3種香薷屬植物葉花果揮發(fā)性成分比較分析

高基朋，李丹丹，秦 嶺，楊 柳，田曄林,*

(1.北京農(nóng)學(xué)院 園林學(xué)院,北京 102206；2.北京林果業(yè)生態(tài)功能提升協(xié)同創(chuàng)新中心，北京 102206；3.農(nóng)業(yè)應(yīng)用新技術(shù)北京市重點實驗室，北京 102206)

香薷屬(Elsholtzia)是唇形科(Labiatae)的一類植物，主要分布在亞洲東部，全世界約有40種，其中在中國分布有33種[1]。香薷屬植物用途廣泛，大部分種類全株有香氣，花色豐富，花期較長，具有極高的觀賞價值，可作園林綠化和森林美化的材料。同時，香薷屬植物還是中醫(yī)藥中常用的解表藥，具有廣譜抗菌和抗病毒的效果[2-3]。除此之外，部分香薷屬植物還可食用和用作蜜源植物，經(jīng)濟(jì)價值明顯。

香薷屬植物近年來越來越受到研究人員的關(guān)注。目前已經(jīng)從香薷屬植物中分離出揮發(fā)性化合物100余種，已鑒定的有60余種，主要分為萜烯類、酯類、醇類、烷類、酮類、酸類、酚類、醛類等，朱甘培等[4]對多種香薷屬植物的揮發(fā)性成分進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)地的香薷屬植物的揮發(fā)性成分組成和含量均有所不同，這或許可以作為衡量香薷屬植物的標(biāo)準(zhǔn)和考核指標(biāo)。何福江等[5]從香薷(E.ciliata)揮發(fā)油中檢測出25種成分，其中主要成分去氫香薷酮占44.32，香薷酮占16.66，香橙烯占8.69，檸檬烯占5.31。朱甘培等[6]檢測了海州香薷(E.splendens)和江香薷(MoslachinensisMaxim. cv. Jiangxiangru)揮發(fā)油中成分的差異，發(fā)現(xiàn)海州香薷中香薷酮為主要成分，江香薷中則以百里香酚和香荊芥酚為主要成分。這與其他文獻(xiàn)中報道的結(jié)果一致，即海州香薷的特征成分為香薷酮[7]。謝亞雄等[8]對木本香薷(E.stauntoni)揮發(fā)油的化學(xué)成分進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)主要成分為4,5,6,7,8,8a-六氫-8a-甲基-2-酮和百里香酚，與其他研究中報道的主要成分有明顯差異。

為了分析北京地區(qū)自然分布的 3種香薷屬植物(木本香薷、海州香薷、香薷)的葉、花、果的揮發(fā)性成分，本研究采用頂空固相微萃取-氣相質(zhì)譜聯(lián)用(HS-SPME-GC-MS) 技術(shù)對這 3種香薷屬植物揮發(fā)性成分的含量和種類進(jìn)行了測定，檢測結(jié)果可以為北京地區(qū)香薷屬植物的開發(fā)利用提供有效的數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以北京山區(qū)自然分布的木本香薷(昌平區(qū)流村鎮(zhèn)白羊溝核桃林下)、海州香薷(昌平區(qū)流村鎮(zhèn)白羊溝核桃林林緣)和香薷(海淀區(qū)鷲峰國家森林公園河溝邊雜木林緣)為研究對象。于2016年6至9月每月中下旬晴天9:30至12:30 ，采集3種植物的葉(15片)、花序(7個)、果序(7個)，裝入250 mL的廣口瓶中，用冰袋保鮮。采樣時選擇成熟健康、無病蟲害的植株，每株重復(fù)采集3次。

1.2 試驗方法

1.2.1 固相微萃取法 將樣品置于250 mL的廣口瓶中，推入纖維頭使其暴露在樣品中，室溫萃取40 min。將已完成萃取過程的纖維頭迅速插入氣相色譜進(jìn)樣裝置的氣化室內(nèi)，推出纖維頭使其暴露在高溫(250 ℃)載氣中，熱解析3 min后取出，進(jìn)入GC-MS分析[9]。

1.2.2 氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用試驗 采用Agilent 7890A-5975C氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分析植物揮發(fā)性物質(zhì)成分及相對含量。

毛細(xì)管色譜柱(30 m×250 μm×0.25 μm)，柱溫50 ℃；進(jìn)樣口溫度250 ℃；柱內(nèi)載氣體積流量1.0 mL/min；載氣為高純氦氣(99.999%)。升溫程序為初始溫度40 ℃保持2 min，以3 ℃/min升溫至160 ℃，以10 ℃/min升溫至200 ℃，最后以20 ℃/min升至300 ℃保持3 min，不分流進(jìn)樣[10]。

質(zhì)譜條件EI電力源電力能量70 eV，離子源溫度230 ℃，質(zhì)譜掃描范圍20～550 m/z，使用美國NIST08譜庫結(jié)合譜圖相減進(jìn)行結(jié)果分析。

根據(jù)GC-MS檢測所得信息通過NTST08質(zhì)譜庫檢索，結(jié)合文獻(xiàn)對試驗材料的葉、花、果的揮發(fā)性成分進(jìn)行鑒定，采用TIC峰面積歸一化法求得各成分相對質(zhì)量百分含量。

應(yīng)用Excel軟件進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 香薷屬3種植物揮發(fā)性成分分析

2.1.1 香薷屬 3種植物揮發(fā)性成分組成 GC-MS共分離出51種揮發(fā)性成分(表1)，采用面積歸一化法測得各組分的相對百分含量，并經(jīng)過NTST08檢索，將各峰的質(zhì)譜圖與文獻(xiàn)資料進(jìn)行核對，確定了3種香薷屬植物的葉、花和果的揮發(fā)性成分(圖1～3)。

從3種香薷屬植物中共檢測到主要揮發(fā)性成分，分為萜烯類、酯類、醇類、烷類、酮類、酸類、酚類、醛類和呋喃9大類，其中，萜烯類釋放的種類最多，有23種。

木本香薷中共檢測出24種揮發(fā)性成分，其中葉檢測出17種，花10種，果10種。葉、花中相對含量最高的揮發(fā)性組分為萜烯類，分別達(dá)到58.91%、52.46%；果中含量最高的揮發(fā)性組分為酚類，達(dá)到了55.57% (圖1)。

海州香薷中共檢測出34種揮發(fā)性成分，其中葉檢測出16種，花18種，果13種。葉、花中含量最高的揮發(fā)性組分為萜烯類，分別達(dá)到79.17%、91.59%；果中相對含量最高的揮發(fā)性組分為酮類，達(dá)到60.71% (圖2)。

圖1 白羊溝木本香薷葉、花和果的揮發(fā)物總離子流

圖2 白羊溝海州香薷葉、花和果的揮發(fā)物總離子流

從香薷中共檢測出22種揮發(fā)性成分，其中葉檢測出12種，花6種，果15種。葉、花、果中相對含量最高的揮發(fā)性成分均為萜烯類，分別為53.21%、65.23%、49.41%(圖3)。

圖3 鷲峰國家森林公園香薷葉、花和果的揮發(fā)物總離子流

2.1.2 香薷屬 3種植物揮發(fā)性成分分析 為了進(jìn)一步分析香薷屬植物揮發(fā)性成分特征，本研究比較了3種北京鄉(xiāng)土香薷屬植物不同部位(葉、花、果)揮發(fā)性成分的差異。其中，木本香薷葉中特有揮發(fā)性成分最多，有7種；海州香薷和香薷特有揮發(fā)性成分各有5種。同時，這 3種香薷屬植物葉共有揮發(fā)性成分有5種，分別為β-石竹烯、α-法尼烯、δ-杜松烯、鄰苯二甲酸二丁酯和苯甲酸芐酯。這5種共有揮發(fā)性成分在3種植物中含量差異明顯，如β-石竹烯，其在香薷葉中相對含量最高，達(dá)到了48.25% ，而在木本香薷和海州香薷葉中分別只有20.82% 和20.99%；α-法尼烯在3種香薷屬植物葉中含量差異同樣顯著，其在木本香薷、海州香薷和香薷葉中相對含量分別為32.90%、11.93%、1.42%。此外，在海州香薷葉的特有揮發(fā)性成分中，β-欖香烯和倍半水芹烯的相對含量也較高，分別達(dá)到了27.53% 和11.28% (圖4)。

表1 木本香薷、海州香薷、香薷揮發(fā)性成分及相對含量

圖4 3種香薷屬植物揮發(fā)性成分比較分析

海州香薷花中特有揮發(fā)性成分最多，有13種；木本香薷和香薷次之，分別有6種和3種。 3種香薷屬植物花共有揮發(fā)性成分有2種，分別是β-石竹烯和鄰苯二甲酸二丁酯。共有揮發(fā)性成分主要為β-石竹烯，在木本香薷、海州香薷和香薷花中的相對含量分別達(dá)到了49.46%、83.23% 和47.81%。此外，在木本香薷花的特有揮發(fā)性成分中，2,3,5,6-四甲基苯酚的相對含量達(dá)到了29.68% ，僅次于木本香薷花中β-石竹烯的含量；在香薷花的特有揮發(fā)性成分中，芳樟醇的相對含量較高，有8.52%。同時值得一提的是，α-法尼烯這一揮發(fā)性成分在 3種香薷植物花中的相對含量與在葉中的相對含量有明顯差異，在木本香薷、海州香薷和香薷花中的相對含量分別為0.00%、0.07% 和16.47%(圖4)。

木本香薷、海州香薷和香薷果中特有揮發(fā)性成分分別有5種、3種和5種。共有揮發(fā)性成分有3種，分別為β-石竹烯、鄰苯二甲酸二丁酯和1-乙烯基-1-甲基-2,4-雙(1-甲基乙烯基)-環(huán)己烷，主要共有揮發(fā)性成分為β-石竹烯，在木本香薷、海州香薷和香薷花中的相對含量分別達(dá)到了13.93%、12.84%和13.67%。此外，在這3種香薷屬植物的果中，其各自的特有揮發(fā)性成分相對含量要高于共有揮發(fā)性成分。在木本香薷果中，2,3,5,6-四甲基苯酚的相對含量最高，達(dá)到了55.57%；在海州香薷果中，香薷酮相對含量最高，達(dá)到了60.71% ；在香薷中，羅勒烯相對含量最高，達(dá)到了22.89%(圖4)。

可以發(fā)現(xiàn)，這3種香薷屬植物不同種、不同部位的揮發(fā)性成分差異明顯。如β-石竹烯這一共有揮發(fā)性成分，其在木本香薷(20.82%)和海州香薷(20.99%)葉中相對含量相比在香薷(48.25%)葉中少，但是在木本香薷(49.46%)和海州香薷(83.23%)花中的相對含量則與香薷(47.81%)持平或高，在果中基本持平(木本香薷為13.93%，海州香薷為12.84%，香薷為13.67%)。值得一提的是香薷酮只在海州香薷的果中有檢測到，而且其相對含量在海州香薷果中占比極高，達(dá)到了60.71%。這些差異共同決定了這 3種香薷屬植物香氣成分的特異性。

3 討 論

本研究從 3種香薷屬植物中共檢測到揮發(fā)性成分51種，其中木本香薷中檢測出24種，海州香薷中檢測出34種，香薷中檢測出22種。含量最高的是萜烯類，具有鎮(zhèn)痛、殺菌、抗病毒、消炎、鎮(zhèn)靜、降血壓等效果[11]。酚類具有一個苯酚環(huán)，有較強的殺菌消毒效果，可以抗感染、增強人體免疫力。酯類的作用效果比較溫和，在人體使用方面基本沒有危險性，一般具有抗炎癥、治療皮膚發(fā)疹的作用，酯類的種類決定了精油的香氣品味[12]。

β-石竹烯和α-法尼烯是 3種香薷屬植物共有的且含量較高的萜烯類化合物，這可以在一定程度上解釋這 3種香薷植物香氣相似的原因，同時也與前人研究相吻合。前人研究表明，木本香薷中共有87種揮發(fā)性成分，海州香薷中共有123種揮發(fā)性成分，香薷中共有78種揮發(fā)性成分[13]；其中，β-石竹烯、α-蒎烯、-蒎烯、莰烯、蓽澄茄油烯、3-辛醇、苯乙酮、樟腦、桉葉油醇、α-水芹烯、苯甲醛為 3種植物共有。在本研究中，沒有檢測到樟腦、苯乙酮、苯甲醛的存在，但是β-石竹烯、β-欖香烯、羅勒烯、α-法尼烯等共有成分的含量較高。這可能與取樣方法、取樣時間及生境因素等相關(guān)。

除β-石竹烯和α-法尼烯外， 3種香薷屬植物在其他相對含量大于1% 的揮發(fā)性成分上也有較大差異。比如只在木本香薷中檢測到香橙烯，香薷酮僅僅在海州香薷中檢測到等，更有很多成分雖然在多種植物中都存在，但只在一種植物中相對含量達(dá)到1% 以上。這種差異一方面是種之間本身的差異，另一方面是環(huán)境因素導(dǎo)致的差異，已有的研究認(rèn)為植物體內(nèi)物質(zhì)代謝與種源的原始環(huán)境因子顯著相關(guān)[14-15]。盡快建立起衡量香薷屬植物的標(biāo)準(zhǔn)和不同種源香薷屬植物的指紋圖譜對今后的開發(fā)利用意義重大。

值得注意的是，塑料增塑劑成分之一的鄰苯二甲酸二丁酯在 3種植物的各個部位均有檢測到，且在葉中含量最高。本研究從野外采集樣品到室內(nèi)取樣、上樣的過程中并未使用塑料制品，鄰苯二甲酸二丁酯的出現(xiàn)可能與地下水污染或是環(huán)境污染有關(guān)，塑料制品通過污染河流和土壤富集在植物體內(nèi)，導(dǎo)致植物揮發(fā)性成分的變化[16-19]。

本研究通過對木本香薷、海州香薷和香薷的葉、花、果部位的揮發(fā)性成分進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)不同種之間、同種不同部位間和異種同部位間的揮發(fā)性成分含量及種類差異顯著，β-石竹烯和α-法尼烯這兩種成分作為3種植物的共有揮發(fā)性成分，含量較高，可以作為香薷屬植物的標(biāo)志性揮發(fā)性成分。及時建立香薷屬植物指紋圖譜并且關(guān)注環(huán)境污染對植物揮發(fā)性成分的影響有助于更好的開發(fā)和利用香薷屬植物。