蕓香葉片和花瓣釋放揮發(fā)性有機物成分及其變化規(guī)律

蔣冬月，李永紅，沈 鑫

（1.浙江省林業(yè)科學研究院，浙江 杭州 310023；2.深圳職業(yè)技術(shù)學院，廣東 深圳518055）

蕓香Ruta graveolens又名臭草、香草、百應(yīng)草、小葉香，是蕓香科Rutaceae蕓香屬Ruta多年生草本植物。植株高達1 m，葉羽狀復(fù)葉，灰綠或帶藍綠色；花金黃色，花期3－6月；原產(chǎn)地中海沿岸，在中國均有栽培［1］。蕓香植株各部分均有濃烈的特殊氣味，具有殺蟲抑菌效果［2－4］；全株均可入藥，有清熱解毒、涼血散瘀、利尿、消腫、止咳平喘等功效［5－6］。目前，對蕓香科的研究主要集中在生理特性［7－8］、分子生物學［9－10］、 精油化學成分［3－4,11－13］及抑菌效果［14－15］等方面， 并未見有關(guān)蕓香花瓣及葉片揮發(fā)性有機物成分隨時間變化的相關(guān)報道?，F(xiàn)有的研究探究蕓香的有機物成分主要采用精油作為試驗材料［16－18］，精油的提取常常會受提取溫度和方法的干擾，造成某些揮發(fā)性物質(zhì)受到破壞，不能完全反映蕓香釋放的揮發(fā)性有機物的成分。因此，本研究采用頂空固相微萃取技術(shù)吸附采集不同時期蕓香葉片釋放的揮發(fā)性有機成分，結(jié)合氣質(zhì)聯(lián)用儀檢測并分析不同季節(jié)及1 d中不同時間釋放的揮發(fā)性有機物成分及相對含量，揭示其葉片揮發(fā)性有機物的季節(jié)變化規(guī)律和日變化規(guī)律；并用相同的方法探究葉片和花瓣釋放的揮發(fā)性有機物成分的差異，為科學利用蕓香營造生態(tài)型、保健型、芳香園林景觀提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

蕓香苗齡為5～6年生，株高70～75 cm，長勢繁茂，無病蟲害，栽植于深圳職業(yè)技術(shù)學院西校區(qū)芳香植物園內(nèi)。

1.2 試驗方法

1.2.1 植物揮發(fā)性有機物的采集和測定 分別于3月、6月、9月、12月的16日上午9:00－10:00在同一位置的植物上摘取向陽側(cè)上、中、下部位的健康無損傷的葉片10片，分別剪碎混勻，稱取0.5 g放置5 mL萃取瓶中密封，靜置30 min，環(huán)境溫度為（22.0±3.0）℃。將型號為DVB-CAR-PDMS 100 μm的SPME纖維頭（美國Supelco公司）通過聚四氟乙烯瓶墊插入到萃取瓶中，置于樣品正上方0.5 cm左右，頂空萃取40 min，然后將纖維頭插入6890N/5975氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國Agilent公司）的氣相色譜進樣口，解吸10 min。每次收集設(shè)置3次重復(fù)，吸附空萃取瓶中的氣體作為空白對照?；ò険]發(fā)性有機物的測定于3月16日進行，9:00－10:00采摘盛開的花5朵；揮發(fā)性有機物日動態(tài)變化的測定于6月16日進行，8:00－20:00隔2 h采樣1次。色譜條件：HP-5MS彈性石英毛細管柱色譜柱，長為30 m，內(nèi)徑為0.25 mm，液膜厚為0.25 μm，載氣為高純氦氣，不分流進樣，恒流流速為1.0 mL·min－1，進樣口溫度為230℃，接口溫度為280℃。季節(jié)變化和花瓣揮發(fā)物測定初始溫度為50℃，保持4 min，以6℃·min－1升至150℃，保持2 min，然后以7℃·min－1升至250℃，保持8 min。日動態(tài)變化規(guī)律測定初始溫度為50℃，保持4 min，以4℃·min－1升至150℃，保持2 min，然后以8℃·min－1升至250℃，保持6 min。質(zhì)譜條件：電子轟擊（EI）離子源，電子能量為70 eV，離子阱溫度為230℃，四級桿溫度為150℃，原子質(zhì)量掃描范圍為30～500。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理 揮發(fā)性有機物成分經(jīng)氣相色譜分離，各色譜峰、質(zhì)譜峰分別利用氣相色譜-質(zhì)譜儀中MSD Productivity ChemStation和NIST Mass Spectral Database 2008譜庫進行分析鑒定。各成分在樣品氣體中的濃度采用峰面積歸一法進行計算。相對含量=（該物質(zhì)峰面積/樣品所有氣體峰面積之和）×100%。

2 結(jié)果

2.1 蕓香葉片釋放揮發(fā)性有機物成分和其相對含量的季節(jié)動態(tài)變化

蕓香葉片1 a中不同季節(jié)釋放的揮發(fā)性有機物中，共鑒定出29種化合物（圖1，表1），其中酯類11種，酮類7種，烷類4種，萜烯類，酸類和醇類各2種，以及少量的酚類和其他化合物；主要成分為乙酸壬酯、4-（3,4-亞甲基二氧基苯基）-2-丁酮、2－壬酮和2-十一（烷）酮等。1 a中檢測到葉片釋放的揮發(fā)性有機物種類數(shù)量呈先增多后減少的趨勢；6月最多，為18種，9月最少，僅為10種（圖2）。3月?lián)]發(fā)性有機物成分檢測到酮類、酯類和烷類3類化合物，以酮類最多，其次為酯類；其中2－壬酮的相對含量最高，為48.98%。6月檢測到酯類、酮類、萜烯類、酸類、烷類、酚類和醇類7類化合物，以酯類最多，7種。9月檢測到的揮發(fā)性有機物種類僅為6月的55.56%，酮類和酯類占50.00%，其中2-十一（烷）酮的相對含量最高，為34.13%。12月檢測到的揮發(fā)物中以酮類為主，占當月總種類的54.55%。1 a中每個季節(jié)都可以檢測到乙酸壬酯、2-壬酮和2-十一（烷）酮。

圖1 蕓香葉片不同季節(jié)釋放揮發(fā)性有機物的總離子流圖Figure 1 TIC of VOCs released from leaves of Ruta graveolens in different seasons

1 a中不同季節(jié)，蕓香葉片釋放的酯類物質(zhì)的相對含量呈先上升后下降的趨勢，在6月最高，為44.78%，12月最低（圖2）。烷類和酮類化合物均呈先下降后上升的趨勢，6月其相對含量最低，12月達最高。萜烯類、酸類和醇類化合物只在6月和9月檢測到，且6月檢測到的萜烯類和酸類化合物相對含量均高于9月；酚類物質(zhì)僅在6月檢測到。葉片釋放的主要成分季節(jié)變化趨勢如下：2-壬酮和2-十一（烷）酮的相對含量隨季節(jié)呈高-低-高的趨勢，而乙酸壬酯則呈現(xiàn)低—高—低的變化趨勢。

2.2 蕓香葉片釋放揮發(fā)性有機物的日動態(tài)變化

蕓香葉片1 d中不同時段釋放的揮發(fā)性有機物共鑒定出41種 （表2）。其中酯類化合物10種，酮類7種，酸類和醛類各6種，烷類和醇類各4種，以及少量的萜烯類、炔類等化合物；主要成分為乙酸仲辛酯，2-壬酮，2-十一（烷）酮，十六烷酸，油酸等。8:00－20:00葉片釋放的揮發(fā)性有機物種類呈先增多后減少的趨勢（圖3），12:00最多，為22種，20:00最少，為14種。8:00檢測到酮類、酯類、酸類和醛類等4類化合物，以酮類最多；但揮發(fā)物的相對含量以酸類最高，其中十六烷酸和油酸，分別為39.90%和19.31%。10:00揮發(fā)物種類較8:00增加了6種，出現(xiàn)了烷類、醇類和炔類；酯類數(shù)量最多，其次為酮類，2類物質(zhì)的相對含量較8:00大幅上升，酮類占此時揮發(fā)物含量的58.11%，其中2-壬酮占35.10%；而酸類化合物的相對含量急劇下降，僅為3.31%。12:00－14:00揮發(fā)物種類較10:00變化不大，14:00出現(xiàn)了萜烯類，但相對含量較低。16:00－20:00種類逐漸減少，主要成分和相對含量均以酮類和酯類化合物為主；18:00酸類相對含量在1 d中最低，而此時萜烯類和醛類含量達最高。1 d中，每個時段均可檢測到（Z）-乙酸-3-己烯-1-醇酯，乙酸壬酯，2-壬酮，2-癸酮，2-十一（烷）酮，2-十三烷酮和十六烷酸7種物質(zhì)。

圖2 1 a中不同季節(jié)蕓香葉片釋放的各類揮發(fā)物數(shù)量和相對含量的變化Figure 2 Component numbers and relative contents of classified VOCs from leaves in different seasons of a year

表1 蕓香葉片釋放的揮發(fā)性有機物成分及其相對含量的季節(jié)變化Table 1 Seasonal variations of components and relative contents of VOCs released from leaves of Ruta graveolens

表2 蕓香葉片1 d中不同時間釋放的揮發(fā)性有機物成分及其相對含量Table 2 Components and relative contents of VOCs released from leaves of Ruta graveolens in one day

1 d不同時段，蕓香葉片釋放的酯類化合物的相對含量呈先上升后下降的趨勢，10:00達最大；酮類呈先上升后略微下降再上升的趨勢，20:00達最大，為65.49%；酸類呈先下降后上升再下降的趨勢，8:00最大，為59.80%。烷類和醛類相對含量變化不明顯；萜烯類、炔類和醇類的相對含量較少，僅在少數(shù)幾個時間段出現(xiàn)（表3）。其中，主要成分日變化趨勢如下：乙酸仲辛酯和2-十一（烷）酮的相對含量呈現(xiàn)低-高的變化趨勢，十六烷酸則呈現(xiàn)高—低的變化趨勢，2-壬酮的相對含量呈現(xiàn)低—高—低—高的變化趨勢，油酸呈現(xiàn)出高—低—高—低的變化趨勢。

2.3 蕓香花瓣釋放的揮發(fā)性有機成分及其相對含量

通過對蕓香花瓣的SPME/GC/MS總離子流圖分析（圖4），扣除本底空氣中的雜質(zhì)，3月花期時，花瓣釋放的揮發(fā)性有機物中檢測出8種揮發(fā)性成分，其中酮類化合物最多，有5種，其相對含量占花瓣總揮發(fā)物的82.24%；其次為萜烯類化合物，其相對含量為11.20%（表4）。花瓣中檢測到的相對含量最多的揮發(fā)性成分是2-十一（烷）酮，為66.10%，其次為2-壬酮和壬烯。

圖3 1 d中不同時段蕓香葉片釋放的各類揮發(fā)物數(shù)量的變化Figure 3 Component numbers of classified VOCs from leaves in different times of a day

3 討論

目前，學者對蕓香或蕓香科其他植物揮發(fā)性有機物的研究多采用水蒸氣蒸餾法和溶劑提取法［3－5,11］。蒸餾法簡單易行，適于難溶或不溶于水的成分的提??；但屬于非活體提取，長時間高溫提取會使某些揮發(fā)性物質(zhì)受到破壞；溶劑提取法是根據(jù)相似相溶原理，選擇適合的溶劑非常關(guān)鍵，但溶劑中的微量雜質(zhì)沉淀在提取物中，影響提取物的純度［19］。通過對比各種提取方法，本研究采用了頂空-固相微萃取采集法，此方法所需樣品量少，無需溶劑，操作簡化，集采樣、萃取、濃集、進樣于一體，非常適合芳香植物揮發(fā)性成分的研究，已在刺山柑Capparis spinosa，茶Camellia sinensis，黃蘭 Michelia chmpaka，麥稈菊 Helichrysum bracteatum等多種植物揮發(fā)物的研究中得到應(yīng)用［20－23］。

表3 蕓香葉片1 d中不同時段揮發(fā)性有機物成分及其相對含量分類統(tǒng)計Table 3 Classified statistic about components and relative contents of VOCs released from leaves in different time of a day

表4 蕓香花瓣釋放的揮發(fā)性有機物成分及其相對含量Table 4 Components and relative contents of VOCs released from flowers of Ruta graveolens

植物釋放揮發(fā)性有機物的成分和相對含量在同種之間存在差異，與植物的品種、自身結(jié)構(gòu)特點、生理狀態(tài)和株齡等有密切關(guān)系［24－25］。 如 HADDOUCHI 等［4］研究得出阿爾及利亞生長的蕓香含有10種揮發(fā)性有機物，唐祖年等［15］從蕓香揮發(fā)油中鑒定出21種成分，徐漢虹等［2］從蕓香精油中鑒定出39種成分。本研究在蕓香葉片中共鑒定出41種，花瓣中檢測到8種，雖然與前人鑒定的結(jié)果不盡相同，但通過對比發(fā)現(xiàn)，蕓香揮發(fā)性有機物的主要成分均為2-十一（烷）酮和2-壬酮。主要原因是植物的自身特性決定了不同植物所釋放的有機物成分、含量和釋放速率不同。

圖4 蕓香花瓣揮發(fā)性有機物總離子圖Figure 4 TIC of VOCs released from flowers of Ruta graveolens

前人［26－31］對側(cè)柏 Platycladus orientalis， 薄荷 Mentha×piperita， 紅松 Pinus koraiensis， 桂花 Osmanthus fragrans等植物揮發(fā)性有機物釋放規(guī)律的研究表明，揮發(fā)物釋放的種類和相對含量與采樣時溫度、濕度、氣孔導(dǎo)度、光照以及蒸騰速率等關(guān)系密切。一般而言，隨著溫度、濕度、光照等的提高，植物釋放的有機物也會增多。本研究表明，不同季節(jié)和1 d中不同時段蕓香釋放的揮發(fā)性有機物的種類均呈先上升后下降的趨勢；其中，6月最多，為18種；1 d中12:00最多，為22種。在測試的4個月中，6月光照時間較長，溫度較高，達30℃左右，植物進入生長旺盛階段，植物自身旺盛的光合作用為有機物合成提供充足的碳源和還原力，體內(nèi)有機物合成、代謝加快，強烈的蒸騰作用也為有機物的擴散創(chuàng)造了條件，使揮發(fā)性有機物的種類增多［32－34］。說明隨著溫度、光照等的提高，蕓香葉片釋放的揮發(fā)性有機物的種類也隨之增多。另外，研究發(fā)現(xiàn)蕓香花瓣釋放的揮發(fā)性有機物種類少于葉片，葉片和花瓣揮發(fā)性有機物的主要成分均為酮類化合物，葉片釋放的物質(zhì)中以2-壬酮為主，花瓣中以2-十一（烷）酮為主。蕓香釋放的揮發(fā)性有機物種類多少、相對含量的高低與外界環(huán)境以及植物自身條件的密切相關(guān)，兩者之間關(guān)系有待進一步深入研究。

植物釋放的揮發(fā)性有機物具有一定的藥用保健作用。前人［35－36］研究已證實，針葉樹釋放的萜烯類化合物使人情緒趨于放松狀態(tài)，使人感覺清新、舒爽和愉悅；檸檬油、雪松醇、龍腦和1,8-桉葉油能夠降低心率和血壓；萜烯類和生物堿類物質(zhì)具有一定的抗菌和消炎作用［3－6,16］。蕓香葉片和花瓣釋放的揮發(fā)性有機物的主要成分均具有一定的藥用價值，可以起到殺蟲抑菌效果，在某種程度上對調(diào)節(jié)人體情緒具有一定的作用。如：2-壬酮具有果香、甜香、皂香及椰子、奶油的氣味，2-十一（烷）酮是蕓香特有的香氣，低濃度時有類似桃子的香氣；這些有機物的氣味或許可以使人趨于放松狀態(tài)，從而間接起到調(diào)節(jié)人體情緒的作用。因此，在植物景觀設(shè)計中，可以適當栽植蕓香，營造保健型的生態(tài)植物景觀。

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