彎蒴杜鵑花朵揮發(fā)性成分的特點(diǎn)1)

楊華 宋緒忠

(浙江省林業(yè)科學(xué)研究院,杭州,310023)

彎蒴杜鵑(RhododendronhenryiHance.)為杜鵑花屬(Rhododendron)馬銀花亞屬(Subgen.Azaleastrum)常綠植物[1],分布于中國(guó)浙江、江西、福建、臺(tái)灣、廣東、廣西等省份海拔500～1 000 m的林內(nèi)[2-3]。彎蒴杜鵑的花朵大,單朵花盛開(kāi)時(shí)花徑可達(dá)6～10 cm,花色淡紫紅色或粉紅色[3],花朵具有明顯的香味,是一種有利用價(jià)值的觀(guān)賞性狀之一。然而,目前彎蒴杜鵑分布數(shù)量有限,少有研究者開(kāi)展研究,處于未開(kāi)發(fā)的狀態(tài)。本研究利用頂空固相微萃取氣質(zhì)聯(lián)用儀(HS-SPME-GC-MS),對(duì)其花朵的開(kāi)放過(guò)程及花瓣、雌雄蕊揮發(fā)性成分進(jìn)行測(cè)定,較為全面的分析彎蒴杜鵑花朵揮發(fā)性成分的特點(diǎn)。

眾所周知,植物花朵的香氣是其重要的觀(guān)賞性狀,適宜的香氣可以為植物的觀(guān)賞價(jià)值加分,如桂花(Osmanthusfragrans)的花朵,小且不美觀(guān),但它的香氣深受人們喜愛(ài),成為眾多城市普遍種植的綠化樹(shù)種。當(dāng)前,利用固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(SPME-GC-MS)研究觀(guān)賞植物的花朵揮發(fā)性成分已有相當(dāng)多的報(bào)道[4-10],包括杜鵑屬植物花朵的研究[11-14],另外四川杜鵑(R.sutchuenense)和美容杜鵑(R.calophytum)[15-16]通過(guò)提取揮發(fā)油也分析了揮發(fā)性成分。花香主要包括萜烯類(lèi)、苯環(huán)/苯丙素類(lèi)、脂肪酸類(lèi)及硫氮化合物[17]。不同植物花朵揮發(fā)物成分組合不同,或者不同花朵存在相同的香氣成分,但揮發(fā)物成分比例不同,都會(huì)表現(xiàn)出不一樣的花香特征。本研究從香氣的角度分析彎蒴杜鵑應(yīng)用價(jià)值,為評(píng)價(jià)彎蒴杜鵑觀(guān)賞價(jià)值提供數(shù)據(jù),促進(jìn)其開(kāi)發(fā)和利用,也為發(fā)掘杜鵑花香基因提供參考。

1 材料與方法

試驗(yàn)材料:彎蒴杜鵑以黃壤為基質(zhì),栽于9.5 L塑料盆中,置于浙江省林業(yè)科學(xué)研究院苗圃(30°13′9″N,120°1′26″E)。2022年3月下旬08:30—09:00期間,選擇處于盛花期的2株彎蒴杜鵑,采集處在不同開(kāi)花時(shí)期花各1朵,立刻密封于15 mL的采樣瓶?jī)?nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室,同一開(kāi)花時(shí)期重復(fù)3次。樣品采集時(shí)期為4個(gè)開(kāi)花過(guò)程:花蕾期(花朵的苞片打開(kāi),花瓣未打開(kāi)的狀態(tài));半開(kāi)放期(花瓣略微打開(kāi)的狀態(tài));盛開(kāi)期(花瓣完全打開(kāi)的當(dāng)天);凋落期(完全開(kāi)放3 d以上)。另取盛開(kāi)期的花朵,花瓣和雌雄蕊分別取樣,重復(fù)3次。

頂空固相微萃取:試驗(yàn)方法參照文獻(xiàn)[12]的方法,頂空萃取50 min,取出后立即插入色譜儀進(jìn)樣口(溫度250 ℃)脫附1 min。

氣相色譜質(zhì)譜分析:試驗(yàn)方法參照文獻(xiàn)[12]的方法。所得質(zhì)譜于美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(NIST)譜庫(kù)進(jìn)行檢索,人工分析鑒定出各樣品揮發(fā)性成分,并求平均值作為最終數(shù)值,揮發(fā)性成分占色譜總餾出峰面積的100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 4個(gè)開(kāi)花過(guò)程揮發(fā)性成分種類(lèi)及相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)

通過(guò)氣相色譜和質(zhì)譜分析,獲得各樣品花香成分總離子流圖(圖1),采用保留指數(shù)定性的方法并輔助質(zhì)譜檢索,獲得各樣品的揮發(fā)性成分,結(jié)果見(jiàn)表1。

A為花蕾期;B為半開(kāi)放期;C為盛開(kāi)期;D為凋落期;E為花瓣;F為雌雄蕊。

表1 彎蒴杜鵑開(kāi)花過(guò)程各揮發(fā)性化學(xué)成分相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)

從表1可以看出,彎蒴杜鵑花朵4個(gè)開(kāi)放過(guò)程檢測(cè)出49種揮發(fā)性成分,各過(guò)程揮發(fā)性成分?jǐn)?shù)量呈先升高后降低的變化趨勢(shì)。盛開(kāi)期花朵揮發(fā)性成分的種類(lèi)最多,有33種,花蕾期花朵揮發(fā)性成分的種類(lèi)最少,只有9種。有20種揮發(fā)性成分只出現(xiàn)在一個(gè)開(kāi)花過(guò)程中,僅有羅勒烯和(+)-表雙環(huán)倍半水芹烯2種揮發(fā)性成分在各開(kāi)花過(guò)程中均有出現(xiàn)。花蕾期芳樟醇相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高,達(dá)55.47%;半開(kāi)放期、盛開(kāi)期、凋落期都以苯甲酸甲酯相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高,分別達(dá)36.54%、38.23%、37.22%。

從表2可以看出,在4個(gè)花朵開(kāi)放過(guò)程中,揮發(fā)性成分可以歸為5類(lèi)化合物,種類(lèi)最多的化合物為萜烯類(lèi)化合物,有22種,占化合物總數(shù)量的44.90%;其次是芳香烴類(lèi)化合物和醇類(lèi)化合物,各有10種,占化合物總數(shù)量的20.41%;醛類(lèi)化合物最少,僅有1種,占化合物總數(shù)量的2.04%?；ɡ倨诖碱?lèi)化合物相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高,占55.47%;半開(kāi)放期、盛開(kāi)期、凋落期以酯類(lèi)化合物為主,分別占45.62%、52.88%、55.84%,且隨開(kāi)花時(shí)間推移,占比越來(lái)越高。萜烯類(lèi)化合物相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4個(gè)開(kāi)放過(guò)程中都排第二。

2.2 4個(gè)開(kāi)放過(guò)程揮發(fā)性成分的變化規(guī)律

從表1可以看出,在4個(gè)開(kāi)放過(guò)程中,部分揮發(fā)性成分表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律,主要有4類(lèi):

(1)相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)先升高再降低的揮發(fā)性成分有:(+)-表雙環(huán)倍半水芹烯、[s-(E,E)]-1-甲基-5-甲乙基-8-(1甲乙基)-1,6-環(huán)癸二烯、(Z)-羅勒烯、苯甲酸甲酯4個(gè);

(2)相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)先降低再升高的揮發(fā)性成分有:(E)-羅勒烯、羅勒烯、α-蓽澄茄油烯、可巴烯、[3aS-(3a.α.,3b.β.,4.β.,7.α.,7aS*)]8氫-7-甲基-3-亞甲基-4-(1-甲乙基)-1H-環(huán)戊醇[1,3]環(huán)丙烷[1,2]苯、(1S-cis)-1,2,3,5,6,8a-六氫-4,7-二甲基-1-(1-甲乙基)萘6個(gè);

(3)相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷升高的揮發(fā)性成分有:月桂烯、苯甲酸乙酯、水楊酸甲酯、(1α,4aα,8aα)-1,2,4a,5,6,8a-六氫-4,7-二甲基-1-(1-甲乙基)萘、[1R-(1α,4aα,8aα)]-1,2,4a,5,6,8a-六氫-4,7-二甲基-1-(1-甲乙基)萘、α-白菖考烯、合金歡醛7個(gè);

(4)相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷降低的揮發(fā)性成分有:α-蒎烯、癸酸甲酯、反式石竹烯、s-(E,E)-1-甲基-5-亞甲基-8(1-甲乙基)-1,6-環(huán)癸二烯、白菖烯、(1α,4aα,8aα)-1,2,3,4,4a,5,6,8a-八氫-7-甲基-4-亞甲基-1-(1-甲乙基)-萘、1,2,4a,5,6,8a-六氫-4,7-二甲基-1-(1-甲乙基)萘、(1S-cis)-1,2,3,4-四氫-1,6-二甲基-4-(1-甲乙基)萘、1,2,3,4,4a,7-六氫-1,6-二甲基-4-(1-甲乙基)萘、1,1,6三甲基-1,2二氫萘、橙花叔醇2、3,7,11-三甲基-2,6,10-十二烷三烯-1-醇12個(gè);

其余成分在4個(gè)開(kāi)放過(guò)程中只出現(xiàn)一次。

表2 不同種類(lèi)揮發(fā)性成分的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)

從表2可以看出,在4個(gè)花朵開(kāi)放過(guò)程中,5類(lèi)化合物的變化規(guī)律是:醇類(lèi)化合物相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈降低-升高-降低的變化趨勢(shì),芳香烴類(lèi)化合物相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈先降低后升高的變化趨勢(shì),醛類(lèi)和酯類(lèi)化合物相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈逐漸升高的變化趨勢(shì),萜烯類(lèi)化合物相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈先升高再降低的變化趨勢(shì)。

2.3 花瓣與雌雄蕊揮發(fā)性成分種類(lèi)及相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)

從表1可以看出,彎蒴杜鵑花朵花瓣與雌雄蕊檢測(cè)出42種揮發(fā)性成分,揮發(fā)性成分存在明顯差異。有10種揮發(fā)性成分只出現(xiàn)在花瓣中,主要是(Z)-羅勒烯,在花瓣中的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23.25%;有18種揮發(fā)性成分只出現(xiàn)在雌雄蕊中,主要是α-依蘭油烯,在雌雄蕊中的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.21%。但花瓣和雌雄蕊都以苯甲酸甲酯相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高,分別達(dá)43.16%和17.70%?；ò曛?Z)-羅勒烯相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)次高,達(dá)23.25%;雌雄蕊中[s-(E,E)]-1-甲基-5-甲乙基-8-(1甲乙基)-1,6-環(huán)癸二烯相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)次高,達(dá)16.55%。

從表2可以看出,在花瓣與雌雄蕊的檢測(cè)中,揮發(fā)性成分可以歸為5類(lèi)化合物,種類(lèi)最多的化合物為萜烯類(lèi)化合物,有19種,占化合物總數(shù)量的45.24%;其次是芳香烴類(lèi)化合物,有10種,占化合物總數(shù)量的23.81%;醛類(lèi)化合物最少,僅有1種,占化合物總數(shù)量的2.38%?；ò暌怎ヮ?lèi)化合物為主,相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)63.46%,雌雄蕊以萜烯類(lèi)化合物為主,相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)45.69%。

3 討論

彎蒴杜鵑花朵4個(gè)開(kāi)放過(guò)程檢測(cè)出49種揮發(fā)性成分,花瓣與雌雄蕊檢測(cè)出42種揮發(fā)性成分,共檢測(cè)出60種揮發(fā)性成分。部分揮發(fā)性成分只在花瓣或雌雄蕊檢測(cè)中出現(xiàn)或未出現(xiàn),因?yàn)椴皇峭欢浠?存在成分差異,也是采集花朵在開(kāi)放時(shí)間上并不能完全一致等多種原因造成的。與其他含有香氣的觀(guān)賞植物相比,彎蒴杜鵑花香揮發(fā)性成分的種類(lèi)較多,如同屬不同組的馬銀花(R.ovatum)花朵揮發(fā)性成分有57種[12],而同屬同組的刺毛杜鵑(R.championae)花蕾期和盛開(kāi)期只檢測(cè)出23種化合物[13],鹿角杜鵑(R.latoucheae)整個(gè)開(kāi)花過(guò)程共檢測(cè)出37種揮發(fā)性成分[14]。

彎蒴杜鵑花蕾期芳樟醇相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高,達(dá)55.47%;半開(kāi)放期、盛開(kāi)期、凋落期、花瓣和雌雄蕊都以苯甲酸甲酯相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高,分別達(dá)36.54%、38.23%、37.22%、43.16%、17.70%。與同亞屬的杜鵑花朵主要揮發(fā)性成分相比,種類(lèi)并不相同,馬銀花花蕾期和凋落期相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為蒎烯,其他過(guò)程相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為肉桂酸甲酯和6,9-十七碳二烯[12];鹿角杜鵑4個(gè)開(kāi)花過(guò)程相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為羅勒烯和反式石竹烯,盛開(kāi)期芳樟醇也是主要成分[14]。芳樟醇在彎蒴杜鵑花蕾期存在,隨后則消失了,轉(zhuǎn)化為羅勒烯及其他成分,羅勒烯可以由芳樟醇反應(yīng)轉(zhuǎn)化而來(lái)。苯甲酸甲酯具有濃郁的冬青油和尤南迦油香氣,可用于配制香水香精和人造精油,也大量用于食品中,在彎蒴杜鵑大多數(shù)開(kāi)放過(guò)程中苯甲酸甲酯都是主要揮發(fā)性成分,是特征香氣成分之一,說(shuō)明其花香是一種令人舒適的氣味。在彎蒴杜鵑花朵開(kāi)放的整個(gè)過(guò)程中,只有羅勒烯和(+)-表雙環(huán)倍半水芹烯2種揮發(fā)性成分在4個(gè)開(kāi)放過(guò)程中一直存在。羅勒烯相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,是彎蒴杜鵑特征香氣成分之一。許多花卉都含有羅勒烯這種具有草香、花香并伴有橙花油氣息的香氣成分,如在郁香野茉莉(Styraxodoratissimus)中,羅勒烯相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高[18],樟樹(shù)(Cinnamomumcamphora)中也含有該種香氣成分[19]。彎蒴杜鵑的主要花香成分苯甲酸甲酯和羅勒烯在凋落期時(shí)仍保持較高水平,是為了在最后的開(kāi)花階段保持較高的香氣,吸引昆蟲(chóng)完成授粉,提高自然結(jié)實(shí)率。

多數(shù)揮發(fā)性成分在不同開(kāi)放過(guò)程中發(fā)生降低、升高或消失的情況,這是因?yàn)榛ǘ鋸牟粩嗯虼蟮介_(kāi)放到最后凋落,其內(nèi)釋放的揮發(fā)性成分經(jīng)過(guò)脫氫、脫氧、催化、降解等一系列反應(yīng),積累或生成新的化合物參與代謝,從而引起揮發(fā)性成分的種類(lèi)及相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)發(fā)生變化[20]。揮發(fā)性成分中萜烯類(lèi)化合物種類(lèi)最多,共檢測(cè)出26種,在不同開(kāi)放過(guò)程也占據(jù)了重要的比重,說(shuō)明它是彎蒴杜鵑揮發(fā)性成分中主要的一類(lèi)化合物。

目前關(guān)于植物花朵不同部位的揮發(fā)性成分特點(diǎn)研究不多,多數(shù)認(rèn)為植物花朵的花瓣是主要的花香釋放部位,同時(shí)雄蕊和雌蕊也釋放少量香氣。Liu et al.[21]對(duì)玉簪屬(Hosta)植物研究發(fā)現(xiàn),花被部分、雌蕊和雄蕊部分散發(fā)的氣味相似,各揮發(fā)性成分相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)略有差異。而彎蒴杜鵑花朵花瓣與雌雄蕊揮發(fā)性成分存在明顯差異,有10種揮發(fā)性成分只出現(xiàn)在花瓣中,有18種揮發(fā)性成分只出現(xiàn)在雌雄蕊中。雖然花瓣和雌雄蕊都以苯甲酸甲酯相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高,但組合后可以形成不同的香味,進(jìn)而吸引不同的昆蟲(chóng)前來(lái)采蜜或食用,從而有利于自然授粉的完成。花瓣與雌雄蕊這一差異在其他植物中是怎樣的情況,值得更廣泛的研究。

通過(guò)對(duì)彎蒴杜鵑花朵開(kāi)放的4個(gè)過(guò)程所含的揮發(fā)性花香成分以及2個(gè)部位花器官的揮發(fā)性花香成分檢測(cè),共檢測(cè)出60種揮發(fā)性成分,其中芳樟醇、苯甲酸甲酯和羅勒烯是相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的化合物,是彎蒴杜鵑特征香氣成分,只是不同開(kāi)放過(guò)程成分及相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)有差別?；ò旰痛菩廴飺]發(fā)性成分存在明顯差異。彎蒴杜鵑花朵香味無(wú)對(duì)人不利的揮發(fā)性成分,主要的特征香氣成分還給人舒適的感覺(jué),有利于在園林綠化中應(yīng)用,彎蒴杜鵑是值得開(kāi)發(fā)的一種杜鵑花種類(lèi)。