不同种源枫香叶片挥发物组分研究与优良单株筛选

高艳芳，郭琳霞，李永泉，张 晖，施金谷*

（1.毕节市林业局，贵州毕节 551700；2.仲恺农业工程学院，广东广州 510225)

枫香树（Liquidambar formosana）系金缕梅科（Hamamelidaceae）枫香树属（Liquidambar）落叶大乔木，最新被子植物分类（APG IV）系统将其归类于蕈树科（Altingiaceae），广泛分布于我国秦岭以南各省份，萌生力强[1-4]。全株可药用，被视为我国南方重要的材用和乡土绿化树种[5-6]。枫香叶片内富含抑菌、水果保鲜、抗炎、抗氧化、防腐等作用的单萜、倍半萜化合物，此类化合物具有广谱高效、绿色低毒的特点，在食品保鲜、医药等市场潜在开发利用价值较高[2,5-12]。植物挥发物中的萜类物质作为次级代谢产物的重要部分，其合成、积累、转化受到种源、不同发育阶段、生长环境、生理生化条件等众多因素的调控[13]。目前对枫香的基础研究十分薄弱，主要集中于其挥发物成分表征及园林应用方面，对不同种源枫香叶片挥发物差异的研究未见报道，枫香重要化学型良种筛选方面更未涉及，直接限制了枫香资源的应用。基于此，本研究以广东省东江林场的9 个不同种源枫香为研究对象，运用顶空固相微萃取气质联用仪（HS-SPMEGC-MS）萃取枫香叶挥发物，解析不同种源枫香叶片挥发物数量、化合物类型，并鉴定不同枫香家系的化学型性状，筛选重要化学型优良单株，为实现枫香良种选育奠定优质材料基础。

1 材料与方法

1.1 材料

枫香叶片于2021 年4 月20—23 日采集自广东省东江林场（人工林），造林时间为2005 年5 月，地理位置114°44′N、23°38′E。共计9 个种源29 个家系。试验样品均选取植株下部大小均匀的健康成熟叶，样品采后置于17 ℃环境自然干燥，保存待用。

1.2 仪器试剂

金属浴装置；固相微萃取萃取针头（DVB/CAR/PDMS，50/30 μm）；Agilent 7890A/5975C 型气相色谱-质谱联用仪；标准品。

1.3 试验方法

干燥保存样品快速打磨过20 目筛，取1 g 置于20 mL 顶空进样瓶内，样品置恒温金属浴中平衡30 min，顶空萃取33 min，气相色谱-质谱联用仪进样口解析3 min，气相质谱条件参考高艳芳等，每个样品检测设置3 次重复[14]。利用Excel、SPSS 进行数据整理分析，Origin 2022 作图，聚类分析图使用R 语言进行绘制。

2 结果与分析

2.1 不同种源枫香叶片挥发物数量差异比较

9 个种源29 个枫香家系叶片挥发物数量差异较小，如图1 所示。挥发物数量较多，尤其是FS1、HY1、HY4、QY2、YJ3 及YJ4 等家系均出现了挥发物数量在100 种以上的单株。

图1 不同种源枫香叶片挥发物数量

2.2 枫香叶片挥发物化学成分类型

枫香叶片挥发物涉及7 类（图2），分别是烯类、醇类、酚类、醛类、酮类、烷类及酯类。其中烯类化合物含量最高，属于枫香叶片挥发物的第一类型。

图2 不同家系枫香叶片挥发物类型相对含量比较

2.3 枫香叶片挥发物化学型分布

根据枫香叶片挥发物第一主成分将不同种质枫香划定为5 种化学型（图3），分别为4-萜烯醇型、石竹烯型、α-蒎烯型、β-蒎烯型及柠檬烯型。石竹烯型分布频数最大，在27 个家系中均有分布，其中FS2、HY1、JY1、JY2 及MZ 枫香家系化学型较为简单，均属于石竹烯型。

图3 不同家系枫香5 种化学型株数分布情况

2.4 不同家系中5 种化学型所对应的主要化合物相对含量

枫香5 种化学型的代表性挥发物中4-萜烯醇、石竹烯、α-蒎烯、β-蒎烯、柠檬烯的相对含量如图4 所示。在绝大多数家系中石竹烯相对含量较高。与其他4 种主成分相比，石竹烯属于较为稳定的标志性代谢物，因此确定石竹烯为枫香叶片的主要挥发物。

图4 不同家系4-萜烯醇、石竹烯、α-蒎烯、β-蒎烯、柠檬烯含量分布情况

2.5 石竹烯型优良家系筛选

采用R 语言对各家系枫香叶片挥发物数量及石竹烯相对含量进行聚类分析（图5），将29 个枫香家系分为3 个亚组。第二分支中的JY2、HY1、YJ2、MZ1、HY4 家系化合物数量分别为104、107、101、104、105 种，石竹烯相对含量分别为17.29%、16.77%、16.77%、15.51%、14.01%，相对含量及挥发物数量均较高，可作为石竹烯型良种选育家系。

图5 29 个家系挥发物数量和石竹烯相对含量的聚类分析

3 结论与讨论

枫香叶片挥发物数量均在90 种以上，其中共鉴定得到烯类、醇类、酚类、醛类、酮类、烷类及酯类7类挥发物，烯类化合物含量最高。在29 个家系中进一步鉴定得到5 种化学型，分别为4-萜烯醇型、石竹烯型、α-蒎烯型、β-蒎烯型及柠檬烯型，其中以石竹烯型分布频率最高，且石竹烯每个家系中均有分布，属枫香叶片中稳定的标志性萜类代谢物，依据石竹烯相对含量的高低筛选出优质高产的石竹烯型家系5个。

挥发物是芳香植物生理代谢过程中释放的一种次生代谢产物，其含量和质量变化取决于遗传因素、植物起源等，试验采用的广东省枫香材料均取自于不同种源实生苗试验林，树龄、抚育方式等无差异，可有效去除树龄、地理环境等干扰因素[15-17]。

枫香叶片挥发物中共鉴定得到7 类挥发物，烯类化合物含量最高，以石竹烯、α-蒎烯、β-蒎烯为主。DeCarlo 等、陈霞等也得出类似结论[7,18]。王金凤等检测到的枫香挥发物以长叶烯等萜类化合物为主，与本研究结论存在差异[19]。已有报道指出石竹烯具有多种药理活性，如抗菌、抗病毒、抗痉挛、抗癌、抗氧化、抗炎和镇静作用，可广泛开发应用于化学化工、香精香料等领域[20-22]。本试验筛选得到的枫香优良家系可为进一步培育具有高经济价值的石竹烯型优良单株提供遗传材料，为经济效益高的药用和香料植物资源提供参考。