廖禎妮 鄧少華 崔 強(qiáng) 張海霞 徐毓?jié)?何才生 李茂娟，3

1 湖南省郴州市林業(yè)科學(xué)研究所 湖南郴州 423000

2 華南師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 廣州 510631

3 郴州市林下經(jīng)濟(jì)植物資源培育與利用技術(shù)研發(fā)中心 湖南郴州 423000

4 郴州市森林環(huán)境資源開發(fā)與利用技術(shù)研發(fā)中心 湖南郴州 423000

隨著 “森林康養(yǎng)” “健康中國(guó)” “園林城市”等概念的提出， 越來越多城市綠化植物的揮發(fā)性有機(jī)物成為研究熱點(diǎn)[1-2]。 植物揮發(fā)物主要成分包括萜烯類、 醛酮類、 芳烴類、 烷烴類、 酯類等[3-4]，其中一些揮發(fā)性有機(jī)物成分可以鎮(zhèn)靜安神、 提高人體免疫力[5]， 還有一些能夠降低空氣中微生物的數(shù)量、 改善空氣質(zhì)量[6]。 因此， 這些揮發(fā)性有機(jī)物不僅是衡量植物應(yīng)用性的參照指標(biāo)， 也是評(píng)價(jià)植物抗菌抑菌、 改善人體健康等功效的重要參數(shù)[7-8]。

茶梅 (Camellia sasanquaThunb.) 為山茶科山茶屬常綠冬季開花灌木或小喬木， 其花色艷麗、 花期長(zhǎng)、 花量大， 體態(tài)優(yōu)雅、 葉形雅致， 是觀花、 賞葉俱佳的著名木本花卉； 此外， 由于適應(yīng)性強(qiáng)、 具有一定耐蔭性， 作為林下觀賞花卉也有廣闊的應(yīng)用前景[9]。 茶梅起源于中國(guó)及日本， 栽培歷史悠久，目前記載茶梅品種約500 種[10]。 近年來， 茶梅逐漸成為中國(guó)多地園林綠化應(yīng)用的重要樹種， 對(duì)其研究主要集中在品種資源的收集保存、 引種栽培和應(yīng)用等方面[11-13]。 當(dāng)下， 觀賞功能是城市綠地植物造景、 樹種選擇的基礎(chǔ)要求， 而人們對(duì)兼具改善環(huán)境、 凈化空氣、 康養(yǎng)保健等功能的園林景觀樹種則更為青睞[14]。 因此， 分析茶梅自然釋放到環(huán)境中的揮發(fā)性有機(jī)物的主要化學(xué)成分及其含量，探討其生理活性以及對(duì)人體健康等方面的作用具有重要意義。

茶梅香氣宜人， 但目前茶梅產(chǎn)業(yè)深度開發(fā)尚有欠缺， 關(guān)于茶梅花揮發(fā)物的研究主要集中在成分鑒定與分析方面， 其中多以蒸餾 (SDE)、 頂空-固相微萃取 (HS-SPME) 為收集方法， 再結(jié)合氣質(zhì)聯(lián)用 (GC-MS) 技術(shù)對(duì)所收集成分進(jìn)行檢測(cè)。 吳迪迪等[13]研究發(fā)現(xiàn)鮮茶梅花揮發(fā)油主要特征成分為丁香酚、 二十烷、 二十四烷、 棕櫚酸、芳樟醇。 王潔等[15-17]對(duì)不同茶梅品種花朵、 不同茶梅花期及花器官的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，組成各茶梅品種揮發(fā)性的物質(zhì)各不相同， 同一品種茶梅在不同花期、 不同花器官揮發(fā)性成分及其含量也存在差異。 目前大多數(shù)的研究以破壞性萃取茶梅揮發(fā)物來分析其香氣成分， 而對(duì)其活體植株上花自然釋放的香氣成分報(bào)道較為鮮見。 動(dòng)態(tài)頂空吸附法 (DHS) 采集的成分能夠真實(shí)地反映植物在自然生長(zhǎng)狀態(tài)下的揮發(fā)性成分組成， 該方法無溶劑干擾和熱降解作用， 被廣泛用于芳香植物的揮發(fā)性成分研究[18-19]。 鑒于此， 本研究采用動(dòng)態(tài)頂空吸附法和全自動(dòng)熱脫附-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 (ATD-GC/MS) 技術(shù)首次測(cè)定和比較‘秋芍藥’(C.sasanqua‘Qiushaoyao’)、‘美嬌顏’(C.sasanqua‘ Meijiaoyan’) 和 ‘ 丹 玉 ’ (C.sasanqua‘Danyu’)3 個(gè)花色差異明顯的茶梅栽培品種鮮花的香氣成分和釋放量， 以期了解3 個(gè)品種茶梅花揮發(fā)物成分的特性， 旨在從化學(xué)生態(tài)學(xué)角度為不同品種茶梅的推廣與應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 植物材料與采樣地點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)材料為茶梅 ‘秋芍藥’‘美嬌顏’ 和 ‘丹玉’ 3 個(gè)品種， 均為 5 年生灌木。 ‘丹玉’ 花瓣呈玫紅色， 花瓣其間有點(diǎn)帶狀白色斑塊， 花型為“復(fù)瓣型”， 花期為12 月至翌年1 月； ‘美嬌顏’花瓣呈粉紅色， 花型為 “荷花型”， 花期 1—2月； ‘秋芍藥’ 花瓣呈白色， 花型為 “芙蓉型”，花期為12 月至翌年1 月。

供試植株栽種于湖南省郴州市南嶺植物園茶梅園 (25°15′N、 113°1′E)， 該園所在地區(qū)屬于南亞熱帶向中亞熱帶過渡氣候區(qū)， 年均氣溫17.8 ℃，年均降水量1 300～1 500 mm， 平均無霜期290 d，海拔 190 ～220 m； 土壤類型為石灰?guī)r發(fā)育的紅壤[20]。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 動(dòng)態(tài)頂空采樣

1) 采樣前準(zhǔn)備。 使用高溫烘烤法， 將裝滿活性炭的氣體干燥塔置于烘箱 (上海一恒科學(xué)儀器有限公司) 中， 在160 ℃的環(huán)境下烘5 h 以上密封備用； 惰性特氟龍采集袋和塑料管在100 ℃的溫度環(huán)境下烘1 h 以上備用。 吸附管 (Tenax TA，英國(guó)Markes 公司) 用解吸管活化儀 (JH-1 型，北京中惠普有限公司) 在0.1 L·min-1高純氮?dú)?99.999%) 吹掃下， 330 ℃活化 2 h。 活化好后密封吸附管， 用錫箔紙包住裝在玻璃干燥器內(nèi)，置于4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

2) 揮發(fā)物采集。 結(jié)合各品種茶梅的開花特性，采樣工作分別設(shè)在2020 年1 月各品種茶梅的盛花期 (開花量達(dá)整株樹花苞的50%以上) 進(jìn)行， 因冬季早晨有霜露， 上午植株表面濕氣大， 為避免采集袋內(nèi)外濕氣不平衡， 樣品采集均選擇在晴朗天氣的下午 15 ∶00-16 ∶00。 選取生長(zhǎng)良好、 健康無病蟲害的植株作為樣本， 在樹上選取6～10 朵花， 去其花枝上的葉片只保留花朵， 保證采樣袋內(nèi)花生物量基本一致， 采用動(dòng)態(tài)頂空套袋法采集活體茶梅植株上花的揮發(fā)物， 每個(gè)品種茶梅鮮花各采集3 個(gè)氣樣， 同時(shí)以采樣植株半徑1.5 m 內(nèi)的空氣作為實(shí)驗(yàn)本底氣樣。 具體方法如下: 將惰性的特氟龍透明采集袋 (406 mm×444 mm， 美國(guó)Reynolds 公司) 罩住活體茶梅植株的花， 盡量保證袋子不與花接觸以造成損傷， 用惰性特氟龍塑料管、 硅膠軟管以及封口膜 (美國(guó)PARAFILM 公司) 連接各氣路， 再用大氣采樣儀 (QC-1 型， 北京市勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)研究所) 迅速排出袋內(nèi)空氣， 然后泵入經(jīng)活性炭過濾的空氣， 當(dāng)袋內(nèi)氣體達(dá)到袋子總體積3/4 時(shí)， 開始循環(huán)采氣。 采樣時(shí)氣流速度保持在0.1 L·min-1， 吸附管采樣時(shí)間1 h[21]。 采樣結(jié)束后， 將吸附管用錫箔紙包好放入干燥器內(nèi)， 并放在裝有冰盒的保溫盒中保存， 帶回實(shí)驗(yàn)室后在-20 ℃條件下保存至檢測(cè)， 15 d 內(nèi)檢測(cè)分析。 同時(shí)， 將采樣袋內(nèi)花和枝條帶回實(shí)驗(yàn)室稱鮮重， 然后將花和枝條在60℃的溫度環(huán)境下烘48 h 后再稱重。 揮發(fā)物采集時(shí)使用照度計(jì) (LX1332B， 中國(guó)欣寶科儀有限公司) 監(jiān)測(cè)光照，使用便攜式氣候檢測(cè)儀(Kestrel 5500，美國(guó)Nielsen-Kellerman 公司)監(jiān)測(cè)采樣植株周圍空氣中的溫度、濕度、風(fēng)速、氣壓。 樣品采集氣候參數(shù)見表1。

表1 樣品采集氣候因子參數(shù)

1.2.2 花朵揮發(fā)物成分分析

1) 自動(dòng)熱脫附-解析。 使用TurboMatrix 650型自動(dòng)熱脫附-解析儀(美國(guó)珀金埃爾默公司)進(jìn)行自動(dòng)熱脫附-解析，脫附溫度280 ℃，脫附時(shí)間10 min，脫附流量35 mL·min-1，不分流進(jìn)樣，傳輸線溫度200 ℃。 冷阱初始溫度-30 ℃，脫附溫度280 ℃，保持時(shí)間3 min，冷阱解析流量20 mL·min-1。

2) GC/MS 分析。 使用 QP2010 Plus 型 GC/MS(日本SHIMADZU 島津公司)， DB-624 毛細(xì)管色譜柱 (60 m×0.25 mm×1.40 μm， 美國(guó) Agilent 公司)進(jìn)行分析， 進(jìn)樣口溫度 200 ℃， 隔墊吹掃流5 mL·min-1， 分流比 10.0。 升溫程序: 起始溫度35 ℃， 然后以5 ℃·min-1升至 220 ℃， 保持2 min。質(zhì)譜條件為EI 離子源， 電子能量為70 eV， 采集模式為全掃描， 掃描質(zhì)量范圍為 33 ～400 amu。 離子源溫度為230 ℃， 四級(jí)桿溫度為150 ℃。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

由ATD-GC/MS 分析得到總離子流圖 (Total Ion Current， TIC)， 對(duì) 獲 取 的 質(zhì) 譜 數(shù) 據(jù) 經(jīng)TurboMass 軟件檢索并比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)譜庫NIST 17.0，以質(zhì)譜匹配度和保留指數(shù) (Retention Index， RI)值匹配度最高的化合物為最佳鑒定結(jié)果， 確定茶梅花樣品揮發(fā)物中的化學(xué)成分， 各化學(xué)成分的相對(duì)百分含量用峰面積歸一化法計(jì)算。 使用Excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理， Origin2018 進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 揮發(fā)物成分的相對(duì)含量

本研究共鑒定出45 種揮發(fā)性化合物， 包括醇類、 萜烯類、 酸酯類、 醛酮類、 烷烴類和苯形烴類共6 類。 不同品種茶梅花的揮發(fā)物成分的數(shù)量及其相對(duì)含量存在差異。 由表2 可知: 茶梅 ‘秋芍藥’ 花釋放的揮發(fā)物檢測(cè)出26 種化合物， 主要特征成分有碳酸二乙酯 (21.33%) 和4， 6-二甲基十二烷 (11.16%)； 茶梅 ‘美嬌顏’ 花釋放的揮發(fā)物檢測(cè)出18 種化合物， 主要特征成分有二十烷 (20.13%)、 壬醛 (17.77%)、 2-甲基-4-戊醛(15.79%)、 十七烷 (12.00%)； 茶梅 ‘丹玉’花釋放的揮發(fā)物檢測(cè)出21 種化合物， 主要特征成分有 2-甲基-4-戊醛 (19.41%)、 二十烷 (15.26%)和 3-甲基-1-戊烯-1-醇 (10.49%)。 3 個(gè)品種茶梅花揮發(fā)物的共有化合物成分為丙酮、 癸醛、 二十烷、 甲苯， 其中 ‘丹玉’ 的丙酮和癸醛相對(duì)含量最高， 分別為3.29%和4.77%； ‘秋芍藥’ 的甲苯相對(duì)含量最高， 達(dá)3.29%； ‘美嬌顏’ 的二十烷相對(duì)含量最高， 為20.13%， 而 ‘秋芍藥’ 的二十烷相對(duì)含量只有4.77%。 ‘秋芍藥’ 以2， 3-丁二醇、 正辛醇、 反式-芳樟醇氧化物、 1-十七烷醇、 7-環(huán)外反式-1-丙烯基-二環(huán)辛烯、 碳酸二乙酯、正己醛、 4， 6-二甲基十二烷、 2， 6， 11-三甲基十二烷、 2， 6， 10-三甲基十三烷、 二十四烷、 苯、 乙苯為特有成分； ‘美嬌顏’ 的特有成分有2-乙基丁醇、 己基癸醇、 2-丁酮、 7-十六碳烯醛、 14-甲基-8-十六碳烯-1-縮醛、 十七烷、 異亞丙基-1， 2-二醇-二十二烷； ‘丹玉’ 的特有成分有3-甲基-1-戊烯-1-醇、 1-戊烯、 乙酸乙酯、 2-庚烯酸、 甲基丙烯酸月桂酯、 乙醛、 異戊烷、 2-甲基二十六烷。

表2 不同品種茶梅花揮發(fā)物成分及其相對(duì)含量

表2(續(xù))

2.2 揮發(fā)物成分的類型

對(duì)3 個(gè)品種茶梅花的揮發(fā)物成分進(jìn)行分類，結(jié)果 (圖1) 發(fā)現(xiàn)， ‘秋芍藥’ 和 ‘丹玉’ 花釋放的揮發(fā)物種類均包含了6 類成分， 而 ‘美嬌顏’ 花釋放的揮發(fā)物種類包含了4 類成分， 未釋放萜烯類和酸酯類化合物。 3 個(gè)品種茶梅花釋放的揮發(fā)物種類均以醛酮類和烷烴類化合物種類較多， 其中， ‘秋芍藥’ 花的揮發(fā)物成分以烷烴類和酸酯類化合物為主， 占BVOCs 成分的48.53%；‘美嬌顏’ 花的揮發(fā)物成分以烷烴類和醛酮類化合物為主， 占 BVOCs 成分的91.50%； ‘丹玉’ 花的揮發(fā)物成分以烷烴類和醛酮類化合物為主， 占BVOCs 成分的64.49%。

圖1 不同品種茶梅花揮發(fā)物成分分類及其相對(duì)含量

2.3 揮發(fā)物與環(huán)境因子的相關(guān)性

由表3 可知: 茶梅花中揮發(fā)性有機(jī)化合物總數(shù)量與烷烴類、 醛酮類化合物的相對(duì)含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系， 即揮發(fā)性有機(jī)物的數(shù)量越多， 則烷烴類和醛酮類化合物所占揮發(fā)物總量的相對(duì)含量越低。茶梅花中揮發(fā)性有機(jī)化合物總數(shù)量與光照強(qiáng)度、風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)關(guān)系， 與光照強(qiáng)度呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系， 而烷烴類和醛酮類化合物的相對(duì)含量均與光照強(qiáng)度、 風(fēng)速呈正相關(guān)關(guān)系。 茶梅林中溫度與茶梅花揮發(fā)性有機(jī)化合物總數(shù)量、 烷烴類化合物的相對(duì)含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系， 與醛酮類化合物的相對(duì)含量呈正相關(guān)關(guān)系。 茶梅林中揮發(fā)性有機(jī)化合物總數(shù)量與相對(duì)濕度呈正相關(guān)關(guān)系， 烷烴類和醛酮類化合物的相對(duì)含量均與相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。 茶梅林中大氣壓強(qiáng)與茶梅花揮發(fā)性有機(jī)化合物總數(shù)量、 烷烴類化合物的相對(duì)含量呈正相關(guān)關(guān)系， 與醛酮類化合物的相對(duì)含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

表3 茶梅園各指標(biāo)的相關(guān)性分析

3 討論

不同品種的茶梅花中特有的釋香成分決定了品種間的香味差異。 本研究利用ATD-GC/MS 方法對(duì) 3 個(gè)品種 ( ‘丹玉’‘美嬌顏’ 和 ‘秋芍藥’ ) 茶梅花的揮發(fā)物進(jìn)行分析， 結(jié)果共鑒定出揮發(fā)物45 種， 其中醛酮類和烷烴類化合物的相對(duì)含量較高。 據(jù)報(bào)道， 醛類物質(zhì)大多具有花香、 果香和清香等令人愉悅的香味且閾值低[22]， 對(duì)總體香味影響較大， 本研究中的3 個(gè)品種茶梅花中醛酮類物質(zhì)的相對(duì)含量為19. 59%～57. 03%， 因此推測(cè)其也是賦予茶梅花香氣的重要影響因子。王潔等[15]研究表明醛酮類化合物是影響茶梅花香氣濃郁程度的關(guān)鍵成分， 與本研究結(jié)果相似。 烷烴類物質(zhì)的相對(duì)含量為25.75%～34.47%， 烷烴類物質(zhì)一般具有較高的香氣閾值[22]， 主要用于提高整體香味。

植物氣體揮發(fā)物中醛類揮發(fā)物具有鎮(zhèn)靜作用，酯類揮發(fā)物具有凈化空氣的作用， 烯萜類揮發(fā)物具有殺菌、 抗炎、 抗癌的作用， 對(duì)人體健康有重要意義[23]。 茶梅品種 ‘美嬌顏’ 花揮發(fā)物中醛酮類化合物相對(duì)含量最高， 達(dá)57.03%； ‘丹玉’ 花揮發(fā)物中醛酮類化合物相對(duì)含量達(dá)38.74%； ‘秋芍藥’ 花揮發(fā)物成分中主要以烷烴類和酸酯類化合物為主， 分別為27.20%和21.33%。 鑒此， 根據(jù)3 個(gè)品種各自花的生物特性及其花香主要特征成分特點(diǎn)提出 “個(gè)性化” 的應(yīng)用方式: ‘秋芍藥’花色淡雅， 香氣揮發(fā)物成分種類多， 酸酯類化合物含量高， 可以將其用作凈化空氣為主導(dǎo)的綠地應(yīng)用品種； ‘美嬌顏’ 花朵大且花量多， 但花揮發(fā)物中未檢測(cè)出烯萜類和酸酯類化合物， 適合用于冬季城市景觀應(yīng)用樹種； ‘丹玉’ 花色艷麗且花量多， 醛酮類化合物含量高， 且含有烯萜類揮發(fā)物， 更有優(yōu)勢(shì)作為冬季城市景觀和康養(yǎng)保健綜合型應(yīng)用樹種。 王潔等[15]利用固相微萃取和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法對(duì)6 個(gè)茶梅品種花朵揮發(fā)物成分進(jìn)行分析， 發(fā)現(xiàn)揮發(fā)物成分以醛酮類、 醇類和烷烴類為主， 但其主體特征成分均為苯乙酮、 順式-芳樟醇氧化物及芳樟醇。 由此可見， 不同品種茶梅花揮發(fā)物的差異除由基因的不同表達(dá)模式?jīng)Q定外， 提取方法可能對(duì)揮發(fā)物釋放也產(chǎn)生明顯的影響。

植物揮發(fā)性有機(jī)物的釋放受內(nèi)在因素 (植物的種類、 樹齡、 器官及發(fā)育狀態(tài)等) 和外界因素(光強(qiáng)、 溫度、 相對(duì)濕度、 風(fēng)速等環(huán)境因子) 的雙重影響。 茶梅 ‘秋芍藥’ 花揮發(fā)物樣品采集時(shí)的光照強(qiáng)度和溫度最低， 但 ‘秋芍藥’ 花釋放的揮發(fā)物成分?jǐn)?shù)量最多， 有 26 種。 茶梅 ‘丹玉’花揮發(fā)物樣品采集時(shí)的濕度最低， 其花釋放的揮發(fā)物成分檢測(cè)出21 種化合物。 本研究發(fā)現(xiàn)茶梅揮發(fā)性有機(jī)化合物總數(shù)量與林中光照強(qiáng)度、 溫度和風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)關(guān)系， 與相對(duì)濕度、 大氣壓強(qiáng)呈正相關(guān)關(guān)系。 王茜[24]研究指出福州地區(qū)毛竹林內(nèi)總揮發(fā)性化合物濃度與光照和溫度呈正相關(guān)關(guān)系，與空氣相對(duì)濕度和風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)關(guān)系； 劉榮家[25]研究發(fā)現(xiàn)杭州苦櫧和石櫟的混交林內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物與空氣溫度呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系， 與空氣相對(duì)濕度不存在明顯的相關(guān)關(guān)系； 研究結(jié)果與本文結(jié)果不一致可能與植物種類、 栽培地區(qū)有關(guān)。 茶梅作為冬季鮮有的開花植物， 可能越是濕冷、 陰涼的環(huán)境反而更有利于茶梅釋放揮發(fā)物， 其花釋放出的揮發(fā)物成分?jǐn)?shù)量及其含量與溫度、 濕度、光照等環(huán)境因子存在的相關(guān)關(guān)系有待進(jìn)一步研究。因郴州地區(qū)冬季上午濕度大， 植物表層露水多，本研究限于只在冬季晴天的下午進(jìn)行， 以后擬進(jìn)一步增加采樣時(shí)間點(diǎn)， 探索不同時(shí)間段環(huán)境因子引起茶梅花揮發(fā)物成分的變化， 為不同品種茶梅在各地科學(xué)引種栽培及其保健型園林應(yīng)用提供參考與借鑒。

4 結(jié)論

不同品種的茶梅花揮發(fā)物成分不同， 共有物質(zhì)成分的相對(duì)含量差異顯著； 茶梅 ‘丹玉’‘美嬌顏’ 和 ‘秋芍藥’ 因品種的不同， 其鮮花揮發(fā)物所含的物質(zhì)成分及相對(duì)含量也不同， 為茶梅個(gè)性化資源利用與開發(fā)提供了基礎(chǔ)。 不同環(huán)境影響因子對(duì)茶梅花釋放的揮發(fā)物成分的影響存在差異，光照強(qiáng)度與揮發(fā)性有機(jī)化合物總數(shù)的相關(guān)性極高，相對(duì)濕度與烷烴類化合物相對(duì)濃度的相關(guān)性極高，光照強(qiáng)度、 相對(duì)濕度和風(fēng)速與醛酮類化合物相對(duì)濃度的相關(guān)性極高。

致謝: 中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所廖旭老師在ATD-GC/MS 實(shí)驗(yàn)樣品檢測(cè)和數(shù)據(jù)分析給予了幫助，在此表示感謝!