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兰科植物花香成分研究进展

花匠小妙招
2024-11-23 04:51

0 引言

兰科(Orchidaceae)植物总称兰花，是被子植物最大的科之一，约有800个属28000多个种，除两极和极端干旱的沙漠外，广泛分布于全球热带、亚热带及温带地区，几个世纪以来一直是植物学家们研究的热点[1]。兰科植物在花部特征上呈多样化，包括漫长的花期、丰富的花色、奇特的花形等，其作为观赏植物在国际市场上备受欢迎[2]。花香是兰科植物重要的观赏性状之一，由一系列复杂的亲脂性、高熔点的低分子挥发性有机化合物(volatile organic compounds，VOCs)组成，在吸引昆虫传粉者对其授粉、抵御病原体侵害、与周围环境互作等方面都起着至关重要的作用；此外，花香成分还广泛应用于香水、化妆品、医药甚至调味品等领域[3-4]。

近年来，随着代谢组学等生物技术的发展，已经鉴定出了部分植物的花香成分，同时分离出了负责植物VOCs生物合成和调控途径的候选酶基因。然而，由于兰花具有较长的生命周期以及复杂而庞大的基因组，人们对兰花花香合成及调控途径所知甚少，与其他植物相比，兰科植物花香成分相关研究仍处于起步阶段[5-6]。目前，关于兰科植物花香成分的研究主要集中在VOCs的检测及鉴定上，花香成分主要分为萜烯类化合物、苯丙环类/苯丙类化合物、脂肪酸衍生物等3类，其中萜烯类化合物是大部分兰科植物的最主要花香成分。兰科植物的VOCs复杂多变，导致在对其进行检测时极易受到各种因素影响。至于花香成分的生物合成及相关代谢调控途径等，仅有少部分萜烯类途径被明确报道。笔者综述不同兰科植物花朵香气成分的异同、影响花香成分检测的因素及相关合成调控因子，旨在为兰科植物花香物质的利用、香花品种选育提供参考。

1 兰花花香成分

1.1 兰花花香成分生物合成途径

基于挥发性有机物的结构性质和合成方式，通常将兰花花香成分归为萜类化合物、苯丙烷类/苯环类化合物以及脂肪酸衍生物3类[7-8]。

萜类化合物广泛存在于各种植物中，是植物花香成分中最大的一类，包括单萜、倍半萜、双萜、三萜等各类物质[9-10]。萜类化合物的基本骨架为异戊二烯(C5)，主要通过2-甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸(2-methy-D-erythrito-4-phosphate，MEP)途径和甲羟戊酸(mevalonic acid，MVA)途径2条途径生成萜戊烯焦磷酸(isopentenyl pyrophosphate，IPP)和二甲基烯丙基焦磷酸(dimethylallyl pyrophosphate，DMAPP)，IPP和DMAPP在一系列酶的作用下完成各种萜类物质的合成及修饰[11⇓-13]（

图1

）。

图1 兰科植物花香成分的生物合成途径DAPH为3-脱氧-阿拉伯庚酮糖酸-7-磷酸(3-deoxy-D-arabino-heptulosonate-7-phosphate synthase)，PAL为苯丙氨酸解氨酶(phenylalaninammo-nialyase)，DXS为5-磷酸脱氧木酮糖合成酶(1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate aynthase)，DXR为5-磷酸脱氧木酮糖还原异构酶(1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate reductoisomerase)，GPPS为香叶草基焦磷酸合成酶(geranylgeranyl pyrophosphate synthase)，AACT为乙酰乙酰硫解酶(acetoacetyl-CoA thiolase)，HMGR为3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methyl glutaryl coenzyme A reductase)，FPPS为法呢基焦磷酸合酶(farnesyl diphosphate synthase)，AOS为丙二烯氧化物合酶(allege oxide synthase)，TPS为萜类合酶(terpene synthase)

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丙烷类/苯环类化合物为第二大类的植物花香成分，由莽草酸(shikimate，SA)途径中合成的芳香族氨基酸苯丙氨酸(phenylalanine，Phe)通过各种酶的催化生成苯甲醛/醇、苯乙醛等化合物[14⇓-16]。

脂肪酸衍生物是含量最少的一类，亚油酸和亚麻酸在脂氧合酶(lipoxygenase，LOX)作用下生成氢过氧化合物中间体，经一系列催化反应生成茉莉酸甲酯和其他脂肪酸衍生物[17-18]。

1.2 常见兰花花香成分

目前，多种兰花的花香成分已被检出（

表1

）。综合检测结果来看，不同种属间的兰花花香成分存在异同，且挥发物的相对含量也存在差异。袁媛等[21]分析了9个不同品种的蕙兰花朵挥发性成分，发现所有品种均含有金合欢醇及茉莉酸甲酯，除‘郑孝荷’外，在另外8个品种中的相对含量均较高，但不同品种中的其他主要成分则不尽相同，‘适圆’、‘大一品’和‘金奥素’中均含有α-愈创木烯，香叶醇则仅在‘适圆’和‘仙绿’中检测到。夏科等[42]对7种不同的石斛兰鲜花进行了GC-MS分析，发现各品种中均存在(1R)-(+)-α-蒎烯和顺式-β-罗勒烯，其中顺式-β-罗勒烯在翅梗石斛中含量最高，(1R)-(+)-α-蒎烯在鼓槌石斛中含量最高，而桧烯仅存在于春石斛‘818’中。在鸟喙文心兰、蜜糖文心兰和卡特兰‘大新1号’中，含量最高的挥发性有机物均为(顺)-3,7-二甲基-1,3,6-辛三烯[33,53]，但其他香气成分各不相同，鸟喙文心兰主要为丁羟甲苯和十四烷，蜜糖文心兰主要为α-荜澄茄油烯和(反)-3-己烯-1-醇，卡特兰‘大新1号’则主要为苯甲醛和甲苯；大花惠兰‘Sunny bell’和荧光蝴蝶兰的花香主要组成成分均为芳樟醇，但在2个不同种中芳樟醇的相对含量并不相同[25,47]。

表1 部分兰花花朵主要挥发性成分 属物种名花朵主要挥发性有机物文献兰属
Cymbidium 蕙兰 Cymbidium faberi β-蒎烯(15.34%)、α-蛇麻烯(17.04%)、壬醛(4.14%) [19] 二苯硫醚(38.63%)、视黄醇(5.75%)、二苯甲酮(5.73%) [20] 蕙兰‘适圆’ Cymbidium faberi ‘Shiyuan’ 金合欢醇(32.42%)、香叶醇(17.28%)、α-愈创木烯(13.65%) [21] 蕙兰‘虞山梅’ Cymbidium faberi ‘Yushanmei’ 金合欢醇(29.07%)、甲酸芳樟酯(15.98%)、茉莉酸甲酯(15.55%) [21] 蕙兰‘仙绿’ Cymbidium faberi ‘Xianlv’ 金合欢醇(29.11%)、香叶醇(21.50%)、氧化石竹烯(10.86%) [21] 蕙兰‘元字’ Cymbidium faberi ‘Yuanzi’ 金合欢醇(26.93%)、茉莉酸甲酯(11.00%)、水菖蒲烯(5.31%) [21] 蕙兰‘郑孝荷’ Cymbidium faberi ‘Zhengxiaohe’ 洋茉莉醛(32.28%)、α-长叶蒎烯(7.86%)、桧烯(6.70%) [21] 蕙兰‘大一品’ Cymbidium faberi ‘Dayiin’ α-愈创木烯(27.19%)、金合欢醇(17.31%)、茉莉酸甲酯(15.69%) [21] 蕙兰‘江山素’ Cymbidium faberi ‘Jiangshansu’ 氧化石竹烯(15.53%)、金合欢醇(15.10%)、茉莉酸甲酯(11.44%) [21] 蕙兰‘金奥素’ Cymbidium faberi ‘Jinaosu’ 金合欢醇(26.63%)、α-愈创木烯(18.90%)、茉莉酸甲酯(12.38%) [21] 蕙兰‘如意素’ Cymbidium faberi ‘Ruyisu’ 金合欢醇(18.54%)、甲酸芳樟酯(14.20%)、别香橙烯(9.19%) [21] 建兰‘小桃红’Cymbidium ensifolium ‘Xiaotao hong’ 茉莉酸甲酯(21.56%)、茉莉酮酸甲酯(19.63%)、金合欢醇(10.71%) [22] 兰属 Cymbidium ‘Sael Bit’ 2-甲基丁醛(31.53%)、2-甲基戊醛(29.84%)、Z-2-辛烯醛(27.38%) [23] 大花蕙兰‘大凤’ Cymbidium hybridum ‘Dafeng’ 亚麻酸乙酯(41.29%)、亚油酸乙酯(13.74%)、4-乙氧甲基-苯酚(5.78%) [24] 大花蕙兰Cymbidium hybridum ‘Sunny bell’ 芳樟醇(24.31%)、反式-β-罗勒烯(14.37%)、α-法呢烯(13.69%) [25] 杂交兰‘K24’ Cymbidium hybrid ‘K24’ 桉油精(23.91%)、正己醇(13.74%)、反式法呢醛(7.22%) [26] 杂交兰‘K21-1’ Cymbidium hybrid ‘K21-1’ 反式-橙花叔醇(30.39%)、环己烷(22.99%)、α-法呢烯(8.85%) [26] 杂交兰‘红美人’ Cymbidium hybrid ‘Hongmeiren’ α-法呢烯(43.05%)、芳樟醇(34.52%)、紫丁香醇(6.13%) [26] 杂交兰‘K18’ Cymbidium hybrid ‘K18’ 石竹烯(43.50%)、α-香柑油烯(19.59%)、反式-橙花叔醇(8.13%) [26] 杂交兰‘18格格’ Cymbidium hybrid ‘18 Gege’ 石竹烯(42.99%)、(E,E)-α-法呢烯(19.65%)、桉油精(10.84%) [26] 春兰 Cymbidium goeringii 金合欢醇(38.76%)、茉莉酮酸甲酯(4.8%)、(E)-β-法呢烯(1.46%) [27] 虎头兰 Cymbidium tracyanum α-蒎烯松萜(16.33%)、对甲酚(9.49%)、β-蒎烯(6.37%) [28] 文心兰属
Oncidium 香水文心兰Oncidium ‘Sharry Baby’ 罗勒烯(37.34%)、桉油精(27.49%)、芳樟醇(25.30%) [29] β-罗勒烯(31.84%)、1,8-桉叶素(16.34%)、α-法呢烯(10.30%) [30] 3,7-二甲基-1,3,6-辛三烯(61.58%)、(顺)- 3,7-二甲基-2,6-辛二烯-1-醇(12.42%)、3,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇(10.57%) [31] 别罗勒烯(7.96%)、3,7-二甲基-1,3,6-辛三烯(6.61%)、
3,7-二甲基-1,3,7-辛三烯(3.67%) [32] 3-蒈烯(17.15%)、己醛(15.01%)、环四硅氧烷(10.26%) [34] 鸟喙文心兰Oncidium ornithorhynchum (顺)-3,7-二甲基 -1,3,6- 辛三烯(27.02%)、
丁羟甲苯(18.24%)、十四烷(5.30%) [33] 蜜糖文心兰Oncidium ‘Sweet Sugar’ (顺)-3,7-二甲基-1,3,6-辛三烯(61.58%)、
α-荜澄茄油烯(28.47%)、(反)-3-己烯-1-醇(19.46%) [33] 文心兰‘黄金午后’
Oncidium ‘Wils. Golden Afternoon Rich Yellow’ 3,7-二甲基-1,3,7-辛三烯(5.28%)、
2,6-二甲基-2,4,6-辛三烯(3.99%)、柠檬烯(1.61%) [32] 文心兰‘黄金二号’
Oncidium ‘Gower Ramsey Gold 2’ (-)-a-荜澄茄油烯(7.53%)、别罗勒烯(1.14%) [32] 文心兰‘白仙女’ Oncidium ‘White Fairy’ 苯乙醛(17.81%)、戊醛(9.30%)、苯甲醛(7.46%) [34] 文心兰‘红梦香’ Oncidium ‘Red Fair’ 苯甲醛(62.57%)、乙酰苯(9.68%)、3-蒈烯(7.35%) [34] 文心兰‘南茜’ Oncidium ‘Gower Ramsey’ α-蒎烯(23.62%)、庚醛(15.4%)、己醛(11.69%) [34] 文心兰‘落日玫瑰’ Oncidium ‘Rosy Sunset’ 芳樟醇(52.80%)、苯甲醛(9.25%)、β-月桂烯(4.15%) [35] 石斛属
Dendrobium 鼓槌石斛 Dendrobium chrysotoxum 乙酸辛酯(76.71%)、β-罗勒烯(25.40%)、α-蒎烯(11.37%) [36] 亚麻酸乙酯(26.58%)、二十三烷(9.33%)、亚油酸甲酯(7.48%) [43] 3-蒈烯(84.60%)、乙酸辛酯(6.61%)、甲酸辛酯(2.40%) [38] 细叶石斛 Dendrobium hancockii 3-蒈烯(71.25%)、
2-亚甲基-4,8,8-三甲基-4-乙烯基-双环[5.2.0]壬烷(18.99%) [38] 罗勒烯(27.60%)、β-石竹烯(22.40%)、芳樟醇(6.73%) [39] 翅梗石斛 Dendrobium trigonopus 罗勒烯(43.67%)、β-石竹烯(14.35%)、d-柠檬烯(4.82%) [39] 密花石斛 Dendrobium densiflorum 亚甲基-4,8,8-三甲基-4-乙烯基-双环[5.2.0]壬烷(82.01%)、
α-法尼烯(4.69%)、2-甲基-2-丙烯酸己酯(2.61%) [38] 罗河石斛 Dendrobium lohohense 水杨酸甲酯(57.49%)、D-柠檬烯(22.41%) [38] 细茎石斛Dendrobium moniliforme (1R)-(+)-α-蒎烯(27.61%)、顺-芳樟醇氧化物(10.23%)、β-水芹烯(5.87%) [40] 大苞鞘石斛 Dendrobium wardianum 亚麻酸乙酯(32.24%)、亚油酸(17.54%)、亚油酸甲酯(13.17%) [43] 金钗石斛 Dendrobium nobile α-蒎烯(13.82%)、对伞花烃(7.00%)、柠檬烯(4.55%) [37] 报春石斛 Dendrobium primulinum 醋酸辛酯(52.33%)、(+)-3-蒈烯(10.67%)、正辛醇(9.66%) [41] 蝴蝶兰属
Phalaenopsis 大叶蝴蝶兰 Phalaenopsis violacea 榄香素(19.71%)、芳樟醇(10.71%)、香叶醇(8.30%) [44] 芳樟醇、香叶醇、桉叶素（未说明相对含量） [45] 荧光蝴蝶兰 Phalaenopsis bellina α-法呢烯(19.56%)、苯甲酸芳樟酯(15.47%)、芳樟醇(25.9%) [46] 芳樟醇(32.28%)、香叶醇(10.54%)、橙花醛(3.96%) [47] 芳樟醇+香叶醇(25%)、单萜衍生物(50.00%) [7] Phalaenopsis ‘Nobby’s Pacific Sunse’ 香叶醇(28.31%)、芳樟醇(28.30%)、α-法呢烯(11.10%) [48] 蝴蝶兰‘翠友美人’Phalaenopsis ‘Tsuei You Beaty’ L-沉香醇、3,7-二甲基-1,3,7-辛三烯（萜烯类97.12%） [49] 蝴蝶兰‘F3’Phalaenopsis ‘F3’ α-香柑油烯(58.73%)、β-红没药烯(12.99%)、乙酸甲酯(8.89%) [50] 其他卡特兰‘3G’ Cattleya ‘Gleneyrie’s Green Giant’ 3,7-二甲基-1,6辛二烯-3-醇(30.15%)、
3,7-二甲基-1,3,6-辛三烯(16.63%)、壬烷(12.770%) [52] 杂种卡特兰‘大新一号’
Rhyncholaeliocattleya ‘King of Taiwan Ta Shin#1’ 3,7-二甲基-1,3,6-辛三烯(38.52%)、苯甲醛(11.60%)、甲苯(4.36%) [53] 钻喙兰 Rhychostylis retusa 金合欢醇(35.39%)、乙酸十四酯(32.32%)、乙酸癸酯(13.83%) [54] 多花指甲兰 Aerides rosea 橙花叔醇(65.92%)、β-金合欢烯(24.45%)、红没药烯(3.91%) [54] 大花万代兰 Vanda coerulea 橙花醇(31.55%)、月桂烯(28.17%)、罗勒烯异构体(26.25%) [54] Vanda ‘Mimi Palmer’ 芳樟醇(17.7%)、乙酸苯乙酯(26.4%)、乙酸苄酯(23.7%) [56] 轭瓣兰 Zygopetalum maculatum 邻二乙苯(7.37%)、对二乙苯(6.19%)、乙酸苄酯(1.39%) [55] 蓖叶兰 Dichaea pendula 2-甲氧基-4-乙烯基苯酚(99.47%) [57] 火烧兰 Epipactis albensis 庚烷(39.73%)、壬烷(13.57%)、十八烷(7.83%) [58] 大花奇唇兰 Stanhopea grandiflora 己醛(27.02%)、乙酸十六酯(15.18%)、香叶酸甲酯(6.01%) [59] 高大合环兰 Cyclopogon elatus 反式-4,8-二甲基壬-1,3,7-三烯(99.82%~99.99%) [60] 倒距兰 Anacamptis morio 对甲酚(38.10%)、五十二烷(17.14%)、双丙酮醇(9.09%) [61] 蜥蜴兰 Himantoglossum robertianum 五十二烷(40.17%)、对甲酚(15.28%)、棕榈酸(4.94%) [61]

从花香成分的类型看，萜烯类化合物在兰花花香成分中占有主导地位。倍半萜金合欢醇是蕙兰、春兰中相对含量最高的花香组成成分[21,27]；而文心兰多数品种中花香组成成分含量最高的罗勒烯及其异构体(Z)-3,7-二甲基-1,3,6-辛三烯也是萜烯类物质[29⇓⇓⇓-33]；蝴蝶兰的主要组成成分为单萜类的芳樟醇和沉香醇[44⇓⇓⇓⇓-49]。但也有部分兰科花卉的花香物质主要成分为苯丙烷类/苯环类化合物或者脂肪酸衍生物。如文心兰‘白仙女’和‘红梦香’的花香主要成分为苯乙醛和苯甲醛[34]，大花惠兰‘大凤’的则为脂肪酸衍生物亚麻酸乙酯和亚油酸甲酯[24]，这2种物质同时也是鼓槌石斛和大包鞘石斛中含量较大的挥发性化合物[43]，而大花奇唇兰的花朵主要挥发物为己醛和脂肪酸衍生物乙酸十六酯[59]。石斛兰略有不同，主要挥发性有机物组成成分更为丰富，萜烯类、苯丙烷类、脂肪酸衍生物的含量不相上下，不同种中的组成和占比均不相同[36⇓⇓⇓⇓⇓⇓-43]。

花朵中某一种挥发性有机物含量并不能准确反映出它对花朵整体香气的贡献程度，香气强度值为某一组分挥发物的含量与其香气阈值的比，是衡量挥发性物质对香气贡献度的重要指标，挥发物的香气强度值越大，对香气的贡献也就越大，而不同挥发物的香气特征则决定了其嗅感类型[62]。不同兰花的花香由其花朵挥发物中香气强度值高的几种主要致香成分决定，具有香甜气味的茉莉酸甲酯和金合欢醇是蕙兰、建兰‘小桃红’产生浓郁香味的主要物质[21-22]，而蜜糖文心兰和香水文心兰的主要赋香成分是橙花油气味的3,7-二甲基-1,3,6-辛三烯[31,33]，香气阈值较低的水果香味的乙酸辛酯、木香味的α-蒎烯、香甜味的3-蒈烯和花香味的罗勒烯等是多数石斛的主体香气成分[37⇓⇓-40]；花香型的芳樟醇是蝴蝶兰的关键致香成分，也是大多数兰科植物的香气特征物质之一[45⇓-47]。嗅感无香的兰花花朵也存在挥发性成分，嗅感不具花香的蝴蝶兰花朵中挥发性成分主要是反式-壬烯醛和黄瓜醛，但也能检测到微量的致香成分芳樟醇和香叶醇，但其微量挥发未达嗅觉阈值[51]。

2 兰花花香成分检测的影响因素

2.1 采样时期

同一朵花在不同开花时期、同一开花时期一天中的不同时段所释放出来的挥发性有机物的种类和含量均不相同。黄昕蕾等[36]检测发现鼓槌石斛在花蕾期、始花期、盛花期、衰败期检测出的花朵挥发性成分种类分别是3、6、31、5种，不同花期挥发性成分的种类和释放量皆呈先上升后下降的趋势, 在盛花期达到最高，而盛花期花朵随一天中开放时段的不同，香气成分种类和释放量也呈先上升后下降的趋势，在14:00时达到最高。轭瓣兰不同花期香气成分的变化和杂种卡特兰‘3G’不同开花阶段的挥发性有机物变化与鼓槌石斛的一致，都是在盛花期挥发性有机物的相对含量最高，种类最多[52,55]。蝴蝶兰‘Nobby's Pacific Sunset’在完全盛开的第8天9:00—13:00香味浓度最高，9:00时达到峰值，白天的主要香气物质为芳樟醇，而在夜间（19:00—次日03:00）α-法尼烯的挥发量增加，芳樟醇则减少[48]。大叶蝴蝶兰的主要致香物质芳樟醇在4:00—10:00内释放量开始逐步增加，10:00—16:00达到峰值，然后逐渐减少[45]。

2.2 采样部位

兰花花器官分为花瓣、萼片、唇瓣和合蕊柱，不同种类的兰花花朵不同部位的挥发性有机物释放量和种类并不相同。检测发现杂交兰‘K18’的花瓣释放的挥发性成分种类最多，达21种，主要成分为β-石竹烯(37.90%)，唇瓣释放的主要成分为β-罗勒(48.26%)，合蕊柱释放的挥发物种类最少，仅13种[26]。黄绿花色的细茎石斛中，同样是花瓣释放的挥发性物质种类最多，达27种[40]。文心兰‘Rosy Sunset’的花瓣和萼片是花朵挥发物释放的主要部位，且芳樟醇是相对含量最高的挥发物，而唇瓣和合蕊柱的主要挥发性成分组成与花瓣和萼片并不相同，以苯甲醛、β-月桂烯和β-石竹烯为主，且释放量较低[35]。颜凤霞等[28]从西藏虎头兰的花瓣、唇瓣和合蕊柱中分别鉴定出72、66和62种化合物，发现花瓣是西藏虎头兰的主要香气释放部位。但蕙兰‘守良梅花’花朵挥发性有机物却主要由合蕊柱释放[63]。

2.3 采样环境

进行花朵挥发物检测时样品所处的环境会影响其挥发物的释放，进而影响检测结果。多种环境因素中，温度和光照是影响兰花挥发性有机物的主要因素。通常种植在阳光充裕、温度稍高处的兰花香味会更浓郁，有学者观测到大叶蝴蝶兰在光照充足的上午香味最浓，到下午香味明显减弱[44]。另外，光质对兰花花朵挥发性物质释放也有一定影响，蓝光、远红光相较于红光更能促进单萜物质的积累[45]。高温同样会促进文心兰花朵挥发物的释放，香水文心兰在30℃时能检测出43种挥发物，其中罗勒烯、α-蒎烯、芳樟醇相对含量均大于20%，而在10℃时仅能检测出24种物质，仅有罗勒烯相对含量大于1.00%[29]。

2.4 检测技术

在对兰花花朵的挥发性有机物进行提取检测时，最常采用的为固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术。固相微萃取的收集时长和吸附材料等不同，气相色谱和质谱仪器及操作条件的差异都会导致检测出来的挥发性物质成分和含量产生差异。张莹等[29]和陈艺荃等[30]均采用固相微萃取法对香水文心兰的花朵挥发性成分进行检测，但检测时所用的吸附柱材料和质谱仪均不相同，检测出来的主要挥发性物质也不相同。在蝴蝶兰‘Nobby’s Pacific Sunse’花香物质检测中使用了5种不同的固相微萃取吸附柱，包括100 μm PDMS、85 μm聚丙烯酸酯、65 μm CW/DVB、85 μm CAR/PDMS和50/30 μm DVB/CAR/PDMS，结果表明吸附涂层为50/30 μm的DVB/CAR/PDMS吸附柱萃取能力最佳[48]。针对篦叶兰不同个体的花朵进行挥发性成分检测时，采用PDMS涂层的萃取柱萃取15 min，检测出的挥发性成分十分单一，主要为2-甲氧基-4-乙烯基苯酚，在大多数个体中的占比均超过99%[57]。

3 兰花花香成分合成及调控相关基因

萜烯类化合物是部分具花香兰花花朵的主要致香成分。针对兰花花香挥发性物质合成与调控相关基因的研究多集中在萜烯类物质代谢途径中（

表2

），相对而言苯环/苯丙烷类和脂肪酸衍生物代谢途径中相关基因的研究则较少[64,65]。

表2 部分兰花挥发性物质调控因子 基因相关代谢途径物种名文献 VMPAAT 萜烯类物质合成途径 Vanda ‘Mimi Palmer’ [71] OnTPS 萜烯类物质合成途径文心兰Oncidium [30⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓]、[73] DoGES1 萜烯类物质合成途径铁皮石斛Dendrobium officinale [66] DoTPS10 萜烯类物质合成途径铁皮石斛Dendrobium officinale [67] DcaPS-TPSs 萜烯类物质合成途径铁皮石斛Dendrobium officinale [74] PbTPS5、PbTPS10 萜烯类物质合成途径荧光蝴蝶兰Phalaenopsis bellina [7] PbbHLH2 萜烯类物质合成途径荧光蝴蝶兰Phalaenopsis bellina [47] CgTPS7 萜烯类物质合成途径春兰Cymbidium goeringii [27] HMGR2 萜烯类物质合成途径杂交兰‘玉凤’Cymbidium hybrid ‘K18’ [75] SjHMGR 萜烯类物质合成途径萼脊兰Sedirea japonica [68] CsMYB1 苯环类物质合成途径兰属‘Sael Bit’ Cymbidium ‘Sael Bit’ [23] GoEGS 苯环类物质合成途径 Gymnadenia odoratissima [72] CfMYB 脂肪酸衍生物合成途径蕙兰Cymbidium faberi [70]

萜类合成酶基因(TPS)是萜烯类物质合成途径中的关键基因之一。陈艺荃等[30]在3种文心兰转录组中筛选出了5个TPS基因，其中OnTPS4在3个品种中均高表达，说明OnTPS4在3个品种中对香气的形成均起到重要作用，而OnTPS3仅在‘黄梦香’中表达量较高，而OnTPS1、OnTPS2、OnTPS5则在香水文心中表达量偏高，是调控香水文心兰萜类化合物合成的重要基因。TPS基因家族成员DoTPS10和DoGES1基因在铁皮石斛中分别负责将GPP转化为芳樟醇和香叶醇，在铁皮石斛整个开花阶段均高表达，并且通过外源施加茉莉酸甲酯(methyljasmonate，MeJA)能够明显上调DoTPS10和DoGES1的表达量，从而促进铁皮石斛花香物质成分中芳樟醇和香叶醇的积累，表明DoTPS10和DoGES1是调控铁皮石斛花香主要成分芳樟醇和香叶醇的重要基因[66-67]。Chuang等[7]对荧光蝴蝶兰的研究发现PbGDPS可能在调控单萜物质（香叶醇和芳樟醇）的生物合成中起关键作用，PbTPS5和PbTPS10的表达量与芳樟醇和香叶醇的产量基本一致。3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)是萜类物质生物合成MVA途径中的关键酶之一，萼脊兰中SjHMGR基因在盛花期高表达，在蕾期则几乎不表达，且在营养器官低表达，而在花瓣、萼片中高表达，说明其与萼脊兰花香物质合成可能密切相关[68]。

MYB类转录因子在花香化合物苯丙素类/苯丙环类化合物、脂肪酸类衍生物合成中起着重要作用[69]。兰属‘Sael Bit’盛花期花朵的主要挥发性成分为2-甲基丁醛、2-甲基戊醛和Z-2-辛烯醛等苯环类化合物，CsMYB1可以调节苯丙素类/苯类化合物的合成，且CsMYB1在其整个开花阶段均有表达，其中盛花期表达量最高，且其在花瓣和合蕊柱中的表达量高于萼片[23]。茉莉酸甲酯是蕙兰的主要致香成分之一，Xu等[70]对其4个CfMYB基因进行了克隆并转化烟草，发现转基因烟草茉莉酸甲酯合成途径中的CfAOC（丙二烯氧化物环化酶基因）和CfJMT（羧甲基转移酶基因）的启动子被激活，茉莉酸甲酯的积累增多，表明CfMYB能够调控茉莉酸甲酯的合成。

4 问题及展望

随着生物技术的不断进步，花卉定向育种取得了显著成果，花香作为观赏花卉最重要的观赏性状之一，也越来越受到重视。花香除具有吸引昆虫授粉、抵御病原体和防止有害生物侵害等作用，还广泛应用于香水、化妆品、医药等领域，具有极高的价值。“兰为王者香”，作为中国传统名花，国兰泛指兰属花卉，具备浓郁的芳香，而颜色艳丽、商品化程度极高的热带兰却基本不具芳香或香味极淡。但不论是对浓郁芬芳的兰属，还是对色彩艳丽的蝴蝶兰属等兰科植物的花香相关研究均处于起步阶段，远远落后于玫瑰、茉莉等物种。因此对兰科植物花香成分的研究还有待深入。

目前，关于兰科植物花香成分的研究主要还存在一些问题：（1）关于兰花花香成分的研究主要集中在单个品种或同属品种的成分检测鉴定上，缺乏快捷高效的技术分离兰花花中各种花香成分。（2）对于兰科植物花香相关物质的完整合成途径和转录调控均不太清楚，且三大合成途径中只有萜烯类化合物的合成途径相关基因有少量研究。（3）调控花香化合物代谢的关键基因及调控机制的研究缺乏，导致分子标记辅助育种、转基因研究及定向改良十分困难，严重限制了兰科植物的进一步高效利用。

针对以上问题，笔者认为有关兰科植物花香性状的未来研究方向可以围绕以下方面进行：（1）可同时对某种或多种香型和无香型兰花的父母本、姊妹株系花香成分等进行分析鉴定，探究其遗传规律和分离规律等，为香花兰花的选育提供一定的依据。（2）可参考其他植物相关萜烯类、苯丙类/苯丙环类、脂肪酸类化合物的生物合成途径、转录因子及分子调控机制，或基于目前已完成测序的兰科植物基因组数据库，深入筛选挖掘花香相关基因，完善兰科植物相关花香化合物的合成代谢途径，为香花育种提供完整的理论支持。（3）可利用瞬时转染和稳定转染等载体介导技术将香花基因转入无香兰花品种，从而达到无香优良品种定向改良为香花品种，有香品种定向改良有效或高价值成分含量进一步提高，这将是今后的研究重点和目标。

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【目的】优化前处理影响因素,分析欧李果实挥发性成分,明确挥发性成分特点并对果实特征性香气成分进行评价。【方法】以欧李果实为试材,采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用法（HS-SPME-GC-MS）测定其挥发物成分,通过优化前处理影响因素,确定最佳试验条件。利用解卷积系统（AMDIS）与NIST11质谱数据库以及保留指数（RI）对其挥发性成分进行鉴定,内标法确定挥发物含量,并计算香气强度值（OAVs）,评价欧李果实香气品质与特征。【结果】在欧李果实中累计鉴定出63种挥发物,含量范围为0.01—3.25 μg·kg <sup>-1</sup>。挥发物以酯类、烷类为主,并有少数醇类、芳香类、醛类、萜类、酸类、酮类,其中苯甲酸乙酯含量最高。通过参考相关挥发物香气阈值并计算部分挥发物OAVs可知,己酸乙酯、乙酸苯乙酯、β-芳樟醇、乙酸己酯、壬醛等物质对欧李果实香气成分构成具有重要作用,而烷烃不具有特征性香气。欧李果实香气主要为青香、花香、果香、脂蜡香和其他少数香型（木香型、芳香油香型等）,并以青香、花香、果香型物质为主,三者总含量达到挥发物总量的80%。【结论】优化确立的试验条件为：果肉去核切碎处理,取样量5 g,萃取温度50℃,萃取时间与平衡时间均为30 min。SPME前处理条件对果实挥发性成分检测到的种类与含量有较大影响,通过优化试验条件可以获得最佳检测结果。欧李果实挥发物组成复杂,除烃类物质香气品质较弱外,多数具有特征香气,且香气强度属中高级,酯类物质是欧李果实的重要挥发物组成,清香型、花香型和果香型是欧李果实香气成分的主要特点。

许红娟, 陈之林, 杜致辉, 等. 蕙兰守良梅花朵不同部位的花香成分[J]. 贵州农业科学, 2019, 47(10):87-91.

KLEMPIEN A

MUHLEMANN J K

, et al. Biosynthesis, function and metabolic engineering of plant volatile organic compounds[J]. The new phytologist, 2013, 198(1):16-32.

HUANG H

CHUANG Y C

, et al. Evolution of terpene synthases in Orchidaceae[J]. International journal of molecular sciences, 2021, 22(13):6947.

Terpenoids are the largest class of plant secondary metabolites and are one of the major emitted volatile compounds released to the atmosphere. They have functions of attracting pollinators or defense function, insecticidal properties, and are even used as pharmaceutical agents. Because of the importance of terpenoids, an increasing number of plants are required to investigate the function and evolution of terpene synthases (TPSs) that are the key enzymes in terpenoids biosynthesis. Orchidacea, containing more than 800 genera and 28,000 species, is one of the largest and most diverse families of flowering plants, and is widely distributed. Here, the diversification of the TPSs evolution in Orchidaceae is revealed. A characterization and phylogeny of TPSs from four different species with whole genome sequences is available. Phylogenetic analysis of orchid TPSs indicates these genes are divided into TPS-a, -b, -e/f, and g subfamilies, and their duplicated copies are increased in derived orchid species compared to that in the early divergence orchid, A. shenzhenica. The large increase of both TPS-a and TPS-b copies can probably be attributed to the pro-duction of different volatile compounds for attracting pollinators or generating chemical defenses in derived orchid lineages; while the duplications of TPS-g and TPS-e/f copies occurred in a species-dependent manner.

YU Z

SILVA J A T

, et al. Functional characterization of a Dendrobium officinale geraniol synthase DoGES1 involved in floral scent formation[J]. International journal of molecular sciences, 2020, 21(19):7005.

Floral scent is a key ornamental trait that determines the quality and commercial value of orchids. Geraniol, an important volatile monoterpene in orchids that attracts pollinators, is also involved in responses to stresses but the geraniol synthase (GES) responsible for its synthesis in the medicinal orchid Dendrobium officinale has not yet been identified. In this study, three potential geraniol synthases were mined from the D. officinale genome. DoGES1, which was localized in chloroplasts, was characterized as a geraniol synthase. DoGES1 was highly expressed in flowers, especially in petals. DoGES1 transcript levels were high in the budding stage of D. officinale flowers at 11:00 a.m. DoGES1 catalyzed geraniol in vitro, and transient expression of DoGES1 in Nicotiana benthamiana leaves resulted in the accumulation of geraniol in vivo. These findings on DoGES1 advance our understanding of geraniol biosynthesis in orchids, and lay the basis for genetic modification of floral scent in D. officinale or in other ornamental orchids.

ZHAO C

ZHANG G

, et al. Genome-wide identification and expression profile of TPS gene family in Dendrobium officinale and the role of DoTPS10 in linalool biosynthesis[J]. International journal of molecular sciences, 2020, 21(15):5419.

Terpene synthase (TPS) is a critical enzyme responsible for the biosynthesis of terpenes, which possess diverse roles in plant growth and development. Although many terpenes have been reported in orchids, limited information is available regarding the genome-wide identification and characterization of the TPS family in the orchid, Dendrobium officinale. By integrating the D. officinale genome and transcriptional data, 34 TPS genes were found in D. officinale. These were divided into four subfamilies (TPS-a, TPS-b, TPS-c, and TPS-e/f). Distinct tempospatial expression profiles of DoTPS genes were observed in 10 organs of D. officinale. Most DoTPS genes were predominantly expressed in flowers, followed by roots and stems. Expression of the majority of DoTPS genes was enhanced following exposure to cold and osmotic stresses. Recombinant DoTPS10 protein, located in chloroplasts, uniquely converted geranyl diphosphate to linalool in vitro. The DoTPS10 gene, which resulted in linalool formation, was highly expressed during all flower developmental stages. Methyl jasmonate significantly up-regulated DoTPS10 expression and linalool accumulation. These results simultaneously provide valuable insight into understanding the roles of the TPS family and lay a basis for further studies on the regulation of terpenoid biosynthesis by DoTPS in D. officinale.

蒋素华, 梁芳, 牛苏燕, 等. 萼脊兰SjHMGR基因克隆及表达分析[J]. 热带作物学报, 2020, 41(3):521-528.

柯玉洁, 陈明堃, 马山虎, 等. 兰科植物MYB转录因子研究进展[J]. 园艺学报, 2021, 48(11):2311-2320.

介绍了MYB转录因子的结构及分类,并对其在兰科植物中类黄酮合成、花香调控、花器官形态建成和环境胁迫应答等方面的功能进行综述,以期为今后MYB分子机理研究和兰科植物新品种培育提供参考依据。

WANG S

HONG H

, et al. Transcriptomic profiling of the flower scent biosynthesis pathway of Cymbidium faberi Rolfe and functional characterization of its jasmonic acid carboxyl methyltransferase gene[J]. BMC Genomics, 2019, 20(1):125.

ABDULLAH J O

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. Isolation, cloning and characterization of fragrance-related transcripts from Vanda Mimi Palmer[J]. Scientia horticulturae, 2011, 127(3):388-397.

SCHAUVINHOLD I

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, et al. Eugenol synthase genes in floral scent variation in Gymnadenia species[J]. Functional & integrative genomics, 2014, 14(4):779-788.

钟淮钦, 孔兰, 樊荣辉, 等. 红梦香文心兰萜类合成酶基因OnTPS的克隆与表达分析[J]. 核农学报, 2022, 36(2):313-321.

单萜化合物是香味文心兰花香的主要成分。为研究文心兰单萜化合物合成的分子机理,本试验以文心兰香味品种红梦香为材料,基于文心兰转录组数据克隆获得萜类合成酶基因OnTPS,利用生物信息学方法鉴定其分子特性,通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分析其表达模式。结果表明,OnTPS的开放阅读框为1 797 bp,编码598个氨基酸,其编码蛋白质含有单萜合成酶基因家族典型的RRx8W、DDXXD和XDLGTSXXE保守基序,与铁皮石斛α-松油醇合成酶和月桂烯合酶序列同源性达68%,属于TPSb亚家族。亚细胞定位分析发现OnTPS蛋白质定位于质体中。qRT-PCR分析表明,OnTPS主要在红梦香萼片和花瓣中表达;在开花过程中,该基因在盛花期高表达,且呈明显昼夜节律变化;OnTPS在不同梦香品种花中也有较高表达。本研究构建了OnTPS过表达载体,并成功在文心兰瘤状物中瞬时表达。该研究结果为文心兰OnTPS的生物学功能研究及花香遗传改良提供了理论参考。

QIAN Y

MAO B

. Metabolic profiling of terpene diversity and the response of prenylsynthase-terpene synthase genes during biotic and abiotic stresses in Dendrobium catenatum[J]. International journal of molecular sciences, 2022, 23(12):6398.

Dendrobium catenatum is a widely cultivated Chinese orchid herb rich in abundant secondary metabolites, such as terpenes. However, terpene distribution and characterization of terpene biosynthesis-related genes remain unknown in D. catenatum. In this study, metabolic profiling was performed to analyze terpene distribution in the root, stem, leaf, and flower of D. catenatum. A total of 74 terpene compounds were identified and classified. Clustering analysis revealed that terpene compounds exhibited a tissue-specific accumulation, including monoterpenes in the flowers, sesquiterpenes in the stems, and triterpenes in the roots. Transcriptome analysis revealed that the ‘terpenoid backbone biosynthesis’ pathway was only significantly enriched in root vs. flower. The expression of terpene biosynthesis-related genes was spatiotemporal in the flowers. Prenylsynthase-terpene synthases (PS-TPSs) are the largest and core enzymes for generating terpene diversity. By systematic sequence analysis of six species, 318 PS-TPSs were classified into 10 groups and 51 DcaPS-TPSs were found in eight of them. Eighteen DcaPS-TPSs were regulated by circadian rhythm under drought stress. Most of the DcaPS-TPSs were influenced by cold stress and fungi infection. The cis-element of the majority of the DcaPS-TPS promoters was related to abiotic stress and plant development. Methyl jasmonate levels were significantly associated with DcaTPSs expression and terpene biosynthesis. These results provide insight into further functional investigation of DcaPS-TPSs and the regulation of terpene biosynthesis in Dendrobium.

孔兰, 樊荣辉, 林榕燕, 等. 杂交兰花色花香生物合成途径的转录组分析[J]. 西北植物学报, 2021, 41(1):86-95.

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