莲（Nelumbo nuiifera Gaertn）为莲科（Nelumbonaceae）莲属（Nelumbo）的多年生药食两用兼具观赏价值的经济作物。莲的各组织器官均可入药且具有不同的药效,其中莲子、莲子心、莲房、莲须、荷叶和藕节等都是收入中国药典的中药。莲不同药用部位具有不同的药理活性;文献报道其所含生物碱和黄酮类化合物是各组织中均存在的最重要的活性成分,其中苄基异喹啉类生物碱具有广泛的药理活性,但该类生物碱成分在莲生长过程中的代谢变化是否与莲不同组织的药效分化相关未见报道。因此,对该类生物碱成分在植物体内的生物合成途径及其代谢变化规律进行研究很有必要,可为揭示莲不同组织同源异效的物质基础提供参考。另外,荷花的黄酮类成分与花色息息相关,然而黄酮和花色表型的相关性如何尚不清晰,荷花中类黄酮的组成和分布也有待进一步研究。本文主要针对莲中生物碱和黄酮类成分,采用超高效液相与四级杆串联飞行时间质谱联用（UPLC-Q-TOF-MS/MS）的代谢组学分析手段,研究莲不同品种的不同组织中药效成分的代谢差异,并进一步推导其生物合成途径。研究的主要结果和结论如下:1.基于形态学特征,对荷叶不同发育时期及成熟期不同发育时间点的阿朴啡类生物碱进行代谢积累的相关研究。结果发现随着荷叶的生长发育,荷叶中阿朴啡类生物碱的含量呈上升趋势,且不同阶段生物碱含量差异显著,表明荷叶中阿朴啡类生物碱的积累受到荷叶生长发育的调节。在荷叶完全展开时生物碱产量最高,且成熟期荷叶中阿朴啡类生物碱含量趋于稳定。研究结果可为确定最适采收阶段提供依据。此外,不同品种、不同基因型的荷叶中的生物碱含量存在较大差异,提示遗传背景是影响荷叶中生物碱代谢和分布的重要因素。实验结果揭示了荷叶中阿朴啡类生物碱在荷叶生长发育中的代谢积累的变化。这些发现将有助于在整个植株水平上阐明荷叶中生物碱的生物合成和调控,以及为进一步推进莲药效成分的代谢组学研究奠定坚实的基础。2.针对莲子心中的主要生物碱成分双苄基异喹啉类生物碱（莲心碱、异莲心碱和甲基莲心碱）,首次对莲子心的155个测序品种中的生物碱成分进行了分析研究,并对莲子心的上胚芽和下胚轴两部分中的生物碱成分分别进行了考察。结果发现莲子心上胚芽中的总生物碱约是下胚轴中总生物碱的2至3倍,但上胚芽和下胚轴两部分各对应生物碱的含量占比相似,表明莲子心在临床应用时不需要分为上下两部分,可整体入药,既可保证药效,又省时省力且避免资源浪费,实验结果为临床更好的应用莲子心提供了科学依据。此外,在155个不同莲品种中,莲子心生物碱的含量具有显著差异,其中品种122（藕莲“SZO”）的总生物碱含量最高（997.25 ug/g）,而品种103（花莲“JLD”）的总生物碱含量最低（322.73 ug/g）。3.针对荷叶中的主要生物碱成分阿朴啡类生物碱（N-去甲基荷叶碱、O-去甲基荷叶碱、番荔枝碱、荷叶碱和莲碱）,首次对成熟期荷叶的155个不同测序品种中的生物碱成分进行了分析研究,结果发现不同品种间荷叶生物碱的含量具有显著差异,荷叶总生物碱的整体变化范围在181.72 ug/g-3304.58 ug/g。在绝大部分品种中,荷叶碱和N-去甲基荷叶碱是最主要的生物碱类化合物。从各品种中生物碱的含量来看,品种121（藕莲品种“SLH1”）、品种142（子莲品种“XFR2”）、品种56（花莲品种“ZGGDL”）和品种23（花莲品种“SN”）等是研究莲中阿朴啡类生物碱的优选材料。4.对155个不同测序品种的莲子心和荷叶中的生物碱成分进行相关性分析。结果发现荷叶总生物碱和莲子心总生物碱没有显著性差异（P>0.05）,但荷叶总生物碱、N-去甲基荷叶碱和荷叶碱均和莲心碱呈显著负相关,和异莲心碱呈显著正相关（P<0.01）,表明N-去甲基荷叶碱和荷叶碱等生物碱和莲心碱的生物合成途径可能是同源竞争的关系。对莲子心和荷叶中生物碱的相关性的分析为进一步推导莲中生物碱类化合物的生物合成途径提供了参考,也为进一步探究生物碱生物合成的调控机理和培育高生物碱含量的莲栽培品种提供了科学的理论基础。5.荷叶和莲子心中的生物碱的差异表明其在整个莲植株中的合成和积累具有组织特异性。莲乳汁主要存在于荷梗中,荷梗切面和莲子心下胚轴切面相似的管状结构提示荷叶、乳汁和莲子心中的生物碱的代谢积累在整个莲植株中可能存在一定的组织相关性。通过UPLC-Q-TOF-MS/MS的代谢组学技术手段尽可能多的定性了荷叶和莲子心中的生物碱类化合物,并且首次对莲乳汁中的生物碱成分进行鉴定分析,以期对莲中的生物碱成分的代谢规律有更深入的了解。结果共鉴定了 43种生物碱类化合物,其中荷叶有27种,莲子心中有29种,乳汁中有30种。并且有16种生物碱为首次在莲中鉴定得到,包括去甲基衡州乌药碱异构体、3’-羟基-N-甲基衡州乌药碱、4’-(O-Methylarmepavine、（S）-网状番荔枝碱、nuciferine-O-methanol、甜菜碱、N-苯亚甲基甲胺、油酰单乙醇胺、tyramine、对羟基扁桃腈、酪氨酸、葫芦巴碱、Vasconine、多巴胺、五羟色胺和tryptophan。莲中的这些生物碱多数具有很好的生物活性,为莲生物碱的进一步开发利用奠定了基础。进一步比较莲不同组织中的生物碱成分,发现乳汁中的生物碱类化合物与莲子心中的成分具有较高的相似性,尤其是都具有较高含量的双苄基异喹啉类生物碱。此外,进一步推导了莲中生物碱的生物合成通路,结合植物自身的结构特点,我们认为莲的叶柄可能充当了一个桥梁的作用。由于植物中不同酶的作用以及不同外在环境的差异,在植物不同组织合成的生物碱具有不同的结构,这造成了不同植物组织间化学成分的差异,从而产生不同药效。推导的莲生物碱合成通路图大大丰富了我们对于莲生物碱的代谢和生物合成的理解,对于研究莲整体植株中生物碱的代谢流的变化提供了科学的基础。但莲中生物碱类化合物的代谢通路仍有待深入研究。后续将结合转录组和基因组的关联分析,挖掘莲生物碱生物合成通路中的关键功能基因。6.对荷花中的药效成分黄酮及其花色表型进行相关性研究,建立了一种在25min内可以同时检测花青素类和黄酮醇类化合物的方法,该方法具有高灵敏性和稳定性,还大大缩短了分离时间,准确且高效。并且采用UPLC-ESI-QTOF-HRMS”技术同时定性了荷花花瓣中5种花青素类化合物和18种黄酮醇类化合物,其中有4种黄酮醇类化合物为首次在莲中鉴定得到,分别为槲皮素3-O-葡糖醛酸基-吡喃鼠李糖苷,槲皮素7-O-葡糖苷,西伯利亚落叶松黄酮3-O-己糖苷和西伯利亚落叶松黄酮3-O-葡糖醛酸苷。此外,对207个不同品种的荷花花瓣中的类黄酮化合物及其颜色参数进行统计分析。莲花瓣中类黄酮化合物的定量结果表明不同品种中的花青素类化合物和黄酮醇类化合物的含量和组成有很大的区别。荷花207个不同品种的颜色参数的统计结果表明黄色和白色品种的荷花具有更高的明度,紫红色品种具有更高的饱和度。对不同品种莲花的颜色参数、花色苷含量和黄酮醇含量的相关性分析结果表明这三者之间具有一定的相关性。不同的颜色参数间具有显著相关性,颜色参数与大多数类黄酮化合物也显著相关,如花青素类化合物与L*,b*和CI值均呈显著负相关（P<0.01）,但与a*,C*和h值均呈显著正相关（P<0.01）,而大多数黄酮醇类化合物与a*,C*和h值呈负相关,但与L*,b*和CI值呈正相关。多重线性回归结果表明,减少总花色苷含量并增加Myr-3-GlcA的含量会使花瓣变浅变亮;增加总花色苷和Kae-3-Rut的含量并减少Qc-3-Sam和总黄酮醇的含量会使花瓣变红;而增加Qc-3-Neo,Myr-3-GlcA,和 Syr-3-GlcA 的含量并减少 Pn-3-Glc 和 Syr-3-Hex 的含量会使花瓣变黄。根据实验结果我们进一步推导了荷花中类黄酮的生物合成途径,并基于mGWAS技术推测与化合物相关的候选基因。研究结果为探究荷花中类黄酮的成分与花瓣颜色之间的关系以及莲花瓣着色的分子机理提供了科学理论的基础。这些发现也将促进我们对类黄酮化合物生物合成的理解,并为开发莲花瓣作为花青素和黄酮醇类化合物的天然来源提供理论依据。实验后期将基于mGWAS的结果对预测的候选基因进行分子生物的相关验证。