杂种卡特兰‘3G’不同花期香气成分的GC/MS 分析1)

郑宝强 王 雁 郭 欣 赵志国 任建武

(国家林业局林木培育重点实验室(中国林业科学研究院林业研究所)，北京，100091) (北京林业大学)

卡特兰，兰科(Orchideceae)、树兰族(Epidendreae)，又名卡多利亚兰、卡多丽雅兰、卡得利亚兰、嘉德丽雅兰［1］15。与文心兰(Oncidium)、蝴蝶兰(Phalaenopsis)和石斛兰(Dendrobium)被列为世界四大观赏洋兰，有“洋兰之王”之称［2］。卡特兰不仅本属内容易杂交，与近缘属也成功进行了属间杂交，形成了庞大的卡特兰家族，现在以卡特兰为直接亲本的杂交种已达35 933 个［3］。

香气成分是构成和影响花卉观赏价值的主要因子之一，也体现种类和品种的差异性，香气物质研究对评价观赏品质、进行香气品种育种具有重要意义。目前，研究兰花的香气成分和培育具有芳香气味的兰花品种是国际上的重要趋势，国内外已经分别对杓兰(Cypripedium)［4］、蝴蝶兰［5－6］、石斛兰［7］、文心兰［8－9］、奇唇兰(Stanhopea insignis)［10］、环毛兰(Cyclopogon elatus)［11］、红门兰(Orchis mascula)［12］等兰科植物的香气成分、产生部位以及形成机理进行了研究，并不断有各种新的香气物质被检测出来。但关于卡特兰香气成分的研究尚未见到相关报道。卡特兰‘Gleneyrie’s Green Giant’，简称‘3G’，其母本是黄绿花的Rhyncholaeliocattleya Fortune，父本是绿花原种Rhyncholaelia digbyana。‘3G’是目前国际上绿花卡特兰的代表，其不仅有完全绿色的花朵，而且有着迷人的香气，国际兰花的权威机构——美国兰花协会(American Orchid Society，简称AOS)对其多次审查授奖，多次获得FCC(First Class Certificate，金牌奖)的最高荣誉，在国际上有极高的评价［1］212。每种花卉均具有有别于其他种类的特征香气。特征香气是由几种香气阈值较低、质量分数较高的芳香物质成分在花朵开放过程中逐步形成的，通过研究香气成分在花朵开放过程的动态变化，可以确定特征香气成分及其影响因素。本研究采用固相微萃取和GC/MS 联用技术对杂种卡特兰‘3G’不同花期的挥发性香气成分及质量分数进行分析测定，明确了卡特兰花朵发育过程中的香味组分及其质量分数变化，对研究卡特兰香气形成机制以及进行芳香品种的育种提供了一定理论依据。

1 材料与方法

试验在中国林业科学研究院科研温室中进行，试验品种为杂种卡特兰‘3G’。将卡特兰的释香过程分为4 个阶段，即花蕾期、始花期、盛花期和衰落期;同种环境条件下选择生长、开花正常的5 株苗，每个处理均称取3 g 花瓣，采后30 min 内进行挥发性物质的测定。

卡特兰挥发性物质的测定:将晴天10:00—14:00 采集的样品置于玻璃瓶中，采用固相微萃取法，40 ℃下，65 μm PDMS/DVB 萃取头萃取30 min进样。以美国Agilent 6890N 气相色谱仪5975B 质谱仪分析，色谱柱为30 m ×0.25 mm ×0.25 μm HP－5MS 石英毛细管柱。GC/MS 条件为:电离方式为EI，电子能量为70 eV，进样口温度为250 ℃，柱温35℃保持2 min，以5 ℃·min－1升至80 ℃，再以8 ℃·min－1升至180 ℃，再以8 ℃·min－1升至250 ℃;四级杆温度为150 ℃，离子源温度为230 ℃，接口温度为280 ℃;扫描质量分数范围为30 ～500 amu。成分根据质谱数据和GC/MS 气质联用仪标准图谱数据库的检索结果定性;根据离子流峰面积归一化法计算各组分在总挥发物中的质量分数。

香气的感官测定:取4 个花期的卡特兰各5 盆，分别放到环境条件一致的房间，30 min 后对花香进行感官鉴定。将香气浓度分为5 个等级［13］，0、0.5、1.0、1.5、2.0，等级越高，香气浓度越大。根据卡特兰开放过程中的嗅觉感官评定不同花期的香气浓度并确定其香气浓度指数。

2 结果与分析

2.1 杂种卡特兰‘3G’不同花期香气成分的变化

从杂种卡特兰‘3G’花朵中共检测到156 种挥发性物质，不同花期所检测出的香气成分质量分数有较大差异(图1)。其中在花蕾期检测到59 种挥发性物质，癸烷质量分数最高，为62.260%;在始花期检测出58 种挥发性物质，主要以甲苯为主，质量分数为32.820%，其次含有9.330%的1－辛烯和6.860%的α－蒎烯;在盛花期检测出79 种挥发性物质，在4 个时期组成最为复杂，其中3，7－二甲基－1，6－ 辛二烯－ 3－ 醇质量分数最高，为30.150%，其次是3，7－ 二甲基－1，3，6－ 辛三烯，为16.630%;在衰败期检测到53 种挥发性物质，壬烷质量分数最高，为59.670%。香气组分中质量分数较高(＞1%)的化合物名称和质量分数见表1。

图1 不同发育时期杂种卡特兰‘3G’花朵香气成分的GC－MS 总离子图

2.2 不同花期挥发性香气类别与质量分数

将卡特兰的香气成分划分为烯类、醇类、醛酮类、烷烃类、苯类和其他(包括酯类、萘类和酚类等)共6 类，4 个花期阶段6 类化合物的组分及质量分数变化如表2所示。由表2可知，杂种卡特兰‘3G’在花蕾期以烷烃类化合物为主，质量分数为79.73%;在始花期，主要以烯类和苯类化合物为主，质量分数分别为29.19%和44.39%;进入盛花期后，主要以醇类、烯类和烷烃类化合物为主，其中醇类质量分数为39.77%，烯类和烷烃类质量分数均为20%左右;在衰败期，主要以烷烃类化合物为主，质量分数为76.73%。

2.3 花朵不同发育期的特征香气成分

花蕾期至盛花期，随着花朵的开放，花香逐渐释放，2－戊醇、3，7－二甲基－1，3，6－辛三烯、3，7－二甲基－1，6－辛二烯－3－醇、(R)－3，7－二甲基－6－辛烯醇、E，E－2，6－二甲基－1，3，5，7－辛四烯等化合物的质量分数都较高，而且都是在盛花期达到最高，因此，以上几种可能为杂种卡特兰‘3G’的特征香气;癸烷、甲苯、1－辛烯、α－蒎烯等化合物虽然在花蕾期或初花期有较高的质量分数，但是在盛花期却急剧下降，也许它们对花香的释放有贡献，但并不是杂种卡特兰‘3G’的特征香气。在衰败期，壬烷的质量分数虽然占主要，但此时花香已逐渐变淡，因此，壬烷不可能是杂种卡特兰‘3G’的特征香气。

表1 杂种卡特兰‘3G’释香过程中的主要香气成分及其质量分数变化

表2 杂种卡特兰‘3G’不同花期挥发性香气类别及其质量分数 %

2.4 卡特兰香气成分的感官评定结果

不同花期的卡特兰香气感官评定结果及香气浓度指数见表3。结果表明，杂种卡特兰‘3G’在花蕾期基本没有香气，初花期时有淡淡的香气，至盛花期花朵香气最为浓郁，随着开放时间的延长，花香逐渐变淡。

表3 杂种卡特兰‘3G’的香气感官评定结果及香气浓度指数

3 结束语

兰科植物是被子植物门中最大、最具多样性的科［14］。香味对兰科植物的生存至关重要，是长期进化的产物，不同的兰科植物具有不同的香气以吸引不同的授粉昆虫，以保证授粉的成功，而且这些香气物质还可以防止自然界食草动物的入侵［15］。石斛兰［7］的特征香气主要以烯类、醇类、醛类化合物为主;文心兰［9］和蝴蝶兰［6］的特征香气主要以烯醇类化合物为主;杓兰［5］和红门兰［12］的香气中则主要有类萜、苯类化合物、脂肪酸芳香化合物，奇唇兰［10］和环毛兰［11］的特征香气分别是苯甲醇和反式4，8－二甲基－1，3，7－壬三烯。对杂种卡特兰‘3G’的香气成分分析结果表明，其香气成分主要以醇类和烯类为主。

杂种卡特兰‘3G’花朵中虽然含有多种芳香物质成分，但不是每种芳香物质成分都很重要，在衡量某一挥发性组分的作用时既要考虑其实际浓度，又要考虑其阈值浓度［16－18］，同时还要结合感官评价确定其典型香气出现的时间，只有在其典型香气出现阶段，具有较高香气值(质量分数/香气阈值)的成分才构成样品的特征香气。杂种卡特兰‘3G’在盛花期香气最为浓郁，利用GC/MS 技术分析出2－戊醇、3，7－二甲基－1，3，6－辛三烯、3，7－二甲基－1，6－辛二烯－3－醇、(R)－3，7－二甲基－6－辛烯醇是其主体香气成分。研究表明，烯类和烯醇类化合物阈值非常低［19－21］，因此，可以把3，7－二甲基－1，3，6－辛三烯、3，7－二甲基－1，6－辛二烯－3－醇(芳樟醇)、(R)－3，7－二甲基－6－辛烯醇(香茅醇)列为特征香气;2－戊醇嗅感阀值稍高［22］，质量分数相对较低，所以2－戊醇对特征香气的贡献不大，不列为卡特兰的特征香气。另外，在杂种卡特兰‘3G’的盛花期还检测出质量分数较高而其他3 个时期都没有的2，6－二甲基－1，3，5，7－辛四烯，但其香气阈值和香气类型未曾报道，是否为卡特兰的特征香气物质需要进一步确认。

3，7－二甲基－1，3，6－辛三烯具有的橙花油气味，同时也是文心兰［7－8］的特征香气;3，7－二甲基－1，6－辛二烯－3－醇(芳樟醇)具有强烈的铃兰香气，并有木香香调，是蝴蝶兰［5－6］和香水文心兰［8］的特征香气成分;(R)－3，7－二甲基－6－辛烯醇(香茅醇)具有甜味的类似于玫瑰花的香气［20］，是蜜柑［23－24］和芒果［25］的特征香气;由于各种香气组成成分的存在，形成了杂种卡特兰‘3G’的独特的具有香甜气味的香气。

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