利用混合天然提取物和生物聚合物开发可持续、可生物降解的薄膜，用于商业食品包装

《Food and Humanity》：Development of Sustainable Biodegradable Thin Films from Blended Natural Extracts and Biopolymers for Commercial Food Packaging

　　荷花不同组织中挥发性成分Nonanal的生成机制及其关键基因NnLOX1与OR1A2受体相互作用研究。

　　

曹龙云|辛颖|倪子富|宋林杰|何宗友|贾鹏|翟志新|李浩|陈东

河南工业大学生物工程学院，中国郑州450001

摘要

莲（Nelumbo nucifera）在全球范围内被广泛用于医药和食品工业。然而，N. nucifera的香气形成机制至今仍大部分未得到探索。在本研究中，从“Jinsenianhua”品种的莲的花瓣、雄蕊、种子、种荚和根茎中鉴定了46种不同的代谢物（DCMs）。在这些挥发性化合物中，壬醛（Nonanal）在雄蕊中的相对气味活性值（ROAV）最高，而在根茎中的ROAV较低。通过转录分析筛选了参与不同组织中壬醛合成的关键脂氧合酶（LOX），发现NnLOX1的转录与壬醛的积累呈正相关。在烟草叶片中短暂过表达NnLOX1可增加壬醛的生物合成，这一过程可能被广谱嗅觉受体OR1A2检测到。我们的研究结果强调了NnLOX1在N. nucifera各组织中形成特征香气的关键作用。

引言

莲（Nelumbo nucifera Gaertn.）在中国已有近2000年的栽培历史，在东亚具有经济和生态价值。N. nucifera不仅因其药用价值而闻名，也因其观赏性而受到重视。已在莲中鉴定出多种代谢物，包括生物碱、萜类、甾体、黄酮类、脂类和多酚类（Qin等人，2022年）。这些生物活性化合物具有抗氧化、抗癌、抗病毒、抗缺血和抗肥胖等药理活性（Dong等人，2018年；Zheng等人，2025年）。莲的芳香能够带来愉悦和宁静的感觉，长期以来一直吸引着中国文人墨客的创作，成为中国丰富文化遗产的重要组成部分。

植物的香气特征与复杂的挥发性有机化合物混合物密切相关。脂类，包括脂肪酸、甘油、磷脂和糖脂，被认为是植物中这些香气化合物的主要来源（Dong等人，2025年；Dong等人，2025年；Huang等人，2024年）。花香主要由不饱和脂肪酸（如亚油酸和亚麻酸）的衍生物组成（Dudareva等人，2013年；Wang等人，2009年）。

脂氧合酶（LOX）途径通过催化亚油酸和亚麻酸的氧化在植物挥发性物质的形成中起重要作用（Zhou等人，2015年）。在该途径中，关键酶LOX将不饱和脂肪酸氧化为氢过氧化物，随后氢过氧化物裂解酶（HPL）将其分别还原为己醛或壬醛。最终，这些醛类通过醇脱氢酶（ADH）的作用转化为相应的醇类（己醇或壬醇）（Luo等人，2021年）。这些醛类和醇类被认为是绿色叶挥发物（GLVs），具有新鲜绿色、苹果味、草本和果香等特点。此外，LOX产生的氢过氧化物是茉莉酸（JA）的前体物质，茉莉酸参与植物对环境压力的防御（Daferera等人，2000年；Ghorbel等人，2021年；Huang等人，2017年）。根据序列相似性和亚细胞定位，LOX被分为两大类型：I型LOX包括9-LOX和13-LOX，具有高序列相似性并位于细胞质中；II型LOX主要为13-LOX，序列相似性较低，位于叶绿体中。

在莲的不同花器官中鉴定了1430种挥发性有机化合物（VOCs），其中莲的雄蕊是主要来源（Chen等人，2025年）。此外，脂肪酸衍生物是莲花瓣中最主要的挥发性成分（Wei等人，2025年）。我们的先前研究通过LC-MS/MS技术揭示了萜类在幼叶、成熟叶、白花和红花中的不同分布（Qin等人，2022年）。

莲中挥发性物质的关键成分及其相关基因以及背后的生物合成机制仍大部分未知。本研究旨在阐明莲的香气生物合成机制，并鉴定出导致其独特香气特征的关键基因。我们对莲的花瓣、雄蕊、种子、种荚和根茎中的脂质和挥发性物质组成进行了全面分析。此外，通过RNA-seq技术筛选了参与挥发性物质生物合成的关键基因NnLOXs。研究结果表明NnLOX1的转录与壬醛含量之间存在显著相关性。在烟草叶片中短暂过表达NnLOX1可增加壬醛的生物合成。机器学习分析表明，壬醛可能被人类广谱嗅觉受体OR1A2检测到。这些发现将为理解莲的香气形成机制提供新的见解。

部分内容

植物材料

选择广泛种植的“Jinsenianhua”莲品种作为实验材料，因为它是一种主要栽培品种，具有黄色花瓣和浓郁的香气。该品种在中国郑州的河南工业大学进行栽培。在成熟阶段采集了花瓣、雄蕊、种子、种荚和根茎等部位。所有样本均重复三次采集，并保存在液氮中以备后续使用。

气相色谱-质谱（GC–MS）

材料经过匀质处理后...

N. nucifera各部位的挥发性化合物鉴定

随着多组学技术的进步，转录组学和代谢组学的综合分析已被用于揭示各种植物中VOC生物合成的分子机制（Chen等人，2025年；Yue等人，2022年）。香气是影响N. nucifera品质的关键感官属性，受多种VOC的调控。虽然我们之前的LC-MS/MS研究揭示了叶片和花朵中萜类的组织特异性分布（Qin等人，2022年），但本研究将分析范围扩展到了五个...

结论

本研究探讨了NnLOX1在莲中壬醛生物合成中的作用。莲的总体香气是由多种挥发性化合物共同作用的结果。某种化合物的重要性可能取决于具体情境（如品种、环境）和评估指标。研究结果显示，壬醛在莲的雄蕊中的ROAV最高，而在根茎中的ROAV较低。

作者贡献声明

曹龙云：方法学研究。辛颖：写作、审稿与编辑、方法学研究。倪子富：软件应用、方法学研究、数据管理。宋林杰：方法学研究。何宗友：资源获取、方法学研究。贾鹏：资源获取、方法学研究。翟志新：数据分析、数据管理。李浩：数据分析、数据管理。陈东：写作、审稿与编辑、初稿撰写、项目管理和资金申请。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（31601366）、河南省自然科学基金（252300421410、242300420141、242300421200）、河南工业大学青年骨干教师培养计划（DC 11）以及河南工业大学培养计划（2024PYJH015）的资助。

未引用的参考文献

Ye等人，2025年

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。