虾脊兰属3种植物花蕾和花朵中挥发性成分的比较

黄 蓓, 何水莲, 李田园, 张 莹, 田 敏

(中国林业科学研究院亚热带林业研究所, 浙江 杭州 311400)

虾脊兰属(CalantheR. Br.)隶属于兰科(Orchidaceae)拟白及亚族(Subtrib. Bletiinae),为多年生草本植物,全属约150种,多地生,主要产于长江流域及其以南省区,部分种类花朵有怡人的清香[1-2]。虾脊兰属全属皆为国家二级重点保护野生植物,峨边虾脊兰(C.yuanaT. Tang et F. T. Wang)为中国特有种。虾脊兰属植物不仅具有独特的观赏价值,还具有药用和食用价值。

兰科植物花为天然的花香材料,花香作为其重要特征在观赏和生殖方面具有独特价值。目前,已对多种兰科植物花中挥发性成分开展了研究[3-4]。虾脊兰属植物种间易于杂交,日本已培养出许多园艺栽培品种,花色靓丽奇艳但缺少香气。中国部分虾脊兰属植物,如峨边虾脊兰和肾唇虾脊兰(C.brevicornuLindl.)花具有明显的清香,翘距虾脊兰(C.aristuliferaRchb. f.)花具有独特的幽香,具有较大的开发潜力。探究虾脊兰属不同植物间花朵挥发性成分的差异,可为后续虾脊兰属植物花的开发和利用提供参考。

本研究采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用(HS-SPME-GC-MS)技术对虾脊兰属中峨边虾脊兰、翘距虾脊兰和肾唇虾脊兰的花朵和花蕾进行了挥发性成分研究,以期促进虾脊兰属植物花香资源的利用与花香育种的发展。

1 材料和方法

1.1 材料

供试材料峨边虾脊兰、翘距虾脊兰和肾唇虾脊兰采自中国林业科学研究院亚热带林业研究所后山兰花培养室,引种自四川阿坝藏族羌族自治州松潘县。每种选择5株生长健壮、正常开花的植株为采集对象,根据香气日变化规律,采集时间为晴朗日的14:00[5-6]。峨边虾脊兰和翘距虾脊兰采摘于2022年3月22日,肾唇虾脊兰采摘于2022年4月8日,每种采摘3或4支正常生长且发育状态相似的花葶。花葶采摘后立即水培养护,并尽快摘取花蕾(萼片和花瓣完全未展开)和花朵(花瓣和萼片完全展开)进行实验,每种摘取花蕾和花朵各15个。

主要仪器和试剂:6890N-5975B气相色谱-质谱联用仪(美国Agilent公司);SPME手动进样器(美国Supelco公司);50/30 μm PDMS/DVB/CAR萃取纤维(美国Supelco公司);色谱柱DB-5MS(60 m×0.25 mm,0.25 μm,美国Supelco公司);10 μg·mL-1癸酸乙酯溶液(内标物)(德国Dr. E公司)。

1.2 方法

顶空固相微萃取前处理:称取1 g样品于15 mL顶空瓶中,加入50 μL内标物,用具硅胶隔垫的顶空螺纹盖盖紧,在35 ℃烘箱中平衡5 min后,将萃取头插入顶空瓶,于样品上空吸附43 min,最后在气相色谱-质谱联用仪进样口于220 ℃下解吸5 min。

气相色谱条件:升温程序为初始温度50 ℃,保持2 min;以3 ℃·min-1速率升温至80 ℃,保持 2 min;以5 ℃·min-1速率升温至180 ℃,保持1 min;以10 ℃·min-1速率升温至230 ℃,保持5 min;最后以20 ℃·min-1速率升温至250 ℃,保持 4 min。进样口温度220 ℃。脉冲不分流,载气为高纯氦气(纯度99.999%),柱流速1.5 mL·min-1。

质谱条件:气相色谱-质谱联用仪接口温度250 ℃;离子源温度230 ℃;离子化方式EI;电子能量70 eV;扫描质量范围50～500 amu。

1.3 数据处理和统计

利用NIST08标准谱库进行检索匹配与碎片比对,结合相关文献报道和各成分的相对保留时间等进行定性分析,确认供试材料花香中的挥发性成分。根据加入样品和内标物的峰面积计算样品中挥发性成分总含量,采用峰面积归一化法[7]计算各挥发性成分的相对含量。利用EXCEL 2016软件进行数据统计和整理。

2 结果和分析

峨边虾脊兰、翘距虾脊兰和肾唇虾脊兰花蕾和花朵中共检测到挥发性成分137种。峨边虾脊兰花蕾和花朵中挥发性成分总含量分别为1.89和1.31 μg·g-1,翘距虾脊兰花蕾和花朵中挥发性成分总含量分别为1.19和5.10 μg·g-1,肾唇虾脊兰花蕾和花朵中挥发性成分总含量分别为0.26和0.84 μg·g-1。

虾脊兰属3种植物花蕾和花朵中挥发性成分数量和相对含量见表1。由表1可以看出:与花蕾相比,峨边虾脊兰、翘距虾脊兰和肾唇虾脊兰花朵中挥发性成分数量均较多,分别增加21、29和27种。

表1 虾脊兰属3种植物花蕾和花朵中挥发性成分的数量和相对含量1)

进一步分析结果显示:峨边虾脊兰花蕾中主要挥发性成分为罗勒烯,相对含量为63.75%;花朵中主要挥发性成分为十三烯、芳樟醇、己酸己酯和罗勒烯,相对含量分别为20.44%、15.95%、12.81%和12.47%。与花蕾相比,峨边虾脊兰花朵中酯类、酮类、酚类、芳香烃类和烷烃类成分的数量和相对含量均有不同程度的增加;萜烯类成分的数量虽然有所增加,但相对含量明显降低。翘距虾脊兰花蕾中主要挥发性成分为β-蒎烯和罗勒烯,相对含量分别为48.11%和9.87%;花朵中主要挥发性成分也为β-蒎烯和罗勒烯,相对含量分别为26.55%和36.54%。与花蕾相比,翘距虾脊兰花朵中萜烯类成分的数量和相对含量均明显增加;酯类成分的数量明显增加,但相对含量明显降低。肾唇虾脊兰花蕾中萜烯类成分的数量最多(27种),相对含量也最高(73.39%),主要挥发性成分为D-柠檬烯(相对含量为25.59%);花朵中也是萜烯类成分的数量最多(29种),但其相对含量(8.39%)较花蕾明显降低;花朵中酯类成分的相对含量最高(71.10%),其数量较花蕾明显增加,主要挥发性成分为丙位辛内酯(相对含量为48.01%)。

3 讨 论

供试虾脊兰属3种植物花蕾和花朵中挥发性成分丰富,种间存在一定差异。与花蕾相比,虾脊兰属3种植物花朵中挥发性成分的数量明显增多,且实验中还发现花朵的香气层次也明显增加,推测花部的开放状态与挥发性成分紧密相关。蕙兰(CymbidiumfaberiRolfe)在盛开期的挥发性成分数量明显多于花蕾期、半开期和衰败期[8],春兰〔Cymbidiumgoeringii(Rchb. f.) Rchb. f.〕花朵中萜烯类成分的数量和含量也都高于花蕾[9]。已有研究结果[10-12]显示:兰科植物花中的挥发性成分多以萜烯类、醇类、酯类和烷烃类为主。本研究中,峨边虾脊兰和翘距虾脊兰花蕾和花朵以及肾唇虾脊兰花蕾中挥发性成分均为萜烯类成分的数量最多,且相对含量也最高;与花蕾相比,肾唇虾脊兰花朵挥发性成分中丙位辛内酯的相对含量急剧升高,酯类成分的相对含量最高,而萜烯类成分的数量虽有所增加且为最多,但相对含量下降了65个百分点。此外,从感官体验来看,肾唇虾脊兰和峨边虾脊兰的花蕾和花朵的香气皆为清香,且持香时间长,而翘距虾脊兰的花蕾无香,花朵的香气为似有若无的幽香,推测与其特有的挥发性成分有关,但具体原因需进行进一步的研究。

兰科植物花部结构较为复杂,萼片、花瓣、唇瓣和合蕊柱等不同部位的香气存在差异[13]。本研究中得到的挥发性成分总含量较低可能是由于虾脊兰属植物花部香气释放的主要部位尚未确定而采用全花作为样本,后期将对花香气释放的主要部位进行进一步研究。另外,中国虾脊兰属植物资源丰富,虾脊兰属其他植物的挥发性成分也有待进一步研究。