花香是植物观赏性状的重要组成部分。桂花（Osmanthus fragrans Lour.）是木犀科木犀属常绿香花植物，是我国特有的传统名花，其花香气幽雅浓郁，备受人们的喜爱，广泛应用于食用加工、香料开发、园林绿化等。植物品种的不同往往会导致其花香的差异，如百合、月季等。桂花通常分为银桂品种群（Albus group）、金桂品种群（Luteus group）、丹桂品种群（Aurantiacus group）和四季桂品种群（Asiaticus group）4 个品种群，其不同品种（群）的香气也都存在着差异。
金荷仙等比较了四大品种群内的 4个品种的花香成分，邹晶晶等比较了四大品种群内的12个桂花品种，杨秀莲等也比较了四大品种群8个桂花品种，以及四季桂品种群内的 3个品种，而侯丹等以及 Cai等也都比较了丹桂、银桂和金桂品种群内的不同桂花品种的花香成分，均发现不同品种（群）之间桂花花香存在差异。本试验选取了花香差异较大的银桂品种群和丹桂品种群，以及多季开花的四季桂品种群为研究对象，以这 3 个品种群的常见品种‘波叶银桂’（‘Boye Yin’）、‘雨城丹桂’（‘Yucheng Dan’）和‘日香桂’（‘Rixiang Gui’）为试验材料进行了花香成分的比较分析，从代谢组学的角度探究不同桂花品种的花香差异。
此外，植物花香的分泌与其细胞结构也有关系。在花瓣中，花香通常以扩散的方式通过整个表皮细胞释放。如晚香玉、茉莉花等香花植物香气的释放与其花瓣的细胞结构，特别是表皮细胞结构相关。然而，目前有关不同品种桂花花被片细胞超微结构的差异仍鲜有报道。因此，本期推荐论文的作者的试验采用扫描电镜和透射电镜观察了这 3 个不同品种桂花的花被片细胞超微结构，从细胞学的角度探讨引起不同桂花品种花香差异的原因，以期为桂花花香的深入研究提供参考，为桂花的进一步开发利用奠定基础。
下面就快来跟着学报君浏览详文一探究竟吧！
作者简介
第一作者：施婷婷，女，南京林业大学园林植物与观赏园艺专业博士研究生。
通讯作者：王良桂，男，南京林业大学教授，主要从事园林植物种质资源收集、栽培与应用等方面的研究。
点击下方播放键~收听作者原声论文解读
题 目
3个桂花品种花香组分动态特征及花被片结构解剖学观测
基金项目
江苏省科技计划重点项目（BE20173751）；
江苏高校优势学科建设工程资助项目（PAPD）。
作 者
施婷婷1，杨秀莲1，王良桂2*
作者单位
1.南京林业大学风景园林学院；
2.南京林业大学林学院，南方现代林业协同创新中心
关键词
桂花；花香成分；顶空固相微萃取；气相色谱-质谱联用；偏最小二乘法判别分析；
超微结构
▶引文格式：
[1]施婷婷，杨秀莲，王良桂.3个桂花品种花香组分动态特征及花被片结构解剖学观测［J］. 南京林业大学学报（自然科学版），XXXX，XX（XX）：1-9.SHI T T，YANG X L，WANG L G. Dynamic characteristics of floral components and anatomical observa⁃tion of petals in three cultivars of Osmanthus fragrans［J］. Journal of Nanjing Forestry University（Natural Sciences Edition），XXXX，XX（XX）：1-9. DOI：10.3969/j.issn.1000-2006.202003047.
01
目 的
桂花（Osmanthus fragrans Lour.）是我国著名的香花植物，对其花香组分动态特征及花被片结构解剖学观测的研究能够为桂花的进一步开发利用提供思考。
02
方 法
选取‘日香桂’（‘Rixiang Gui’）、‘雨城丹桂’（‘Yucheng Dan’）和‘波叶银桂’（‘Boye Yin’）3个桂花品种，采用顶空固相微萃取（HS-SPME）与气相色谱‒质谱联用（GC-MS）技术对其花香成分进行检测分析，并结合多元统计分析对3个桂花品种的香气进行评价。同时，利用扫描电镜和透射电镜观察比较这3个桂花品种的超微结构。
▲香眼期
▲初花期
▲盛花期
▲末花期
2.1 试验材料
试验材料‘日香桂’、‘雨城丹桂’和‘波叶银桂’生长环境相似，长势一致，树龄均为 25a 左右。为了使分析结果更具有代表性及参考意义，集中于9：00—10：00 采集 3 个桂花品种 4 个花期的花朵，分别为香眼期（开花前1d左右，部分小花顶端出现孔隙）、初花期（约 10%花开放，大部分半闭合）、盛花期（70% 以上的花开放，花被反卷）和末花期（盛花期后 1~2 d，开始少量落花），进行花香检测。同时，采集 3 个桂花品种盛花期的花被片，进行超微结构观察。
03
结 果
3个桂花品种共鉴定出51种挥发性花香物质，均以萜烯类物质为主，其中芳樟醇及其氧化物、α-紫罗兰酮、β-紫罗兰酮及二氢-β-紫罗兰酮为主要香气物质，但相对含量存在差异。偏最小二乘法判别分析（PLS-DA）表明，3个不同桂花品种的花香存在差异，并通过变量重要性投影（VIP）值选出了10种关键的差异物质，包括丁酸乙酯、顺式-芳樟醇氧化物、反式-β-罗勒烯等。基于这10种关键差异香气物质聚类分析发现，不同的品种或花期对桂花花香都有影响，但主要还是取决于品种的不同。此外，花被片超微结构观察发现桂花香气成分的聚合体（嗜饿酸基质颗粒）在细胞质体中形成，然后溢出细胞壁，最后通过表皮细胞上丰富的褶皱结构向外释放香气。
3.1 3个桂花品种挥发性香气成分的差异
3.1.1 挥发性香气成分的组成
利用 HS/SPME-GC/MS 分别对‘日香桂’、‘雨城丹桂’和‘波叶银桂’3 个桂花品种的 4 个花期进行挥发性香气成分检测分析，代表性总离子流图如图 1所示。
▲图 1 ‘日香桂’、‘雨城丹桂’及‘波叶银桂’香气成分的总离子图
结果表明，3个桂花品种共检测到 51种挥发性物质，‘日香桂’、‘雨城丹桂’和‘波叶银桂’中分别检测出29、27和33种香气物质（表1）。
检测到的挥发性香气物质可分为萜烯类（16 种）、酯类（15 种）、醇类（6 种）、酮类（5 种）、醛类（4 种）、烷烃类（3种）和芳香烃类（2种）六大类，‘日香桂’、‘雨城丹桂’和‘波叶银桂’中各类香气物质的相对含量（质量分数，下同）如表1所示。
▼表 1 3个桂花品种各类香气物质的相对含量
3个桂花品种均以萜烯类物质的相对含量最高（均占总香气物质的 50% 以上），为主体香气。但品种之间存在差异，‘波叶银桂’的香气物质中萜烯类物质的占比最高（79.30%），‘日香桂’中萜烯类物质占 70.79%，而‘雨城丹桂’中萜烯类物质的占比相对较低（55.13%）。其次，‘日香桂’中占总香气物质较高的是醇类物质，为 16.31%，而‘波叶银桂’中是酯类物质（14.27%），因此‘波叶银桂’和 ‘日香桂’的香气也不同。此外，根据花香物质的相对含量可知，3个桂花品种的主要香气物质包括芳樟醇及其氧化物、α-紫罗兰酮、β-紫罗兰酮及二氢-β-紫罗兰酮，但其相对含量也存在一定的差异。
3.1.2 挥发性香气成分的比较
为了更直观体现3个桂花品种的香气特点，本试验基于不同桂花品种香气成分的相对含量建立了偏最小=乘法判别分析（PLS-DA）模型，如图 2A所示。通过该PLS-DA模型可成功区分‘日香桂’、‘雨城丹桂’、‘波叶银桂’3个桂花品种，3个桂花品种的 4个花期都分别聚在一起，其中 PC1可以区分‘雨城丹桂’（B1、B2、B3、B4）和‘波叶银桂’（C1、 C2、C3、C4），而 PC2 也可进一步区分出‘日香桂’ （A1、A2、A3、A4）。同时，通过PLS-DA变量重要性投影（VIP 值）分析，VIP 值大于 1 的前 10 种花香物质分别是丁酸乙酯、顺式-芳樟醇氧化物、反式-β-罗勒烯、4-（2，6，6-trimethyl-cyclohex-1-enyl）-bu⁃tan-2-ol、γ-癸内酯、3-羟基-2-丁酮、反式-2-己烯醛、4，6（E），8（Z）大柱三烯、顺式-β-罗勒烯、β-紫罗兰酮（表 2），结合图 2B可得，‘日香桂’与丁酸乙酯、3-羟基-2-丁酮相关；‘雨城丹桂’与顺式-芳樟醇氧化物、γ-癸内酯、反式-2-己烯醛相关；而‘波叶银桂’与 4-（2，6，6-trimethyl-cyclohex-1-enyl）-butan-2-ol、反式-β-罗勒烯、4，6（E），8（Z）大柱三烯相关。
▲图 2 3个桂花品种香气成分的比较分析
注：A.得分图；B.荷载图。A1、B1、C1.香眼期；A2、B2、C2.初花期；A3、B3、C3.盛花期；A4、B4、C4.末花期，下同。荷载图中编码前10的花香物质是：丁酸乙酯、顺式-芳樟醇氧化物、反式-β-罗勒烯、4-（2，6，6⁃trimethyl⁃cyclohex⁃1⁃enyl）⁃butan⁃2⁃ol、γ-癸内酯、3-羟基-2-丁酮、反式-2-己烯醛、4，6（E），8（Z）大柱三烯、顺式-β-罗勒烯、β-紫罗兰酮。
▼表 2 10种PLS-DA模型中VIP值大于1的香气物质的香气特征
3.1.3 关键差异挥发性香气成分的分析
VIP 值大于 1 时，可界定对应的变量为该判别模型的关键变量，VIP 值越大，变量在不同品种间差异越显著。本试验中，VIP值大于 1的前 10种关键差异花香物质的香气特征各不相同，主要表现为花香、果香、草香、木香及奶香等（表 2），且其相对含量在3个桂花品种间的差异极大，如‘日香桂’未检测到反式-β-罗勒烯，丁酸乙酯则仅在‘雨城丹桂’中检测到。同时，这10种关键差异物质中β-紫罗兰酮、顺式-芳樟醇氧化物和γ-癸内酯的相对含量在3个桂花品种中都较高，且其相对含量也存在明显差异，如具有强烈紫罗兰香的β-紫罗兰酮，其在‘波叶银桂’和‘日香桂’的相对含量明显高于‘雨城丹桂’，而‘雨城丹桂’中顺式-芳樟醇氧化物的相对含量明显高于其他2个品种。
此外，通过对这 10 种关键香气物质进行聚类分析（HCA），更直观体现了这 10 种关键香气物质在‘日香桂’、‘雨城丹桂’和‘波叶银桂’这3个桂花品种中（包括4个花期）的分布情况（图3）。其中，3 个品种的香眼期、初花期和盛花期都能分别聚类在一起，即‘日香桂’的 3 个花期（A1、A2、A3）聚在一起，‘雨城丹桂’的 3个花期（B1、B2、B3）聚在一起， ‘波叶银桂’的 3 个花期（C1、C2、C3）聚在一起，说明这10种关键香气物质可以区分这3个桂花品种。然而，3个品种的末花期（A4、B4、C4）也聚在一起，这可能是因为末花期桂花花香挥发性香气物质含量下降，香气较弱，导致不同品种间香气差异不明显。
▲图 3 10种关键差异香气物质在3个桂花品种中的含量分布热图
3.2 3个桂花品种花被片细胞结构的差异
3.2.1 桂花花被片基本结构及其特点
通过对桂花花被片表面扫描电镜发现，桂花花被片表面细胞呈柱状，且细胞壁上均存在丰富的褶皱结构（图4A）；花被片上表皮的基部还具有气孔，与周围的细胞形成花环状结构（图 4B），且大部分气孔在桂花开放过程中都是张开的，仅少数闭合，有些气孔孔口还有密集的颗粒结构，但除了上表皮的基部，花被片的其他部位都不具有气孔。花被片横断面主要分为上下表皮、基本薄壁组织和维管系统 3 个部分，上下表皮细胞排列整齐紧密，且形态无明显差别；而基本薄壁组织细胞排列较疏松，横卧或直立，形状大小也不一致（图4C）。同时，桂花花被片透射电镜的观察结果可以清楚地看到其细胞壁、细胞核、液泡以及细胞内含物等结构（图4D、 E）；并发现较多突起的分泌结构，其内部有较多的黑色油滴（图4F），即嗜饿酸分泌物质。
▲图 4 桂花花被片基本结构
注：A—C为扫描电镜图片：A.花被片表皮细胞；B.上表皮基部的气孔；C.花被片纵剖面。D—F为透视电镜图片：D.花被片细胞内细胞壁、细胞核、液泡等结构；E.花被片细胞内线粒体，及少量淀粉粒；F.花被片细胞质体内的嗜饿酸基质颗粒。CW.细胞壁；N.细胞核；P.质体；M.线粒体；S. 淀粉粒；MG. 嗜饿酸基质颗粒。下同。‘
3.2.2 3个桂花品种花被片细胞结构的差异
对3个品种桂花的花被片细胞结构比较表明，3 个不同品种桂花花被片的细胞结构存在明显差异。比较其花被片的表皮细胞可以发现（图 5），‘日香桂’花被片的表皮细胞排列方式相较其他 2个品种不规则；‘雨城丹桂’表皮细胞之间有间隙，排列较疏松，而其他 2 个品种表皮细胞的排列紧密；同时，3 个不同品种桂花花被片的表面细胞壁上丰富的褶皱结构密度也存在一定差异，‘波叶银桂’比‘日香桂’和‘雨城丹桂’的密度大。此外，‘雨城丹桂’花被片上表皮基部的气孔密度明显高于其他2个品种。
▲图 5 3个品种桂花花被片的扫描电镜图
通过透射电镜，可以清楚地观察到3个桂花品种的花被片表皮细胞的内部结构和嗜饿酸基质颗粒（图 6）。组前期在桂花释香过程（不同花期）中发现花被片细胞内的嗜锇酸颗粒可能是桂花释放香气物质基础。本试验中比较 3 个品种花被片细胞内的嗜锇酸颗粒发现，‘波叶银桂’中嗜饿酸颗粒最多，在其细胞内发现许多突起的充满着嗜饿酸颗粒的分泌结构，且在其细胞壁周围分布着近似珍珠串的嗜饿酸颗粒，‘日香桂’次之，‘雨城丹桂’最 少，在其细胞壁周围几乎没有嗜饿酸基质颗粒。
▲图 6 3个品种桂花花被片的透射电镜图
04
结论
3个桂花品种具有相似的特征香气物质，也存在着差异香气物质，同时这些香气物质在3个不同桂花品种中迥异的含量分布，共同形成了不同桂花品种的特有香气。此外，3个桂花品种花被片表皮细胞的褶皱结构，以及嗜饿酸基质颗粒的差异，也可能是3个桂花品种香气差异的原因之一。
（感谢作者提供素材）
