不同生長條件對三種藥食兩用植物揮發(fā)油化學成分的影響

李海亮，楊陽

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，甘肅蘭州 730070；2.西北師范大學生命科學學院，甘肅蘭州 730070）

韭菜、蒲公英和香菜為我國廣泛種植的“藥食兩用”經(jīng)濟植物，它們既可作為蔬菜也可作為中藥材入藥。韭菜（Allium tuberosumRottl.ex Spreng）為百合科蔥屬的草本植物，別名起陽草、長生韭、壯陽草等。韭菜多具強烈的特殊氣味，可食用也可藥用，研究表明韭菜具有殺菌、抗氧化、抑癌等多種作用［1-3］。蒲公英（Taraxacum MongolicumHand.-Mazz）為菊科蒲公英屬植物蒲公英或堿地蒲公英的新鮮全草，別名婆婆丁、黃花苗、黃花地丁、奶汁草等；現(xiàn)代藥理表明蒲公英具有清熱解毒、健胃消炎、抗氧化、抗菌、抗腫瘤和抗炎等作用［4-6］。香菜（Coriandrum sativumLinn．）為傘形科植物芫荽全草，別名香荽、胡荽、芫荽，具有強烈的特殊氣味，是人類歷史上用作藥品和食品最古老的芳香蔬菜之一，全國各地均有栽培，全草可入藥，常被用來治療麻疹誘發(fā)不快、食物積滯、感冒風寒等癥［7-8］。

揮發(fā)油（volatile oil）亦稱精油，其中含多種活性成分，揮發(fā)油的具體成分和含量與藥用植物的藥性密切相關。研究表明韭菜、蒲公英和香菜揮發(fā)油中含有多種生物活性物質，具有殺菌、抗炎、殺蟲、抗氧化等多種藥理作用，在功能食品研發(fā)、醫(yī)藥領域具有重要的價值［9-14］，此外揮發(fā)油也是植物特殊氣味的主要來源，揮發(fā)油成分的差異影響著它們的品質［15］。研究表明不同生長地域因氣候、海拔、土壤養(yǎng)分等因素的差異對韭菜、蒲公英和香菜的揮發(fā)油化學成分特征具有顯著的影響，因不同研究所選采樣地域有所差異，所得結果也有所不同。王鴻梅等［9］研究表明天津地區(qū)所產(chǎn)新鮮韭菜地上部分揮發(fā)油中主要的化學成分為2-甲基-2-戊烯醛（22.54%）、二甲基三硫醚（12.5%）、甲基丙基三硫醚（7.96%）、甲基丙基二硫醚（5.1%）等。李莎莉等［10］對武漢地區(qū)所產(chǎn)新鮮韭菜地上部分揮發(fā)油成分分析表明其主要化學成分為二甲基二硫（20.82%）、三甲基三硫（12.2%）、1，4-二噻烷（7.73%）等。凌云等［11］研究表明北京地區(qū)所產(chǎn)蒲公英的揮發(fā)油主要化學成分為2-呋喃甲醛（13.44%）、3-正己烯-1-醇（7.53%）、正二十一烷（6.81%）、β-紫羅蘭醇（5.99%）等。而楊超等［12］研究發(fā)現(xiàn)產(chǎn)自于湖南長沙地區(qū)的蒲公英的揮發(fā)油主要化學成分為亞麻酸（51.70%）、棕櫚酸（18.41%）、油酸（2.75%）、棕 櫚 酸乙酯（1.94%）、二十 二 烷 酸（1.40%）、十九烷酸（1.23%）等。劉信平等［13］研究發(fā)現(xiàn)湖北恩施地區(qū)香菜揮發(fā)油的主要化學成分為環(huán)己酮（20.89%）、反式-2-十三烯醛（8.98%）、月桂醛（6.76%）、蕪荽醇（4.94%）等。而陸占國等［14］對哈爾濱地區(qū)所產(chǎn)香菜的揮發(fā)油研究表明其主要化學成分為己酸乙酯（44.35%）、3，5-二叔丁基-4-羥基苯甲醛（7.67%）、2-十二烯醛（3.69%）等。目前關于生長條件的差異對植物揮發(fā)油化學成分影響的研究則比較少。

自然環(huán)境中植物生長受季節(jié)的限制，而通過大棚溫室這種生長條件可控的農(nóng)業(yè)技術，韭菜、蒲公英和香菜這類藥食兩用的經(jīng)濟植物得以不受時節(jié)的限制而被大量的種植。研究表明同一種植區(qū)域不同種植條件對經(jīng)濟植物的品質具有顯著的影響［16］，大棚溫室生長條件中植物的品質與自然條件下的植物存在著顯著的差異［17］。揮發(fā)性成分作為韭菜、蒲公英和香菜品質的主要指標之一，對其品質和經(jīng)濟價值具有重要的影響。目前，研究者對于韭菜、蒲公英和香菜揮發(fā)性成分的研究多集中于生長地域條件的差異對揮發(fā)油化學成分的影響，而關于特定生長條件對其揮發(fā)性成分影響的研究則比較少。本研究采用水蒸氣蒸餾法對自然生長環(huán)境和塑料大棚溫室生長環(huán)境中所種植的新鮮韭菜、蒲公英和香菜的地上部分的揮發(fā)油進行了提取，利用氣相色譜-質譜（GCMS）聯(lián)用技術分析、鑒定揮發(fā)油的化學成分，以期為這3種藥食兩用植物資源的合理人工種植與資源的開發(fā)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料與儀器

1.1.1 供試材料韭菜、香菜于2020年5月采于甘肅省張掖市郊區(qū)塑料大棚溫室和室外種植區(qū)（韭菜品種為金豐源，香菜品種為山東大葉，地理坐標：N 38°59′34.3″，E 100°26′25.2″）；蒲公英（川甘蒲公英）于2020年5月采于甘肅天水市秦州區(qū)郊區(qū)塑料大棚溫室和室外種植區(qū)（地理坐標：N 35°0′40″，E 106°12′7″），不同樣地韭菜、蒲公英和香菜均為人工種植且室內外種植區(qū)種植時間一致，田間水肥管理條件一致，塑料大棚溫室所使用的棚膜均為聚乙烯膜。取新鮮地上部分，低溫保存帶回實驗室待用（自然生長環(huán)境中所采集的樣品記為TM1，大棚溫室內所采集的樣品記為TM2）。

1.1.2 儀器藥品C8-C30正構烷烴標準品（美國Sigma公司），無水硫酸鈉（色譜級），石油醚（色譜級，沸點30～60℃）。KDM調溫電熱套（山東鄴城華魯電熱儀器有限公司）；Trace DSQ-GC2000型GC/MS氣質聯(lián)用儀（美國Finnigan公司）；Clevenger type蒸餾裝置（實驗室組裝，含直型冷凝管、油水分離器等）；A2104N電子天平（上海精密科學儀器有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 揮發(fā)油的提取新鮮植物材料揀選干凈、蒸餾水洗凈陰干后剪碎，準確稱取適量植物樣品（200 g）置于2 L圓底燒瓶中，加入1 L超純水用Clevenger type蒸餾裝置蒸餾3 h，至揮發(fā)油餾出量不再增加，石油醚洗脫油水分離器壁上的揮發(fā)油，收集油水分離器上層的石油醚—揮發(fā)油層，加入無水硫酸鈉于-20℃過夜，過濾后用高純氮吹去溶劑至無石油醚氣味為止，得揮發(fā)油樣品，密封保存于帶特氟龍密封蓋的棕色進樣瓶中，于-20℃保存待測。

1.2.2 GC-MS分析色譜條件：色譜柱為Agilent DB-5石英毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；載氣：高純氦氣，載氣壓力：0.25 MPa；分流進樣，分流比：10∶1，流速：1.0 mL/min，進樣量：1 μL。進樣口溫度：250℃；起始溫度：60℃，保留2 min，以10℃/min升溫至250℃維持10 min至分析完成。

質譜條件：載氣為高純氦氣，電子轟擊（EI）源；離子溫度為200℃，電子能量70 eV，燈絲電流80 μA，掃描范圍（m/z）為29～500，掃描間歇為0.5 s。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理與保留指數(shù)計算利用氣質聯(lián)用儀計算機NIST-MS譜庫（NIST-2020）自動檢索各組分的質譜數(shù)據(jù)，并參考標準圖譜和化合物保留指數(shù)對結果進行核對和補充檢索［18-19］，同時利用美國國家標準與技術研究院（National Institute of Standards and Technology）化合物在線數(shù)據(jù)庫（https：//webbook.nist.gov/chemistry/Flavornet）對化合物的質譜圖與保留指數(shù)進行核對，采用峰面積歸一化法得出各組分的相對含量［20］。利用R語言（V.4.1.2）Venn-Diagram包繪制韋恩圖。

按上述條件獲得C8-C30正構烷烴各組分的保留時間，依照下列公式計算化合物保留指數(shù)［18，20］：

式中：t′R為校正保留時間；z和z+1分別為目標化合物（x）流出前后的正構烷烴（C8-C30）所含碳原子的數(shù)目。

2 結果與分析

于上述試驗條件下對不同樣品揮發(fā)油用GCMS法進行分析，得揮發(fā)油總離子流圖（圖1～3），揮發(fā)油化學成分及各組分相對百分含量見表1～3。

圖1 不同生長環(huán)境中的韭菜的揮發(fā)油化學成分總離子流圖Figure 1 Total ion chromatogram of volatile oils from leeks were collected from different growth environments

圖2 不同生長環(huán)境中的蒲公英的揮發(fā)油化學成分總離子流圖Figure 2 Total ion chromatogram of volatile oils from dandelions were collected from different growth

由表1～3可知生長條件對韭菜、蒲公英和香菜揮發(fā)油化學成分具有顯著的影響。自然生長環(huán)境和大棚溫室生長環(huán)境所采集的韭菜的揮發(fā)油中分別鑒定出36和31種成分，占揮發(fā)油總量的86.02%和86.4%。不同揮發(fā)油樣品中均含有較高含量的正構烷烴類化合物，占揮發(fā)油總量的23.33%（TM1）和43%（TM2）。此外，自然生長環(huán)境的韭菜的揮發(fā)油中含硫化合物含量（9.5%）顯著高于大棚溫室樣品（1.38%）（表1）。由圖4-A可知，不同生長環(huán)境的韭菜揮發(fā)油樣品中共有差異組分20個，共有組分中含量較高的成分均為正十六烷、正十八烷、1-乙烯基雜氮硅三烷、2，4-二叔丁基苯酚、環(huán)己基二甲氧基甲基硅烷、4，6-二甲基十二烷和棕櫚酸。自然生長的韭菜的揮發(fā)油中含有特有組分16個，顯著大于大棚溫室樣品（11）。自然環(huán)境生長的韭菜的揮發(fā)油特有組分中含量較高的為正二十六烷（7.89%）、二十四醛（6.52%）和甲基壬基甲酮（2.62%）；而大棚溫室生長環(huán)境的韭菜的揮發(fā)油特有組分中含量較高的為正二十四烷（4.65%）、鄰苯二甲酸二丁酯（4.39%）、正二十一烷（3.93%）和姥鮫烷（3.85%）。

圖3 不同生長環(huán)境中的香菜的揮發(fā)油化學成分總離子流圖Figure 3 Total ion chromatogram of volatile oils from corianders were collected from different growth

表1 韭菜揮發(fā)油化學成分分析Table 1 Chemical components of volatile oil from leek environments

續(xù)表1 Continued table 1

續(xù)表1 Continued table 1

續(xù)表2 Continued table 2

續(xù)表2 Continued table 2

續(xù)表3 Continued table 3

不同生長環(huán)境所采集的蒲公英的揮發(fā)油中分別鑒定出45和39種成分，占揮發(fā)油總量的90.42%和86.43%（表2）。不同揮發(fā)油樣品中含量較高的成分均為3-氰基-6-甲基香豆素，分別占揮發(fā)油總量的16.3%和18.86%。此外，不同生長環(huán)境中蒲公英的揮發(fā)油中均含有較高含量的醛類和脂類化合物。其中自然生長環(huán)境的蒲公英的揮發(fā)油中醛類化合物含量（18.35%）顯著高于大棚溫室生長環(huán)境（11.16%），而不同揮發(fā)油樣品中脂類化合物含量則呈現(xiàn)出相反的趨勢，分別為9.67%和12.17%（除鄰苯二甲酸二丁酯）。不同生長環(huán)境的蒲公英的揮發(fā)油樣品共有差異組分24個，共有組分中含量較高的均為3-氰基-6-甲基香豆素、2，4-二叔丁基苯酚、正十六烷和13-二十二烯酰胺。其中自然生長環(huán)境的蒲公英的揮發(fā)油中含有特有組分21個，顯著高于大棚溫室樣品（15）（圖4-B）。自然生長環(huán)境中的蒲公英的揮發(fā)油特有組分中含量較高的為十五烷醛（4.67%）、10-十一烯醛（3.34%）和環(huán)氧油酸（3.3%）；而大棚溫室環(huán)境的蒲公英的揮發(fā)油特有組分中含量較高的為鄰苯二甲酸二丁酯（5.78%）、二十二烷酸芐酯（5.45%）和抗氧劑2246（2.76%）等。

表2 蒲公英揮發(fā)油化學成分分析Table2 Chemical components of volatile oil from dandelion

圖4 不同生長環(huán)境韭菜（A）、蒲公英（B）和香菜（C）揮發(fā)油差異性組分韋恩圖Figure 4 Venn diagram of differential components of the volatile oil from leek（A），dandelion（B）and coriander（C）

自然生長環(huán)境的香菜的揮發(fā)油中共鑒定39種成分，占揮發(fā)油總量的87.73%，其主要的成分為正十七烷（7.56%）、癸醛（7.21%）、3-氧代-α-紫羅蘭醇（6.56%）、葉綠醇（5.85%）、油酸（5.36%）、十二醛（5.36%）等。大棚溫室環(huán)境的香菜的揮發(fā)油中共鑒定36種成分，占揮發(fā)油總量的86.49%，其主要成分為山崳醇（15.48%）、順式-13-十八烯醛（10.49%）、順式-9-十六碳醛（10.46%）、順式-2-十二碳烯醇（4.58%）、鄰苯二甲酸二異辛酯（4.52%）等。不同生長環(huán)境的香菜的揮發(fā)油中均含較高含量的中醛類化合物，且自然生長環(huán)境的香菜揮發(fā)油中醛類化合物含量顯著高于大棚溫室生長環(huán)境，分別占揮發(fā)油總量的36.13%和29.9%（表3）。不同生長環(huán)境的香菜的揮發(fā)油樣品共有差異組分27個（圖4-C），其中含量較高的共有組分為癸醛、順式-13-十八烯醛、油酸等。自然環(huán)境的香菜的揮發(fā)油中含有特有組分12個，含量較高的組分為反式-2-癸烯醛（4.45%）和十一醛（2.22%）。而大棚溫室環(huán)境的香菜的揮發(fā)油特有組分為9個，其中含量較高的為順式-2-十二碳烯醇（4.58%）和鄰苯二甲酸二異辛酯（4.52%）。

表3 香菜揮發(fā)油化學成分分析Table3 Chemical components of volatile oil from coriander

3 討論

研究表明栽培條件對植物揮發(fā)油化學成分的種類和含量具有顯著的影響［21］。大棚溫室中低風速、低照度、溫度高而穩(wěn)定的特點使得大棚溫室栽培條件下的植物與室外自然環(huán)境中生長的植物在生理特征和化學成分方面均有所差異。本試驗中，不同生長環(huán)境中的韭菜、蒲公英和香菜的揮發(fā)油化學成分及其含量均呈現(xiàn)出顯著的差異?？傮w上自然生長環(huán)境中的韭菜、蒲公英和香菜的揮發(fā)油化學成分的種類和特有組分的數(shù)量均顯著高于大棚溫室生長環(huán)境中的樣品，自然生長環(huán)境中植物的揮發(fā)油表現(xiàn)出了較高的化學復雜性。本試驗中，自然生長環(huán)境中韭菜、蒲公英和香菜的揮發(fā)油的主要成分與其他研究者的結果呈現(xiàn)出了較大的差異［9-13］，這種差異可能是由于地理條件、氣候、環(huán)境和營養(yǎng)狀況的差異所造成的。

本試驗中，不同生長環(huán)境中的韭菜、蒲公英和香菜的揮發(fā)油中特定組分的含量呈現(xiàn)出顯著的差異。自然生長環(huán)境中的韭菜揮發(fā)油中的含硫化合物含量顯著高于大棚溫室環(huán)境，含硫化合物是韭菜中重要的活性物質，具有多種藥理作用，也是其獨特風味的來源［22］。同樣的自然生長環(huán)境中的香菜的揮發(fā)油中醛類物質含量顯著高于大棚溫室環(huán)境，而醛類物質是香菜特殊氣味重要的來源物質［23］。此外大棚溫室生長環(huán)境中的蒲公英揮發(fā)油中酯類物質的含量顯著高于室外樣品，酯類物質既是植物重要的香氣成分物質，也是蒲公英重要的藥性成分［24］。揮發(fā)油中特定組分含量的差異也導致自然生長環(huán)境與大棚溫室生長環(huán)境中的植物的品質呈現(xiàn)出一定的差異。

本試驗中塑料大棚溫室生長環(huán)境中的韭菜、蒲公英和香菜的揮發(fā)油中均檢測到了一定含量的鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二異辛酯和抗氧劑2246。鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二異辛酯常被作為塑料制品的增塑劑，而抗氧化劑2246則常被作為添加劑用于塑料制品的合成。隨著塑料大棚蔬菜栽培技術的迅速發(fā)展，塑料制品的大量使用導致增塑劑（如鄰苯二甲酸酯、鄰苯二甲酸二異辛酯）等有毒害的成分進入設施農(nóng)業(yè)環(huán)境，導致農(nóng)業(yè)環(huán)境的污染［25］。此外，本試驗中大棚溫室生長環(huán)境中的韭菜和蒲公英的揮發(fā)油中均檢測到一種增塑劑（鄰苯二甲酸二丁酯），而香菜揮發(fā)油中則檢測出鄰苯二甲酸丁基異癸酯和鄰苯二甲酸二異辛酯兩種增塑劑，表明不同植物對于增塑劑的吸收、富集能力存在著顯著的差異。

4 結論

植物生長環(huán)境的差異對韭菜、蒲公英和香菜的揮發(fā)油化學成分種類及各組分含量具有顯著的影響，這也導致了自然生長環(huán)境和大棚溫室生長環(huán)境中植物的品質存在一定的差異。隨著農(nóng)業(yè)集約化進程的加快，塑料制品在農(nóng)業(yè)活動中的大量使用導致土壤和農(nóng)產(chǎn)品均受到增塑劑等有害物質的污染。如何在提高塑料大棚溫室栽培植物品質的同時降低有害物質的含量則需要進一步深入的研究。