蘇群, 田敏, 王虹妍, 王凌云, 劉俊, 趙培飛, 卜朝陽

睡蓮屬62個栽培種花朵揮發(fā)性成分GC-MS分析

蘇群1, 田敏2*, 王虹妍1, 王凌云3, 劉俊4, 趙培飛2, 卜朝陽1

(1. 廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院花卉研究所，南寧 530007; 2. 云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院花卉研究所/國家觀賞園藝工程技術(shù)研究中心，昆明 650200; 3. 金華市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 金華 321000; 4. 廣州市番禺蓮花山旅游區(qū)，廣州 511400)

為了解睡蓮花朵的致香物質(zhì)，利用氣相色譜-質(zhì)譜法對62個栽培種花朵的揮發(fā)性成分進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，共檢測出72種揮發(fā)性成分，以烯烴類(26種)、烷烴類(11種)和醇類(9種)較多，其中花香成分有53種(73.60%)。40個熱帶睡蓮花朵中共檢測出56種揮發(fā)性成分，其中花香成分39種；22個耐寒睡蓮品種花朵共檢測出37種揮發(fā)性成分，其中花香成分27種?；ㄏ愠煞种兄饕孪阄镔|(zhì)有乙酸芐酯、順式-羅勒烯、苯甲醇、金合歡烯、月桂烯、檸檬烯、苯甲醛、-異松油稀、-蒎烯、肉桂醇和-丁香醇等。利用組內(nèi)聯(lián)接余弦的方法，分別根據(jù)揮發(fā)性成分和花香成分，62個睡蓮栽培種(品種)可分成3和4組。這為睡蓮香氣物質(zhì)的開發(fā)利用及與傳粉動物的協(xié)同進(jìn)化研究提供了基礎(chǔ)資料。

睡蓮屬；花朵；揮發(fā)性成分；花香成分；氣相色譜-質(zhì)譜法；聚類分析

自然界中，依靠動物傳粉的開花植物超過2.5×105種，為了吸引這些傳粉者，許多開花植物會從其花、果實甚至葉片中釋放出低分子量的揮發(fā)性物質(zhì), 以保證生殖和進(jìn)化的成功[1–2]?；ǘ潆m然有相同的顏色和形狀，但是氣味卻不會完全相同[3]，對于許多觀賞植物而言，花香是重要的品質(zhì)之一，被譽為“花卉的靈魂”，可以有效刺激消費，激起消費者的購買欲望[4]。迄今為止，已從1 000余種花卉中鑒定出1 700多種揮發(fā)性物質(zhì)，主要分為萜類化合物、苯丙酸類化合物/芳香型化合物和脂肪酸衍生物3大類，其中萜類化合物是最主要也是最多元化的組分[5–6]。

睡蓮為睡蓮科(Nymphaeaceae)睡蓮屬()植物的總稱，為多年生水生草本植物。根據(jù)生態(tài)學(xué)特征，可分為熱帶睡蓮和耐寒睡蓮。全世界睡蓮屬植物有50余種(含變種)，主要分布在熱帶、亞熱帶和溫帶地區(qū)[7–8]。睡蓮花色艷麗而多變，花香濃郁而芬芳，深受人們的喜愛。相對于花型、花色等易于觀察的性狀，花香的研究相對滯后[9]，但許多觀賞植物花朵的揮發(fā)性成分已有較為詳細(xì)的研究，如月季()[10–12]、百合(spp.)[13–14]、臘梅()[15–16]和荷花()等[17–20]，而作為著名水生花卉的睡蓮揮發(fā)性物質(zhì)研究卻不多[21–25]。本文利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(gas chromatgraphy-mass spectrometry, GC-MS)對62個睡蓮品種花朵的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析，以期進(jìn)一步明確睡蓮屬植物花朵的揮發(fā)成分，為睡蓮香氣物質(zhì)的開發(fā)利用及與傳粉動物的協(xié)同進(jìn)化研究提供基礎(chǔ)資料，并為將來睡蓮屬的良種繁育與品質(zhì)鑒定奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試材料采自云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院花卉研究所澄江基地高原水生植物資源圃和廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院花卉研究所睡蓮資源圃內(nèi)，定植方式為盆栽沉水。62個睡蓮品種包含40個熱帶品種和22個耐寒品種(表1)。

1.2 方法

參照田敏等[26]的方法，于每日同一時間(上午9:00)取樣，將第1天開花的睡蓮整朵鮮花置于容器中，密封好后在室溫下用固相微萃取柱(65m PDMS/DVB, Fused Silica 24Ga, Manual Holder, 3pk. SUPE- LCO, USA)吸附50 min，直接進(jìn)樣，進(jìn)行GC/MS分析(HP6890GC/5973MS, Agilent Technologies, USA)。GC條件：HP-5MS石英毛細(xì)管柱(30 mm×0.25 mm× 0.25m)。柱溫：起始溫度40 ℃，以3 ℃/min升至80 ℃，再以5 ℃/min升至280 ℃，保持10 min；柱流量為1.0 mL/min；進(jìn)樣口溫度250 ℃；柱前壓100 kPa；分流比5∶1; 載氣為高純氦氣。MS條件：電離方式EI；電子能量70 eV；傳輸線溫度250 ℃；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；質(zhì)量掃描范圍35～500 amu。

依據(jù)總離子流色譜峰面積，并通過面積歸一化法，即各色譜峰面積與總峰面積之比，計算各組分的相對含量并進(jìn)行定量分析。每樣品進(jìn)行3次平行重復(fù)實驗。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用wiley7n.l和NIST98.L標(biāo)準(zhǔn)譜庫計算機檢索定性。圖表使用Excel 2010制作，聚類分析采用IBM SPSS Statistics 21.0進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果和分析

2.1 花朵的揮發(fā)性成分分析

62個睡蓮品種的花朵共檢測到72種揮發(fā)性成分，包含11類化合物, 烯烴類、烷烴類、醇類、酮類、醛類和酯類化合物居前6位，其中以烯烴類最多，有26種(含量占36.11%)；烷烴類次之，有11種(15.28%); 醇類有9種(12.50%); 酮類有8種(11.11%);最少的為醚類、酚類和酰胺類，均只有1種(圖1)。62個睡蓮品種共有的揮發(fā)性成分只有1種，為烷烴類的十五烷。72種揮發(fā)性成分中花香成分有53種(73.60%)。前6類揮發(fā)性成分中有5類具香味，可見這些香味物質(zhì)是導(dǎo)致睡蓮花朵具有香氣的主要原因。

62個品種睡蓮花朵的揮發(fā)性成分的種類和含量不同(圖2)，熱帶睡蓮和耐寒睡蓮間沒有明顯的差異。揮發(fā)性成分含量最高的是‘酸橙’(166.45%)，其次是‘桑吉巴爾之星’(148.86%)，然后是‘蘇克斯’ (134.54%)、‘狐火’(127.59%)和‘萬維莎’(125.58%)。揮發(fā)性成分相對含量超過100%的有28個品種，19個為熱帶睡蓮；揮發(fā)物成分相對含量較低的有‘藍(lán)蟹爪’(84.73%)、‘江南風(fēng)韻’(84.23%)、‘藍(lán)鳥’(82.65%)、‘卡拉陽光’(80.60%)和‘中華蘭’ (70.78%)。在揮發(fā)性成分?jǐn)?shù)量以‘紫喬伊’和‘酸橙’最多，均有18種；其次是‘芷碧睡蓮’(16種)、‘安德瑞斯(16種)’、‘暹羅玉’、‘赤子之心’和‘桑吉巴爾之星’，均有15種；‘月光’、‘純真’、‘教主’和‘藍(lán)紫苑’均有6種；‘中華蘭’的最少，僅有6種?？梢姡岢取ǘ鋼]發(fā)性成分的種類和數(shù)量均最多，而‘中華蘭’均最少。

表1 睡蓮屬62個栽培種

TW: 熱帶睡蓮; HW: 耐寒睡蓮。

TW: Tropical waterlily; HW: Hardy waterlily.

2.2 不同類型睡蓮花朵中揮發(fā)性成分比較

40種熱帶睡蓮花朵中檢測到56種揮發(fā)性成分，花香成分有39種(69.65%)。揮發(fā)性成分最多的是烯烴類，有17種(30.36%)；烷烴類有10種(17.86%)；酮類、醇類、醛類及酯類分別有7、6、5和4種。22種耐寒睡蓮花朵中檢測到37種揮發(fā)性成分，花香成分有27種(72.97%)。種類最多的是烯烴類，有19種(51.35%)；烷烴類有9種(24.32%)；酮類、醇類、醛類及酯類分別有1、4、2和1種(圖3)。兩種生活型睡蓮共有揮發(fā)性成分21種，其中8種為烷烴類；共有花香成分13種，其中烯烴類8種，醇類、醛類及酯類分別各1種。

2.3 聚類分析

根據(jù)睡蓮花朵中的揮發(fā)性成分和相對含量，利用IBM SPSS 21.0軟件中組內(nèi)聯(lián)接余弦方法可將62個睡蓮品種分成3組，即Ａ、Ｂ和Ｃ組(圖4)。A組由‘小花睡蓮’、‘公牛眼’、‘午夜’等40個熱帶睡蓮品種組成；B組由‘紅仙子’、‘佛羅里達(dá)’、‘萬維莎’等7個耐寒睡蓮品種組成；C組由‘赤子之心’、‘保爾哈利特’、‘豪華’等15個耐寒睡蓮品種(種)組成。

圖1 睡蓮屬植物花朵揮發(fā)性成分的種類

圖2 睡蓮花朵揮發(fā)性成分的種類與相對含量。1～62見表1。

圖3 熱帶睡蓮和耐寒睡蓮花朵的揮發(fā)性成分種類

A組為40種熱帶睡蓮，揮發(fā)性成分的種類和數(shù)量均較多，包含烯烴類、烷烴類、醇類、酯類、酮類、醛類、苯類、酸類和酚類等。烷烴類物質(zhì)主要是十一烷、十三烷、十五烷和十七烷；烯烴類物質(zhì)主要是反式--金合歡烯、反式--金合歡烯、-倍半水芹烯、6(),8()-十七碳二烯、8-十七碳烯和反式--香檸檬?。淮碱愇镔|(zhì)主要是苯甲醇和4-甲氧基苯甲醇；酯類物質(zhì)主要是乙酸芐酯和苯甲酸芐酯；酮類物質(zhì)主要是2-十七烷酮；醛類物質(zhì)主要是苯甲醛、壬醛、4-甲氧基苯甲醛。

圖4 基于揮發(fā)性成分的62個睡蓮品種聚類圖。1～62見表1。

B組為7種耐寒睡蓮，揮發(fā)性成分較少，主要為烷烴類和烯烴類，還有少量的醛類、酮類及醇類、酰胺類物質(zhì)。烷烴類主要是十一烷、十五烷、十七烷和十九烷；烯烴類物質(zhì)主要是月桂烯、檸檬烯、順式-羅勒烯、反式--金合歡烯和8-十七碳烯；醛類物質(zhì)是癸醛和十四烷醛；醇類、酮類、酰胺類物質(zhì)各1種，分別是-丁香醇、馬芐烯酮、N-苯基甲酰胺。

C組為15種耐寒睡蓮，含較多的烷烴類、烯烴類和醇類揮發(fā)性成分。烷烴類主要是壬烷、十一烷、十三烷、十五烷、十七烷；烯烴類物質(zhì)主要是月桂烯、檸檬烯、-異松油稀、5(E)-十三碳烯、反式--金合歡烯、反式--金合歡烯、6(),8()-十七碳二烯及8-十七碳烯；醇類物質(zhì)主要是丁香醇；酯類、醛類物質(zhì)各有1種，分別是乙酸芐酯和十四烷醛，且相對含量較小。

可見，3組均含有較多的烷烴類和烯烴類揮發(fā)性成分，烷烴類以十一烷、十五烷、十七烷的相對含量最高，烯烴類以金合歡烯、十七碳烯和檸檬烯較高。A組揮發(fā)性成分的種類和數(shù)量都是最多，其次是C組，B組最少，進(jìn)一步反映了熱帶睡蓮和耐寒睡蓮間的差異。

2.4 花香成分的聚類分析

基于花香物質(zhì)的種類和含量，利用SPSS 21.0軟件的組內(nèi)聯(lián)接余弦方法進(jìn)行聚類分析(圖5)。根據(jù)花香成分可將62個睡蓮品種分成4組(D、E、F、G)。D組由‘小花睡蓮’、‘公牛眼’、‘午夜’等38種熱帶睡蓮組成，與基于揮發(fā)性成分聚類的A組相似；E組由6種耐寒睡蓮組成，比B組少了1個耐寒睡蓮‘佛羅里達(dá)’；F組是由‘赤子之心’、‘仁者’、‘保爾哈利特’等8種耐寒睡蓮組成；G組由‘寬瓣白睡蓮’、‘蘇克斯’、‘懷特’等8種耐寒睡蓮和2種熱帶睡蓮‘藍(lán)星睡蓮’、‘埃及白睡蓮’組成，F(xiàn)組和G組與C組相似。

D組的花香成分多而復(fù)雜，主要有乙酸芐酯(茉莉的香味)、苯甲醇(清香)、反式--金合歡烯(花瓣，蘋果的香味)、反式--金合歡烯(花瓣，蘋果的香味)、苯甲醛(苦杏仁，堅果，櫻桃的香味)、反式--香檸檬稀(檸檬，柑橘的香味)、壬醛(玫瑰，柑橘，油脂的香味)等，因此Ｄ組睡蓮的香氣主要是茉莉花香和蘋果果香的混合味道。

圖5 基于花香成分的62個睡蓮品種聚類圖。1～62見表1。

E組主要致香物質(zhì)有順式-羅勒烯(薄荷的香味)、月桂烯(香脂、香葉的香味)、檸檬烯(檸檬的香味)、-蒎烯(松木、樹脂、針葉的香味)、反式--金合歡烯(花瓣、蘋果的香味)，因此E組睡蓮主要是薄荷清香與脂香、果香相結(jié)合的香氣。

F組主要致香物質(zhì)有月桂烯(香脂、香葉的香味)、檸檬烯(檸檬的香味)、-異松油稀(柑橘的香味)、反式--金合歡烯(花瓣、蘋果的香味)、反式--金合歡烯(花瓣、蘋果的香味)。因此F組睡蓮主要是脂香與柑果清香相結(jié)合的香氣。

G組致香物質(zhì)較多，但相對含量較小。主要致香物質(zhì)有反式--金合歡烯(花瓣、蘋果的香味)、反式--金合歡烯(花瓣、蘋果的香味)、肉桂醇(風(fēng)信子香味)、-丁香醇(木屑味道)、-異松油稀(柑橘的香味)、月桂烯(香脂、香葉的香味)、檸檬烯(檸檬的香味)。因此G組睡蓮主要是花味與柑果、香葉的香味相結(jié)合的香氣。

綜上可知，睡蓮致香物質(zhì)多而復(fù)雜，含量差異較大，主要的致香物質(zhì)有乙酸芐酯、順式-羅勒烯、苯甲醇、金合歡烯、月桂烯、檸檬烯、苯甲醛、-異松油稀、-蒎烯、肉桂醇和-丁香醇等。

3 結(jié)論和討論

與其他遺傳性狀一樣，花朵的揮發(fā)性成分也反映了植物的遺傳規(guī)律[27]。睡蓮屬植物作為被子植物基部類群之一，對其花朵揮發(fā)性成分分析，可為研究花香和傳粉動物間協(xié)同進(jìn)化提供基礎(chǔ)資料。Artur等[24]通過檢測夜花型熱帶睡蓮花朵揮發(fā)性成分，分析了揮發(fā)性成分與環(huán)頭圣甲蟲(Scarabaeidae)傳粉、取食、交配的關(guān)系。袁茹玉[21]利用頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(SPME-GC-MS)從56個睡蓮栽培品種中檢測到117種揮發(fā)性成分，包含31種香氣物質(zhì)，并指出雄蕊是睡蓮最主要的釋香組織，揮發(fā)性成分可占整朵花的70%～90%；黃秋偉等[22]和徐輝等[23]從熱帶睡蓮‘保羅藍(lán)’精油和2種花色的香水蓮揮發(fā)油中檢出42和37種揮發(fā)性成分。本試驗從62個睡蓮品種(種)花朵中檢出72種揮發(fā)性成分，其中熱帶睡蓮中含量較高的揮發(fā)性成分有苯甲醇、乙酸芐酯、6(),8()-十七碳二烯、8-十七碳烯和反式--金合歡烯；耐寒睡蓮有十五烷、十一烷、順式-羅勒烯、十三烷和8-十七碳烯。袁茹玉[21]報道熱帶睡蓮揮發(fā)性成分含量較高的有6,9-十七碳二烯、十五烷、8-十七碳烯、金合歡烯和-10,12-六癸二烯醛；耐寒睡蓮的十五烷、8-十七碳烯、6,9-十七碳二烯、十三烷和十四烷。這些差異可能和實驗材料(睡蓮品種)、檢測方法、質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)、栽種條件和環(huán)境氣候等有關(guān)，郭玉華等[25]報道野生條件下海南延藥睡蓮()花朵的揮發(fā)性成分明顯不同于人工栽培下的精油組成。

62個睡蓮品種花朵中共有的揮發(fā)性成分只有1種，為十五烷。袁茹玉[21]報道56個睡蓮栽培品種共有的揮發(fā)性成分也僅有1種，為8-十七碳烯，而本試驗有56個品種檢出了8-十七碳烯。這進(jìn)一步說明不同栽培種睡蓮的揮發(fā)物成分和含量差異較大，也和前人“花朵雖然有相同的顏色和形狀，但是氣味卻不會完全相同”的結(jié)論相符[3]。

根據(jù)睡蓮屬植物花朵的揮發(fā)性成分，利用組內(nèi)聯(lián)接余弦的方法，將62個睡蓮品種(種)分成3組, 而根據(jù)花香成分則分成了4組。根據(jù)香氣成分進(jìn)行聚類分析的結(jié)果與根據(jù)總揮發(fā)性物質(zhì)的分類結(jié)果略有不同，兩種分類結(jié)果最大的不同在于根據(jù)花香成分的聚類進(jìn)一步將耐寒睡蓮細(xì)分成了3組，主要是因為香氣成分是總揮發(fā)物的一部分，這種差異在同為水生花卉的荷花中也存在[17]。

熱帶睡蓮和耐寒睡蓮花朵揮發(fā)物中的相對含量及揮發(fā)物種類上均存在明顯差異，兩種生活型睡蓮揮發(fā)性成分最多的均為烯烴類，其次為烷烴類, 且數(shù)量差異不明顯。揮發(fā)性成分中花香成分的差異較大，尤其是香味更為濃郁的酮類、醛類及酯類數(shù)量有較大差異，熱帶睡蓮的花香成分?jǐn)?shù)量均高于耐寒睡蓮，這說明熱帶睡蓮和耐寒睡蓮主要致香物質(zhì)差異較大。熱帶睡蓮花香成分更為復(fù)雜，香氣更為濃郁，因此，今后在香氣物質(zhì)的開發(fā)利用及對定向培育具特定香味的睡蓮新品種上可優(yōu)先考慮熱帶睡蓮。

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Volatile Components in Flowers of 62Cultivars by GC-MS

SU Qun1, TIAN Min2*, WANG Hongyan1, WANG Lingyun3, LIU Jun4, ZHAO Peifei2, BU Zhaoyang1

(1. Flower Research Institute Guangxi Academy of Agricultural Sciences,Nanning 530007, China; 2. Flower Research Institute Yunnan Academy of Agricultural Sciences/National Engineering Research Center for Ornamental Horticulture,Kunming 650200, China; 3. Jinhua Academy of Agricultural Sciences, Jinhua 321000, Zhejiang, China; 4. Guangzhou Panyu Lotus Hill Resort,Guangzhou 511400, China)

In order to understand the aroma substances of, the volatile components in flowers of 62 cultivars were studied by using Gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The results showed that there were 72 volatile components detected from flowers, in which alkenes (26 types), alkanes (11 types), and alcohols (9 types) are the top 3, and there were 53 aromatic components, accounting for 73.60%. Fifty-six volatile components were detected from 40 cultivars of tropical waterlily, including 39 aromatic components, while 37 volatile components from 22 cultivars of hardy waterlily, including 27 aromatic components. The main aroma substances were benzyl acetate,-ocimene, benzyl alcohol, farnesene, myrcene, limonene, benzaldehyde,-isoterpinene,-pinene, cinnamyl alcohol,-butanol, etc. According to volatile components and aromatic components of, 62 cultivars could be divided into 3 and 4 groups by using intergroup cosine connection method, respectively. Therefore, these would provide basic information for development and utilization of aroma substances ofand the studies on co-evolution ofwith pollinators.

; Flower; Volatile component; Aromatic component; GC-MS; Cluster analysis

10.11926/jtsb.4498

2021-08-11

2021-11-03

廣西自然科學(xué)基金青年基金項目(2020GXNSFBA297106)；云南省重大科技專項(2019ZG006)；廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技發(fā)展基金項目(桂農(nóng)科2021JM113)；廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)專項(桂農(nóng)科2021YT132)；金華市科技計劃項目(2019-2-002)資助

This work was supported by the Youth Project for Natural Science in Guangxi (Grant No. 2020GXNSFBA297106); the Project for Major Science and Technology in Yunnan (Grant No. 2019ZG006); the Project for Science and Technology Development of Guangxi Academy of Agricultural Sciences (Grant No. 2021JM113); the Project for Basic Research of Guangxi Academy of Agricultural Sciences (Grant No. 22021YT132); and the Project for Science and Technology in Jinhua City (Grant No. 2019-2-002).

蘇群(1990生)，男，碩士，助理研究員，主要從事花卉分子遺傳育種研究。E-mail: qunsu315@yeah.net

E-mail: tminfl@yeah.net