芳香萬(wàn)壽菊葉片自然釋放的揮發(fā)性有機(jī)物構(gòu)成

劉暢 郭阿君

(北華大學(xué)，吉林省·吉林市，132013)

Volatile components from Tagetes lemmonii in the fresh leaf and dried leaves were determined by solid-phase microextraction (SPME) coupled with gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). In spring, summer and fall, a total of 57 compounds were identified from 10 classes of VOCs, and Ketones, terpenoids and alcohols were the major constituents. The results showed that: relative amount from high to low was ketones, terpenoids and alcohols. There are 11 identical substances from fresh leaf VOCs in spring, summer and fall. The main substances were (Z)-Tagetenone, 5,7-Octadien-4-one, 2,6-dimethyl-, (Z)-, 7-Octen-4-one, 2,6-dimethyl-from ketones. D-Limonene, trans-.beta.-Ocimene and sabinenewere the main substances from terpenoids. The main compound are Eucalyptol and Linalool from alcohols. A total of 53 compounds were identified from 12 classes of VOCs from dried leaves stored for 1 and 3 months. The results shown that D-Limonene, 5,7-Octadien-4-one, 2,6-dimethyl-,(Z)-, 7-Octen-4-one, 2,6-dimethyl-were the main substances.There are 7 identical substances in VOCs from dried leaves stored for 1 month and 3 months. After 3 months, 34 substances were added to the volatiles from dried leaves stored for 3 months, including (+)-α-pinene, α-Naginatene, (E)-Tagetone and (Z)-Tagetenone. This study clarified the differences of VOCs composition and relative amount from leaves in different seasons and storage time of Tagetes lemmonii.

芳香萬(wàn)壽菊(Tageteslemmonii)為菊科萬(wàn)壽菊屬，為多年生草本植物，原產(chǎn)于北美洲，又稱甜萬(wàn)壽菊、香葉萬(wàn)壽菊，國(guó)內(nèi)作為園藝觀賞品種引進(jìn)栽培。芳香萬(wàn)壽菊花期長(zhǎng)花量大，具有極高的觀賞價(jià)值，可食用可藥用，具有清熱去火、消炎解毒等功效[1-3]，且全株具濃郁香氣，可驅(qū)蚊蠅。芳香萬(wàn)壽菊與萬(wàn)壽菊(Tageteserecta)相比，植株更加飄逸、花朵清麗，芳香宜人，即便植株干燥后，依然有馥郁香氣。芳香萬(wàn)壽菊的諸多優(yōu)勢(shì)使其在園林綠化、食品、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域具有廣闊的開(kāi)發(fā)利用前景。

植物揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)是植物在自然狀態(tài)下通過(guò)體內(nèi)次生代謝途徑合成，并釋放到外界的揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)[4]，存在于植株的不同部位，具有顯著的凈化空氣、殺菌消毒等功能[5]，因此芳香植物被廣泛應(yīng)用于森林康養(yǎng)、康復(fù)景觀、芳香療法等領(lǐng)域。中醫(yī)的聞香治病，仍然是通過(guò)嗅聞藥物使芳香進(jìn)入體內(nèi)，作用于口鼻、肌膚、經(jīng)絡(luò)穴位等，以調(diào)整機(jī)體，避疫防病。植物揮發(fā)性有機(jī)化合物被集中提取出來(lái)成為植物精油，更可用于食品日化、醫(yī)療保健等諸多領(lǐng)域。利用植物揮發(fā)物的諸多功效，必須首先明確其化學(xué)組成。目前對(duì)萬(wàn)壽菊[6]、孔雀草[7]等精油自然釋放揮發(fā)物成分進(jìn)行了報(bào)道，但芳香萬(wàn)壽菊作為國(guó)內(nèi)時(shí)下的園林綠化植物，其形態(tài)、習(xí)性、栽培與應(yīng)用情況備受關(guān)注，對(duì)于其芳香特點(diǎn)，只進(jìn)行了定性的描述，還未對(duì)其進(jìn)行深入探討，對(duì)于芳香萬(wàn)壽菊自然釋放的揮發(fā)性物質(zhì)成分鮮有研究報(bào)道。

以吉林市露地栽培的當(dāng)年生芳香萬(wàn)壽菊為研究對(duì)象，采集不同生長(zhǎng)季節(jié)的健康植株葉片，利用固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)(SPME-GC-MS)，對(duì)芳香萬(wàn)壽菊揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)進(jìn)行組分分析，探討芳香萬(wàn)壽菊葉片的揮發(fā)性有機(jī)物組分隨季節(jié)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律；對(duì)健康生長(zhǎng)植物及自然干燥植株釋放的揮發(fā)性有機(jī)物組分進(jìn)行對(duì)比，分析芳香萬(wàn)壽菊揮發(fā)物組分的變化。為芳香萬(wàn)壽菊在芳香植物、保健型園林等領(lǐng)域的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

將試驗(yàn)用芳香萬(wàn)壽菊植株苗，于4月末去掉營(yíng)養(yǎng)缽直接移栽至校園內(nèi)全光照綠地環(huán)境，種植深度和營(yíng)養(yǎng)缽高度相同，種植后，覆土平整澆透水，無(wú)裸露的根部，養(yǎng)護(hù)過(guò)程沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有明顯緩苗期。植株定植后，新抽葉生長(zhǎng)至成熟進(jìn)行葉片采集。

1.2 葉片揮發(fā)物采集

2021年5、7、9月，每月20—25日，連續(xù)3天晴朗天氣后采樣，固定上午10:00—11:00隨機(jī)選取3株生長(zhǎng)良好的供試植株，每個(gè)植株選擇自頂芽的第2～3對(duì)成熟葉片，采集2片混勻，混勻后取樣3 g放入采樣瓶中密封備用。另取部分成熟健康葉片并于室內(nèi)環(huán)境(溫度(22±1)℃，濕度(39±2)%)下存放，避免陽(yáng)光直射，室溫下自然干燥。干燥葉片制成后，存放1個(gè)月后，稱取干燥葉1 g裝入采樣瓶密封備用，待存放3個(gè)月后，再稱取干燥葉1 g裝入采樣瓶密封備用。利用固相微萃取裝置(65 μm-PDMS/DVB萃取纖維頭，美國(guó)Supelco)萃取揮發(fā)物。

1.3 揮發(fā)物成分鑒定

利用GC-MS(Agilent 7890A-5975C)對(duì)芳香萬(wàn)壽菊的揮發(fā)物進(jìn)行化學(xué)成分的分析與鑒定。

色譜條件：HP-1MS型毛細(xì)管柱(美國(guó)Agilent 30 m×250 μm×0.25 μm)；色譜柱初始溫度50 ℃，以6 ℃·min-1升溫至100 ℃，保持1 min；然后以8 ℃·min-1升溫至150 ℃，保持1 min；再以12 ℃·min-1升溫至250 ℃，保持8 min。載氣為氦氣，流速1.2 mL/min，分流進(jìn)樣，分流比為40∶1，進(jìn)樣口溫度250 ℃。

選擇HP-1MS毛細(xì)管柱(30 m×250 μm×0.25 μm)，程序升溫起始溫度為50 ℃，以高純氦氣為載氣，流速1 mL·min-1；樣品不分流進(jìn)樣，離子源溫度230 ℃；質(zhì)量掃描范圍(m/z)45～450。

質(zhì)譜條件：EI離子源，電子能量70 eV；質(zhì)量掃描范圍(m/z)20～600；離子源溫度為230 ℃。利用標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜庫(kù)(NIST 2008)進(jìn)行對(duì)比，采用色譜峰面積歸一化法計(jì)算化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 芳香萬(wàn)壽菊葉片揮發(fā)物種類組成

由表1可知，7月20—25日測(cè)定結(jié)果中，新鮮葉片揮發(fā)物主要有萜類、酮類、醇類、醛類、酚類、酯類、酸類、烯烴、烷烴、呋喃類等10類化合物。3個(gè)時(shí)間段測(cè)定結(jié)果中，酮類、萜類、醇類為主要成分且為共有成分，各類質(zhì)量分?jǐn)?shù)由大到小的順序?yàn)橥?、萜類、醇類，但同類物質(zhì)中各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異顯著。5月20日—25日測(cè)定結(jié)果酮類物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，7月20—25日、9月20—25日測(cè)定結(jié)果中酮類物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著降低；5月20日—25日測(cè)定結(jié)果萜類物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，7月20—25日、9月20—25日測(cè)定結(jié)果中萜類物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著升高；3個(gè)時(shí)間段測(cè)定結(jié)果中，醇類物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)盡管呈現(xiàn)了顯著差異，但變化幅度遠(yuǎn)小于萜類、酮類物質(zhì)的變化。

表1 芳香萬(wàn)壽菊新鮮葉片揮發(fā)物成分

測(cè)定時(shí)間酚類種類質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%醛類種類質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%醇類種類質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%酮類種類質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%萜類種類質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%5月20—25日23.46636.920778.31158.7567月20—25日30.76420.92857.8311055.475731.4589月20—25日10.07658.0741055.4761032.461

5月20日—25日測(cè)定結(jié)果：酮類物質(zhì)共7種，酮類物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為78.311%；萜類物質(zhì)共5種，萜類物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.576%；醇類物質(zhì)共3種，醇類物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)6.92%。

7月20日—25日測(cè)定結(jié)果：酮類物質(zhì)共10種，酮類物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55.475%；萜類物質(zhì)共7種，萜類物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.458%；醇類物質(zhì)共5種，醇類物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)7.831%。

9月20日—25日測(cè)定結(jié)果：酮類物質(zhì)共10種，酮類物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55.476%；萜類物質(zhì)共10種，萜類物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.461%；醇類物質(zhì)共5種，醇類物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)8.074%。

由表2可知，自然干燥的芳香萬(wàn)壽菊葉片揮發(fā)物共鑒定出萜烯類、酯類、醇類、醛類等共12種化合物，以萜類、酮類化合物為主，且酮類物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于萜類。

表2 芳香萬(wàn)壽菊干燥葉片揮發(fā)物成分

存放時(shí)間酚類種類質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%醛類種類質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%醇類種類質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%烯烴類種類質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%酮類種類質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%萜類種類質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%存放1個(gè)月10.87222.20124.117469.667819.009存放3個(gè)月21.35030.51051.55031.230965.5801218.060

存放1個(gè)月后的干燥葉片揮發(fā)物中，酮類化合物共4種，酮類物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為69.677%；萜類物質(zhì)共8種，萜類物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為19.009%。

存放3個(gè)月后的干燥葉片揮發(fā)物中，酮類化合物共9種，酮類物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65.580%；萜類物質(zhì)共12種，酮類物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.060%。

2.2 不同時(shí)段芳香萬(wàn)壽菊新鮮葉片揮發(fā)物的主要成分

由表3可知，不同時(shí)段芳香萬(wàn)壽菊葉片釋放的揮發(fā)性組分和質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在差異。

表3 芳香萬(wàn)壽菊不同季節(jié)揮發(fā)物成分與質(zhì)量分?jǐn)?shù)

5月20—25日測(cè)定結(jié)果：芳香萬(wàn)壽菊葉片共檢測(cè)出20種有機(jī)化合物，其中，有15種有機(jī)化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1%，15種有機(jī)化合物的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97.446%。揮發(fā)性有機(jī)化合物的主要成分為：(Z)-2,6-二甲基-2,5,7-三烯-4-酮(34.6270%)、(Z)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮(28.497%)、2,6-二甲基辛-7-烯-4-酮(7.984%)、(E)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮(4.789%)等。

7月20—25日測(cè)定結(jié)果：芳香萬(wàn)壽菊葉片共檢測(cè)出37種有機(jī)化合物，其中，有12種有機(jī)化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1%，12種有機(jī)化合物的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為91.906%。揮發(fā)性有機(jī)化合物的主要成分為：2,6-二甲基辛-7-烯-4-酮(22.025%)、(Z)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮(20.946%)、(E)-Β-羅勒烯(12.94%)、(+)-檸檬烯(11.118%)、檜烯(5.278%)等。

9月20—25日測(cè)定結(jié)果：芳香萬(wàn)壽菊葉片共檢測(cè)出34種有機(jī)化合物，其中，有13種有機(jī)化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1%，13種有機(jī)化合物的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為93.717%。揮發(fā)性有機(jī)化合物的主要成分為：(Z)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮(28.219%)、2,6-二甲基辛-7-烯-4-酮(15.334%)、(+)-檸檬烯(11.102%)、(E)-Β-羅勒烯(10.594%)、檜烯(7.943%)、桉葉油醇(6.401%)。

3個(gè)時(shí)段測(cè)定結(jié)果中，共有的成分主要集中在酮類、醇類和萜類。其中，檜烯、桉葉油醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從5月20—25日至9月20—25日顯著提升，5月20—25日至9月20—25日檜烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.600%提升至7.943%，桉葉油醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由2.587%提升至6.401%；(+)-檸檬烯自5月20—25日至7月20—25日由1.190%提升至11.118%，由7月20—25日至9月20—25日的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)穩(wěn)定；(E)-Β-羅勒烯、2,6-二甲基辛-7-烯-4-酮、蒿酮、芳樟醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化則表現(xiàn)為由5月20—25日至7月20—25日升高，由7月20—25日至9月20—25日回落；5月20—25日、7月20—25日、9月20—25日(E)-Β-羅勒烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2.864%、12.940%、10.594%，變化幅度較大；5月20—25日、7月20—25日、9月20—25日2,6-二甲基辛-7-烯-4-酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為7.984%、22.025%、15.334%，變化幅度較大。而3-異丙基-6-甲基-2-環(huán)己烯-1-酮、(Z)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化則表現(xiàn)為由5月20—25日至7月20—25日下降，由7月20—25日至9月20—25日上升。由5月20—25日至9月20—25日，(Z)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為28.497%、20.946%、28.219%，變化幅度較大，而3-異丙基-6-甲基-2-環(huán)己烯-1-酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化較緩和。(E)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮、(Z)-2,6-二甲基-2,5,7-三烯-4-酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由5月20—25日至9月20—25日表現(xiàn)為下降。由5月20—25日至9月20—25日，(Z)-2,6-二甲基-2,5,7-三烯-4-酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為34.627 0%、2.233 0%、1.845 0%，變化幅度較大，而(E)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化較緩和。

2.3 不同保存時(shí)長(zhǎng)芳香萬(wàn)壽菊干葉揮發(fā)性化合物的成分

由表4可知，不同存放時(shí)間的芳香萬(wàn)壽菊葉片揮發(fā)性組分和質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在較大差異。

表4 芳香萬(wàn)壽菊干葉不同保存時(shí)間揮發(fā)物成分與質(zhì)量分?jǐn)?shù)

自然存放1個(gè)月的芳香萬(wàn)壽菊干葉鑒定出19種化合物，其中，有10種化合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1%，10種揮發(fā)性化合物的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92.101%。以2,6-二甲基辛-7-烯-4-酮(61.833%)為主要成分，其余質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的有(+)-檸檬烯(7.636%)、(E)-β-羅勒烯(4.696%)、(Z)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮(6.639%)。

自然存放3個(gè)月的芳香萬(wàn)壽菊干葉鑒定出41種化合物，其中，有12種揮發(fā)性化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1%，12種揮發(fā)性化合物的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90.381%。主要成分包括2,6-二甲基辛-7-烯-4-酮(28.31%)、(Z)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮(25.74%)、蒎烯(7.64%)、3-甲基-2-(3-甲基-2-丁烯基)呋喃(5.8%)、(E)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮(4.96%)、(Z)-2,6-二甲基-2,5,7-三烯-4-酮(4.73%)。

發(fā)現(xiàn)自然存放1個(gè)月與存放3個(gè)月的干葉揮發(fā)性化合物中，(+)-檸檬烯、(Z)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮、2,6-二甲基辛-7-烯-4-酮是共有的主要成分，但隨著存放時(shí)間的延長(zhǎng)，(+)-檸檬烯、2,6-二甲基辛-7-烯-4-酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著降低，(+)-檸檬烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)由7.636%降低至3.89%，2,6-二甲基辛-7-烯-4-酮由61.833%降低至28.31%；(Z)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著上升，由6.639%升至25.74%。

芳香萬(wàn)壽菊干葉存放3個(gè)月后，釋放的揮發(fā)性化合物組分中增加了34種化合物，其中蒎烯(7.64%)、3-甲基-2-(3-甲基-2-丁烯基)呋喃(5.8%)、(E)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮(4.96%)、(Z)-2,6-二甲基-2,5,7-三烯-4-酮(4.73%)、草蒿腦(2.75%)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，其余29種化合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在1%以下；(E)-β-羅勒烯、反式-β-金合歡烯已檢測(cè)不到。

3 結(jié)論與討論

自然生長(zhǎng)的芳香萬(wàn)壽菊揮發(fā)性化合物以酮類、萜類、醇類化合物為主，測(cè)定的3個(gè)時(shí)段中(5月20—25日、7月20—25日、9月20—25日)均以酮類化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，酮類化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55.475%～78.311%；其次為萜類化合物，萜類化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.876%～32.461%；醇類化合物也是芳香萬(wàn)壽菊典型香氣成分中重要組成部分，醇類化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.92%～8.074%。新鮮芳香萬(wàn)壽菊葉片揮發(fā)性化合物種類組成以7月20—25日、9月20—25日居多?；厝鹑A等[8]利用蒸餾萃取得到的同屬植物萬(wàn)壽菊(Tageteserecta)揮發(fā)油，分析認(rèn)為萬(wàn)壽菊揮發(fā)油主要成分包括萜烯類化合物、酮類化合物，萬(wàn)壽菊揮發(fā)油的具體包括檸檬烯、3,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇、1-環(huán)己基-2-甲基-丙烯-2-酮和3-甲基-6-(1-甲乙基)-2-環(huán)己烯-1-酮和芳樟醇等有機(jī)化合物。這與芳香萬(wàn)壽菊自然釋放揮發(fā)性化合物組分差異明顯但存在共有成分。植物的遺傳特性、發(fā)育狀態(tài)以及環(huán)境因素是影響揮發(fā)物釋放的主要因子，這也解釋了萬(wàn)壽菊、芳香萬(wàn)壽菊盡管為同屬植物但揮發(fā)性化合物組分不盡相同的原因。

干燥的芳香萬(wàn)壽菊存放過(guò)程中主要成分依然以萜類、酮類化合物為主，主要由檸檬烯、(Z)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮、2,6-二甲基辛-7-烯-4-酮等化合物構(gòu)成，與芳香萬(wàn)壽菊的新鮮葉片揮發(fā)性化合物成分具有極高的相似性，干燥的芳香萬(wàn)壽菊葉片香氣組成上仍具有明顯的芳香萬(wàn)壽菊特征。芳香萬(wàn)壽菊干燥葉片自然存放1個(gè)月，揮發(fā)性化合物與新鮮葉片揮發(fā)性化合物成分重復(fù)率達(dá)59%，存放3個(gè)月后，干葉與新鮮葉片揮發(fā)性化合物成分重復(fù)率降為41%。在3個(gè)月的存放過(guò)程中，芳香萬(wàn)壽菊干葉香氣逐漸變淡，葉色稍變黃。隨著存放時(shí)間的延長(zhǎng)，香氣組成上雖仍具有明顯的芳香萬(wàn)壽菊特征，但干葉揮發(fā)性化合物組分顯著增多，新增化合物的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為38.64%，應(yīng)為存放過(guò)程中葉片吸濕、氧化等反應(yīng)后的產(chǎn)物。