大叶蝴蝶兰花朵挥发性成分测定.pdf

2020年4月 Apr 2020 第40卷第4期 Vol 40 No 4 热 带 农 业 科 学 热 带 农 业 科 学 CHINESEJOURNALOFTROPICALAGRICULTURE 大 叶 蝴 蝶 兰 花 朵 挥 发 性 成 分 测 定 肖 文 芳 1 2 李 佐 1 2 陈 和 明 1 2 洪 生 标 3 江 秀 娜 3 吕 复 兵 1 2 1 广 东 省 农 业 科 学 院 环 境 园 艺 研 究 所 广 东 广 州 510640 2 广 东 省 园 林 花 卉 种 质 创 新 综 合 利 用 重 点 试 验 室 广 东 广 州 510640 3 汕 头 市 农 业 科 学 研 究 所 广 东 汕 头 515021 摘 要 为了检测香花蝴蝶兰原生种 大叶蝴蝶兰的花朵挥发性成分 采用固相微萃取结合气相色谱 质谱联 用技术 检测大叶蝴蝶兰花朵开花第5天的挥发性成分 结果表明 大叶蝴蝶兰花朵中共检测到27种化合物 其中单萜类和倍半萜类物质居多 通过分析发现 大叶蝴蝶兰的花朵特征香气成分主要为榄香素 沉香醇和芳 樟醇 本研究首次在兰科植物的花中发现榄香素这一成分 扩宽了兰科植物花朵特征香气成分的种类和合成调 控路径的范围 也为兰科植物花香物质的开发利用奠定了新的基础 关 键 词 蝴蝶兰 花朵 挥发性成分 GC MS 中 图 分 类 号 S682 31 文 献 标 识 码 A D O I 10 12008 j issn 1009 2196 2020 04 014 D e t e r m i n a t i o n o f V o l a t i l e C o m p o n e n t s i n F l o w e r s o f P h a l a e n o p s i s v i o l a c e a X I A O W e n f a n g 1 2 L I Z u o 1 2 C H E N H e m i n g 1 2 H O N G S h e n g b i a o 3 J I A N G X i u n a 3 L v F u b i n g 1 2 1Instituteofenvironmentalhorticulture GuangdongAcademyofAgriculturalSciences Guangzhou510640 2 GuangdongProvincialKeyLaboratoryforinnovationandcomprehensiveutilizationofgardenflower germplasm510640 Guangzhou GuangdongProvince 3ShantouInstituteofAgriculturalSciences515021 Shantou Guangdong Abstract Phalaenopsis violacea flowers blooming at day 5 were collected to detect their volatile components by using solid phase microextraction combined with gas chromatography mass spectrometry The results showed that 27 compounds were detected in the P violacea flowers most of which were monoterpenes and sesquiterpenes The characteristic aroma components of the flowers of P violacea were 1 2 3 trimethoxy 5 prop 2 enylbenzene linalool and geraniol Inthisstudy elementinwasfoundin theflowersof Phalaenopsis violaceaforthefirsttime whichbroadened the species of characteristic aroma components and the range of synthesis regulation path of orchid flowers and laid a new foundation for the development and utilization of orchid flowers Keywords Phalaenopsis flowers volatilecomponents GC MS 蝴蝶兰 Phalaenopsisspp 是全球最重要 的观赏作物之一 原产于亚洲热带地区至澳大利 亚 分4个亚属共约76个原生种 花型奇特 花 色丰富 花期长 具有极高的观赏价值和经济价 值 蝴蝶兰原生种中接近一半具有花香 而大叶 蝴蝶兰 Phalaenopsisviolacea 是其中最香的 种之一 具浓烈的甜香 因此成为香花育种最重 要的亲本之一 基金项目 广州市科技计划项目 小花型蝴蝶兰观赏性状eQTL定位 新品种选育与示范推广 No 201807010092 都市特色花卉与果树品种引进及配套栽培技术应用 佛山市财政专项资金 2019年度共建广东农业科技示范市项目 广东省农业科学院创建市县农科所联系专家制及人才培训项目 科技帮扶汕头市农科所提升蝴蝶兰科研实力和示范推广 能力 No 2019 联系 01 18 广东省农业科学院学科团队建设项目 No 201612TD 收稿日期 2019 11 26 编辑部E mail rdnk 责任编辑 龙娅丽 排版 龙娅丽 肖文芳 1985 女 硕士研究生 助理研究员 主要研究方向为兰花遗传育种 邮箱smilehigh126 通讯作者 吕复兵 1971 男 博士研究生 研究员 主要研究方向为兰花遗传育种 邮箱13660373325 82 肖 文 芳 等 荧光蝴蝶兰花朵挥发性成分测定 花香是观赏作物最重要的品质之一 植物花 香在香精香料工业 昆虫授粉 应激反应和观赏 作物商业价值提高等方面具有重要的作用 但花 香成分繁复多变 遗传机理复杂 一直是观赏植 物研究的薄弱环节 前人研究发现 蝴蝶兰花香 挥发性物质的主要成分是单萜类化合物 在浓香 型原生种荧光蝴蝶兰 P bellina 中主要为芳樟 醇及其衍生物和异香叶醇及其衍生物 1 而在淡 香型原生种西蕾丽蝴蝶兰 P schilleriana 中 主要为乙酸橙花酯 橙花醇 香茅醇及乙酸香茅 酯 2 均在开花后第五天散发出最浓的香味 1 3 但目前市场流行的栽培蝴蝶兰品种基本不具备花 香这一优良性状 也急需具备浓烈花香的新优品 种 利用具浓烈香气的大叶蝴蝶兰进行花朵挥发 性成分鉴定 可以为研究蝴蝶兰香气释放机理打 下基础 也能够为进一步进行蝴蝶兰香气生物工 程育种指明方向 1 材 料 与 方 法 1 1 试 材 萤光蝴蝶兰花朵采自广东省农业现代化科技 示范区广东省农业科学院环境园艺研究所兰花种 质资源圃 选取5株生长旺盛无病虫害的植株 取 其开花后第五天盛开的完整花朵 图1 进行 试验 1 2 方 法 1 2 1 顶 空 固 相 微 萃 取 试验于2018年11月在华南农业大学测试中心 进行 将新鲜采集的花朵置于100mL三角瓶中 硅橡胶垫密封 聚四氟乙烯衬里 插入100 m聚 二甲基硅氧烷 PDMS 萃取纤维头 于30 下顶 空萃取30min 1 2 2 气 相 色 谱 质 谱 联 用 4 使用FinnigaTraceMS气质联用仪 美国热电 分析其挥发性组分 气相色谱条件 色谱柱为DB 1石英毛细管柱 30mm 0 25mm 载气为高纯氦气 分流比20 1 柱前压50Pa 流速为1 0mL min 取样时间2 min 程序升温 柱起始温度45 保持1min 以3 min的速度升至190 保持10min 质谱条件 接口温度250 电子轰击源El 离子源温度170 电子能量70eV 扫描质量范 围35 335u 扫描时间0 3s 间隔0 2s 1 2 3 数 据 分 析 采集所得质谱图采用NIST MAINLIB和WILEY 3个质谱库串联检索 根据各峰的质谱裂片图与有 关文献进行核对 确定蝴蝶兰挥发性物质的化学 成分 最后通过峰面积进行归一化定量 5 其中 相对含量为组分峰面积与总峰面积之比 2 结 果 与 分 析 2 1 萃 取 条 件 选 择 固相微萃取使用的萃取头纤维主要以PDMS PA DVB和CAR4种萃取材料或材料组合制备 均 具有选择吸附性 董智哲等 6 在对香草兰挥发性 成分的研究中 比较了PA PDMS PDMS DVB CRA PDMS和DVB CRA PDMS这5种萃取纤维的萃取 效果 结果表明CRA PDMS组合纤维能检测出的香 气成分最多 杨慧君等 7 在对建兰挥发性成分的 研究中 比较了PA和PDMS2种单涂层萃取纤维的 萃取效果 结果表明PA比PDMS的萃取结果更佳 在兰花挥发性成分测定中 8 9 主要使用的萃取纤 维为PDMS及其与其他纤维的组合 而在蝴蝶兰的 萃取试验中 参照前人的研究 4 通过前期预试 验发现PDMS萃取纤维头的效果最佳 萃取温度是影响固相微萃取结果的重要因子 之一 适宜的萃取温度才能得到较好的萃取效果 当萃取温度较低时 样品的挥发性物质挥发速率 低 萃取的物质也相应较少 当萃取温度升高时 图 1 大 叶 蝴 蝶 兰 P h a l a e n o p s i s v i o l a c e a 83 2020年4月 第40卷第4期 热 带 农 业 科 学 萃取纤维的吸附与解吸平衡系数降低 部分热不 稳定物质的结构可能会发生改变 但同时样品挥 发速率增快 部分低温状态下不易挥发的物质会 挥发出来 萃取纤维与挥发性物质接触 吸附达 到平衡的时间为萃取时间 其长短也会对萃取效 果产生较大影响 萃取时间过短 则挥发性物质 吸附不充分 萃取时间过长 则萃取效率低 采 用顶空固相微萃取法对兰花挥发性成分分析的研 究发现 4 6 9 萃取温度 30 10 萃取时间 30 50min时 效果较好 结合前期预试验 本试 验选择室温30 30min为萃取条件 萃取效果 最佳 2 2 大 叶 蝴 蝶 兰 花 朵 挥 发 性 成 分 分 析 采用计算机检索谱图库和文献资料比对分析 在大叶蝴蝶兰的5个样品中共鉴定出27种化合物 结果见图2 表1 由表1可知 大叶蝴蝶兰的花朵挥发性物质已 鉴定成分占总峰面积的65 63 主要为单萜类和 倍半萜类物质 成分混杂 相对含量超过1 的物 质有9个 最主要的挥发性成分为榄香素 相对含 量19 71 其次为芳樟醇 相对含量10 71 第 三位为香叶醇 相对含量8 30 表 1 大 叶 蝴 蝶 兰 花 朵 挥 发 性 成 分 表 1 2 3 4 5 6 榄香素 芳樟醇 香叶醇 反式肉桂醇 肉桂醛 植烷 1 2 3 trimethoxy 5 prop 2 enylbenzene linalool geraniol 3 phenyl 2 propen 1 ol cinnamaldehyde phytane 35 330 6 15 600 0 22 660 0 24 878 0 23 264 1 44 367 1 19 71 10 71 8 30 7 50 3 72 3 10 487 11 6 78 70 6 106 24 1 4407 36 7 104 55 2 638 36 8 序号 组分 中文名称 组分 英文名称 保留时间 min 相对含 量 CAS编号 图 2 5 个 样 品 的 挥 发 性 物 质 总 离 子 流 色 谱 图 84 肖 文 芳 等 荧光蝴蝶兰花朵挥发性成分测定 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 法尼烯 柠檬醛 降植烷 月桂烯 3 烯丙基 2 甲氧基苯酚 戊酸苄酯 Z 罗勒烯 甲基丁香酚 十八烷 茚 十七烷 香叶基丙酮 苄基丙酮 香松烯 4 松油醇 反式罗勒烯 邻苯二甲酸 水杨酸甲酯 松油醇 E 罗勒烯 十六烷 E E farnesene citral pristane myrcene phenol 2 methoxy 3 2 propenyl benzyl pentanoate Z ocimene O methyleugenol octadecane 1H indene heptadecane geranyl acetone 4 phenylbutan 2 one sabinene 4 terpineol 4E 6Z 2 6 dimethylocta 2 4 6 triene phthalic acid methyl salicylate S terpineol 3E 3 7 Dimethyl 1 3 6 octatriene hexadecane 33 340 0 23 319 7 40 747 7 10 840 1 27 078 8 28 663 8 13 306 3 29 141 1 44 051 1 13 019 0 40 539 3 31 096 9 22 082 0 10 075 3 19 057 1 16 940 7 46 380 1 19 829 3 19 692 9 12 858 6 36 851 5 2 74 2 40 1 39 0 91 0 74 0 70 0 51 0 48 0 44 0 36 0 34 0 25 0 21 0 19 0 18 0 15 0 15 0 12 0 12 0 12 0 09 502 61 4 5392 40 5 1921 70 6 123 35 3 1941 12 4 10361 39 4 3338 55 4 93 15 2 593 45 3 95 13 6 629 78 7 3796 70 1 2550 26 7 3387 41 5 562 74 3 7216 56 0 88 99 3 119 36 8 10482 56 1 3779 61 1 544 76 3 续 表1 荧光蝴蝶 兰花 朵挥 发性 成分 表 序号 组分 中文名称 组分 英文名称 保留时间 min 相对含 量 CAS编号 2 3 大 叶 蝴 蝶 兰 特 征 香 气 成 分 分 析 香气是由各种芳香成分共同作用而形成的 在所有的香气成分中 各香气成分对花香味的贡 献依据其香气值 既各香气成分的浓度 各香气成 分嗅感阀值来划分 10 其中具有较高香气值的成 分混合形成植物的特征香气 在大叶蝴蝶兰的花 朵中 主要的特征香气物质首先为榄香素 具有 辛香香气 11 其次为芳樟醇 具有浓青带甜的木 青气息 第三位的为香叶醇 具有温和的玫瑰花 香气 还有具有强烈持久温和辛香桂皮油和肉桂 油香气的反式肉桂醇和肉桂醛 具有水果芳香的 法尼烯 具有浓郁柠檬香味的柠檬醛 具有清 淡的香脂香气的月桂烯 具有温和丁香香气的甲 基丁香酚 具有新鲜 清淡木兰花香香气且略带 甜蜜玫瑰香的香叶基丙酮 这些典型香气物质共 同组成大叶蝴蝶兰的特征香气 3 讨 论 与 结 论 榄香素是一种无色油状液体 目前主要用于 医药麻醉 很多植物中含有该种成分 如马兜铃 科植物细辛和杜衡 禾本科植物橘草 唇形科植 物尖紫苏 伞形科植物野胡萝卜 胡椒科植物班 克胡椒 樟科植物里加里亚 番荔枝科植物高梅 瓜泰木 天南星科植物菖蒲和宽叶菖蒲 肉豆蔻 科植物肉豆蔻等的茎 叶 果实或本本的树皮等 部位 而花朵中散发榄香素的植物主要为蔷薇科 的日本枇杷 12 和木通科的通草 13 以及在荧光蝴 蝶兰 P bellina 中也曾有少量发现 1 本研究 首次在兰科植物的花中发现榄香素这一成分 扩 宽了大叶蝴蝶兰花朵特征香气成分的种类和合成 调控路径的范围 也为兰科植物花香物质的开发 利用奠定了新的基础 前人研究发现具清香的石斛兰的主要特征香 气成分为石竹烯 14 蕙兰鲜花的主要花香成分为 桉油精 e 4 己基葵烯 6 炔等 墨兰鲜花的 主要花香成分为甲基 异丁子香酚 6 氧代庚酸甲 酯等 春兰鲜花的主要花香成分为 芹子烯 十 85 2020年4月 第40卷第4期 热 带 农 业 科 学 二烷等 15 香水文心兰花香气的主要特征成分是 罗勒烯 16 杂种卡特兰 3G 的特征香气成分主 要为3 7 二甲基 1 3 6 辛三烯 3 7 二甲基 1 6 辛二烯 3 醇和 R 3 7 二甲基 6 辛烯醇 17 而大叶蝴蝶兰的近似种荧光蝴蝶兰 P bellina 的花香主要为芳樟醇及其衍生物和异香叶醇及其 衍生物 1 本试验研究发现 大叶蝴蝶兰的花香 最主要成分为榄香素 其次才是芳樟醇及其衍生 物和异香叶醇及其衍生物 说明蝴蝶兰不同原生 种的花朵挥发物成分差异较大 而不同种属的兰 花在香气上更是存在较大的差异 这对兰花的鉴 赏及兰花香气成分的研究具有重要的参考价值 且针对不同育种需求 对花朵香气需分别进行研 究 不能一概而论 本试验中大叶蝴蝶兰花朵挥发性物质检测的 检出率较低 5个样品总共只检测出27个不同成 分 且不同样品的检出组分不尽相同 这一结果 一方面与使用的GC MS检测设备较老 萃取条件不 够优化有关 另一方面也可能与兰科植物花朵挥 发性物质的挥发特性相关 花香物质的释放会受 到环境因素中温度 光照等的影响 例如桂花香 气受不同温度的影响 18 矮牵牛的花香释放则受 到昼夜节律的调节 19 在兰花花香释放模式研究 方面 吴应祥等 20 发现 兰花释放花香与日照长 短及温度高低有密切关系 而在对奇唇兰的研究 中 21 证实其在温度高时释放的花香更浓 一天之 中10 00 14 00这段时间花香释放最活跃 在 成功授粉后柱头花瓣相继萎蔫 花香的释放迅速 减少 我们前期观测也发现 大叶蝴蝶兰在阳光 较强的上午花朵香气最浓郁 到下午香气减弱 夜间基本没有 阴天其香气也较晴天时弱 本试 验采用的5个生物学重复随机采样种植于同一温室 大棚的同一克隆株系 均保证为盛开第五天的花 朵 但采集日期不完全相同 样本的采集环境不 能完全一致 导致来自不同植株的花朵挥发性物 质的检出结果会有出入 有些花朵检出率较高 有些则相对较少 基于试验结果 后续研究中 将进一步扩大检测样本的基数 并在检测之前使 用环境条件控制较严格的培养箱进行预培养 优 化萃取条件 以期达到更佳的检测效果 充分挖 掘大叶蝴蝶兰花朵挥发性物质的信息 为后续的 研究及开发利用提供更好的理论基础 参 考 文 献 1 HsiaoYY TsaiWC JengMF etal Novelho modimeric geranyl diphosphate synthase from the orchidPhalaenopsisbellinalackingaDD X 2 4 D motif J Plant Journal 2008 55 719 733 2 Awano K Honda T Ogawa T et al Volatile components of Phalaenopsis schilleriana Rehb f J Flavour Fragrance Journal 1997 12 341 344 3 HsiaoYY TsaiWC KuohCS etal Compari son of transcripts in Phalaenopsis bellina and Phalaenopsis equestris Orchidaceae flowers to deduce the monoterpene biosynthesis pathway J BMCPlantBiology 2006 6 18 4 杨淑珍 范燕萍 蝴蝶兰2个品种挥发性成分差异性 分析 J 华南农业大学学报 2008 29 1 114 116 5 范燕萍 余让才 黄 蕴 等 姜花挥发性成分的固相 微萃取 气相色谱质谱分析 J 园艺学报 2003 30 4 475 6 杨慧君 中国兰花挥发性成分分析 D 呼和浩特 内蒙古农业大学 2011 7 董智哲 谷风林 徐 飞 等 固相微萃取和同时蒸 馏萃取法分析海南香草兰挥发性成分 J 食品科 学 2014 35 2 158 163 8 张 莹 李辛雷 王 雁 等 文心兰不同花期及花 朵不同部位香气成分的变化 J 中国农业科学 2011 44 1 110 117 9 袁明焱 王雅琴 李一泽 等 基于SPME GC MS 法分析美花石斛花的香气组成 J 香精香料化妆 品 2018 4 23 25 10 杨荣华 白柠檬果皮油特征香气成分的评价 J 食 品与发酵工业 2000 26 3 31 34 11 孙洁雯 李燕敏 杨克玉 等 干黄芪中挥发性成分 的提取与分析 J 化学研究与应用 2015 27 9 1 361 1 366 12 KuwaharaY AsanoY Generationof 2 Nitro ethyl benzene and related benzenoids from L Phenylalanine flower scents of the Japanese LoquatEriobotryajaponica Rosales Rosace ae J Bioscience biotechnology and 86 肖 文 芳 等 荧光蝴蝶兰花朵挥发性成分测定 biochemistry 2018 82 11 1855 1866 13 HoJC ChenCM RowLC Flavonoidsandben zene derivatives from the flowers and fruit of Tetrapanax papyriferus J The Journal of NaturalProducts 2005 68 12 1773 1775 14 张 莹 王 雁 李辛雷 等 不同石斛兰品种香气 成分的GC MS分析 A 中国观赏园艺研究进展 C 2011 15 魏 丹 李祖光 徐心怡 等 HS SPME GC MS 联用 分析3种兰花鲜花的香气成分 J 食品科学 2013 34 16 234 237 16 张 莹 田 敏 王彩霞 等 不同温度条件下香水 文心兰花香气的成分分析及感官评定 J 植物资 源与环境学报 2015 24 2 112 114 17 郑宝强 王 雁 郭欣赵 等 杂种卡特兰 3G 不 同花期香气成分的GC MS分析 J 东北林业大学学 报 2014 42 3 33 36 18 FuJX HouD ZhangC etal Theemissionof thefloralscentoffourOsmanthusfragranscul tivars in response to different temperatures J Molecules 2017 22 3 430 442 19 VerdonkJC RicCH VerhoevenHA etal Regulationoffloralscentproductioninpetunia revealedbytargetedmetabolomics J Phyto chemistry 2003 62 6 997 1008 20 吴应祥 中国兰花 M 北京 中国林业出版社 1992 23 24 21 Mariza G Reis Emerson R Pansarim Ubiratan F da Silva et al Pollinator attraction de vices floral fragrances of some Brazilian orchids Arkivoc 2004 24 6 103 111 87