不同地理分布水松葉揮發(fā)性成分差異

摘""要：為探究水松（Glyptostrobus"pensilis）葉揮發(fā)性成分的地理變化規(guī)律，本研究采用GC-MS方法測定廣西6個(gè)地理分布（賓陽縣、天等縣、雁山區(qū)、蒼梧縣、平樂縣和覃塘區(qū)）的野生水松葉揮發(fā)物成分。結(jié)果表明：不同地理分布水松葉揮發(fā)性成分共檢測出139種化學(xué)成分，其中，萜烯類的α-蒎烯和D-檸檬烯在各地理分布中的相對含量均較高，分別為18.61%～28.32%、16.80%～49.02%。通過對比6個(gè)地理分布水松葉揮發(fā)性成分發(fā)現(xiàn)，覃塘區(qū)水松葉揮發(fā)物種類最少，賓陽縣的最多；雁山區(qū)的醇類、芳香烴類、醚類、醛類、萜烯類、酮類和酯類相對含量均最低，而天等縣的芳香烴類、酚類、醚類、醛類、酸類、萜烯類和烷烴類相對含量均最高。不同地理分布水松葉揮發(fā)性成分主成分分析表明，前3個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)97.53%，可以反映大部分成分信息，其中，醚類、萜烯類、烷烴類、芳香烴類、酸類、烯烴類、酚類、酯類、酮類、醇類和其他類的特征向量絕對值較大，是區(qū)分不同地理分布水松的差異性物質(zhì)。聚類分析結(jié)果顯示，覃塘區(qū)、蒼梧縣和雁山區(qū)聚為一組，平樂縣和賓陽縣聚為一組，天等縣單獨(dú)為一組。揮發(fā)性成分與環(huán)境因子的相關(guān)性分析表明，經(jīng)度和海拔對揮發(fā)性成分含量的影響最大。本研究結(jié)果可為水松的培育和資源利用提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水松；揮發(fā)性成分；GC-MS；地理變化中圖分類號(hào)：S791.24；R284.1""""""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Differences"in"Volatile"Components"of"Glyptostrobus"pensilis"Leaves"from"Different"Geographic"Distributions

YANG"Xiaojuan1，"LIU"Shinan1，"DENG"Biyu2，3，"LU"Zhihai1，"HUANG"Anshu2，3，"LIANG"Yongyan2，3*

1."College"of"Forestry，"Guangxi"University"/"Guangxi"Colleges"and"Universities"Key"Laboratory"for"Cultivation"and"Utilization"of"Subtropical"Forest"Plantation，"Nanning，"Guangxi"530004，"China;"2."Guangxi"Forest"Resources"and"Environment"Monitoring"Center，"Nanning，"Guangxi"530028，"China;"3."Guangxi"Beihai"Wetland"Ecosystem"National"Observation"and"Research"Station，"Beihai，"Guangxi"536000，"China

Abstract："GC-MS"method"was"utilized"to"determine"the"volatile"components"of"wild"Glyptostrobus"pensilis"leaves"from"six"geographic"distributions"in"Guangxi"（Binyang"county，"Tiandeng"county，"Yanshan"district，"Cangwu"county，"Pingle"county"and"Qintang"district）"to"investigate"the"geographic"variation"patterns"of"volatile"components"in"the"leaves."A"total"of"139"chemical"components"were"detected"in"the"volatile"components"of"the"leaves"from"different"geographic"distributions."Terpenes"α-pinene"and"D-limonene"had"relatively"high"contents"across"all"geographic"distributions，"ranging"from"18.61%"to"28.32%"and"16.80%"to"49.02%，"respectively."Qintang"had"the"fewest"volatile"species，"while"Binyang"had"the"most."The"relative"contents"of"alcohols，"aromatic"hydrocarbons，"ethers，"aldehydes，"terpenes，"ketones"and"esters"were"the"lowest"in"Yanshan，"whereas"the"relative"contents"of"aromatic"hydrocarbons，"phenols，"ethers，"aldehydes，"acids，"terpenes"and"alkanes"were"the"highest"in"Tiandeng."Principal"component"analysis"（PCA）"showed"that"the"cumulative"contribution"rate"of"the"first"three"principal"components"reached"97.53%，"reflecting"most"of"the"component"information."The"absolute"values"of"characteristic"vectors"for"ethers，"terpenes，"alkanes，"aromatic"hydrocarbons，"acids，"olefins，"phenols，"lipids，"ketones，"alcohols"and"other"compounds"were"larger，"indicating"these"are"the"differential"substances"distinguishing"the"different"geographic"distributions"of"G."pensilis."Cluster"analysis"results"showed"that"Qintang，"Cangwu"and"Yanshan"clustered"into"one"group，"Pingle"and"Binyang"clustered"into"another"group，"and"Tiandeng"formed"a"separate"group."Correlation"analysis"between"volatile"components"and"environmental"factors"indicated"that"longitude"and"altitude"had"the"greatest"impact"on"the"content"of"volatile"components."The"study"would"provide"reference"for"the"cultivation"and"resource"utilization"of"G."pensilis.

Keywords："Glyptostrobus"pensilis;"volatile"components;"GC-MS;"geographical"variation

DOI："10.3969/j.issn.1000-2561.2025.02.019

植物在生長發(fā)育過程中會(huì)釋放大量的次生代謝物，其中，揮發(fā)性有機(jī)物具有抗氧化、抗菌、抗癌等特性[1]，能凈化空氣、改善身心健康，目前已被廣泛用于食品、飲料、藥品、香水和化妝品行業(yè)[2]。據(jù)報(bào)道，揮發(fā)性成分對植物的生長發(fā)育也起到了至關(guān)重要的作用，揮發(fā)性有機(jī)物作為生長發(fā)育的調(diào)控信號(hào)，有助于植物抵抗外界脅迫并保護(hù)植物自身[3]。如在環(huán)境壓力下，植物能在幾秒內(nèi)迅速釋放有機(jī)物，并在重復(fù)受傷等特殊情況下持續(xù)釋放多日，以觸發(fā)和誘導(dǎo)植物作出防御[4]；通過信號(hào)傳導(dǎo)，這些揮發(fā)性有機(jī)物還能改變植物激素的動(dòng)態(tài)平衡，對生物和非生物脅迫作出響應(yīng)[5]。近年來，人們發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性有機(jī)物的釋放受海拔、濕度、溫度等影響[6]。任瑞芬等[7]研究了百里香（Thymus"mongolicus）揮發(fā)性物質(zhì)種源變化差異，發(fā)現(xiàn)其萜烯類物質(zhì)與經(jīng)緯位置、海拔、生態(tài)環(huán)境因子以及土壤酸堿度存在顯著相關(guān)性；陳亞菲等[8]認(rèn)為溫度和相對濕度對地錢（Marchantia"polymorpha）的揮發(fā)性成分影響最大；劉圓圓等[9]研究發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)的山胡椒（Litsea"cubeba）葉揮發(fā)物種類和含量相差較大，可能是當(dāng)?shù)靥厥鈿夂蛩?。由此可見，不同地理分布下植物揮發(fā)物存在差異，探究其差異來源對植物的保護(hù)和利用具有重要意義。

水松（Glyptostrobus"pensilis）為柏科（Cupressaceae）水松屬（Glyptostrobus"Endl）植物，是我國的特有樹種，屬國家一級保護(hù)植物，

被稱為植物界的“活化石”，在我國主要分布于珠江三角洲和福建中部以及閩江下游海拔1000"m以下地區(qū)，在廣西、江西、四川、南京、武漢、廬山、上海、杭州和云南等地也有少量分布[10]。該植物常見于溫暖濕潤地區(qū)以及水濕環(huán)境，多生長在池塘、河流、湖畔等地。其樹干、樹皮常作為中藥治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、高血壓、皮炎和燙傷等，葉中存在的萜類物質(zhì)可用于治療慢性粒細(xì)胞性白血病和預(yù)防新型冠狀病毒肺炎[11-12]，是開發(fā)利用前景較大的珍貴樹種。當(dāng)前，水松植株主要以天然林零散分布，多呈孤立木，數(shù)量較少[13]。為了加快對水松的保護(hù)和利用進(jìn)程，需在其現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上進(jìn)行人工栽植和定向培育。目前，有關(guān)外部條件變化對水松揮發(fā)物釋放規(guī)律的研究較少。因此，本研究采用GC-MS方法測定廣西6個(gè)不同地理分布（賓陽縣、天等縣、雁山區(qū)、蒼梧縣、平樂縣和覃塘區(qū)）水松葉揮發(fā)物成分，探討地理變化對水松揮發(fā)物的影響，為保護(hù)和培育水松提供理論支撐。

1""材料與方法

1.1""樣地概況

試驗(yàn)材料采自廣西境內(nèi)6個(gè)不同地區(qū)，均為成熟林木，林下植被相似，采樣地分別是貴港覃塘、南寧賓陽、梧州蒼梧、桂林雁山、桂林平樂、崇左天等，具體采樣地位置及2023年氣候環(huán)境見表1。

1.2""方法

1.2.1""樣品采集""于2023年8月進(jìn)行樣品采集，從樹體中上部不同方向隨機(jī)取樣，樣品采集后，置于80"℃烘箱中，烘干至恒重，粉碎，備用。

1.2.2""水松葉揮發(fā)物含量提取及測定""采用TDS-GC/MS聯(lián)用技術(shù)[14]測定水松葉片揮發(fā)物的成分。采用HP-5MS型色譜柱（30"m×250"μm×"0.25"μm），初始溫度為40"℃，持續(xù)4"min，以6"℃/min的速率升溫至250"℃，250"℃保持3"min，然后以10"℃/min升溫至270"℃，保持5"min。MS工作條件：電子能量在70"eV的EI模式下對原子質(zhì)量進(jìn)行掃描，范圍為28～450"m/z，設(shè)離子溫度為230"℃，接口溫度為280"℃，四極桿為150"℃。采用NIST2008譜庫分析質(zhì)譜數(shù)據(jù)，結(jié)合人工檢索匹配解譜，采用峰面積表示相對峰面積。

1.3""數(shù)據(jù)處理

采用Excel"2016軟件對水松葉揮發(fā)物種類和含量變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，采用SPSS"25.0軟件對不同地理分布水松葉揮發(fā)性成分進(jìn)行主成分分析、聚類分析和相關(guān)性分析。

2""結(jié)果與分析

2.1""水松葉揮發(fā)性成分的GC-MS分析

經(jīng)GC-MS分析，得到6個(gè)地理分布水松葉揮發(fā)性成分（圖1），結(jié)果表明，在不同地理分布水松葉揮發(fā)性成分中共檢測出139種化學(xué)成分，包括烯烴類30種、醇類30種、酯類24種、萜烯類16種、醛類10種、酮類7種、芳香烴類5種、酸類3種、烷烴類2種、醚類2種、酚類1種、其他類9種。其中，萜烯類的α-蒎烯和D-檸檬烯的相對含量分別為18.61%～28.32%、16.80%～"49.02%，二者在各地理分布中的相對含量均較高。

2.2""不同地理分布水松葉揮發(fā)性成分差異

各地理分布水松葉揮發(fā)性成分種類均以醇類、烯烴類、酯類為多，其次是萜烯類，而酚類、醚類、酸類和烷烴類較少（圖2）。揮發(fā)性成分相對含量顯示，6個(gè)地理分布中萜烯類的相對含量均明顯高于其他揮發(fā)物，相對含量在59.67%～"79.40%之間，相對含量較高的還有酯類、烯烴類、其他類（圖3）。不同地理分布水松葉揮發(fā)性成分存在差異，各地理分布揮發(fā)物種類中，賓陽（120種）gt;蒼梧（119種）=平樂（119種）gt;雁山（118種）=天等（118種）gt;覃塘（116種），其中，天等的水松葉揮發(fā)物以醇類種類較多，其余5個(gè)分布區(qū)均以烯烴類種類較多。在各地理分布揮發(fā)物的相對含量中，雁山的醇類、芳香烴類、醚類、醛類、萜烯類、酮類和酯類的相對含量均最低，而天等的芳香烴類、酚類、醚類、醛類、酸類、萜烯類和烷烴類的相對含量均最高。主要揮發(fā)物

成分中，各地理分布中的α-蒎烯相對含量為覃塘（18.61%）lt;天等（19.20%）lt;雁山（22.62%）lt;蒼梧（23.38%）lt;平樂（23.86%）lt;賓陽（28.32%），D-檸檬烯相對含量為平樂（16.80%）lt;雁山（18.94%）lt;蒼梧（19.35%）lt;賓陽（19.55%）lt;覃塘（22.44%）lt;天等（49.02%），可見，覃塘和天等的α-蒎烯相對含量較低，但其D-檸檬烯相對含量較高，其中，天等的D-檸檬烯明顯高于其他地理分布。此外，還發(fā)現(xiàn)對位薄荷-1（7），8-二烯-2-醇、香芹醇和芳樟醇氧化物A僅存在于天等水松中。

2.3""水松葉揮發(fā)性成分主成分分析

不同地理分布水松葉揮發(fā)性成分的主成分分析結(jié)果表明，前3個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)97.53%，大于80%，說明前3個(gè)主成分可基本反映水松葉揮發(fā)性成分的大部分信息，因此可以用前3個(gè)主成分來評價(jià)水松葉揮發(fā)性成分質(zhì)量。由表2可知，第1主成分貢獻(xiàn)率為68.25%，其中，其他類、醚類、萜烯類、烷烴類、芳香烴類、酸類、烯烴類和酚類的特征向量絕對值均大于0.3，明顯高于其他類別；第2主成分貢獻(xiàn)率為18.47%，其中，酯類和酮類的特征向量絕對值較大，均大于0.4；第3主成分貢獻(xiàn)率為10.82%，其中，醇類的特征向量絕對值大于0.7，顯著高于其他類別（表2）。

2.4""水松葉揮發(fā)性成分聚類分析

基于水松葉揮發(fā)性成分含量，采用歐式聚類對6個(gè)地理分布水松葉揮發(fā)性成分進(jìn)行聚類，結(jié)果如圖4所示，在歐式距離為5處，6個(gè)地理分布被分為3組，其中覃塘、蒼梧和雁山為一組，平樂和賓陽為一組，天等單獨(dú)為一組。

2.5""水松葉揮發(fā)性成分與地理環(huán)境因子的相關(guān)性分析

通過對水松葉內(nèi)的12類揮發(fā)性物質(zhì)含量與環(huán)境因子進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)度與醚類、醛類、萜烯類和烷烴類呈顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.05），與烯烴類呈顯著正相關(guān)；海拔與其他類呈極顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.01）；，與酚類、醚類、醛類、酸類、萜烯類和烷烴類呈顯著或極顯著正相關(guān)緯度、年均氣溫、年均降水量和年均相對濕度與水松揮發(fā)性物質(zhì)相對含量的相關(guān)性不顯著（表3）。

3""討論

采用GC-MS法對水松葉揮發(fā)性成分進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，水松葉揮發(fā)物類型以烯烴類化合物為主，且以萜烯類相對含量最高，這與前人對落基山刺柏水杉（Metasequoia"glyptostroboides）[14]、落基山圓柏（Juniperus"scopulorum）[15]和側(cè)柏（Platycladus"orientalis）[16]的研究結(jié)果具有一致性。此外，THAI等[17]曾報(bào)道水松精油的組成以α-蒎烯（18.9%）和檸檬烯（23.9%）為主，HUY等[18]認(rèn)為水松葉中分離出的精油中富含單萜烯，主要含有檸檬烯（33.3%）、α-蒎烯（23.4%）和乙酸冰片酯（9.2%）。本研究中，水松葉揮發(fā)性成分中的α-蒎烯相對含量（18.61%～28.32%）和D-檸檬烯相對含量（16.80%～49.02%）明顯高于其他化合物，這與前人研究結(jié)果一致。據(jù)報(bào)道，萜烯類物質(zhì)能有效刺激自律神經(jīng)，促進(jìn)內(nèi)分泌，還具安定性情、調(diào)整感覺系統(tǒng)的功效，是藥理活性較強(qiáng)的化合物[19]。其中，α-蒎烯具抗炎、抗腫瘤、鎮(zhèn)靜、抗菌和抗抑郁的功效[20]，D-檸檬烯具抗氧化、抗糖尿病、抗癌、保護(hù)心臟、保護(hù)胃、保護(hù)肝臟、免疫調(diào)節(jié)等功效[21]，對人體身心健康具有重要作用。因此，水松具有一定的保健價(jià)值。

植物葉揮發(fā)性成分因地理分布的變化而異[22]。通過對不同地理分布水松葉揮發(fā)性成分差異研究發(fā)現(xiàn)，天等的水松葉揮發(fā)性成分與其他地理分布存在明顯差異，具體表現(xiàn)為天等的水松葉揮發(fā)物以醇類為主，其他地理分布的以烯烴類為主；其次，相比于其他地理分布，天等的水松葉多數(shù)揮發(fā)物成分含量較高，主要化合物中，天等的水松葉中α-蒎烯含量雖較低，而D-檸檬烯含量較高，此外，對位薄荷-1（7），8-二烯-2-醇、香芹醇和芳樟醇氧化物A僅在天等水松葉中發(fā)現(xiàn)。天等作為本研究中最南部的采樣點(diǎn)，與其他地理分布相比，其經(jīng)度較低，海拔較高，地理分布可能是導(dǎo)致其揮發(fā)物存在明顯差異的重要原因。已有研究表明，植物釋放的揮發(fā)性成分能調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育，并在脅迫條件下穩(wěn)定光合機(jī)制，增強(qiáng)植物耐受性[23-24]。因此，研究葉內(nèi)揮發(fā)性成分對瀕危樹種水松的育種和栽培具有重要意義。本研究通過對比6個(gè)地理分布野生水松葉揮發(fā)性成分發(fā)現(xiàn)，覃塘水松葉揮發(fā)物種類最少，賓陽最多，此外，雁山的醇類、芳香烴類、醚類、醛類、萜烯類、酮類和酯類相對含量最低，而天等的芳香烴類、酚類、醚類、醛類、酸類、萜烯類和烷烴類相對含量最高?？梢?，天等和賓陽可以進(jìn)一步作為后續(xù)種質(zhì)資源的篩選。

為進(jìn)一步探究不同地理分布水松葉揮發(fā)性成分的差異，對6個(gè)地理分布水松葉揮發(fā)性成分進(jìn)行主成分分析、聚類分析和相關(guān)性分析。結(jié)果表明，主成分分析中，前3個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)97.53%，可以反映大部分成分信息。值得注意的是，醚類、萜烯類、烷烴類、芳香烴類、酸類、酚類與第1主成分呈高度正相關(guān)，其他類和烯烴類與第1主成分呈高度負(fù)相關(guān)，酯類和酮類與第2主成分呈高度正相關(guān)，醇類與第3主成分呈高度負(fù)相關(guān)，說明這些類別對水松葉揮發(fā)性成分影響較大，可以作為區(qū)分不同地理分布水松的差異性物質(zhì)。此外，醛類在3個(gè)主成分中的特征向量值均較小，可見，醛類對總體特征的貢獻(xiàn)度較低，在不同地理區(qū)域中具有穩(wěn)定性，推測醛類不是影響水松葉揮發(fā)性成分地理分布差異的主要因素。

同一植物不同地理分布揮發(fā)性成分的差異可能歸因于該植物對特定生境的適應(yīng)[25]。聚類分析表明，覃塘、蒼梧和雁山聚為一組，平樂和賓陽聚為一組，天等單獨(dú)為一組。已有研究證實(shí)，氣候和地理環(huán)境是導(dǎo)致植物揮發(fā)性成分產(chǎn)生差異的主要因素，如WALIA等[26]對不同海拔印加孔雀草（Tagetes"minuta）9種揮發(fā)性成分進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，高海拔地區(qū)的Z-β-香檸烯含量較高，而二氫薄荷酮?jiǎng)t相反。FERNáNDEZ-SESTELO等[27]通過研究認(rèn)為年降水量大，穗薰衣草（Lavandula"latifolia）精油高質(zhì)高產(chǎn)，高海拔能獲得高質(zhì)量精油，而低緯度可得到高產(chǎn)量精油。然而，KARIMI等[28]認(rèn)為百日草（Zataria"multiflora）精油含量與海拔呈負(fù)相關(guān)，與溫度呈正相關(guān)。因此，我們推測水松葉揮發(fā)性成分的形成和積累差異，可能是由于不同的氣候、土壤或生態(tài)環(huán)境引起的。為探討水松葉揮發(fā)性成分在不同地理區(qū)域的適應(yīng)機(jī)制，本研究進(jìn)行揮發(fā)性成分與地理氣候因子的關(guān)聯(lián)分析，結(jié)果表明，水松葉多數(shù)揮發(fā)性成分與經(jīng)度呈顯著負(fù)相關(guān)，與海拔呈顯著正相關(guān)，而與緯度和氣候因素（年均降水量、年均氣溫和年均相對濕度）無顯著相關(guān)性。這也意味著，經(jīng)度和海拔是影響水松葉揮發(fā)性成分的主要因子，隨經(jīng)度降低，海拔升高，揮發(fā)性成分含量越高。因此，在進(jìn)行水松培育時(shí)，應(yīng)考慮栽植地的經(jīng)度和海拔等環(huán)境因子。

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