汉麻花和叶挥发性成分分析

练冬梅 姚运法 李 洲 吴松海 洪建基

（福建省农业科学院亚热带农业研究所，福建 漳州 363005）

汉麻（China-Hemp），别名工业大麻，为大麻科（Cannabinaceae）大麻属（Cannabis）一年生草本植物，其四氢大麻酚（tetrahydrocannabinol，THC）含量低于0.3%，属于无毒品利用价值大麻类型，被用于纺织、造纸、军需、生物能源、食品保健、医药、化妆品、饲料和油料等［1-5］。汉麻起源于东亚［6］，目前在我国黑龙江、云南、甘肃、吉林等地均有栽培［7］。汉麻一般为雌雄异株，雄株开花不结籽，雌株授粉后即可结籽，经过选育也有雌雄同株［8］。但现蕾开花前，难以辨别雌/雄株，对汉麻育种带来一定困扰。在生长旺盛时期和后期，汉麻叶占整个植株质量分别为25%和8%～14%［9］，其具有丰富的萜类、酚类、黄酮类、生物碱等生理活性成分［10-12］。汉麻花、叶具有镇痛、止痛、降眼压、抗肿瘤、抗呕吐、抗紫外线和抗菌消炎等多种功能活性［13-14］。

Fiorini等［15］在汉麻干花序中获得了一种富含大麻二酚（cannabidiol，CBD）的精油，但未对汉麻雌/雄花序的挥发性成分进行相关研究。关于汉麻叶片挥发性成分的研究报道较多，如蒋勇等［16］采用同时蒸馏萃取-气相色谱-质谱联用分析云南一号汉麻叶挥发性成分，共检出44种挥发性成分；朱晨瑜等［11］采用顶空固相微萃取-气相色谱质谱联用技术分析云南一号汉麻叶挥发性成分，共检出59 种挥发性成分。但关于其不同部位（雌/雄株的老/嫩叶）叶片挥发性成分研究鲜见报道。本研究以汉麻雌/雄株的花序、老/嫩叶为试材，采用顶空-气相色谱/质谱联用（headspace-gas chromatography/mass spectrometry，HS-GC/MS）技术检测不同性别花和不同生理状态叶中的挥发性成分，旨在筛选出汉麻不同花、叶的主要活性成分并明确其主要特征，为汉麻育种及开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料和仪器

以福建省农业科学院亚热带农业研究所汉麻种质资源圃保存的品种brosom 为试材，采集雌/雄株的花序、老叶（植株中下部）、嫩叶（植株中上部），每个样品由多个单株混合置于封口袋。

TriPlus 300 顶空自动进样器和Trace1300-TSQ9000气质联用仪器，美国赛默飞世尔科技公司；JS39D-250多功能食品加工机-搅拌机，浙江苏泊尔生活电器有限公司。

1.2 试验方法

分别将鲜花序和搅拌机搅碎后的叶片称取3 g 置于20 mL 的顶空螺纹瓶（设3 个平行重复），待测。顶空条件、气相条件和质谱条件参照林宝妹等［17］的方法，并稍作改动，其中腔温100 ℃、炉温90 ℃，瓶静态平衡时间5 min。升温程序中以10 ℃·min-1升温到290 ℃，保持3 min，总时间为43 min。

定性和定量分析参照林宝妹等［17］的分析方法。

成分相似率分析参照王华夫等［18］的计算方法，分析、比较汉麻不同部位花叶挥发性成分的相似性和差异性。

1.3 数据分析

采用SPSS 22.0 统计软件进行单因素方差分析，采用Excel 2007制作图表。

2 结果与分析

2.1 花的挥发性成分组成

从brosom 汉麻雌/雄花中共检测出相对含量在0.05%以上的化合物有45 种，包括雌花含36 种、雄花含23种，其中共有成分14种。花的挥发性成分包含萜烯类、酯类、醇类和酮类四大类，雌花包含4 类，雄花包含2 类。雌/雄花均以萜烯类化合物为主体成分，分别含30、20 种化合物，含量分别为96.31%、97.99%，雌花醇类含量（2.40%）显著高于雄花（0.26%，P＜0.05），雄花未检测到酯类和酮类。萜烯类物质由单萜类和倍半萜类构成，雌/雄花的倍半萜烯类物质组成个数均多于单萜类，但单萜类物质为花的优势成分，其含量极显著高于倍半萜（P＜0.01），雄花中单萜类化合物含量（93.20%）显著高于雌花（68.55%，P＜0.05），雌花中倍半萜类含量（27.77%）显著高于雄花（4.80%，P＜0.05）。

由表1 可知，brosom 汉麻雌/雄花主要挥发性成分组成及含量差异较大，将在样品中出现含量大于10%的主要成分进行分析。雌花挥发性成分主要由单萜类的β-蒎烯（35.96%）和D-柠檬烯（18.47%）组成，占总挥发性成分含量的54.92%；雄花挥发性成分主要由单萜类的α-蒎烯（33.20%）、β-蒎烯（44.51%）和D-柠檬烯（13.93%）组成，占总挥发性成分含量的93.26%，β-蒎烯是雄花的绝对优势成分。

表1 汉麻花的主要挥发性成分及其相对含量Table 1 Volatile composition and relative contents of China-Hemp flowers

2.2 叶片的挥发性成分组成

由表2 可知，叶片中挥发性成分包含萜烯类、酯类、醇类、酮类和醛类五大类，雌株老叶含四大类，雌株嫩叶、雄株老叶、雄株嫩叶含三大类。与花相似，4 个部位叶片均以萜烯类化合物为主体成分，含20～28 种化合物，且以雌株嫩叶含量（88.20%）最高。雌/雄株老叶酯类化合物含量均比嫩叶高，其中以雌株老叶（0.60%）最高，显著高于其他3 个部位。醇类化合物含量以雄株嫩叶（15.41%）最高，酮类化合物含量以雌株老叶（0.18%）最高，醛类化合物仅在雄株嫩叶中（0.16%）检测到。

表2 汉麻花和叶的主要挥发性成分类型及其相对含量Table 2 Volatile composition and relative contents of China-Hemp flowers and leaves

从brosom 汉麻雌株老/嫩叶、雄株老/嫩叶4个部位的叶片中共检测出相对含量在0.05%以上的化合物54 种，其中，雌株老叶32 种，雌株嫩叶35 种，雄株老叶26 种，雄株嫩叶30 种，共有成分15 种。由表3 可知，brosom 汉麻雌/雄株老/嫩叶主要挥发性成分组成及含量差异较大，分析在样品中出现含量大于10%的主要成分发现，雌株老叶主要挥发性成分由单萜类的β-蒎烯（16.56%）和D-柠檬烯（15.30%）、倍半萜类的石竹烯（15.16%）和醇类物质叶醇（13.10%）构成，占总挥发性成分含量的61.40%。雌株嫩叶主要成分由单萜类的D-柠檬烯（12.99%）和倍半萜类的石竹烯（21.94%）、β-金合欢烯（10.52%）构成，倍半萜类含量优势明显高于单萜类。雄株老叶主要挥发性成分由单萜类的α-蒎烯（44.84%）和β-蒎烯（12.15%）、倍半萜类的石竹烯（10.31%）和叶醇（10.62%）构成，占总挥发性成分含量的79.07%，单萜类含量优势明显高于倍半萜类，α-蒎烯是雄株老叶的绝对优势成分。雄株嫩叶主要挥发性成分由单萜类的α-蒎烯（46.25%）和β-蒎烯（12.78%）构成，与雄株老叶相似，单萜类含量优势明显高于倍半萜类，α-蒎烯是雄株嫩叶的绝对优势成分；α-蒎烯方面，雄株老叶（44.84%）、雄株嫩叶（46.25%）显著高于雌株老叶（2.65%）、雌株嫩叶（2.29%）；β-金合欢烯方面，雌株老叶（9.18%）、雌株嫩叶（10.52%）显著高于雄株老叶（0.28%）、雄株嫩叶（0.33%）（P＜0.05）。可见，α-蒎烯和β-金合欢烯可以作为区分该品种雌/雄株的挥发性成分。

表3 汉麻叶片的主要挥发性成分及其相对含量Table 3 Volatile composition and relative contents of China-Hemp leaves

brosom 汉麻4 个部位的叶片挥发性成分萜烯类组成及其含量差异明显（表4）。与花相似，叶片4个部位的倍半萜烯类组成个数均多于单萜类；雌株老/嫩叶萜烯类物质以倍半萜为优势成分，雄株老/嫩叶萜烯类物质以单萜类为优势成分，其含量极显著高于倍半萜（P＜0.01）。雌株嫩叶倍半萜含量（59.24%）显著高于雌株老叶、雄株老叶和雄株嫩叶（P＜0.05），以雄株老叶中单萜类化合物含量（66.66%）最高。

表4 汉麻花和叶的萜烯类物质组成及其相对含量Table 4 Terpenes in flowers and leaves of China-Hemp

2.3 花、叶挥发性成分相似率

由表5可知，brosom汉麻雌花与雄花的挥发性成分相似率较高，达到0.840。雌株老叶与嫩叶、雄株老叶与嫩叶挥发性成分相似率极高，分别为0.946、0.988。雌株老/嫩叶与雄株老/嫩叶之间的挥发性成分相似率较低，为0.349～0.467。雌花与雌株老/嫩叶（0.810、0.664）、雄花与雄株老/嫩叶（0.761、0.757）的挥发性成分相似度较高，雌花与雄株老/嫩叶（0.456、0.416）、雄花与雌株老/嫩叶（0.563、0.390）的挥发性成分相似度较低，说明brosom不同类型花、叶挥发性成分既有相似性又有差异性。

表5 汉麻花叶挥发性成分相似率Table 5 Similarity rate of volatile composition in China-Hemp flowers and leaves

3 讨论

植物挥发性成分主要由萜烯类、苯丙酸类/苯环型化合物和脂肪族化合物构成，其中萜烯类化合物主要由单萜烯和倍半萜烯构成［19-20］，香气淡、雅、幽，最常见的化合物有α-蒎烯、β-蒎烯、柠檬烯、罗勒烯、石竹烯、金合欢烯等［21］，具有抗氧化、抗病毒、消炎、止咳、镇痛等重要生理作用［22］。食用菊花［23］、树葡萄花［24］、石斛花［25］等植物花朵均以萜烯类物质为优势成分。南瓜雌花主要挥发性成分比雄花多，且雄花以萜烯类为主［26］；苯甲醇、芳樟醇、α-金合欢烯在栝楼雌/雄花中有显著差异［27］，表明雌雄异株植物的花挥发性成分存在特征性差异。本研究中雌花和雄花挥发性成分均以单萜类为优势成分，主要包括α-蒎烯、β-蒎烯、D-柠檬烯、β-罗勒烯等，与大多植物花香较为一致。α-蒎烯在雄花中的含量（33.20%）显著高于在雌花中的含量（5.76%），平均相对含量之比为5.76∶1，石竹烯（8.90%）、β-罗勒烯（7.54%）、β-金合欢烯（4.90%）、顺式-α-柑油烯在雌花中的含量（3.79%）显著高于雄花中的含量（1.89%、0.23%、0.06%、0.25%），平均含量之比分别为4.71∶1、32.7∶1、81.67∶1 和15.16∶1，可见，同一成分在雌/雄花中存在显著差异，丰富了汉麻雌雄异株的基础研究。

与雌/雄花相似，brosom汉麻雌/雄株老嫩叶挥发性成分种类和相对含量也存在相似性和差异性。有研究报道，挥发性成分可作为识别或标志物，如α-檀香醇和β-檀香醇等5个主要挥发性成分可用于檀香产地识别［28］，乙酸乙酯和苯乙酸乙酯等可作为浓香型白酒基酒等级识别物质［29］。本研究中雄株老/嫩叶的α-蒎烯含量显著高于雌株老/嫩叶，雌株老/嫩叶的β-金合欢烯含量显著高于雄株老/嫩叶，说明在该品种雌/雄株未现蕾开花前，α-蒎烯和β-金合欢烯可作为区分雌雄株的标识成分，为汉麻育种提供了研究基础。朱晨瑜等［11］研究表明，汉麻叶主要挥发性成分是［1R-（1R*，4Z，9S*）］-4，11，11-三甲基-8-亚甲基-二环［7.2.0］4-十一烯、（1α，3α，5α）-1，5-二甲基-3-甲基-2-亚甲基环己烷、α-石竹烯等，以倍半萜烯为优势成分。蒋勇等［16］研究也表明，汉麻叶中主要挥发性物质为倍半萜的石竹烯和α-石竹烯。本研究中，汉麻雌株老/嫩叶的主体成分也均为倍半萜烯，但主要挥发性成分为β-蒎烯、D-柠檬烯、石竹烯、β-金合欢烯、叶醇等，与前人测定的汉麻叶片存在明显不同，这与品种特性、生长环境等密切相关。例如，邱珊莲等［30］研究发现，9 个嘉宝果品种间老/嫩叶挥发性成分存在差异，老叶挥发性成分主要为α-蒎烯、β-蒎烯、α-芹子烯，嫩叶则为β-蒎烯、α-蒎烯、β-石竹烯。田媛等［31］发现汉麻叶片的石竹烯含量（19.56%）最高，与本研究中雌株嫩叶含量（21.94%）较接近。石竹烯具有抗炎、镇痛、神经保护、抗肿瘤、防治肝损伤等作用［32-33］，本研究中的汉麻4 个部位叶片均可作为石竹烯的良好来源。

4 结论

汉麻brosom 不同部位花叶挥发性成分均以萜烯类为主，其中单萜类是雌/雄花的优势成分，雌花主要成分为β-蒎烯和D-柠檬烯，雄花则为α-蒎烯、β-蒎烯和D-柠檬烯。倍半萜类是雌株老/嫩叶优势成分，单萜类是雄株老/嫩叶优势成分，雌株老叶主要成分为β-蒎烯、D-柠檬烯、石竹烯和叶醇，雌株嫩叶为D-柠檬烯、石竹烯和β-金合欢烯，雄株老叶为α-蒎烯、β-蒎烯、石竹烯和叶醇，雄株嫩叶为α-蒎烯和β-蒎烯，其中雄株老嫩叶α-蒎烯含量显著高于雌株老嫩叶，雌株老嫩叶的β-金合欢烯含量显著高于雄株老嫩叶，α-蒎烯和β-金合欢烯可以作为区分该汉麻品种雌雄株的挥发性成分。雄株嫩叶中醇类含量最高，雌花和雄花相似率较高，雌株老/嫩叶及雄株老/嫩叶相似率极高，不同性别的花、叶相似率较低。