全 文 ：第 16卷第 5期
2009年 5月 　　　　　　　　　　　　　
现代农业科学
ModernAgriculturalSciences　　　　　　　　　　　　　　　　
Vol.16No.5
Mar.2009
香草兰育种研究综述
于 飞 1, 2 ,冯慧敏 1, 2 ,武耀廷 3
(1.中国热带农业科学院热带生物技术研究所 , 海南海口 571101;
2.海南大学农学院 , 海南儋州 571737;3.琼州大学 , 海南三亚 572002)
摘　要:香草兰(VanilaplanifoliaAndrews), 隶属于兰科(Orchidaceae)香子兰属(VanillaSwartz.),
被称为 “香料之王”,其果荚提取物香兰素是名贵香料。笔者综述了香草兰的育种研究进展 , 论述了怎
么从常规育种和分子水平上提高香草兰含量 ,并从目前对香兰素化学合成方法和生物合成方法的研究
来讨论香兰素的研究现状 。
关键词:香兰草;香兰素;育种;合成
中图分类号:S682.31　　　文献标识码:A　　　文章编号:1005-4650(2009)05-0053-03
AReviewofBreedingResearchofVanila
YUFei1, 2 , FENGHui-min1, 2 , WuYao-ting3
(1.InstituteofTropicalBioscienceandBiotechnology, ChineseAcademyofTropicAgriculturalScience,
Haikou, Hainan571101;2.AgriculturalCollege, HainanUniversity, Danzhou, Hainan571737, china;
3.QiongzhouUniversity, Sanya, Hainan572002, china)
Abstract:Vanila(VanillaplanifoliaAndrews), formagenusintheorchidfamily(Orchidaceae)ofVanillaSwartz.isentitledwith
“TheKingofflavors” , vanillin, theextractionofbeanpodisrareflavor.Theresearchsummarizedhowtoimprovedthecontentofva-
nilininthebreedingprogressofvanilaandthemolecularlevel.Theresearchstatusofvanilinwasalsodiscussedintwomethodsof
chemicalsynthesisandbiosynthesis.
Keywords:vanila;vanilin;breeding;synthesis
收稿日期:2009-04-29
作者简介:于飞(1984-),女 ,硕士 ,主要从事橡胶树遗传育种研究
通讯作者:武耀廷(1962-),男 ,博士生导师 ,研究员 ,主要从事作物遗传育种和生物技术研究
　　香草兰 , 原产于墨西哥 , 在许多热带地区均有种植 。其
豆荚———香草荚是非常名贵的香料 ,香草荚中含有 250种以
上芳香成份及 17种人体必需的氨基酸 ,具有极强的补肾 、开
胃 、除胀 、健脾等医学效果 , 是一种天然滋补养颜良药。
香兰素 , 又称香草醛 ,是香草荚的主要提取物 ,广泛应用
于食品 、化妆品和医药等行业中 [ 1] 。 在食品工业上 , 香兰素
是香草香精的重要组分之一 ,因具有浓郁的奶油香草风味 ,
主要用于冰淇淋 、巧克力 、乳制甜点 、奶油糖果和可乐饮料等
制造中 [ 2] ;在化妆品行业:可以用来制作香水 , 护肤品等;在
医药行业中 , 可以制作治疗高血压 ,心脏病 ,皮肤病及利尿等
方面的药品。
1　香草兰育种研究
香草兰要求的平均温度在 21 ～ 29℃, 比较适宜的是 25
～ 29℃, 湿度是在 85%以上。在中国自然条件下只能在海
南和云南地区自然生长 , 不仅在中国 ,就是从世界范围来看 ,
适于香草兰自然生长的地区也很有限 ,很难从扩大种植方面
提高香兰荚产量。因此 ,可以从香草兰育种方面入手 , 提高
香兰荚产量。
1.1　常规育种过程研究
1.1.1　香草兰授粉技术
香草兰系兰科多年生攀缘藤本植物 ,如果不对其进行管
理 ,香草兰会不断伸长生长而不开花 , 因此种植者每年都要
对其处理以促进开花。香草兰花自然授粉率仅 1‰左右 , 采
用人工授粉 , 90%以上的花朵均可成荚。因此结荚率受人
工授粉 影响极大。 由于香草兰花在清晨 5:30左右开放 ,
13:00闭合 ,因此人工授粉安排在每天 18:00 ～ 13:00。
1.1.2　香草兰豆荚增产研究
在实际生产中,香草兰授粉后 40 ～ 50 d的幼荚有严重的脱
落现象,据统计 ,落荚率高达 40%～ 60%,如此高的落荚率 ,将会
造成香草兰生产上的严重损失, 如何降低落荚率是香草兰丰产
稳产的关键,为了防止果荚脱落, 朱字慧等[ 3]通过控制营养生
长,适时疏花疏果, 加强根外追肥等措施, 极大降低了落荚率。
王庆煌等 2007年发明了一种香草兰果荚防落液 ,该香草兰果荚
防落液是含有硼、锌和锰等微量元素的植物生长调节剂,在香草
兰幼荚发育期喷施 ,从而起到降低落荚率 ,促进果荚生长发育的
效果。朱晓东等 [4]对西双版纳景洪地区网棚种植的香荚兰连
续喷施 3次不同浓度的赤霉素,间隔 15d喷施 1次 ,发现对豆荚
都有不同程度的促长作用。
1.1.3　香草兰豆荚处理
豆荚成熟后 ,要对豆荚进行生香处理 , 才能使香兰素的
气味挥发出来 ,杀青是处理的第 1步 , 香草兰杀青的目的在
于终止豆荚的生命 ,以利于后期的发酵加工。在杀青时间不
足时 ,由于豆荚生命未完全终止 , 影响了后期发酵的酶反应 ,
故产生的香兰素偏低 , 并且阴干后的成品豆荚呈现木材状 ,
较干硬 , 褐色 , 表面光泽差 , 手感涩 , 香气平淡 , 含有一种 “木
质”气息 ,不出现结晶 , 在同一温度组中香兰素含量最低;杀
青充分时 , 豆荚生命被终止 ,后期发酵中酶反应充分 ,活性酶
使香兰素甙水解为香兰素 、葡萄糖及其他微量芳香成分 , 使
成品香草兰柔软而有光泽 , 呈深褐色 ,香气浓郁 ,有特殊的巧
克力奶香气息 , 而且香兰素含量高 , 可出现结晶;杀青过度
时 , 豆荚被烫起的水泡在发酵过程中易破裂 , 使豆荚表面有
发粘的汁渍 , 成品干荚呈深褐色 , 表面发粘 、无光泽 , 稍硬 , 同
时 , 由于杀青的高温与长时间也使豆荚体内的活性酶受到破
坏而影响发酵 , 从而使成品香气往往含有一种 “酸味” ,并且
香兰素含量一般 , 没有结晶.符伟 [ 5]通过对不同香兰荚不同
杀青时间的处理 , 建议香兰荚的杀青处理为 80℃杀青 40s或
85℃杀青 30s,同时根据豆荚的数量和大小进行适当的调节。
1.2　辅助育种研究
全世界有香草兰约 110种(其中热带属约 50种), 800
多个品种 , 但有栽培价值的仅有 3个种 , 塔希提香草兰(Va-
nilaTahitensisJ.W.Moore)、墨西哥香草兰(VanilaPlanifolia
Ames.)和哥德洛普香荚兰(VanilapomponaSchiede), 其中 ,
塔希提香草兰和墨西哥香草兰能用于食品行业(USFDA认
证 , 21CFR169.175.)。由于一直以来的无性繁殖 , 导致香
草兰的种质改变不大 ,因此可以对香草兰植株进行遗传研究
和品质改良 , 提高单位面积产量。 DMinoo等 [ 6]通过对一种
印度香草兰品种(Vanillaaphyla, 具有链霉素抗性)的种间
杂交扩展变异范围 , 成功地培育得到具有形态学和分子侧翼
特征的杂种后代 , 并用 RAPD和 AFLP鉴定了亲本 、自交后
代和杂种后代的差异 。赵国祥等 [ 7]对引自墨西哥的香荚兰
(VanilaplanifoliaAndr.)和生长于云南河口县城附近沟谷
雨林下的滇南香荚兰(V.siamensisRolfeexDownie)进行了茎
的解剖研究 , 为区分这 2个种提供重要的解剖特征依据 , 而
且对于开展种间杂交和对杂种后代的识别具有指导意义。
2　讨论
香兰素的世界年消费量约 1.2万 t, 而天然香兰素的产
量仅为 1 800t,因此远不能满足食品 、化工 、医药等方面对香
兰素的需要 , 因此合成法是香兰素的主要生产方法 , 合成香
兰素价格是天然香兰素价格的 1/300[ 8] , 目前香兰素合成方
法主要有化学合成法和生物合成法。
2.1　化学合成方法
香兰素 1816年首次被报道 , 1847年开始 , 由松柏普水
解后氧化合成香兰素 , 但由于原料有限 , 目前基本不再使用。
李丽华等 [ 9]和 Lampman等 [ 10, 11]将丁香酚转化为香兰素。吴
国雄等 [ 12]以木质素为原料生产香兰素 , 还有工艺简单 , 环境
污染少 , 产率高的对经基苯甲醛法 [ 13]和愈创木酚法等 , 其中
以木质素为原料生产香兰素是目前生产香兰素的重要方法。
2.2　生物合成法
由于生物合成的香精和香料都被认为是天然产物 , 使得
生物合成香精香料的研究方法迅速发展起来 , 目前 , 主要有
以下 3种方法:①植物细胞合成法。有 3种细胞可以用来培
养和转化香兰素 , 香子兰细胞 [ 14, 15] , 灌木状辣椒细胞和雨生
红球藻细胞。 ②酶法。 根据所有生物代谢反应都是酶促反
应 , Markus和 Mane＆Zucca均利用脂氧化酶转化异丁香酚生
成香兰素。 2004年 [ 16]将木焦油醇和香草胺在不同条件下经
香草醇氧化酶(vanilyl-alcoholoxidase, VAO)生成香兰素。
③微生物法。 1996年 Berry[ 17]和 2003年 Overhage等 [ 25]应
用基因工程构建的大肠杆菌提高芳香化合物的产量。微生
物法还有以木质素为底物 , 利用白腐菌转化生产香兰
素 [ 18, 19]和 1, 2-二苯乙烯酚 [ 20 , 21]和香兰酸 [ 22, 23]为底物的转
化等 , 2000年 Achterholt等 [ 24]人对无枝酸菌 HR167的基因
进行了研究 ,发现无枝酸菌 HR167也具有将阿魏酸转化成
香兰素的特性。
目前 ,研究的热点是以阿魏酸为底物的转化。由于阿魏
酸是在木材杂草及谷物的麸皮的细胞壁中含量最为丰富的
苯丙烯酸 ,原料的丰富使得该法具有非常高的经济价值。目
前转化阿魏酸为香兰素的菌株有西唐氏链霉菌 [ 26]两步法转
化的黑曲霉和朱红密孔菌 [ 22, 27, 28] 、链霉素 [ 29]
3　结论
因此 ,从目前来看 , 香兰素主要是合成 , 但是由于人们对
天然绿色食品的追求 ,合成的香兰素和天然产物并不能满足
人们对健康的要求 ,而且目前发达的生化科技虽然能合成出
类似的香兰素但却无法将天然香兰素美妙的香气与味道完
全复制出来。从香子兰花荚中提取的天然香兰素 , 由于品质
好和安全性好 ,被用于高档次的食品中 , 但是天然香草兰的
豆荚产量远远满足不了食品 、医药等方面对绿色香兰素的需
要。因此 ,在香草兰的种植和培育过程中 , 不断结合香草兰
的特性和现代生物技术 , 寻求更好的开发空间。
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(上接第 47页)在木薯种质遗传资源多样性分析中 , 等位基因
的平均多态性高 , 扩增产物的片段大小范围广 , SRAP引物的
多态性信息含量(PIC)丰富。说明所使用的 31对 SRAP引
物 , 在木薯种质遗传资源多样性分析中具有较高的多态性 ,
适合于对其遗传多样性结构和水平进行检测。
用 NTSYS2.1-pc软件系统对种质群体全部多态性位点
进行遗传聚类分析 , 品系之间的遗传相似系数 GS值范围在
0.49 ～ 0.89之间 ,以平均遗传相似系数 0.635为阈值 , 将 80
个木薯品系分为 4个类群。用 POPGENEN32软件计算 4个
种群之间的遗传同一性系数和遗传距离系数 , 比较 4个群体
之间 , POP2和 POP4的遗传统一性系数最小 , 而遗传距离系
数最大。因此育种工作者在选配亲本时 ,可在 POP2和 POP4
之间选择双亲 , 以增加异质结合的机会 , 从而增大选配出强
优势组合的可能性。
邹积鑫 [ 2] (2005)应用微卫星分子标记分析我国木薯种
质资源遗传多样性 , 结果表明群体基因杂合度为 0.2 848, 群
体遗传多样性指数为 0.4 266;韦祖生 [ 5] (2008)采用 49对表
达序列标签 -微卫星标记(EST-SSR)引物对 76份木薯材
料(39份新引进材料和 37份原始材料)进行遗传多样性分
析 , 群体基因杂合度为 0.2 852, 遗传多样性指数为 0.4 465,
说明引进新种质后拓宽了我国木薯遗传育种的物质基础。
本研究采用 31对 SRAP引物对中国热带农业科学院品资所
从南美高海拔地区和泰国等引进的 76份木薯种质(不同于
上述材料)和华南系列的 4份木薯品种进行种质遗传多样性
分析 , 结果表明群体的基因杂合度为 0.3 201, 群体遗传多样
性指数为 0.4 766,均高于上述结果。
我国现存的木薯种质资源主要包括国外引进品系 、国内
选育品系和收集的农家品系 , 而木薯种植地理区域也是对品
种影响的重要因素 , 新引进的材料主要来自南美洲等木薯种
植区域 , 通过 SRAP对木薯种质遗传多样性分析结果可知 ,
引进这一批国外的资源具有新的遗传类型和特异性种质 ,不
但丰富了我国木薯种质资源库 ,而且还拓宽了我国木薯种质
资源的遗传基础。但由于我国的种质资源遗传多样性水平
比较低 ,群体遗传多样性贫乏 , 今后需引进更多的新种质。
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