四個(gè)彩葉樹種揮發(fā)性有機(jī)化合物成分分析

王金鳳，陳卓梅*，韓素芳，林飛凡

（1. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023；2. 永嘉縣原野園林工程有限公司，浙江 永嘉 325102）

四個(gè)彩葉樹種揮發(fā)性有機(jī)化合物成分分析

王金鳳1，陳卓梅1*，韓素芳1，林飛凡2

（1. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023；2. 永嘉縣原野園林工程有限公司，浙江 永嘉 325102）

選取楓香（Liquidambar formosana）、櫸樹（Zelkova serrata）、三角槭（Acer buergerianum）、銀杏（Ginkgo biloba）4個(gè)園林綠化中常用的彩色喬木樹種，采用動(dòng)態(tài)頂空采集法和TDS-GC-MS聯(lián)用技術(shù)，對(duì)其揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）成分進(jìn)行分析，結(jié)果表明：從4種彩色喬木樹種中共鑒定出76種VOCs，萜類化合物是4個(gè)彩色喬木樹種揮發(fā)性有機(jī)化合物的主要成分，其中，從銀杏中共檢測(cè)到61種VOCs，含萜類13種，相對(duì)含量為26.31%，萜類化合物主要是長(zhǎng)葉烯（8.26%）和長(zhǎng)葉松萜烯（7.79%）；從楓香中共檢測(cè)出31種VOCs，有萜類13種（57.46%），萜類物質(zhì)主要是長(zhǎng)葉烯（35.97%）、長(zhǎng)葉環(huán)烯（5.15%）、長(zhǎng)葉蒎烯（3.15%）、雪松烯（2.81%）；從櫸樹中共檢測(cè)出29種VOCs中，含有萜類12種（60.03%），萜類化合物主要是長(zhǎng)葉烯（36.85%）、長(zhǎng)葉環(huán)烯（4.52%）、雪松烯（3.37%）、長(zhǎng)葉蒎烯（2.96%）、石竹烯（2.73%）；從三角槭中共檢測(cè)出23種VOCs中，含有萜類11種（72.67%），萜類化合物主要是長(zhǎng)葉烯（47%）、α-蒎烯（7.13%）、長(zhǎng)葉環(huán)烯（5.23%）、雪松烯（2.6%）。

彩葉樹種；揮發(fā)性有機(jī)化合物；熱脫附氣質(zhì)聯(lián)用

植物揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile Organic Compounds；VOCs）是植物次生代謝產(chǎn)生的低沸點(diǎn)、易揮發(fā)的小分子化合物[1～2]。主要包括烴、醇、醛、酮、酯和有機(jī)酸等。這類物質(zhì)含量雖低，但化學(xué)活性很高，具有多種生理功效。對(duì)植物自身來說，可以依靠這類物質(zhì)增強(qiáng)抗性，進(jìn)行自我保護(hù)[3]，促進(jìn)植物間信息交流等[4]；對(duì)人類來說，大量的植物揮發(fā)出來的有機(jī)物，有防病、治病、健身強(qiáng)體的功效[5～6]。近年來，隨著社會(huì)對(duì)植物揮發(fā)物生態(tài)意義的認(rèn)識(shí)，園林綠化中開始重視植物VOCs的作用，不但要綠化、美化，更要關(guān)注“植物—環(huán)境—人體”之間的化學(xué)生態(tài)效應(yīng)。因此，本研究選取楓香（Liquidambar formosana）、櫸樹（Zelkova serrata）、三角槭（Acer buergerianum）、銀杏（Ginkgo biloba）4個(gè)園林綠化中常用的彩葉喬木樹種，采用動(dòng)態(tài)頂空采集法和TDS-GC-MS聯(lián)用技術(shù)，對(duì)4個(gè)彩葉樹種釋放的VOCs成分進(jìn)行分析，旨在為園林綠化樹種配置時(shí)提供參考，兼顧景觀效果與生態(tài)作用。

1 材料與方法

1.1 材料

實(shí)驗(yàn)于2014年8月在浙江省業(yè)林科學(xué)研究院苗圃內(nèi)進(jìn)行，供試植株為楓香、櫸樹、三角槭、銀杏，除銀杏為3年生小苗外，其余均為樹齡15 a以上的大樹，所有植株均生長(zhǎng)健康，無(wú)病蟲害。

1.2 揮發(fā)物采集方法

選擇晴朗無(wú)風(fēng)的天氣，用ZC-Q便攜式雙泵大氣采樣器（浙江恒達(dá)），采用動(dòng)態(tài)頂空氣體循環(huán)采集法進(jìn)行樣品采集[7]。選取長(zhǎng)勢(shì)良好、枝葉茂盛、向陽(yáng)部位且無(wú)損傷的枝條進(jìn)行VOCs收集。采氣袋容積為0.1 m3，采氣時(shí)間30 min，流量0.1 m3/min，重復(fù)3次。

1.3 揮發(fā)物成分分析方法

植物VOCs組分采用熱脫附—?dú)庀嗌V/質(zhì)譜聯(lián)用法（Thermo Desorption System/Gas Chromatography/Mass Spectrum，TDS-GC/MS）分析。

TDS（TD3型，德國(guó)Gerstel公司）工作條件：系統(tǒng)載氣壓力20 kPa；進(jìn)樣口溫度250℃；脫附溫度250℃（保持10 min）；冷阱溫度-100℃（保持3 min）；冷阱進(jìn)樣時(shí)溫度驟然升溫至260℃。

GC（7890A型，Agilent公司）工作條件：色譜柱為30 m×250 μm×0.25 μm的HP-5MS柱；程序升溫：初始溫度40℃（保持3 min），以6℃/min的速率升至112℃（保持3 min），以6℃/min的速率升至250℃，再以10℃/min的速率升至270℃（保持5 min）。

MS（5975C型，Agilent公司）工作條件：電離方式為EI；電子能量為70eV；原子質(zhì)量范圍29 ～ 400 m/z；接口溫度280℃；離子源溫度為230℃；四級(jí)桿溫度150℃。

1.4 數(shù)據(jù)分析

通過GC/MS分析可獲得GC/MS原始數(shù)據(jù)總離子流圖（TIC），圖中各峰代表的化學(xué)信息采用Xcalibur1.2版本軟件，經(jīng)計(jì)算機(jī)檢索 NIST2008譜庫(kù)，結(jié)合手工檢索定性，采用面積歸一化法計(jì)算其組分的相對(duì)含量。數(shù)據(jù)計(jì)算與繪制采用Excel 2003與Origin 8.0軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 4種彩色喬木樹種釋放VOCs成分的種類

通過TDS-GC /MS 分析（圖1），從4種彩色喬木樹種中共鑒定出76種VOCs（表1），其中萜類18種，烷烴類12種，芳烴類17種，醛類3種，酮類2種，醇類5種，酯類9種，有機(jī)酸類2種，其他物質(zhì)8種。其中，銀杏釋放的VOCs種類最多，共鑒定出61種，楓香、櫸樹、三角槭分別鑒定出31種、29種、23種。

2.2 4種彩色喬木樹種釋放VOCs組成成分及相對(duì)含量差異性特征

銀杏、楓香、櫸樹、三角槭這4種彩色喬木樹種釋放的VOCs組成成分及相對(duì)含量具有明顯的差異（圖2）。

銀杏釋放的61種VOCs中，含有萜類13種（相對(duì)含量為26.31%），烷烴類9種（5.08%），芳烴類16種（18.72%），醛類2種（2.72%），酮類1種（1.05%），醇類5種（16.77%），酯類8種（15.05%），有機(jī)酸類1種（0.35%），其他物質(zhì)6種（13.95%）。其中萜類化合物主要是長(zhǎng)葉烯（8.26%）和長(zhǎng)葉松萜烯（7.79%）；醇類化合物主要是2 -丙基-1-戊醇（8.42%）、2-乙基-1-己醇（4.95%）；酯類化合物主要是2-丙烯酸-2-乙基己基酯（6.39%）、2-丙烯酸-6-甲基庚基酯（4.3%）。

表1 4種彩色喬木樹種VOCs成分分析Table 1 Components of VOCs from tested tree species

表1續(xù)

楓香釋放的31種VOCs中，含有萜類13種（57.46%），烷烴類3種（3.86%），芳烴類6種（9.99%），酮類1種（1.73%），醇類2種（10.02%），酯類3種（9.88%），有機(jī)酸類1種（3.68%），其他物質(zhì)2種（3.39%）。其中萜類化合物主要是長(zhǎng)葉烯（35.97%）、長(zhǎng)葉環(huán)烯（5.15%）、長(zhǎng)葉蒎烯（3.15%）、雪松烯（2.81%）；醇類化合物主要是2-乙基-1-己醇（8.85%）。

圖1 4種彩色喬木樹種VOCs總離子流量Figure 1 Total ion flow of VOCs from tested tree species

櫸樹釋放的29種VOCs中，含有萜類12種（60.03%），烷烴類2種（2.11%），芳烴類5種（8.52%），醛類2種（3.64%），酮類1種（2.33%），醇類1種（5.88%），酯類2種（11.37%），有機(jī)酸類1種（1.14%），其他物質(zhì) 3種（4.98%）。其中萜類化合物主要是長(zhǎng)葉烯（36.85%）、長(zhǎng)葉環(huán)烯（4.52%）、雪松烯（3.37%）長(zhǎng)葉蒎烯（2.96%）、石竹烯（2.73%）；酯類化合物主要是2-丙烯酸-6-甲基庚基酯（10.51%）。

三角槭釋放的23種VOCs中，含有萜類11種（72.67%），烷烴類1種（0.74%），芳烴類3種（5.02%），酮類2種（2.93%），醇類1種（5.22%），酯類3種（7.72%），有機(jī)酸類1種（4.10%），其他物質(zhì)1種（1.61%）。其中萜類化合物主要是長(zhǎng)葉烯（47%）、α-蒎烯（7.13%）、長(zhǎng)葉環(huán)烯（5.23%）、雪松烯（2.6%）。

圖2 4種彩色喬木樹種VOCs種類及含量比較Figure 2 Types and content of VOCs from tested tree species

3 討論

隨著對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視，人們開始關(guān)注并利用植物VOCs。自然界中，植物VOCs的組成大約有30 000多種[8]。不同屬植物及同屬不同種植物之間VOCs的成分組成存在明顯差異。一般說來，異戊二烯主要是由闊葉林排放的，單萜烯主要是由針葉林排放[9]。而Benjamin、Owen等人研究發(fā)現(xiàn)，槭樹屬、白蠟樹屬和梨屬植物的許多樹木種類沒有單萜和異戊二烯的釋放；松科的云杉屬大多釋放異戊二烯，而其它屬不釋放異戊二烯[10～11]。本試驗(yàn)對(duì)4種彩色喬木闊葉樹種的研究結(jié)果表明，銀杏、楓香、櫸樹、三角槭釋放的VOCs主要是萜類化合物，其次是酯類、醇類及芳烴類化合物。除銀杏外，其余3種植物的萜類含量均達(dá)到50%以上，其中以三角槭的萜類相對(duì)含量最高，為 72.67%。這與前人的研究結(jié)果有相同之處，也存在一定的差異。陳霞曾對(duì)楓香的VOCs組分進(jìn)行了測(cè)定，共檢測(cè)出43種VOCs，其中萜類化合物占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，相對(duì)含量達(dá)到了83.62%，萜類化合物以α-蒎烯、β-蒎烯、檸檬烯、β-月桂烯、(+)-4-蒈烯、石竹烯為主[12]。李德文對(duì)銀杏的研究結(jié)果表明：異戊二烯為銀杏排放VVOOCCss的的主主要要成成分分，，其其次次為為αα--蒎蒎烯烯、、莰莰烯烯及及αα--松松油油烯烯，，即即銀銀杏杏排排放放的的VVOOCCss以以萜萜類類化化合合物物為為主主[[1133～～1144]]。。本本研研究究中中，，楓楓香香共共檢檢測(cè)測(cè)出出3311種種VVOOCCss，，有有1133種種萜萜類類，，相相對(duì)對(duì)含含量量為為5577..4466%%，，以以長(zhǎng)長(zhǎng)葉葉烯烯（（3355..9977%%））、、長(zhǎng)長(zhǎng)葉葉環(huán)環(huán)烯烯（（55..1155%%））、、長(zhǎng)長(zhǎng)葉葉蒎蒎烯烯（（33..1155%%））、、雪雪松松烯烯（（22..8811%%））為為主主。。銀銀杏杏共共檢檢測(cè)測(cè)到到6611種種VVOOCCss，，含含萜萜類類1133種種，，相相對(duì)對(duì)含含量量為為2266..3311%%，，萜萜類類化化合合物物主主要要是是長(zhǎng)長(zhǎng)葉葉烯烯和和長(zhǎng)長(zhǎng)葉葉松松萜萜烯烯。。三三個(gè)個(gè)研研究究結(jié)結(jié)果果均均表表明明萜萜類類為為楓楓香香及及銀銀杏杏最最主主要要的的揮揮發(fā)發(fā)物物，，但但主主要要成成分分有有不不同同，，這這可可能能與與不不同同的的采采樣樣時(shí)時(shí)間間及及實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)方方法法有有一一定定關(guān)關(guān)系系。。

植物VOCs具有多種生理功效。研究表明，揮發(fā)物中的乙酸龍腦酯可以有效的抑制細(xì)菌的繁殖，并具有提神醒腦的作用[15]；松油醇、丁香酚、檸檬醛、苯乙酮等具有花香；薄荷醇具有提神醒腦、活血的作用；水楊酸是類似心血管保健藥成分的物質(zhì)；龍腦、樟腦、β-蒎烯、長(zhǎng)葉烯有明顯的抑菌作用[16]，蒎烯及莰烯等成分是天然的強(qiáng)驅(qū)蟲殺蟲成分，檸檬烯、石竹烯等成分具有一定的抗菌、抗炎作用[17]。α-蒎烯、β-蒎烯和檸檬烯等萜類化合物和芳樟醇等醇類化合物可增強(qiáng)空氣的清新感，同時(shí)可以調(diào)節(jié)人體的神經(jīng)系統(tǒng)，對(duì)人體具有保健作用[17～20]。日本只木良也[21]研究證明，單萜類與倍半萜類化合物均具有很強(qiáng)的生理功效，并將單萜和倍半萜相對(duì)峰面積之和作為衡量植物保健作用的指標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)中所檢測(cè)的 4種植物釋放VOCs的主要成分均為萜類化合物，共計(jì)18種。說明銀杏、楓香、櫸樹、三角槭均是理想的保健樹種。此外，上述提到到的具有抑菌作用的龍腦、長(zhǎng)葉烯、石竹烯在本研究中的4種植物中均被檢測(cè)到；具有驅(qū)蟲殺蟲成分的蒎烯在三角槭、櫸樹、楓香中被檢測(cè)到，同樣具有驅(qū)蟲殺蟲功效的莰烯在銀杏、櫸樹中有發(fā)現(xiàn)；具有提神醒腦作用的乙酸龍腦酯、薄荷醇分別在三角槭和櫸樹、銀杏和楓香中檢測(cè)到。這說明本研究中的4中彩色喬木樹種均兼具抑菌、驅(qū)蟲殺蟲及提神醒腦的保健作用，是非常理想的保健型生態(tài)樹種，不但適宜于公園、社區(qū)、醫(yī)院等的綠化，也適用于環(huán)境質(zhì)量較差的道路綠化，以充分發(fā)揮植物VOCs的保健作用，達(dá)到抑菌控菌的目的，從而改善道路環(huán)境。

植物VOCs具有多種生理功效。研究表明，揮發(fā)物中的乙酸龍腦酯可以有效的抑制細(xì)菌的繁殖，并具有提神醒腦的作用[15]；松油醇、丁香酚、檸檬醛、苯乙酮等具有花香；薄荷醇具有提神醒腦、活血的作用；水楊酸是類似心血管保健藥成分的物質(zhì)；龍腦、樟腦、β-蒎烯、長(zhǎng)葉烯有明顯的抑菌作用[16]，蒎烯及莰烯等成分是天然的強(qiáng)驅(qū)蟲殺蟲成分，檸檬烯、石竹烯等成分具有一定的抗菌、抗炎作用[17]。α-蒎烯、β-蒎烯和檸檬烯等萜類化合物和芳樟醇等醇類化合物可增強(qiáng)空氣的清新感，同時(shí)可以調(diào)節(jié)人體的神經(jīng)系統(tǒng)，對(duì)人體具有保健作用[17～20]。日本只木良也[21]研究證明，單萜類與倍半萜類化合物均具有很強(qiáng)的生理功效，并將單萜和倍半萜相對(duì)峰面積之和作為衡量植物保健作用的指標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)中所檢測(cè)的 4種植物釋放VOCs的主要成分均為萜類化合物，共計(jì)18種。說明銀杏、楓香、櫸樹、三角槭均是理想的保健樹種。此外，上述提到到的具有抑菌作用的龍腦、長(zhǎng)葉烯、石竹烯在本研究中的4種植物中均被檢測(cè)到；具有驅(qū)蟲殺蟲成分的蒎烯在三角槭、櫸樹、楓香中被檢測(cè)到，同樣具有驅(qū)蟲殺蟲功效的莰烯在銀杏、櫸樹中有發(fā)現(xiàn)；具有提神醒腦作用的乙酸龍腦酯、薄荷醇分別在三角槭和櫸樹、銀杏和楓香中檢測(cè)到。這說明本研究中的4中彩色喬木樹種均兼具抑菌、驅(qū)蟲殺蟲及提神醒腦的保健作用，是非常理想的保健型生態(tài)樹種，不但適宜于公園、社區(qū)、醫(yī)院等的綠化，也適用于環(huán)境質(zhì)量較差的道路綠化，以充分發(fā)揮植物VOCs的保健作用，達(dá)到抑菌控菌的目的，從而改善道路環(huán)境。參考文獻(xiàn)：

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Volatile Organic Compounds from Four Color-leaf Tree Species

WANG Jin-feng1，CHEN Zhuo-mei1*，HAN Su-fang1，LIN Fei-fan2
（1. Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China; 2. Yongjia Yuanye Landscaping Engineering Co. LTD, Yongjia 325102, China）

Four color-leaf tree species like Liquidambar formosana, Zelkova serrate, Acer buergerianum and Ginkgo biloba were selected for collecting volatile organic compounds (VOCs) by dynamic headspace air-circulation method. The collected VOCs were identified by the thermal desorption system gas chromatography/mass spectrum (TDS-GC/MS). The result showed that there were 76 types of VOCs from testes tree species, among them, terpenes occupied the major part. 61 types of VOCs were identified from G. biloba, including 13 terpenes (about 26.31%), mainly longifolene (8.26%) and longifolene-(V4) (7.79%). 31 types of VOCs were identified from L. formosana, including 13 terpenes,(57.46%), mainly longifolene (35.97%), longicyclene (5.15%), longipinene (3.15%) and cedrene (2.81%). 29 types of VOCs were identified from Z. serrata, including 12 terpenes(60.03%), mainly longifolene (36.85%), longicyclene (4.52%), cedrene (3.37%), longipinene (2.96%) and caryophyllene (2.73%). 23 types of VOCs were identified from A. buergerianum, including 11 terpenes(72.67%), mainly longifolene (47%), α-pinene (7.13%), longicyclene (5.23%) and cedrene (2.6%).

color-leaf tree; volatile organic compounds; TDS-GC-MS

S718.43

A

1001-3776（2015）04-0035-06

2015-01-15；

：2015-04-11

浙江省林業(yè)廳省院合作項(xiàng)目（2012SY07）；浙江省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2013F50011）

王金鳳（1981-），女，山東文登人，助理研究員，博士，從事森林培育研究；*通訊作者。