8个春石斛栽培种花瓣挥发性成分差异分析

孔兰 叶秀仙 林榕燕 钟淮钦

摘 要：為研究不同春石斛栽培种花瓣中挥发性成分组成特点及其差异，采用顶空固相微萃取（HS-SPME）结合气相色谱-质谱（GC-MS）技术，分析了杂交紫花、黑毛珍珠、红爵士、火鸟公主、黄钻戒、台湾公主、大汉王后和耳环等8个春石斛栽培种花瓣挥发性成分及其相对含量，并应用主成分分析和聚类分析确定品种间的亲疏关系。结果表明：8个栽培种共检测到130种挥发性成分，以萜烯类化合物为主；春石斛花瓣中的主要挥发性成分为β-罗勒烯、β-石竹烯、芳樟醇、α-蒎烯、水杨酸甲酯和辛醇，因其组成和含量的变化导致了品种间的香气感官差异；主成分分析结果显示8个栽培种具有明显的区域分布特征。此外，聚类分析将8个栽培种分为3组：黑毛珍珠和杂交紫花为一组，火鸟公主、红爵士和黄钻戒为一组，台湾公主、大汉王后和耳环为一组。该研究结果为春石斛香气物质的利用和香型品种的培育提供了参考。

关键词：春石斛；挥发性成分；HS-SPME/GC-MS；萜烯类化合物；主成分分析

中图分类号：S 682.31   文献标志码：A   文章编号：0253-2301（2023）06-0034-10

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2023.06.005

Difference Analysis of the Volatile Components in the Petals ofEight Cultivated Species of Dendrboium

KONG Lan， YE Xiu-xian， LIN Rong-yan， ZHONG Huai-qin*

（Fujian Engineering Technology Research Center for Characteristic Floriculture / Crop Research Institute，Fujian Academy of Agricultural Sciences， Fuzhou， Fujian 350013， China）

Abstact： In order to study the composition characteristics of volatile components in the petals of different cultivated species of Dendrboium and their differences， the headspace solid-phase microextraction （HS-SPME） combined with the gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS） was used to analyze the volatile components and their relative contents in the petals of eight cultivated species of Dendrboium， including Zajiaozihua， Heimaozhenzhu， Hongjueshi， Huoniaogongzhu， Huangzuanjie， Taiwangongzhu， Dahanwanghou and Erhuan. And the principal component analysis and cluster analysis were used to determine the relationship between the varieties. The results showed that a total of 130 volatile components were detected in the eight cultivated species， mainly terpenoids. The main volatile components in the petals of Dendrboium were β-ocimene， β-caryophyllene， linalool， α-pinene， methyl salicylate and octyl alcohol. The changes of their composition and content led to the difference of aroma sensory between the varieties. The results of principal component analysis showed that the eight cultivated species had obvious regional distribution characteristics. In addition， the eight cultivated species were divided into three groups by cluster analysis： Heimaozhenzhu and Zajiaozihua were a group; Huoniaogongzhu， Hongjueshi and Huangzuanjie were a group; Taiwangongzhu， Dahanwanghou and Erhuan were a group. The results of this study could provide reference for the utilization of aroma substances and the cultivation of aroma type varieties of Dendrboium.

Key words： Dendrboium； Volatile components； HS-SPME/GC-MS； Terpenoids； Principal component analysis

石斛Dendrobium为兰科Orchidaceae树兰亚科Epidendroideae中第二大属的附生植物，具有极高的药用、食用和观赏价值［1-2］。按照花期的不同，石斛可分为秋石斛和春石斛，其中春石斛因其株型优美，花色艳丽，花多且密等特点而深受消费者青睐［3-4］。近年来，春石斛还被园林专家通过挂板或捆绑的方式，应用在街道、公园和风景区中美化环境。

花香是影响植物观赏价值和消费者接受度的关键因素，也是观赏花卉重要的育种目标［5］。目前在建蘭Cymbidium ensifolium［6］、茉莉Jasminum sambac［7］、百合Lilium［8］、姜花Hedychium coronarium［9］、铁兰Tillandsia［10］、杜鹃Rhododendron fortunei［11］等植物花瓣中的挥发性成分已有较多研究，石斛中有关挥发性成分的研究也已有报道。其中，李崇晖等［12］采用固相微萃取（SPME）方法结合GC-MS技术测定了鼓槌石斛、罗河石斛、细叶石斛和密花石斛盛花期的花朵挥发性成分，发现这4种石斛挥发性成分的组成和含量差异明显。宋小蒙等［13］利用SPME-GC-MS技术从金钗石斛花朵中鉴定出63种挥发性成分，其中萜烯类及其衍生物是其主要挥发性成分，与水蒸气蒸馏法（24种）相比，挥发性成分更为全面；王元成等［14-15］利用SPME-GC-MS技术发现萜烯类化合物是肿节石斛、细叶石斛、玫瑰石斛、棒节石斛、翅梗石斛和束花石斛的主要挥发性成分，还发现酯类和醇类化合物是报春石斛的主要挥发性成分。Du等［16］利用该技术测定了鼓槌石斛花瓣挥发性成分在不同开花期的动态变化，发现萜类、杂环化合物和酯类是其主要挥发性成分。上述研究多集中在春石斛原生种，目前培育的春石斛栽培种具有花型大、花期长、花瓣厚、花香等特点，观赏价值比原生种更高，但挥发性成分研究少有报道。

本研究利用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用技术对8个春石斛栽培种花瓣中的挥发性成分进行了定性分析，应用主成分分析和聚类分析确定品种间的亲疏关系，为今后春石斛特征香气物质的利用和香型品种的培育提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

杂交紫花、黑毛珍珠、红爵士、火鸟公主、黄钻戒、台湾公主、大汉王后和耳环为供试材料（图1），包括7个有香型品种和1个无香型品种，均种植于福建省农业科学院作物研究所居家园艺温室。

1.2 试验方法

2022年4月于晴天上午9：00～14：00采摘盛花期的鲜花放入25 mL萃取瓶中，每个样品重量为2 g，3次重复。将装有鲜花瓣的萃取瓶于40℃水浴锅中平衡10 min，插入预先老化1 h的PDMS/CAR/DVB纤维头，萃取30 min。萃取完后取出纤维头，插入GC-MS进样口，于250℃解析5 min，进行进样，分流比为2∶1。

GC-MS检测条件：升温程序：柱温50℃保持2 min，先以5℃·min-1速率升至180℃，再以15℃·min-1速率升至250℃。质谱条件：电离方式EI，电子能量70 eV，四级杆温度150℃，离子源温度230℃，接口温度280℃，质量扫描范围35～500 amu。

定性分析：根据总离子流色谱图，各色谱峰对应质谱通过保留时间和NIST标准质谱数据库的对比，以及相关文献进行香气成分鉴定。利用离子流峰面积归一化法（各色谱峰面积与总峰面积之比），计算各组分在总挥发物中的相对含量。

1.3 数据分析

通过迈维云平台（https：//cloud.metware.cn/）完成8个春石斛品种的主成分分析，以便了解各样本之间的总体代谢物差异。130种挥发性成分按照含有此种挥发性成分的数据赋为1，未检测到该种挥发性成分的数据赋为0的原则建立遗传相似矩阵，然后利用NTSYSpc软件完成聚类分析，获得树状关系图。

2 结果与分析

2.1 8个春石斛栽培种花瓣挥发性成分概况

由表1可知，从8个春石斛栽培种盛花期花朵中共鉴定到130种挥发性成分，主要包括萜烯类（54种，41.54%）、酯类（19种，14.62%）、醇类（17种，13.08%）、酮类（9种，6.92%）、烷烃类

（8种，6.15%）、醛类（5种，3.85%）、酸类（3种，2.31%）和其他（15种，11.54%）等8类。其中挥发性成分数量最多的是萜烯类（单萜类23种、倍半萜类19种），其次是酯类和醇类。

2.2 8个春石斛挥发性类别比较分析

不同春石斛栽培种挥发性成分的数量和相对含量略有不同（表1）。台湾公主花瓣中挥发性成分种类最多，有65种，其次是大汉王后（55种）、耳环（53种）和火鸟公主（51种），杂交紫花中最少，仅有16种。由图2可知，黄钻戒（91.19%）、黑毛珍珠（85.86%）、台湾公主（79.97%）、耳环（68.01%）、大汉王后（66.98%）和火鸟公主（62.69%）盛花期花瓣中挥发性成分均以萜烯类化合物为主，其中黑毛珍珠以倍半萜类化合物居多，其他品种以单萜类化合物居多。此外，耳环和大汉王后中还含有较多的醇类化合物（18.08%，21.80%）；火鸟公主中酯类化合物相对含量（18.02%）也较高；黑毛珍珠、耳环和大汉王后中均未检测到酸类化合物。红爵士以萜烯类化合物和酯类化合物为主要挥发性成分，两者相对含量差异不大，萜烯类化合物相对含量（39.95%）略多于酯类化合物（34.48%），其次是醇类化合物（19.41%）。无香型春石斛杂交紫花以酯类化合物（66.11%）为主，未检测到醇类化合物。结果表明，萜烯类化合物、酯类化合物和醇类化合物是有香型春石斛重要的挥发性成分来源。

2.3 8个春石斛主要挥发性成分比较

由表1可知，黑毛珍珠中的挥发性成分以β-石竹烯（48.34%）、（3E）-4，8-二甲基-1，3，7-壬三烯（15.11%）和α-衣兰烯（6.79%）为主；台湾公主中的主要挥发性成分包括β-罗勒烯（18.57%）、芳樟醇（11.15%）、α-蒎烯（10.75%）、β-石竹烯（9.16%）和α-法呢烯（7.48%）；大汉王后中的主要挥发性成分包括β-罗勒烯（20.27%）、辛醇（16.4%）、α-蒎烯（13.33%）、β-石竹烯（10.2%）和α-法呢烯（4.63%）；火鸟公主中的主要挥发性成分为β-罗勒烯（23.09%）、芳樟醇（18.35%）、水杨酸甲酯（13.95%）和1-亞甲基-4-（1-甲基乙烯基）环己烷（7.92%）；红爵士中的主要挥发性成分包括水杨酸甲酯（27.97%）、β-罗勒烯（21.98%）、辛醇（11.8%）、β-石竹烯（7.76%）和α-法呢烯（3.81%）；黄钻戒中的主要挥发性成分包括β-罗勒烯（30.92%）、β-石竹烯（18.52%）、（3E）-4，8-二甲基-1，3，7-壬三烯（8.06%）、芳樟醇（7.54%）和α-蒎烯（6.14%）；耳环中的主要挥发性成分包括β-石竹烯（17.13%）、辛醇（15.61%）、β-罗勒烯（14.86%）、α-蒎烯（14.55%）和水杨酸甲酯（5.53%）；而无香型杂交紫花以酯类化合物为主，其中水杨酸-2-乙基己基酯（17.21%）相对含量最高，其次是苯甲酸辛酯（14.19%）、癸二酸-2-丁烯丙酯（10.51%）、肉豆蔻酸异丙酯（9.17%）和水杨酸己酯（9.03%）。

进一步分析发现，7个有香型春石斛栽培种中同时含有的挥发性成分仅有9种，分别为己醛、3-己烯-1-醇、己醇、α-蒎烯、β-罗勒烯、芳樟醇、β-榄香烯、Z，Z，Z-1，5，9，9四甲基-1，4，7，-环己三烯和水杨酸-2-乙基己基酯，其中α-蒎烯、β-罗勒烯、芳樟醇和β-榄香烯属于萜烯类化合物，且在不同春石斛栽培种中的含量差异明显。α-蒎烯在台湾公主、大汉王后和耳环中的相对含量较高，而在红爵士中几乎没有，仅为0.43%；β-罗勒烯是黄钻戒、大汉王后、火鸟公主和台湾公主的主要挥发性成分，在红爵士和耳环中的相对含量也较高，而黑毛珍珠中相对含量较低，仅为0.11%；芳樟醇在火鸟公主和台湾公主中的相对含量较高，其次是黄钻戒，而在其他品种中的相对含量为1.17%～2.12%；β-榄香烯在7个有香型栽培种中的相对含量普遍较低，为0.16%～1.64%。此外，β-石竹烯在不同春石斛栽培种中的相对含量也具有显著差异，它是黑毛珍珠（48.34%）和耳环（17.13%）中相对含量最高的挥发性成分，而在火鸟公主中未检测到该物质。推测上述挥发性成分在种类和含量上的差异导致了不同品种春石斛释放出不同的香气。

2.4 8个春石斛主要挥发性成分主成分分析

为了可视化8个春石斛栽培种花朵中挥发性成分的组成差异，对130种挥发性成分数据进行了主成分分析（Principal Component Analyses，PCA）。由图3可知，第一主成分和第二主成分分别解释了样本间28.97 %和19.57 %的变异。在第一主成分上，台湾公主、耳环和大汉王后与黑毛珍珠、杂交紫花、黄钻戒、火鸟公主和红爵士明显分开，说明台湾公主、耳环和大汉王后的代谢物与其他5个品种的代谢物差异显著。在第二主成分上，火鸟公主和红爵士的挥发性成分较接近，耳环和大汉王后的挥发性成分较接近，而黑毛珍珠、杂交紫花、黄钻戒和台湾公主的挥发性成分相对独立。

2.5 8个春石斛主要挥发性成分聚类分析

130种挥发性成分的聚类分析结果显示，8个栽培种被分为3类（图4）。第Ⅰ类包括黑毛珍珠和杂交紫花，其挥发性成分的数量最少。第Ⅱ类包括火鸟公主、红爵士和黄钻戒，含有较多的萜烯类（β-罗勒烯、芳樟醇、β-石竹烯）和酯类（水杨酸甲酯）化合物。第Ⅲ类包括台湾公主、大汉王后和耳环，其挥发性化合物的数量最多，含有较多的萜烯类（β-罗勒烯、α-蒎烯、β-石竹烯）、醇类（辛醇）和酯类（水杨酸甲酯）化合物。其中大汉王后和耳环聚为同一支，且与台湾公主互为姐妹支，说明它们含有的挥发性成分种类相似性较高，这与主成分分析结果一致。

3 讨论与结论

花香在开花植物的生长、发育和进化过程中起着关键的作用，是评价品质性状的一个重要因素，影响着花卉植物的观赏和经济价值。花香由多种低分子量的挥发性物质组成的，然而这些挥发性小分子不易觉察，成分复杂且多变，使其相关研究较于花色、花型等观赏性状而言起步较晚［5］。近年来有关石斛挥发性成分的研究相继被报道，尤其是对原生种石斛挥发性成分的分析。本研究利用HS-SPME/GC-MS技术对8个春石斛栽培种花瓣中的挥发性成分进行了分析，共鉴定到130种挥发性成分，包括萜烯类、酯类、醇类、烷烃类、酮类、醛类、酸类和其他。但不同春石斛栽培种，其挥发性成分明显不同，特别是特征性挥发性成分。

萜烯类化合物是植物中最多样化的挥发性成分［17］。研究表明，萜烯类化合物是石斛最主要的香气成分，如鼓槌石斛、细叶石斛、翅梗石斛、铁皮石斛等原生种［12，14，18］。与前人研究一致，本研究在7个有香型春石斛栽培种花瓣中检测到萜烯类化合物的相对含量最高（39.95%～91.19%），且种类最多；同时，相对含量在5%以上的11种挥发性成分中8种为萜烯类化合物；9种共有挥发性成分中也有4种为萜烯类化合物。根据以上结果推测萜烯类化合物是7个有香型春石斛栽培种的主要挥发性成分，也是主要赋香成分。而无香型杂交紫花则以酯类化合物为主要挥发性成分（66.11%），火鸟公主和红爵士中酯类化合物的含量也较高，这与报春石斛和美花石斛花香主要成分为酯类化合物的结论相一致［19-20］。

植物香气往往是许多种挥发性成分混合的产物，而挥发性成分（尤其是特征性挥发性成分）在种类和含量上的差异，创造了大自然中多样的芬芳［21］。前人研究指出，D-柠檬烯、α-蒎烯、月桂烯、β-罗勒烯、芳樟醇、石竹烯等萜烯类化合物是兰花中常见的挥发性成分，由于它们的嗅感阈值较低，是重要的香气物质［14-15，21-23］。本研究采用HS-SPME/GC-MS技术在8个春石斛栽培种花瓣中检测到16～64种挥发性成分，其中具有柠檬香气的β-罗勒烯在8个栽培种中出现的频率最高，且在黄钻戒、大汉王后、火鸟公主和台湾公主中的相对含量最高，而黑毛珍珠中的相对含量极低，推测β-罗勒烯是黄钻戒、大汉王后、火鸟公主和台湾公主的特征性挥发性成分。β-石竹烯具有丁香气味，是化妆品中的重要香味剂［24］。本研究发现黑毛珍珠（48.34%）和耳环（17.13%）中相对含量最高的挥发性成分为β-石竹烯，而杂交紫花和火鸟公主中未检测到该物质存在，推测β-石竹烯为黑毛珍珠和耳环的特征性挥发性成分。α-蒎烯（松木香气）和芳樟醇（铃兰花香）［24］是7个有香型栽培种共有的挥发性成分。不同的是，α-蒎烯在台湾公主、大汉王后和耳环中的相对含量较高，而芳樟醇则在火鸟公主中的相对含量较高。因此，推测它们对春石斛香气有较大的贡献。此外，还有46种挥发性成分只存在于某一品种中，如火鸟公主中的α-水芹烯，黑毛珍珠中的α-依兰烯和台湾公主中的α-松油醇。以上挥发性成分在种类和含量上的差异，可能共同决定了春石斛花香的多样性。

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（责任编辑：柯文辉）

收稿日期：2023-05-10

作者简介：孔兰，女，1987年生，助理研究员，主要从事兰科植物分子生物学研究。

*通信作者：钟淮钦，男，1979年生，副研究员，主要从事观赏植物种质资源评价与创新利用研究（E-mail：zhqeast@163.com）。

基金项目：福建省科技计划公益类项目（2021R1031005）；福建省农业科学院自由探索项目（ZYTS202205）；福建省种业创新与产业化工程（ZYCX-LY-202102）；福建省人民政府、中国农业科学院‘5511’协同创新项目（XTCXGC2021016）；福建省农业科学院特色花卉科技创新团队建设项目（CXTD2021010-2）。