西瓜（
Citrullus lanatus）是一种全球广泛种植的水果，以其高营养价值而闻名，富含糖分、番茄红素和瓜氨酸[1]。作为世界上最大的西瓜生产国，中国在种植面积和产量方面均处于领先地位，约占全球产量的60%（FAO数据库，
http://www.fao.org/）。虽然西瓜主要作为新鲜水果或果汁食用，但其非果实部分（包括果皮、种子和叶子）也含有丰富的营养成分。这些部分可以作为有价值的饲料来源、有机肥料和副产品[2]。西瓜的枝叶是重要的营养器官，具有巨大的利用潜力。先前的研究表明，富含皂苷、甾醇和多酚的西瓜叶提取物对人类健康具有益处[3]。然而，目前尚无关于西瓜枝叶废弃物再利用的研究。目前尚不清楚这些废弃物是否具有利用价值，如何进行再利用，以及是否可以将其开发成副产品。
西瓜的枝叶在收获后通常被丢弃，导致资源浪费和严重的环境问题。根据不完全的统计数据，由于各种原因产生的西瓜废弃物占全球总量的20%，基于2019年的生产水平，总量约为2000万吨[4]。目前用于农业废弃物再利用的方法包括焚烧、堆肥和作为动物饲料。然而，这些方法未能充分利用西瓜组织的营养价值，且可能产生环境污染和生态问题[5]。发酵是一种具有千年历史的食品生产技术，被认为是一种环保、低能耗、易于操作且经济价值高的农业废弃物回收方法[6]。发酵过程通过内源性酶和微生物活性诱导原材料的代谢变化，生成新的生物活性成分[7]。发酵食品具有便于食用、保质期长、口感良好、抗氧化能力强和益生菌含量高的优点[8]。因此，利用发酵技术降解农业废弃物不仅有助于废物回收，减轻对环境和土壤的压力，还有利于农业副产品的开发和利用。
关于发酵在农业废弃物再利用中的作用已有大量研究。例如，葡萄叶在发酵后表现出氨基酸、抗氧化酚类化合物和稀有糖（D-吡喃糖、麦芽糖醇、乳糖醇）含量的增加[9]。在木薯叶的自然发酵过程中，氨基酸含量增加，同时有益微生物群落也发生了变化，表明它们具有食品化和高价值利用的潜力[10]。西瓜果皮和种子显示出显著的抗菌活性，使其在功能性食品、营养补充剂和制药应用中具有价值[2]。研究表明，西瓜果皮可以发酵产生聚半乳糖醛酸酶和木聚糖酶[11]，发酵后的西瓜种子表现出强大的自由基清除能力和独特的瓜香[12]。尽管西瓜叶和枝叶是重要的营养器官，但关于它们发酵的研究尚未开展，其作为副产品的利用也较为有限。
宏基因组测序可以从环境样本中解码完整的微生物谱型，为分析全面的微生物信息和发现参与发酵过程的新微生物提供了有力方法。近年来，宏基因组分析已鉴定出与发酵相关的关键微生物，这些微生物负责香气形成[13]、风味开发[14]、蛋白质分解[10]、生物质降解[15]以及生物活性成分的产生[16,17]。除了微生物活动外，发酵过程中代谢物（如有机酸、核苷酸、苯丙素和生物碱）也发生了显著变化[9],[17],[18],[19]。随着质谱、色谱和组学技术的进步，代谢组学能够无偏地检测所有代谢物，并发现样本中的新代谢物[20,21]。发酵是一个高度活跃的微生物过程，伴随着代谢物的变化和新代谢物的产生。因此，将宏基因组学与代谢组学结合使用，可以全面了解发酵过程中微生物和代谢物的质性和定量变化，为相关生化机制提供新的见解，并为农业副产品的再利用提供理论支持。
本研究采用了宏基因组学和代谢组学方法，来阐明西瓜枝叶发酵过程中代谢物和微生物的变化。分析了发酵过程中微生物群落的动态变化，并鉴定出关键微生物和代谢物。此外，还对微生物和代谢物进行了初步的功能分析，揭示了西瓜废弃物的潜在利用价值。本研究为发酵在农业废弃物中的应用提供了理论基础和宝贵参考，表明发酵后的西瓜废弃物未来可以潜在地作为生物有机肥料或养分循环土壤改良剂使用。
