3种香薷属植物叶花果挥发性成分比较分析

高基朋，李丹丹，秦 岭，杨 柳，田晔林,*

(1.北京农学院 园林学院,北京 102206；2.北京林果业生态功能提升协同创新中心，北京 102206；3.农业应用新技术北京市重点实验室，北京 102206)

香薷属(Elsholtzia)是唇形科(Labiatae)的一类植物，主要分布在亚洲东部，全世界约有40种，其中在中国分布有33种[1]。香薷属植物用途广泛，大部分种类全株有香气，花色丰富，花期较长，具有极高的观赏价值，可作园林绿化和森林美化的材料。同时，香薷属植物还是中医药中常用的解表药，具有广谱抗菌和抗病毒的效果[2-3]。除此之外，部分香薷属植物还可食用和用作蜜源植物，经济价值明显。

香薷属植物近年来越来越受到研究人员的关注。目前已经从香薷属植物中分离出挥发性化合物100余种，已鉴定的有60余种，主要分为萜烯类、酯类、醇类、烷类、酮类、酸类、酚类、醛类等，朱甘培等[4]对多种香薷属植物的挥发性成分进行研究后发现，不同产地的香薷属植物的挥发性成分组成和含量均有所不同，这或许可以作为衡量香薷属植物的标准和考核指标。何福江等[5]从香薷(E.ciliata)挥发油中检测出25种成分，其中主要成分去氢香薷酮占44.32，香薷酮占16.66，香橙烯占8.69，柠檬烯占5.31。朱甘培等[6]检测了海州香薷(E.splendens)和江香薷(MoslachinensisMaxim. cv. Jiangxiangru)挥发油中成分的差异，发现海州香薷中香薷酮为主要成分，江香薷中则以百里香酚和香荆芥酚为主要成分。这与其他文献中报道的结果一致，即海州香薷的特征成分为香薷酮[7]。谢亚雄等[8]对木本香薷(E.stauntoni)挥发油的化学成分进行了研究，发现主要成分为4,5,6,7,8,8a-六氢-8a-甲基-2-酮和百里香酚，与其他研究中报道的主要成分有明显差异。

为了分析北京地区自然分布的 3种香薷属植物(木本香薷、海州香薷、香薷)的叶、花、果的挥发性成分，本研究采用顶空固相微萃取-气相质谱联用(HS-SPME-GC-MS) 技术对这 3种香薷属植物挥发性成分的含量和种类进行了测定，检测结果可以为北京地区香薷属植物的开发利用提供有效的数据支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以北京山区自然分布的木本香薷(昌平区流村镇白羊沟核桃林下)、海州香薷(昌平区流村镇白羊沟核桃林林缘)和香薷(海淀区鹫峰国家森林公园河沟边杂木林缘)为研究对象。于2016年6至9月每月中下旬晴天9:30至12:30 ，采集3种植物的叶(15片)、花序(7个)、果序(7个)，装入250 mL的广口瓶中，用冰袋保鲜。采样时选择成熟健康、无病虫害的植株，每株重复采集3次。

1.2 试验方法

1.2.1 固相微萃取法 将样品置于250 mL的广口瓶中，推入纤维头使其暴露在样品中，室温萃取40 min。将已完成萃取过程的纤维头迅速插入气相色谱进样装置的气化室内，推出纤维头使其暴露在高温(250 ℃)载气中，热解析3 min后取出，进入GC-MS分析[9]。

1.2.2 气相色谱—质谱联用试验 采用Agilent 7890A-5975C气相色谱质谱联用仪分析植物挥发性物质成分及相对含量。

毛细管色谱柱(30 m×250 μm×0.25 μm)，柱温50 ℃；进样口温度250 ℃；柱内载气体积流量1.0 mL/min；载气为高纯氦气(99.999%)。升温程序为初始温度40 ℃保持2 min，以3 ℃/min升温至160 ℃，以10 ℃/min升温至200 ℃，最后以20 ℃/min升至300 ℃保持3 min，不分流进样[10]。

质谱条件EI电力源电力能量70 eV，离子源温度230 ℃，质谱扫描范围20～550 m/z，使用美国NIST08谱库结合谱图相减进行结果分析。

根据GC-MS检测所得信息通过NTST08质谱库检索，结合文献对试验材料的叶、花、果的挥发性成分进行鉴定，采用TIC峰面积归一化法求得各成分相对质量百分含量。

应用Excel软件进行试验数据分析。

2 结果与分析

2.1 香薷属3种植物挥发性成分分析

2.1.1 香薷属 3种植物挥发性成分组成 GC-MS共分离出51种挥发性成分(表1)，采用面积归一化法测得各组分的相对百分含量，并经过NTST08检索，将各峰的质谱图与文献资料进行核对，确定了3种香薷属植物的叶、花和果的挥发性成分(图1～3)。

从3种香薷属植物中共检测到主要挥发性成分，分为萜烯类、酯类、醇类、烷类、酮类、酸类、酚类、醛类和呋喃9大类，其中，萜烯类释放的种类最多，有23种。

木本香薷中共检测出24种挥发性成分，其中叶检测出17种，花10种，果10种。叶、花中相对含量最高的挥发性组分为萜烯类，分别达到58.91%、52.46%；果中含量最高的挥发性组分为酚类，达到了55.57% (图1)。

海州香薷中共检测出34种挥发性成分，其中叶检测出16种，花18种，果13种。叶、花中含量最高的挥发性组分为萜烯类，分别达到79.17%、91.59%；果中相对含量最高的挥发性组分为酮类，达到60.71% (图2)。

图1 白羊沟木本香薷叶、花和果的挥发物总离子流

图2 白羊沟海州香薷叶、花和果的挥发物总离子流

从香薷中共检测出22种挥发性成分，其中叶检测出12种，花6种，果15种。叶、花、果中相对含量最高的挥发性成分均为萜烯类，分别为53.21%、65.23%、49.41%(图3)。

图3 鹫峰国家森林公园香薷叶、花和果的挥发物总离子流

2.1.2 香薷属 3种植物挥发性成分分析 为了进一步分析香薷属植物挥发性成分特征，本研究比较了3种北京乡土香薷属植物不同部位(叶、花、果)挥发性成分的差异。其中，木本香薷叶中特有挥发性成分最多，有7种；海州香薷和香薷特有挥发性成分各有5种。同时，这 3种香薷属植物叶共有挥发性成分有5种，分别为β-石竹烯、α-法尼烯、δ-杜松烯、邻苯二甲酸二丁酯和苯甲酸苄酯。这5种共有挥发性成分在3种植物中含量差异明显，如β-石竹烯，其在香薷叶中相对含量最高，达到了48.25% ，而在木本香薷和海州香薷叶中分别只有20.82% 和20.99%；α-法尼烯在3种香薷属植物叶中含量差异同样显著，其在木本香薷、海州香薷和香薷叶中相对含量分别为32.90%、11.93%、1.42%。此外，在海州香薷叶的特有挥发性成分中，β-榄香烯和倍半水芹烯的相对含量也较高，分别达到了27.53% 和11.28% (图4)。

表1 木本香薷、海州香薷、香薷挥发性成分及相对含量

图4 3种香薷属植物挥发性成分比较分析

海州香薷花中特有挥发性成分最多，有13种；木本香薷和香薷次之，分别有6种和3种。 3种香薷属植物花共有挥发性成分有2种，分别是β-石竹烯和邻苯二甲酸二丁酯。共有挥发性成分主要为β-石竹烯，在木本香薷、海州香薷和香薷花中的相对含量分别达到了49.46%、83.23% 和47.81%。此外，在木本香薷花的特有挥发性成分中，2,3,5,6-四甲基苯酚的相对含量达到了29.68% ，仅次于木本香薷花中β-石竹烯的含量；在香薷花的特有挥发性成分中，芳樟醇的相对含量较高，有8.52%。同时值得一提的是，α-法尼烯这一挥发性成分在 3种香薷植物花中的相对含量与在叶中的相对含量有明显差异，在木本香薷、海州香薷和香薷花中的相对含量分别为0.00%、0.07% 和16.47%(图4)。

木本香薷、海州香薷和香薷果中特有挥发性成分分别有5种、3种和5种。共有挥发性成分有3种，分别为β-石竹烯、邻苯二甲酸二丁酯和1-乙烯基-1-甲基-2,4-双(1-甲基乙烯基)-环己烷，主要共有挥发性成分为β-石竹烯，在木本香薷、海州香薷和香薷花中的相对含量分别达到了13.93%、12.84%和13.67%。此外，在这3种香薷属植物的果中，其各自的特有挥发性成分相对含量要高于共有挥发性成分。在木本香薷果中，2,3,5,6-四甲基苯酚的相对含量最高，达到了55.57%；在海州香薷果中，香薷酮相对含量最高，达到了60.71% ；在香薷中，罗勒烯相对含量最高，达到了22.89%(图4)。

可以发现，这3种香薷属植物不同种、不同部位的挥发性成分差异明显。如β-石竹烯这一共有挥发性成分，其在木本香薷(20.82%)和海州香薷(20.99%)叶中相对含量相比在香薷(48.25%)叶中少，但是在木本香薷(49.46%)和海州香薷(83.23%)花中的相对含量则与香薷(47.81%)持平或高，在果中基本持平(木本香薷为13.93%，海州香薷为12.84%，香薷为13.67%)。值得一提的是香薷酮只在海州香薷的果中有检测到，而且其相对含量在海州香薷果中占比极高，达到了60.71%。这些差异共同决定了这 3种香薷属植物香气成分的特异性。

3 讨 论

本研究从 3种香薷属植物中共检测到挥发性成分51种，其中木本香薷中检测出24种，海州香薷中检测出34种，香薷中检测出22种。含量最高的是萜烯类，具有镇痛、杀菌、抗病毒、消炎、镇静、降血压等效果[11]。酚类具有一个苯酚环，有较强的杀菌消毒效果，可以抗感染、增强人体免疫力。酯类的作用效果比较温和，在人体使用方面基本没有危险性，一般具有抗炎症、治疗皮肤发疹的作用，酯类的种类决定了精油的香气品味[12]。

β-石竹烯和α-法尼烯是 3种香薷属植物共有的且含量较高的萜烯类化合物，这可以在一定程度上解释这 3种香薷植物香气相似的原因，同时也与前人研究相吻合。前人研究表明，木本香薷中共有87种挥发性成分，海州香薷中共有123种挥发性成分，香薷中共有78种挥发性成分[13]；其中，β-石竹烯、α-蒎烯、-蒎烯、莰烯、荜澄茄油烯、3-辛醇、苯乙酮、樟脑、桉叶油醇、α-水芹烯、苯甲醛为 3种植物共有。在本研究中，没有检测到樟脑、苯乙酮、苯甲醛的存在，但是β-石竹烯、β-榄香烯、罗勒烯、α-法尼烯等共有成分的含量较高。这可能与取样方法、取样时间及生境因素等相关。

除β-石竹烯和α-法尼烯外， 3种香薷属植物在其他相对含量大于1% 的挥发性成分上也有较大差异。比如只在木本香薷中检测到香橙烯，香薷酮仅仅在海州香薷中检测到等，更有很多成分虽然在多种植物中都存在，但只在一种植物中相对含量达到1% 以上。这种差异一方面是种之间本身的差异，另一方面是环境因素导致的差异，已有的研究认为植物体内物质代谢与种源的原始环境因子显著相关[14-15]。尽快建立起衡量香薷属植物的标准和不同种源香薷属植物的指纹图谱对今后的开发利用意义重大。

值得注意的是，塑料增塑剂成分之一的邻苯二甲酸二丁酯在 3种植物的各个部位均有检测到，且在叶中含量最高。本研究从野外采集样品到室内取样、上样的过程中并未使用塑料制品，邻苯二甲酸二丁酯的出现可能与地下水污染或是环境污染有关，塑料制品通过污染河流和土壤富集在植物体内，导致植物挥发性成分的变化[16-19]。

本研究通过对木本香薷、海州香薷和香薷的叶、花、果部位的挥发性成分进行检测，发现不同种之间、同种不同部位间和异种同部位间的挥发性成分含量及种类差异显著，β-石竹烯和α-法尼烯这两种成分作为3种植物的共有挥发性成分，含量较高，可以作为香薷属植物的标志性挥发性成分。及时建立香薷属植物指纹图谱并且关注环境污染对植物挥发性成分的影响有助于更好的开发和利用香薷属植物。