沉水樟與牛樟不同器官的精油化學(xué)成分分析

符 潮，袁佛根，劉 倩，章 挺，周松松，邱鳳英，劉 球

(1.江西省林業(yè)科學(xué)院，江西 南昌 330013； 2. 中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004；3.全南縣林業(yè)局，江西 全南 341800； 4.湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

沉水樟(Cinnamomummicranthum)是樟科(Lauraceae)樟屬(Cinnamomum)常綠闊葉喬木，是我國(guó)瀕危保護(hù)樹(shù)種，其樹(shù)形優(yōu)美，樹(shù)干通直，木材質(zhì)地堅(jiān)硬，是良好的材用與景觀樹(shù)種，主要分布于廣東、福建、江西、湖南等省，多為零散分布，極少為天然群落[1-2]。據(jù)中國(guó)植物志[3]記載，沉水樟與臺(tái)灣地區(qū)特有的牛樟(Cinnamomumkanehirae)為同一種，并進(jìn)行了異名合并處理，僅保留沉水樟作為唯一種名。然而，關(guān)于沉水樟與牛樟分類(lèi)的問(wèn)題還存在較大爭(zhēng)議，也有植物分類(lèi)研究者認(rèn)為兩者在形態(tài)學(xué)與分子生物學(xué)上具有差異性，應(yīng)劃分為兩個(gè)種[4-5]。

樟屬植物的根、莖、葉多富含天然精油，其化學(xué)成分種類(lèi)多樣，具有抗菌、消炎、抑制腫瘤等功效，廣泛應(yīng)用于香精香料、工業(yè)原料、醫(yī)療藥品等領(lǐng)域[6-7]。其中樟樹(shù)(Cinnamomumcamphora)、黃樟(Cinnamomumporrectum)、油樟(Cinnamomumlongepaniculatum)、少花桂(Cinnamomumpauciflorum)等樟屬植物已形成了一條包括種植、采收、提取、加工的完整產(chǎn)業(yè)鏈[8-9]。目前，針對(duì)沉水樟與牛樟的研究主要集中在其瀕危機(jī)制[10-11]、繁育技術(shù)[12-14]以及牛樟芝的功能[15-17]等方面，對(duì)于其精油的研究極少，而對(duì)于其不同器官精油化學(xué)成分含量的研究暫未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。因此，本研究以沉水樟與牛樟的根、莖、葉為材料，對(duì)比兩者不同器官的精油含量變化規(guī)律，旨在為沉水樟與牛樟的分類(lèi)、引種與資源利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

沉水樟材料來(lái)源于福建省建甌市萬(wàn)木林自然保護(hù)區(qū)(118.156474°E，27.051409°N；海拔319m)；牛樟材料來(lái)源于臺(tái)灣地區(qū)，于2015年引種種植于江西省林業(yè)科學(xué)院樟科植物資源保存圃中(115.812934°E，28.743841°N；海拔12m)。隨機(jī)選擇3～5年生沉水樟與牛樟各10株，分別采集根、莖、葉各3份新鮮樣品，其質(zhì)量分別為：根800～1000g，莖1000～1500g，葉300～400g。采集的鮮葉直接保存至樣品袋中，根、莖分別使用粉碎機(jī)將其粉碎成薄片裝入樣品袋中。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 精油提取

將所采集的根、莖、葉樣本分別放入回流式水蒸氣蒸餾裝置內(nèi)蒸餾2h，使用油水分離器分離、收集精油；收集到精油后，使用無(wú)水硫酸鈉去除水分，然后測(cè)量精油質(zhì)量，并計(jì)算精油含量。其計(jì)算公式為：精油含量=精油質(zhì)量(mg)/根(莖或葉)鮮質(zhì)量(g)。將提取的精油溶于無(wú)水乙醇(精油與乙醇的體積比為30∶970)配制成1ml混合液注入進(jìn)樣瓶中備用。

1.2.2 化學(xué)成分鑒定

(1)精油化合物成分鑒定。使用GC-MS分析鑒定精油化合物成分。分析用設(shè)備為日本島津生產(chǎn)的GCMS-QP2020質(zhì)譜儀，配備SH-Rxi-5Sil MS石英毛細(xì)管柱(30m×0.25mm×0.25μm)。使用氦氣作載氣，流速為1.0mL·min-1。在280℃的檢測(cè)器溫度下，將體積為1.0μL的樣品以1∶20的分流比注入GC。執(zhí)行GC-MS程序：初始溫度為60℃，持續(xù)2min；然后以5℃·min-1的速度逐漸升高，直到220℃，并在此溫度下保持20min。EI 離子源溫度為200℃，連接線溫度為230℃，電離能量為70eV，掃描速度為1000u·s-1，掃描間隔為0.50個(gè)·s-1碎片，質(zhì)量掃描范圍為50～600m·z-1。將精油化合物的質(zhì)譜與數(shù)字質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)(NIST 8.0)中可用的質(zhì)譜進(jìn)行比較，然后用正構(gòu)烷烴混合標(biāo)準(zhǔn)品(C8-C32)標(biāo)定，鑒定精油化合物成分[18]。

(2)精油化合物定量分析。利用6個(gè)濃度梯度的β-派烯、桉樹(shù)醇、2-十二烷酮和丁香酚生成各標(biāo)準(zhǔn)化合物的校準(zhǔn)曲線，按照?qǐng)?bào)告的程序計(jì)算并確定各自標(biāo)準(zhǔn)品的響應(yīng)因子和精油中每種化學(xué)成分的百分比[19-20]。

2 結(jié)果與分析

2.1 沉水樟與牛樟不同器官精油含量

統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果(圖1)表明：沉水樟的精油平均含量為1.11mg·g-1，牛樟的精油平均含量為2.78mg·g-1；沉水樟不同器官的精油含量大小排序?yàn)楦?2.46mg·g-1)>葉的(0.59mg·g-1)>莖的(0.28mg·g-1)；牛樟不同器官精油含量的大小排序?yàn)槿~的(4.91mg·g-1)>根的(2.72mg·g-1)>莖的(0.72mg·g-1)。沉水樟與牛樟根的精油含量差異較小，莖、葉的精油含量差異較大；牛樟莖、葉的精油含量分別為沉水樟的12.00、8.32倍。

圖1 沉水樟與牛樟不同器官精油含量Fig.1 Essential oil content in different organs of submerged Cinnamomum micranthum and Cinnamomum kanehirae

2.2 沉水樟與牛樟不同器官精油成分

表1結(jié)果表明：沉水樟與牛樟的根精油主要成分均為黃樟油素，含量分別為92.73%和87.75%。牛樟葉的精油成分主要為桉葉油素(56.88%)、α-松油醇(8.89%)、β-水芹烯(8.74%)、α-蒎烯(1.98%)；莖與葉精油成分相似，主要成分為桉葉油素(44.24%)、β-水芹烯(11.46%)、α-松油醇(7.94%)、α-蒎烯(2.68%)。沉水樟莖精油主要成分為：τ-木羅烯(16.25%)、菖蒲烯(14.1%)、氧化石竹烯(9.41%)、反式-橙花叔醇(3.81%)、杜松腦(3.71%)、香芹酮(3.60%)、芳樟醇(3.24%)；葉精油主要成分為：菖蒲烯(19.80%)、τ-木羅烯(17.70%)、氧化石竹烯(11.0%)、杜松腦(4.66%)、藍(lán)桉醇(3.43%)、β-檸檬醛(3.21%)。

表1 沉水樟與牛樟根、莖、葉中精油成分含量Tab.1Composition and relative content of essential oils from different organs of submerged Cinnamomum micranthum and Cinnamomum kanehirae%精油成分名稱精油成分含量沉水樟根沉水樟莖沉水樟葉牛樟根牛樟莖牛樟葉3-側(cè)柏烯0.000.000.000.000.360.33α-蒎烯0.000.110.000.002.681.98β-水芹烯0.000.000.000.0011.468.74β-蒎烯0.000.150.000.021.891.48月桂烯0.000.120.000.011.000.70α-水芹烯0.000.100.000.000.320.24α-松油烯0.000.000.000.000.120.16桉葉油素0.050.000.000.4444.2456.88反式-氧化芳樟醇0.000.060.000.000.771.61芳樟醇0.173.240.210.750.260.44β-松油醇0.000.000.000.010.430.54

2.3 沉水樟與牛樟不同器官精油化學(xué)成分分類(lèi)

將沉水樟與牛樟不同器官精油中共鑒定出的65種化學(xué)成分(見(jiàn)表1)進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)。結(jié)果(表2)表明：沉水樟根精油中含有33種化學(xué)成分，主要以碳?xì)浔栋胼婆c含氧倍半萜為主，占比分別為36.36%與27.27%；莖精油中含有44種化學(xué)成分，主要以碳?xì)浔栋胼婆c含氧單萜為主，占比分別為40.90%與25.00%；葉精油中含有40種化學(xué)成分，主要以碳?xì)浔栋胼婆c含氧倍半萜為主，占比分別為40.00%與37.5%。牛樟根、莖、葉精油中分別含有41、41、34種化學(xué)成分，化學(xué)成分均以含氧單萜與碳?xì)浔栋胼茷橹?；葉與莖精油中的碳?xì)鋯屋品N數(shù)均為7種，較根精油中的種數(shù)多，分別占比20.59%與17.07%。綜合分析表明，沉水樟的根、莖、葉精油中均主要以倍半萜類(lèi)化學(xué)成分為主，而牛樟的精油中除根精油以外，莖、葉精油中的化學(xué)成分均主要以單萜類(lèi)化學(xué)成分為主。

表2 沉水樟與牛樟不同器官精油成分分類(lèi)Tab.2Classification of essential oil components of different organs of submerged Cinnamomum micranthum and Cinnamomum kanehirae樹(shù)種化學(xué)成分種類(lèi)根精油莖精油葉精油種數(shù)占比/%種數(shù)占比/%種數(shù)占比/%碳?xì)鋯屋?0.0049.0900.00含氧單萜824.251125.00717.50沉水樟碳?xì)浔栋胼?236.361840.901640.00含氧倍半萜927.27613.641537.50非萜412.12511.3725.00總計(jì)33100.0044100.0040100.00碳?xì)鋯屋?4.88717.07720.59含氧單萜1331.711536.591235.30牛樟碳?xì)浔栋胼?331.711024.39823.53含氧倍半萜921.95614.63411.76非萜49.7537.3238.82總計(jì)41100.0041100.0034100.00

3 結(jié)論與討論

(1)沉水樟的精油平均含量為1.11 mg·g-1，牛樟的精油平均含量為2.78 mg·g-1；沉水樟與牛樟根的精油含量分別為2.46 mg·g-1和2.72 mg·g-1，兩者差異較小。牛樟莖、葉的精油含量明顯高于沉水樟的，牛樟莖、葉的精油含量分別為沉水樟莖、葉的12.00、8.32倍。

(2)沉水樟和牛樟根精油的主要化學(xué)成分為黃樟油素，其含量分別為92.73%和87.75%。這一特點(diǎn)與其他樟屬植物的相似，如黃樟、樟樹(shù)、油樟等樟屬植物根精油化學(xué)成分均為黃樟油素[21-23]。牛樟莖、葉精油有明顯的主要成分(桉葉油素)，其含量分別為44.24%、56.88%，并含有較多的β-水芹烯、α-松油醇等成分。沉水樟莖、葉精油的主成分不明顯，相對(duì)含量較高的菖蒲烯，其含量分別為14.10%、19.80%；τ-木羅烯的含量分別為16.25%、17.70%。

(3)沉水樟根、莖、葉精油的化學(xué)成分均以碳?xì)浔栋胼茷橹鳎Ｕ粮?、莖、葉精油的化學(xué)成分均以含氧單萜為主。已有研究[24-25]表明，牛樟葉精油的成分較為復(fù)雜，有芳樟醇型、桉葉油素型、肉豆蔻醛型等多種主成分占優(yōu)勢(shì)的化學(xué)類(lèi)型，而本研究中的沉水樟葉精油均為主成分不明顯的雜合化學(xué)類(lèi)型。

(4)沉水樟與牛樟的分類(lèi)問(wèn)題是樟屬植物系統(tǒng)發(fā)育研究的重要關(guān)注點(diǎn)，目前針對(duì)其分類(lèi)地位的探討依然存在較大爭(zhēng)議。由于兩者的形態(tài)學(xué)差異不明顯，在精油工業(yè)原料林種植、牛樟芝培育等產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用較為混亂。本研究結(jié)果表明，沉水樟莖、葉的精油含量極低，并且主要成分不明顯，沉水樟的莖、葉精油含量及化學(xué)成分與牛樟的均有較大差異，此差異可為其分類(lèi)與系統(tǒng)發(fā)育的研究提供參考。牛樟是臺(tái)灣地區(qū)特色經(jīng)濟(jì)樹(shù)種，近年來(lái)，已作為精油原料林在臺(tái)灣地區(qū)與福建省沿海地區(qū)栽培，而沉水樟由于其精油含量低，不適宜作為精油工業(yè)原料林進(jìn)行推廣種植，因此，在牛樟推廣種植過(guò)程中使用穩(wěn)定可靠的種質(zhì)資源是其精油產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。