种源差异对百里香挥发性物质种类和含量的影响

任瑞芬，杨秀云*，刘 涛

(1.山西农业大学 林学院，山西 太谷 030801；2.山西省桑干河杨树丰产林实验局云西林场，山西 左云 037100)

百里香(Thymusmongolicus)为唇形科(Lamiaceae)百里香属(Thymus)的一种多年生草本植物，最早产于地中海沿岸地区，现广泛分布于亚欧大陆温带地区[1-2]。我国作为主要分布区，不仅百里香种类较多(17种之多)，且分布范围较广(长江流域以北地区广泛分布)[3]。百里香生长迅速、花量大、花期长，且植株各个部位均具有芳香气味；同时，百里香还具有较强的生态适应性，在多种环境条件恶劣、土壤质地退化严重以及生境脆弱的地区均可以很好的生长；此外，百里香植株内含化合物成分具有较强的抑菌及抗氧化作用[4-6]。因此，百里香在生态建设、园林绿化和美化、医药研发、食品以及畜牧产业等均具有广阔的应用前景[7-9]。

近年来，因百里香有广阔的应用前景，得到国内外研究人员的高度重视，特别是在种质资源的开发利用方面进行了大量的研究。目前，关于百里香种质资源方面的研究主要集中于形态学、细胞学、孢粉学、分子水平以及挥发性物质[10-12]。其中，关于百里香挥发性物质的研究相对较多，不论是从挥发性物质提取工艺方面，还是从挥发性物质种类及其影响因素、应用价值方面均进行了大量的探讨[13-16]。但关于种源差异对百里香挥发性物质的具体影响至今仍未报道。本研究以分布于山西省8个种源地的百里香为材料，探讨种源差异对百里香挥发性物质的影响，以期为百里香种质资源的开发利用提供基础的支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

百里香分别收集于山西省朔州市右玉县牛心乡、大同市左云县鹊儿河村、大同市浑源县大磁窑镇、忻州市繁峙县砂河镇、临汾市蒲县克城镇、长治市沁源县郭道镇、晋城市泽州县柳树口镇、运城市夏县泗交镇，种源地具体信息见表1。

将不同种源地的百里香引种于山西省晋中市太谷县(34°36′40.44″N，110°15′E)，试验地平均海拔1 000 m左右，年均气温9.8 ℃、年均日照时数2 530.8 h、年降水量462.9 mm，无霜期176 d。于生长期取植株离地面15 cm以上部位的幼嫩茎叶，剪成2～3 mm的小块，立即称取0.5 g置于固相微萃取仪采样瓶内(10 mL)。

表1 种源地位置及气候信息

1.2 形态指标的测定

采用常规统计方法，对各个种源地百里香植株叶、茎、花相关的19个表型性状进行观测和统计，每个指标随机选取10株测定，结果取均值。其中，叶片的长、宽以及面积均采用CAD光栅图像法测定，测量精度为0.01 mm，其余关于长度、宽度等数据均采用电子游标卡尺，测量精度为0.01 cm；叶型指数为叶片长度与宽度的比值。

1.3 挥发性物质的测定

采用顶空固相微萃取自动进样(solid-phase micro-extraction,SPME)。将采样瓶置于萃取仪架台，30 ℃震荡0.5 min，萃取头(DVB/CAR/PDMS)入深40 mm，顶空萃取10 min后快速移出，并立即插入设置好条件的GC-MS气相层析的注射口，注射口温度为270℃，热解析5 min。

气相色谱-质谱联用(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)(AgilentHP 6890 Ⅱ联接HP-5973N质量检测器)色谱柱为Supelco18275-06A PTE-5Capillary(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；柱流量(恒流)1.0 mL·min-1；进样口温度240℃；进样量为0.2 μL，不分流进样；载气为N气；FID检测器(300℃)。其中，进样口升温程序为初始温度40℃(保持3 min)，4℃·min-1升温至160℃，然后20℃·min-1升温至240℃，保持3 min。

质谱的质量检测范围为45～500 u；电子倍增电压(EMV)为1 435 V；电离电压为70 eV；EI离子源(280℃)；传输线温度为280℃；四极杆温度为150℃。通过保留时间定性的方法和质谱数据与NBS质谱图检索系统进行比较进行成分鉴定，然后采用面积归一化法进行挥发性物质定量分析。每种源地重复3次，结果取其均值。

1.4 数据分析

数据采用SPSS17.0(Version 17.0 SPSS Inc.,Chicago,IL,USA)针对相对百分含量在任一种源地大于5%的物质进行单因素Pearson相关性分析，采用Microsoft Excel 2013 software (Microsoft Corp.,Richmond,CA,USA)进行数据统计和图表绘制。

2 结果与分析

2.1 种源差异对百里香形态特征的影响

不同种源百里香的叶面积差异较大，介于26.454～58.20 mm2，其中沁源的叶片最大，繁峙的叶片最小(表2)。不同种源的叶长和叶宽的差异较小，8个种源地的平均叶长为13.20 mm、平均叶宽为4.6 mm。不同种源的单枝叶片数一般为14～20片，其中繁峙的叶片较多，为20片。右玉、左云、繁峙、泽州的叶片为披针形，叶型指数分别为4.07、3.36、3.93、2.99；浑源、沁源、蒲县的叶片为卵形，叶型指数分别为2.85、2.16、2.41；夏县的叶片为阔卵形，叶型指数为2.58。右玉、左云、繁峙的叶片颜色较深，而沁源、泽州、夏县的叶片颜色较浅。沁源、泽州、夏县种源的叶片主脉、侧脉均清晰，且有轻微的突起；蒲县和浑源的叶片仅主脉清晰；而右玉、左云、繁峙种源的叶脉不清晰。右玉、左云、繁峙、泽州种源的叶缘微曲，浑源、沁源、蒲县、夏县叶缘平展；另外，夏县的叶尖较钝，其他种源的叶尖相对较为锐尖。右玉、左云、浑源、沁源种源的叶柄稀生细毛；而夏县的叶柄密生细毛；繁峙、蒲县、泽州叶柄无毛。

表2 不同种源百里香属植物的形态特征

不同种源百里香的茎长差异较小，介于10.87～14.08 cm；同一枝条的节间数为5～9节，但是浑源、沁源、蒲县、夏县的节间长均大于2 cm，而右玉、左云、繁峙、泽州的节间长均小于2 cm。

不同种源地百里香的花序直径和长度差异较小，花序的直径为1.87～2.26 cm、长度为2.69～4.23 cm。但是，各种源地单个花序的小花朵数量差异较大，夏县的单个花序的花朵数较多，为52朵；浑源的较少，仅34朵。各个种源地的单株花序数量差异较大，泽州的单株花序个数高达23个，而左云的单株花序个数仅10个。

2.2 种源差异对百里香挥发性物质种类和含量的影响

8个种源地百里香共有的挥发性物质为15种，但不同种源地间各组成成分的相对百分含量存在着一定的差异(表3)。其中β-蒎烯在浑源、繁峙、沁源、泽州、蒲县、夏县种源百里香的相对含量较高，分别为15.38%、28.55%、25.61%、16.97%、9.02%、6.47%，而右玉、左云种源地百里香的相对含量较低，分别为3.74%、3.88%。繁峙、沁源和夏县种源地百里香的蒎烯相对含量较高，分别为22.88%、22.49%、17.68%；右玉种源地百里香的莰烯相对含量较高，为18.36%。

表3 不同种源地百里香的挥发性物质种类和含量比较分析

此外，百里香挥发性成分因种源地差异呈现一定的特异性(表3)。在左云、浑源、蒲县、泽州种源地百里香中鉴定到p-伞花烃，且相对含量较高，分别为52.65%、46.36%、29.04%、39.98%，而在其他种源地百里香中则未检测出该成分。在右玉、蒲县、泽州种源地百里香中鉴定到萜品烯，相对含量分别为24.68%、26.23%、7.20%，在其余各种源地百里香中均未鉴定出该类成分。

2.3 种源位置与百里香挥发性物质含量的相关性分析

种源地经度位置与β-蒎烯、3-辛酮以及2-异丙基-5-甲基茴香醚含量呈显著正相关，与右旋萜二烯、萜品烯显著负相关(表4)。种源地纬度位置与莰烯、2-异丙基-5-甲基茴香醚、萜品油烯以及1-石竹烯含量呈显著正相关，与右旋萜二烯含量显著负相关。种源地海拔位置与莰烯、萜品油烯、1-石竹烯、p-伞花烃、萜品烯以及桉叶油醇含量呈极显著正相关，与蒎烯、右旋萜二烯含量呈极显著负相关。

2.4 种源地生态环境因子与百里香挥发性物质含量的相关性分析

种源地无霜期的持续时间与莰烯、2-异丙基-5-甲基茴香醚、香芹酚、萜品油烯、1-石竹烯以及桉叶油醇含量呈极显著负相关，与右旋萜二烯含量显著正相关(表5)。种源地年平均气温与莰烯、2-异丙基-5-甲基茴香醚、萜品油烯、1-石竹烯以及桉叶油醇含量呈显著负相关，与蒎烯、右旋萜二烯含量显著正相关(表5)。种源地年降水量与2-异丙基-5-甲基茴香醚含量呈极显著负相关，与香芹酚含量呈极显著正相关。种源地年日照时数与莰烯和萜品油烯含量显著正相关。

种源地土壤酸碱度与百里香的右旋萜二烯含量呈极显著负相关，但是与萜品油烯呈显著正相关。种源地土壤酸碱度与其他各主要挥发性物质未显现相关。

表4 种源地位置与百里香挥发性物质含量的相关性分析

表5 种源地生态因子与百里香挥发性物质含量的相关性分析

3 结论与讨论

右玉种源百里香的挥发性成分以莰烯和萜品烯为主、左云和浑源种源百里香的挥发性成分以p-伞花烃为主、繁峙和沁源种源百里香的挥发性成分以蒎烯和β-蒎烯为主、蒲县种源百里香的挥发性成分以p-伞花烃和萜品烯为主、泽州种源百里香的挥发性成分以p-伞花烃和β-蒎烯为主、夏县种源百里香的挥发性成分以右旋萜二烯和蒎烯为主。可见，百里香的挥发性物质的种类因种源地不同存在着显著的差异，这与多项已有研究结果一致。魏春雁[2]对比了多项关于百里香的研究，发现山东西部泰山、蒙山地区的百里香挥发性物质多以酚类化合物为主，山东东部烟台地区及中间过渡沂蒙山区的百里香挥发性物质多以芳樟醇居多，或者是多种物质混合型；而分布于黑龙江地区的百里香挥发性成分则以酚类、醇类、萜烯类等多种成分混合型为主。Salgueiro等[17]发现葡萄牙7个地区百里香精油的挥发性成分属于4个不同的化学型。Mockute等[18]发现维尔纽斯10个不同地区百里香的挥发性成分分为香叶醇型、香芹酚型以及多种化合物混合型。

植物为适应特定的地理环境特性，在生长发育过程中不仅在表型层面，而且在基因层面均产生了一定程度的适应性变异，进而形成该物种在这种环境条件下所特有的种源特性[19-20]。已有研究表明，这种源地差异而形成的特性在植物表型性状、生长发育规律以及内部生物量等均产生的显著的影响[21-23]。而挥发性物质作为植物次生代谢产物的组成部分，在一定程度上种源特性对其具有重要的影响。本研究中，各个种源地百里香挥发性物质中占比高的成分均与种源地经纬位置、海拔、生态环境因子以及土壤酸碱度呈现了一定的相关性；且不同类型挥发性物质含量的变化对种源地生态环境因子和位置的敏感性具有差异。如p-伞花烃和萜品烯均与种源地的海拔高度相关，β-蒎烯与经度位置相关；蒎烯与种源地海拔高度平均气温相关；莰烯与种源地的无霜期持续时间、年平均气温、年日照时数相关，右旋萜二烯与种源地无霜期的持续时间、年平均气温以及土壤酸碱度相关。可见，种源地差异对百里香挥发性物质含量产生了显著的影响。

综上所述，百里香挥发性物质种类和含量因种源地差异而不同。其中，右玉、繁峙、沁源、夏县种源地百里香的挥发性成分主要以萜烯类化合物为主，其相对含量达到总成分的45%以上，含量占比较高的成分为萜品烯、莰烯、β-蒎烯、蒎烯和右旋萜二烯等化合物；左云、浑源种源地百里香的主要挥发性成分为芳香烃类化合物，其中p-伞花烃的相对百分含量分别为总成分的52.65%、46.36%；蒲县和泽州种源百里香的挥发性物质则为萜烯类和芳香烃类化合物混合型。而这种因种源地不同而产生的差异主要源于种源地无霜期、年平均气温以及年日照时数等生态环境因子以及种源地土壤酸碱度的不同。