荷花被誉为中国十大传统名花之一，其花朵不仅形态优雅、色彩丰富，更以清新馥郁的香气闻名。然而，荷花香气的具体成分及其形成机制长期未被阐明。武汉植物园莲种质资源与遗传育种研究团队通过整合代谢组学与转录组学对花瓣、雄蕊和心皮等花器官的挥发性有机物（VOCs）进行了全面分析，发现荷花的雄蕊是香气释放的核心器官，并鉴定出萜类、酯类等关键芳香物质，为荷花香气改良及商业化应用提供了科学依据。

研究人员在荷花不同花器官中共检测到1430种VOCs，其中萜类、酯类、杂环化合物、酮类和醇类分别占荷花总VOCs的23%、17%、10%、10%和8%。进一步分析各器官中化合物的相对含量发现雄蕊和花瓣的VOCs积累最为显著。荷花的花香贡献不仅仅取决于香气物质的浓度，同时还与其气味阈值紧密相关。相对气味活度值（relative odor activity value, rOAV）是指挥发性香气物质的浓度与其感官阈值的比值，用于阐明每种香气化合物对样品整体香气特征的贡献。通过对不同花器官挥发性物质的相对气味活度值进行分析，在雄蕊中鉴定到更多的挥发性有机物的rOAV值大于1000，被认为是荷花花香形成的主要贡献组分。结合荷花不同花器官挥发物的排放量和相对气味活度值，研究者推测雄蕊为荷花中香气释放的核心部位，其次为花瓣和心皮。

研究者进一步对开花前一天（S1）、开花当天（S2）、开花后第一天（S3）和开花后第二天（S4）雄蕊中挥发性有机物进行分析。在雄蕊中共鉴定到1072种关键香气成分，主要为萜类、脂类和酮类挥发物，且开花当天（S2）和次日（S3）为香气释放的高峰、表现为浓郁的甜香、果香与木香等香气特征。在研究过程中，作者发现萜类物质为荷花花香的主要VOCs贡献类别，在挥发性萜类物质中大根香叶烯D、2-甲基异冰片、δ-杜松烯、α-紫罗兰酮和异龙脑对荷花的香气特征有显著的贡献。

对荷花开花过程中（S1-S4时期）雄蕊进行转录组分析，鉴定到13,034个基因表达显著变化，显著富集于单萜类生物合成、萜类骨架生物合成和苯丙烷生物合成途径等，其中与萜类合成相关的甲羟戊酸（MVA）和甲基赤藓糖醇磷酸（MEP）代谢通路基因尤为显著，表明MEP和MVA途径在荷花挥发性萜类香气物质形成中的重要作用。萜烯合酶（TPS）在萜类物质的合成中发挥着重要作用，研究者在莲中鉴定出17 TPS基因，其中5个基因在开花时期中高量表达，且Chr07.g24242 和 Chr07.g24714在花器官雄蕊和花瓣中显著特异性表达，被认为是参与荷花萜类香气物质形成的重要候选基因。

该研究构建了荷花不同组织、不同开花时间的香气图谱，从花香成分、感官和基因表达等多方面对荷花花香的关键组分及合成基因进行了系统分析，为解析荷花独特花香的形成机制奠定了理论基础，为荷花香气改良及商业化应用（如通过提取荷花中独特的高活性香气成分用于高端香水和化妆品的开发）提供了科学依据。

这项研究由中国科学院武汉植物园和安徽师范大学合作完成，相关研究结果以 “Unraveling the floral aroma of lotus (Nelumbo nucifera): insights from volatile metabolomics and transcriptomics”为题发表于农林科学一区top期刊Industrial Crops and Products。安徽师范大学生命科学学院陈林博士为论文第一作者，中国科学院武汉植物园孙恒副研究员为该论文通讯作者，杨美研究员对本工作做了重要指导。该研究得到了国家资助博士后研究人员计划（GZC20230025）和中国博士后科学基金（2024M750021）的资助。

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图1. 荷花花期香气释放模式图