MAA分子印迹聚合物(β-CD/MAA molecular imprinted polymers，β-CD/MAA-MIPs)，对Aux的选择性吸附效果优于常规的β-CD分子印迹聚合物(β-CD molecular imprinting polymers，β-CD-MIPs) 及MAA分子印迹聚合物(MAA molecular imprinting polymers，MAA-MIPs) 等材料，印证双功能单体能提供更多吸附位点，有利于增强特异性识别能力，利用HPLC-MS/ MS检测证明β-CD/MAA-MIPs作为富集材料，大大增加了Aux的吸附容量。

叶酸由蝶啶酸、对氨基苯甲酸与谷氨酸结合而成的物质，是一种广泛地存在于动植物、食品中的一种B族维生素^[24]。叶酸在食物中通常以多聚蝶酰谷氨酸的形式存在，当其进入体内后，经过胆汁及小肠中的酶水解为蝶酰单谷氨酸和二谷氨酸，主要在近端空肠部位被吸收，本身无生理功能^[25]。叶酸与人类的健康以及许多重大疾病有着密切关系，因此建立准确、高效的叶酸及其代谢产物测定方法具有重要的意义。经过几十年的研究，开发出多种检测叶酸的方法，例如比色法、薄层层析法、毛细管电泳法、微生物检测法、同位素放射免疫分析法、气相色谱-串联质谱法以及高效液相色谱-串联质谱法等^[26]。

一般情况下，测定原料中的叶酸、纯的叶酸制品或者药品制剂中的叶酸含量时常使用比色法。比色法操作简单、成本低、分析速度快，但对样品纯度要求高、干扰性较强、灵敏度低，且不能检测样品中各类叶酸水平^[27]。微生物检测法是非常经典的检测生物体内叶酸含量的方法。微生物法的优点是成本较低，操作性比较强，但也有其局限性，不能区分叶酸的各种形式，检测结果缺乏重复性等^[28]。色谱法由于检测时间短，检出限低的优势被用来检测叶酸，由于生物基质各种成分比较复杂，单纯使用色谱法无法实现叶酸及相关代谢产物准确的定性与定量分析，引入质谱分析技术可以很好地解决这个问题^[29-30]。

叶酸对化学和物理条件敏感，只有经过正确的样品前处理才能最大程度地将叶酸及其衍生物提取出来，一般采用化学法来提取叶酸。化学法主要利用叶酸易溶于中性或碱性溶液的特性进行提取，如热沸偏磷酸提取法^[31]，常用的浸提液有磷酸缓冲液^[32]、HCl和三氯乙酸溶液^[33]、NaOH溶液^[34]、乙酸铵缓冲液^[35]等。该方法常与加热、超声波等相结合，不仅有助于细胞溶解，还会使蛋白质变性，释放结合态叶酸。在叶酸提取过程中，为减少氧的影响，需添加抗氧化剂，保护叶酸免受氧化并减少叶酸衍生物之间的相互转化^[36]。抗坏血酸盐作为一种抗氧化剂，常在中性或碱性条件下使用，且与巯基乙醇或二硫苏糖醇配合使用^[37]。

叶酸及其衍生物在生物体中含量一般较低，利用高效液相色谱-串联质谱技术(HPLC-MS/MS)，可实现不同类型叶酸及其衍生物含量的初步分析。Chandra-Hioe等^[38]用UPLC-MS/MS技术测定了大米种子叶酸的含量，检出限和定量限达到0.6 ng/mL和1.2 ng/mL，该方法采用专属性强的质谱检测器，灵敏度高，并联用色谱分离方法，可以进行具有较复杂基质、叶酸含量低食品中叶酸的检测。Pawlosky等^[39]比较了LC-MS法和微生物法之间的差异，认为LC-MS法的准确度、重复性均高于微生物法，且能测定不同形式的叶酸，同时高效液相色谱-质谱联用法的灵敏度更高。Li等^[40]采用超高效液相四极杆串联飞行时间质谱联用仪技术的代谢组学方法，分析正常孕妇、胚胎停育孕妇的尿液和血清的代谢组学差异。通过液质联用的分析代谢视窗来发现一些与出生缺陷相关的弱极性和大分子代谢物如叶酸、VB₆、VB₁₂等，它们在胚胎停育孕妇血中明显低于正常孕妇，在液质联用分析的差异代谢物基础之上，为出生缺陷的发病机制和早期预防提供了科学依据。

黄酮类化合物是一类重要的天然有机化合物，是植物在长期自然选择过程中产生的一类次生代谢产物。它广泛存在于植物的根、茎、叶、花、果实等中，是以2-苯基色原酮为基本母核结构而衍生的一类黄色色素^[41]。分光光度法、薄层层析、毛细管电泳、液相色谱-质谱联用等方法都常用于黄酮类化合物的测定分析。分光光度法对不同的样品适应性不同、专属性差^[42]。毛细管电泳法由于其检测器灵敏度不高，制约了它的应用范围^[43]。液相色谱-质谱联用技术目前更为广泛地应用于黄酮类化合物的定性、定量分析。

黄酮类物质一般需要经过溶剂提取、分离、纯化等前处理后才能进行黄酮类化合物的检测，目前已有固相萃取、闪式提取、超临界流体萃取等技术。固相萃取技术利用介孔分子筛SBA-15等为固相吸附剂，SBA-15由于其晶体空腔内强烈的极性和库仑力，对于非饱和的黄烷酮极性化合物具有高效的选择萃取能力^[44]。闪式提取法是一种用水、乙醇、甲醇、丙酮等有机溶剂快速提取黄酮的方法，能最大限度地避免植物有效成分受热破坏^[45]。超临界流体萃取是控制超临界流体(CO₂) 在高于临界温度(31 ℃) 和临界压力(7.4 MPa) 的条件下，从样品中提取有效成分。CO₂是非极性溶剂，在提取极性较大的物质时，需加入夹带剂，如甲醇、乙醇和水等^[46]。

色谱质谱联用技术由于具有高通量、高选择性和高灵敏度的特点，也逐渐应用到黄酮类化合物的鉴定检测研究中。袁杰等^[47]采用HPLC/ESI-MS联用的方法对朝鲜淫羊藿的黄酮成分进行分析，以ESI-MS获得的准分子离子峰确定化合物的分子量，根据多级质谱所得的碎片峰，结合紫外光谱、HPLC的保留时间等信息鉴定了9个黄酮苷类化合物。LC-MS应用于黄酮类化合物的定量分析，史颖珠等^[48]通过50%甲醇溶液超声提取，固相萃取柱净化，液相色谱-串联质谱法检测，建立了山银花中槲皮素、芦丁、木犀草素等14种黄酮类化合物含量测定的方法，方法总体回收率为69.2%–116%，相对标准偏差3.3%–12.0%，实现了山银花中多种主要黄酮类化合物含量的同时测定。LC-MS应用于黄酮类化合物的体内药动学研究，车庆明等^[49]首次对黄芩苷在人体内的药物代谢进行了研究，探讨黄芩苷的作用机制。研究者对口服黄芩苷后人的尿液进行检测，发现了其代谢产物，并通过D-101大孔树脂和葡聚糖凝胶LH-20柱色谱与LC-MS相结合的方法对其中3个主要代谢产物进行了结构鉴定。根据研究结果推断出黄芩苷的体内代谢途径为口服后的黄芩苷经肠内微生物水解，产生其苷元黄芩素，黄芩素在吸收过程中及入血后形成其各种代谢产物。

植物次级代谢物数量丰富，具有多样性，这些次级代谢产物在不同的领域起着至关重要的作用，利用代谢组学技术对生物体内的代谢物进行定量分析，结合相应的数据分析和处理方法以及不同的数据处理平台，整体上对次生代谢产物进行分析，以阐明次生代谢途径和代谢网络调控机制。同时也有很多因素制约了代谢组学在植物次生代谢方面的应用，植物代谢组学由于发展时间较短，存在着样品分析结果不稳定、仪器分析范围有局限等问题；生物基质的复杂性即使LC/MS技术有较高的检测灵敏度，痕量物质的归属和精确定量也还存在不少困难；数据库不完善等原因，导致仅有部分的代谢产物能够被识别，未识别的代谢产物仍占比巨大，而且可供搜索用于确定化合物结构的数据库有限，不能满足复杂多样的代谢物研究的需要。所以，优化样品前处理技术(开发性能更好的新方法和新材料) 以降低基质效应的干扰，使样品分析向更高灵敏度、更高通量等方向发展；扩大代谢组学数据库覆盖范围，建立更加详细、完整的数据库是必要的；代谢组学与基因组学、蛋白质组学等组学技术相结合继续开发次生代谢产物在生物、农业、医疗等方面的价值。