3種花香調(diào)節(jié)劑對矮牽牛花香性狀的影響

張雅靜，郝瑞杰，楊姝婷，張忠強(qiáng)，常 珺，邱 晨

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，山西 太谷 030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，山西 太谷 030801）

矮牽牛（Petunia hybrida）是茄科碧冬茄屬植物，是觀賞性強(qiáng)、應(yīng)用廣泛的重要花卉[1]。矮牽牛多數(shù)品種具有怡人的香味，在園林綠化實踐中，具有芳香性狀的矮牽牛更容易受到人們的青睞。目前，針對矮牽牛的芳香成分[2]、揮發(fā)節(jié)律[3]等已經(jīng)有了大量的研究，因矮牽?；ㄏ悛?dú)特、再生容易，已經(jīng)逐漸成為研究植物芳香的模式植物[4]?；ū憩F(xiàn)芳香特征需要將揮發(fā)成分從花器官釋放到空氣中[5]，其涉及復(fù)雜的生物學(xué)過程，但矮牽牛的花香揮發(fā)機(jī)制仍未得到充分闡明。

植物代謝產(chǎn)物依賴轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白從細(xì)胞內(nèi)向胞外轉(zhuǎn)運(yùn)，使用外源調(diào)節(jié)劑能夠影響轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白對底物的轉(zhuǎn)運(yùn)效率[6-7]，如在低濃度釩酸鹽的作用下，多個轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的功能被抑制[8-9]。ADEBESIN等[7]研究證實，矮牽牛ABCG1轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白承擔(dān)花朵芳香揮發(fā)物的轉(zhuǎn)運(yùn)功能，該研究使用正釩酸鈉試劑處理花朵，有效地抑制了ABCG1對芳香揮發(fā)物的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而實現(xiàn)對矮牽?；ㄏ愕目刂?。有相關(guān)報道證實，槲皮素、甘草酸等外源物質(zhì)也能影響轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的速率。GAUER等[10]研究證明，槲皮素對腸道葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白GLUT 2有抑制作用，能減少細(xì)胞對葡萄糖和果糖的吸收。甘草酸能夠誘導(dǎo)P-糖蛋白的表達(dá)，有效促進(jìn)P-糖蛋白對胞內(nèi)毒物的轉(zhuǎn)運(yùn)[11]。ABCG1、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白GLUT 2和P-糖蛋白均屬于轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ABC家族，推測正釩酸鈉、槲皮素和甘草酸均可影響轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的功能而改變植物花香成分。另一方面，噴施外源調(diào)節(jié)物質(zhì)改變植物花香性狀的研究鮮見報道，因此，針對矮牽牛系統(tǒng)開展花香揮發(fā)調(diào)節(jié)研究很有必要。

為了闡明矮牽牛的揮發(fā)機(jī)制，前期研究中筆者發(fā)現(xiàn)地毯藍(lán)矮牽牛品種氣味芳香能夠特異揮發(fā)多種芳香物質(zhì)。本研究選用正釩酸鈉、槲皮素、甘草酸3種外源試劑對地毯藍(lán)矮牽牛品種進(jìn)行噴施處理，采用頂空固相微萃取和氣質(zhì)聯(lián)用（HS-SPMEGC-MS）技術(shù)，對噴施藥劑前后的矮牽牛盛花花朵進(jìn)行揮發(fā)成分檢測，并通過揮發(fā)成分的定量分析確定3種花香調(diào)節(jié)劑對矮牽牛揮發(fā)成分的影響，旨在為人工手段調(diào)控植物花香性狀提供依據(jù)，并為今后推動芳香植物的高效利用奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

試驗材料為地毯藍(lán)矮牽牛，將種子盆栽于光照培養(yǎng)箱（LT-36VL，（21.0±0.5）℃，300μmol/（m2·s））中培養(yǎng)至開花。外源物質(zhì)分別為正釩酸鈉、槲皮素、甘草酸，均購買自麥克林公司。

1.2 儀器

光照培養(yǎng)箱（瑞徽電子上海有限公司）、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（Trace ISQ型號，Thermo公司）、TDL-4分析天平（北京賽多利斯天平有限公司）。

1.3 試驗方法

試驗采用的正釩酸鈉、槲皮素、甘草酸3種試劑處理的濃度均為2 mmol/L。選擇生長一致的地毯藍(lán)盛花花朵，共設(shè)4個處理，分別噴施不同的3種外源試劑，以噴清水為對照，于試驗當(dāng)天的18：30噴藥。分別于噴施后2（20：30）、4（22：30）、6 h（00：30）取樣，每個處理隨機(jī)摘取3朵盛花花朵，重復(fù)3次。

參考袁穎[12]的方法設(shè)定SPME-GC-MS工作條件，將不同時間點的盛花花朵離體收集到頂空進(jìn)樣瓶中，揮發(fā)成分鑒定采用NIST 08譜庫檢索結(jié)合人工解析圖譜共同確定，揮發(fā)物成分定量分析采用內(nèi)標(biāo)法[13-14]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗采用Thermo Xcalibur和Microsoft Excel 2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，The SAS System for Win?dows V 8軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用AVONA進(jìn)行顯著性檢驗（P＜0.05），采用OriginPro 2019b軟件進(jìn)行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 3種花香調(diào)節(jié)劑處理下矮牽牛花朵揮發(fā)成分類型分析

由圖1可知，與CK相比，噴施正釩酸鈉、槲皮素和甘草酸后揮發(fā)物數(shù)量隨時間分別出現(xiàn)先減后增、逐漸減少和先增后減的變化規(guī)律。將各揮發(fā)物歸類后發(fā)現(xiàn)，地毯藍(lán)盛花時期花朵主要揮發(fā)物類型超過了10類，各處理主要的揮發(fā)物類型均為酯類、烯類、醇類等。針對各類型揮發(fā)物的變化，噴施正釩酸鈉后烯類明顯增加，槲皮素處理后醇類顯著減少，而甘草酸處理后主要表現(xiàn)為酯類物質(zhì)的減少。

2.2 各調(diào)節(jié)劑處理下地毯藍(lán)揮發(fā)物動態(tài)變化

正釩酸鈉處理地毯藍(lán)盛花后各揮發(fā)成分的數(shù)量、揮發(fā)量隨時間變化情況如表1所示，CK中共檢測到18種成分，其主要揮發(fā)成分為苯甲酸甲酯、苯甲醛、2-甲基丁酸甲酯等，苯甲酸甲酯的揮發(fā)量為702.36 ng/（g·h），甚至達(dá)到了總揮發(fā)量的93.4%。正釩酸鈉處理后矮牽?；ǘ鋼]發(fā)物數(shù)量變化顯著（圖2），尤其在4 h時多達(dá)15種成分的揮發(fā)量減少，而在處理6 h后，揮發(fā)量增加的成分明顯增多。分析各揮發(fā)物成分可以發(fā)現(xiàn)，2-亞甲基丁酸甲酯、4-甲基-戊酸甲酯和安息香酸乙酯等未能在處理后樣品中檢測到，而在處理后2、4、6 h的樣品中可以分別檢測到苯甲醇、油酸芐酯等特有揮發(fā)物。正釩酸鈉處理后，苯甲酸甲酯揮發(fā)量顯著降低，處理2 h后其揮發(fā)量僅達(dá)到處理前的0.3%。正釩酸鈉處理促進(jìn)了β-蒎烯的揮發(fā)，2 h時β-蒎烯的揮發(fā)量達(dá)到了14.54 ng/（g·h），增加了3.24倍，是處理2 h后揮發(fā)量最多的成分。

表1 噴施正釩酸鈉時地毯藍(lán)盛花的揮發(fā)物含量Tab.1 Volatiles contents of full flowers of Car pet Blue when spraying sodium vanadate

續(xù)表1 噴施正釩酸鈉時地毯藍(lán)盛花的揮發(fā)物含量Tab.1（Continued） Volatiles content of full flowers of Carpet Blue when spraying sodium vanadate

槲皮素處理矮牽牛后各揮發(fā)物的數(shù)量、揮發(fā)量隨時間變化情況如表2所示。槲皮素處理后揮發(fā)物數(shù)量減少，在2、4、6 h檢測到揮發(fā)物分別有18、13、16種。從圖2也可以看出，槲皮素處理后隨著時間延長，揮發(fā)量發(fā)生變化的揮發(fā)物都有增加趨勢，這說明槲皮素極大地改變了矮牽牛的揮發(fā)物組成。在槲皮素處理后，苯甲酸甲酯揮發(fā)量也顯著降低，甚至在4 h后檢測不到苯甲酸甲酯的揮發(fā)，而對于CK中的2-亞甲基丁酸甲酯、4-甲基-戊酸甲酯和乙酸己酯等的揮發(fā)也在處理后受到完全抑制，同時在處理后2、4、6 h的樣品中分別檢測到特有物質(zhì)異丁香酚、苯酚和異戊酸乙酯等。槲皮素處理促進(jìn)了乙酸乙酯的揮發(fā)，在4 h后其揮發(fā)量最高，達(dá)到了33.83 ng/（g·h）。

表2 噴施槲皮素時地毯藍(lán)盛花的揮發(fā)物含量Tab.2 Volatiles content of full flowers of Carpet Blue when spraying quercetin

續(xù)表2 噴施槲皮素時地毯藍(lán)盛花的揮發(fā)物含量Tab.2（Continued） Volatiles content of full flower s of Car pet Blue when spr aying quer cetin

甘草酸處理地毯藍(lán)盛花后2、4、6 h檢測出揮發(fā)物分別有20、20、14種（表3），處理后2 h揮發(fā)量增加的成分?jǐn)?shù)量明顯變多（圖2）。從揮發(fā)物類型來看，甘草酸處理后產(chǎn)生了異丁酸乙酯、異己酸乙酯、異戊酸乙酯、正丙酸乙酯、正己酸乙酯等酯類物質(zhì)。與其他2種調(diào)節(jié)劑不同的是，甘草酸處理后各個時間樣品中都未檢測到苯甲酸甲酯，這說明甘草酸對苯甲酸甲酯的揮發(fā)有極強(qiáng)的抑制作用。甘草酸處理后2 h時揮發(fā)量最多的成分為乙酸乙酯，其揮發(fā)量為102.21 ng/（g·h）。

表3 噴施甘草酸時地毯藍(lán)盛花的揮發(fā)物含量Tab.3 Volatiles content of full flowers of Carpet Blue when spraying glycyrrhizic acid

續(xù)表3 噴施甘草酸時地毯藍(lán)盛花的揮發(fā)物含量Tab.3（Continued） Volatiles content of full flower s of Car pet Blue when spr aying glycyr rhizic acid

2.3 各調(diào)節(jié)劑處理下地毯藍(lán)盛花主要芳香物揮發(fā)量分析

由圖3可知，各種花香調(diào)節(jié)劑處理后2 h苯甲酸甲酯、2-甲基丁酸甲酯、苯甲醛相對CK揮發(fā)量降低。對于苯甲酸甲酯，是地毯藍(lán)中揮發(fā)量最高的成分，3種調(diào)節(jié)劑處理后揮發(fā)量降低了98%以上。正釩酸鈉和槲皮素處理后2-甲基丁酸甲酯的揮發(fā)量無顯著變化，苯甲醛揮發(fā)量則顯著降低，而甘草酸處理后未檢測到苯甲酸甲酯、2-甲基丁酸甲酯和苯甲醛。槲皮素和甘草酸處理后的三環(huán)萜揮發(fā)量相對CK的揮發(fā)量分別增加了854.2%和208.3%，而正釩酸鈉處理相對CK無顯著增加。由圖3還可知，苯酚特殊存在于正釩酸鈉處理的樣品中，揮發(fā)量為0.83 ng/（g·h），而乙酸乙酯也只在甘草酸處理的樣品中存在。

2.4 各調(diào)節(jié)劑處理后地毯藍(lán)盛花總揮發(fā)量分析

由圖4可知，正釩酸鈉處理地毯藍(lán)總揮發(fā)量呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，在4 h時總揮發(fā)量最低，僅為CK總揮發(fā)量的2%。槲皮素處理下總揮發(fā)量呈現(xiàn)降低趨勢，到6 h時總揮發(fā)量降低了94%。與槲皮素處理類似，甘草酸處理地毯藍(lán)揮發(fā)量也逐漸降低。比較3種調(diào)節(jié)劑對矮牽牛揮發(fā)物的抑制效果，正釩酸鈉在4 h時對揮發(fā)抑制效果較強(qiáng)，而槲皮素與甘草酸這2種調(diào)節(jié)劑在6 h對揮發(fā)物的抑制效果較強(qiáng)。

3 結(jié)論與討論

次生代謝物轉(zhuǎn)運(yùn)是植物適應(yīng)環(huán)境的重要機(jī)制，花香揮發(fā)物多屬于植物次生代謝產(chǎn)物，多依賴膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白實現(xiàn)跨膜運(yùn)輸，轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白抑制劑通過作用于轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白而實現(xiàn)植物花香的調(diào)節(jié)[7,15-16]。吳琦等[17]研究發(fā)現(xiàn)，噴施低濃度（50μmol/L）的茉莉酸甲酯能引起百合花香釋放量的降低，外源茉莉酸甲酯對玫瑰花香成分釋放也有促進(jìn)作用，并且可以增加玫瑰香氣成分含量[18]。何丹等[19]研究發(fā)現(xiàn)，甘草素可增強(qiáng)P-糖蛋白對底物的外排功能。本研究發(fā)現(xiàn)，通過噴施3種外源試劑，經(jīng)2、4、6 h不同時間干預(yù)，地毯藍(lán)花香揮發(fā)成分總揮發(fā)量降低，這與ADEBESIN等[7]研究結(jié)果一致。本研究地毯藍(lán)揮發(fā)物中苯甲酸甲酯的揮發(fā)量占總揮發(fā)量的93%，噴施3種藥劑后總揮發(fā)量的降低主要?dú)w因于苯甲酸甲酯揮發(fā)量的降低，由此推斷，3種外源試劑對苯甲酸甲酯的揮發(fā)有抑制功能。

有研究報道，矮牽?；ㄏ銚]發(fā)物的釋放依賴ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白[7]，大多數(shù)ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白包括2個跨膜結(jié)構(gòu)TMDs與NBDs，其中，NBDs結(jié)合并水解ATP為轉(zhuǎn)運(yùn)提供動力，正釩酸鈉的存在對轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ATP的水解速率有抑制作用，從而抑制轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白對花香的轉(zhuǎn)運(yùn)[20]。不同的ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白對底物有一定的選擇性[21-22]，本試驗正釩酸鈉處理后苯甲酸甲酯的揮發(fā)量大幅減小，這可能與正釩酸鈉能夠抑制特異轉(zhuǎn)運(yùn)苯甲酸甲酯的ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白有關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)，槲皮素與甘草酸的處理也顯著降低了苯甲酸甲酯的揮發(fā)量，推測槲皮素與甘草酸2種藥劑也可能是抑制了轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白功能而降低了揮發(fā)物的釋放。

揮發(fā)物成分的種類和含量的不同，形成各種植物獨(dú)特的香氣特征。黃玉斌等[23]采用GC-MS檢測到不同條件下白花羊蹄甲花揮發(fā)性成分的種類、含量存在差異，而且這種差異導(dǎo)致花香發(fā)生明顯改變。蔣玉梅等[24]用苯丙噻重氮（BTH）處理甜瓜，揮發(fā)物釋放的抑制導(dǎo)致?lián)]發(fā)物組分改變，亦改變了果實香氣。本試驗在抑制矮牽牛花香揮發(fā)量的同時，改變了矮牽?；ㄏ愠煞旨昂?，使處理前后矮牽?；ㄏ銡庑誀畎l(fā)生改變。但不同試劑處理后結(jié)果不同，正釩酸鈉試劑處理后，矮牽?；ǖ闹饕煞质铅?蒎烯、2-蒎烯等；槲皮素處理矮牽?；ǖ闹饕煞质铅?蒎烯、2-蒎烯、乙酸乙酯；甘草酸處理矮牽牛花主要揮發(fā)物質(zhì)是乙酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯等，這說明為獲得不同的調(diào)控結(jié)果，實際應(yīng)用中可以靈活選擇多種藥劑處理方案。很多花卉香味濃郁，過度的百合、丁香香氣都會使人頭暈?zāi)垦＃捎眠m當(dāng)?shù)姆椒ㄕ{(diào)控花香十分重要，本研究通過嗅覺判斷，確定噴施抑制劑可以起到調(diào)控花香的目的。

綜上所述，噴施外源抑制劑可以有效降低地毯藍(lán)花朵花香的揮發(fā)量，從而使花朵花香的主要成分和含量發(fā)生變化。不同抑制劑對花香總揮發(fā)量降低程度存在差異，正釩酸鈉處理的抑制效率高于槲皮素和甘草酸。本研究關(guān)于噴施外源試劑影響植物花香性狀的探索，為人工調(diào)控植物芳香性狀提供了借鑒，也為應(yīng)用芳香植物材料提供了新的思路。