类胡萝卜素是植物中一类重要的次生代谢产物,是光合作用必需的C40异戊二烯类物质,也可以在非光合组织的质体中积累。在植物中发现的许多生物活性化合物,如脱辅基类胡萝卜素等都来自于类胡萝卜素前体。类胡萝卜素经类胡萝卜素裂解双加氧酶（CCDs）催化可在分子的一端或两端发生氧化裂解生成结构多样的脱辅基类胡萝卜素。不同的脱辅基类胡萝卜素可参与植物花色、花香的形成,或作为某些植物激素前体参与调节植株生长、种子萌发、形态构建。此外,一些脱辅基类胡萝卜素还表现出对多种疾病的预防和治疗功效,具有广泛的应用价值。近年来,具有不同裂解活性的CCDs家族成员在多种植物中被鉴定出来,为脱辅基类胡萝卜素生物合成的研究及应用奠定了良好基础。香雪兰（Freesia hybrida）是鸢尾科香雪兰属多年生球根草本花卉,原产非洲南部。目前广泛栽植的香雪兰主要是经过长期杂交、多倍体化培育的现代园艺杂交品种。研究发现,在香雪兰花朵挥发物及精油中存在β-紫罗兰酮和藏红花醛等具有重要应用价值的脱辅基类胡萝卜素。本论文以香雪兰园艺品种Red River?和Ambiance作为研究对象,对参与这些脱辅基类胡萝卜素生物合成的类胡萝卜素裂解双加氧酶进行了基因克隆与功能鉴定,首次对香雪兰中类胡萝卜素氧化裂解途径进行了研究,鉴定出了鸢尾科植物中特有的参与藏红花醛合成的CCD2和控制β-紫罗兰酮合成的CCD4,为进一步分析类胡萝卜素裂解双加氧酶家族起源和功能分化提供了理论依据。本论文主要研究结果如下:利用气相色谱-质谱联用技术,检测了香雪兰园艺品种Red River?和Ambiance花朵精油的主要成分,发现Red River?中含有β-紫罗兰酮及其衍生物,以及天然植物中存在稀少的藏红花醛等脱辅基类胡萝卜素,而Ambiance中只含有较低含量的藏红花醛。同时在Red River?花朵提取物HPLC检测中还发现了玉米黄质裂解后产生的另一种脱辅基类胡萝卜素衍生物藏红花素-I,Ambiance中则未检测到。根据香雪兰转录组数据库信息,从Red River?花朵中成功克隆得到4条与挥发性脱辅基类胡萝卜素藏红花醛或β-紫罗兰酮生物合成相关的类胡萝卜素裂解双加氧酶基因,通过系统进化分析,分别属于CCD2、CCD1和CCD4亚家族,命名为FhCCD2、FhCCD1、FhCCD4a和FhCCD4c。氨基酸序列比对及蛋白质三维结构模型预测结果显示,除FhCCD1外,其余三条序列均具有CCDs家族蛋白质典型的由7个β-折叠组成的七叶螺旋桨结构以及4个结合Fe2+辅助因子所必需的保守组氨酸残基。FhCCD1可能由于移码突变而缺失一个保守的组氨酸,因此无法结合Fe2+辅助因子。亚细胞定位实验结果表明,FhCCD2、FhCCD4a和FhCCD4c均定位于质体,可以直接利用在质体中合成的类胡萝卜素底物,而FhCCD1则定位于细胞质,与其它植物中已报导的相关CCDs亚细胞定位情况相同。CCD2目前只在鸢尾科藏红花属的植物中被鉴定,通过对FhCCD2与藏红花CsCCD2及单子叶和双子叶植物中典型的CCD1基因内含子结构的对比分析,推测CCD2基因可能起源于鸢尾科植物CCD1或其共同祖先基因在进化过程中发生的内含子丢失。通过Realtime-PCR技术对FhCCDs基因的表达模式进行了分析。FhCCD2在Red River?中的表达具有组织特异性,且表达水平随花朵的发育过程逐渐提高,主要在开花期花瓣中特异性表达,花瓣是香雪兰花器官中比例最大的部分,这种表达模式有利于藏红花醛和藏红花素等产物的积累。FhCCD2在Ambiance中表达水平极低,GUS瞬时转染实验结果显示在Red River?花瓣中ProFhCCD2-A和ProFhCCD2-R（分别从Ambiance和Red River?中克隆的FhCCD2启动子序列）具有相同的启动基因表达的功能,表明FhCCD2在两个品种中的差异表达不是由顺式作用元件引起,可能与Ambiance中某些反式调控因子的影响有关。FhCCD4a在Red River?花朵中的时空表达模式与β-紫罗兰酮的释放模式一致。体外酶活实验结果表明,FhCCD2在7,8和7’,8’双键位点特异性氧化裂解玉米黄质,生成挥发性产物3-OH-β-环柠檬醛,启动香雪兰体内藏红花醛和藏红花素生物合成的第一步反应。FhCCD1和FhCCD4c对番茄红素、β-胡萝卜素和玉米黄质均未表现出催化活性。香雪兰中β-紫罗兰酮主要是由FhCCD4a在9,10和9’,10’双键位点特异性裂解β-胡萝卜素生成。