楊華 宋緒忠

(浙江省林業(yè)科學研究院,杭州,310023)

彎蒴杜鵑(RhododendronhenryiHance.)為杜鵑花屬(Rhododendron)馬銀花亞屬(Subgen.Azaleastrum)常綠植物[1],分布于中國浙江、江西、福建、臺灣、廣東、廣西等省份海拔500～1 000 m的林內[2-3]。彎蒴杜鵑的花朵大,單朵花盛開時花徑可達6～10 cm,花色淡紫紅色或粉紅色[3],花朵具有明顯的香味,是一種有利用價值的觀賞性狀之一。然而,目前彎蒴杜鵑分布數(shù)量有限,少有研究者開展研究,處于未開發(fā)的狀態(tài)。本研究利用頂空固相微萃取氣質聯(lián)用儀(HS-SPME-GC-MS),對其花朵的開放過程及花瓣、雌雄蕊揮發(fā)性成分進行測定,較為全面的分析彎蒴杜鵑花朵揮發(fā)性成分的特點。

眾所周知,植物花朵的香氣是其重要的觀賞性狀,適宜的香氣可以為植物的觀賞價值加分,如桂花(Osmanthusfragrans)的花朵,小且不美觀,但它的香氣深受人們喜愛,成為眾多城市普遍種植的綠化樹種。當前,利用固相微萃取-氣相色譜-質譜聯(lián)用(SPME-GC-MS)研究觀賞植物的花朵揮發(fā)性成分已有相當多的報道[4-10],包括杜鵑屬植物花朵的研究[11-14],另外四川杜鵑(R.sutchuenense)和美容杜鵑(R.calophytum)[15-16]通過提取揮發(fā)油也分析了揮發(fā)性成分。花香主要包括萜烯類、苯環(huán)/苯丙素類、脂肪酸類及硫氮化合物[17]。不同植物花朵揮發(fā)物成分組合不同,或者不同花朵存在相同的香氣成分,但揮發(fā)物成分比例不同,都會表現(xiàn)出不一樣的花香特征。本研究從香氣的角度分析彎蒴杜鵑應用價值,為評價彎蒴杜鵑觀賞價值提供數(shù)據(jù),促進其開發(fā)和利用,也為發(fā)掘杜鵑花香基因提供參考。

1 材料與方法

試驗材料:彎蒴杜鵑以黃壤為基質,栽于9.5 L塑料盆中,置于浙江省林業(yè)科學研究院苗圃(30°13′9″N,120°1′26″E)。2022年3月下旬08:30—09:00期間,選擇處于盛花期的2株彎蒴杜鵑,采集處在不同開花時期花各1朵,立刻密封于15 mL的采樣瓶內帶回實驗室,同一開花時期重復3次。樣品采集時期為4個開花過程:花蕾期(花朵的苞片打開,花瓣未打開的狀態(tài));半開放期(花瓣略微打開的狀態(tài));盛開期(花瓣完全打開的當天);凋落期(完全開放3 d以上)。另取盛開期的花朵,花瓣和雌雄蕊分別取樣,重復3次。

頂空固相微萃取:試驗方法參照文獻[12]的方法,頂空萃取50 min,取出后立即插入色譜儀進樣口(溫度250 ℃)脫附1 min。

氣相色譜質譜分析:試驗方法參照文獻[12]的方法。所得質譜于美國國家標準技術研究院(NIST)譜庫進行檢索,人工分析鑒定出各樣品揮發(fā)性成分,并求平均值作為最終數(shù)值,揮發(fā)性成分占色譜總餾出峰面積的100%。

2 結果與分析

2.1 4個開花過程揮發(fā)性成分種類及相對質量分數(shù)

通過氣相色譜和質譜分析,獲得各樣品花香成分總離子流圖(圖1),采用保留指數(shù)定性的方法并輔助質譜檢索,獲得各樣品的揮發(fā)性成分,結果見表1。

A為花蕾期;B為半開放期;C為盛開期;D為凋落期;E為花瓣;F為雌雄蕊。

表1 彎蒴杜鵑開花過程各揮發(fā)性化學成分相對質量分數(shù)

從表1可以看出,彎蒴杜鵑花朵4個開放過程檢測出49種揮發(fā)性成分,各過程揮發(fā)性成分數(shù)量呈先升高后降低的變化趨勢。盛開期花朵揮發(fā)性成分的種類最多,有33種,花蕾期花朵揮發(fā)性成分的種類最少,只有9種。有20種揮發(fā)性成分只出現(xiàn)在一個開花過程中,僅有羅勒烯和(+)-表雙環(huán)倍半水芹烯2種揮發(fā)性成分在各開花過程中均有出現(xiàn)?；ɡ倨诜颊链枷鄬|量分數(shù)最高,達55.47%;半開放期、盛開期、凋落期都以苯甲酸甲酯相對質量分數(shù)最高,分別達36.54%、38.23%、37.22%。

從表2可以看出,在4個花朵開放過程中,揮發(fā)性成分可以歸為5類化合物,種類最多的化合物為萜烯類化合物,有22種,占化合物總數(shù)量的44.90%;其次是芳香烴類化合物和醇類化合物,各有10種,占化合物總數(shù)量的20.41%;醛類化合物最少,僅有1種,占化合物總數(shù)量的2.04%。花蕾期醇類化合物相對質量分數(shù)最高,占55.47%;半開放期、盛開期、凋落期以酯類化合物為主,分別占45.62%、52.88%、55.84%,且隨開花時間推移,占比越來越高。萜烯類化合物相對質量分數(shù)在4個開放過程中都排第二。

2.2 4個開放過程揮發(fā)性成分的變化規(guī)律

從表1可以看出,在4個開放過程中,部分揮發(fā)性成分表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律,主要有4類:

(1)相對質量分數(shù)先升高再降低的揮發(fā)性成分有:(+)-表雙環(huán)倍半水芹烯、[s-(E,E)]-1-甲基-5-甲乙基-8-(1甲乙基)-1,6-環(huán)癸二烯、(Z)-羅勒烯、苯甲酸甲酯4個;

(2)相對質量分數(shù)先降低再升高的揮發(fā)性成分有:(E)-羅勒烯、羅勒烯、α-蓽澄茄油烯、可巴烯、[3aS-(3a.α.,3b.β.,4.β.,7.α.,7aS*)]8氫-7-甲基-3-亞甲基-4-(1-甲乙基)-1H-環(huán)戊醇[1,3]環(huán)丙烷[1,2]苯、(1S-cis)-1,2,3,5,6,8a-六氫-4,7-二甲基-1-(1-甲乙基)萘6個;

(3)相對質量分數(shù)不斷升高的揮發(fā)性成分有:月桂烯、苯甲酸乙酯、水楊酸甲酯、(1α,4aα,8aα)-1,2,4a,5,6,8a-六氫-4,7-二甲基-1-(1-甲乙基)萘、[1R-(1α,4aα,8aα)]-1,2,4a,5,6,8a-六氫-4,7-二甲基-1-(1-甲乙基)萘、α-白菖考烯、合金歡醛7個;

(4)相對質量分數(shù)不斷降低的揮發(fā)性成分有:α-蒎烯、癸酸甲酯、反式石竹烯、s-(E,E)-1-甲基-5-亞甲基-8(1-甲乙基)-1,6-環(huán)癸二烯、白菖烯、(1α,4aα,8aα)-1,2,3,4,4a,5,6,8a-八氫-7-甲基-4-亞甲基-1-(1-甲乙基)-萘、1,2,4a,5,6,8a-六氫-4,7-二甲基-1-(1-甲乙基)萘、(1S-cis)-1,2,3,4-四氫-1,6-二甲基-4-(1-甲乙基)萘、1,2,3,4,4a,7-六氫-1,6-二甲基-4-(1-甲乙基)萘、1,1,6三甲基-1,2二氫萘、橙花叔醇2、3,7,11-三甲基-2,6,10-十二烷三烯-1-醇12個;

其余成分在4個開放過程中只出現(xiàn)一次。

表2 不同種類揮發(fā)性成分的相對質量分數(shù)

從表2可以看出,在4個花朵開放過程中,5類化合物的變化規(guī)律是:醇類化合物相對質量分數(shù)呈降低-升高-降低的變化趨勢,芳香烴類化合物相對質量分數(shù)呈先降低后升高的變化趨勢,醛類和酯類化合物相對質量分數(shù)呈逐漸升高的變化趨勢,萜烯類化合物相對質量分數(shù)呈先升高再降低的變化趨勢。

2.3 花瓣與雌雄蕊揮發(fā)性成分種類及相對質量分數(shù)

從表1可以看出,彎蒴杜鵑花朵花瓣與雌雄蕊檢測出42種揮發(fā)性成分,揮發(fā)性成分存在明顯差異。有10種揮發(fā)性成分只出現(xiàn)在花瓣中,主要是(Z)-羅勒烯,在花瓣中的相對質量分數(shù)為23.25%;有18種揮發(fā)性成分只出現(xiàn)在雌雄蕊中,主要是α-依蘭油烯,在雌雄蕊中的相對質量分數(shù)為4.21%。但花瓣和雌雄蕊都以苯甲酸甲酯相對質量分數(shù)最高,分別達43.16%和17.70%?；ò曛?Z)-羅勒烯相對質量分數(shù)次高,達23.25%;雌雄蕊中[s-(E,E)]-1-甲基-5-甲乙基-8-(1甲乙基)-1,6-環(huán)癸二烯相對質量分數(shù)次高,達16.55%。

從表2可以看出,在花瓣與雌雄蕊的檢測中,揮發(fā)性成分可以歸為5類化合物,種類最多的化合物為萜烯類化合物,有19種,占化合物總數(shù)量的45.24%;其次是芳香烴類化合物,有10種,占化合物總數(shù)量的23.81%;醛類化合物最少,僅有1種,占化合物總數(shù)量的2.38%?；ò暌怎ヮ惢衔餅橹?相對質量分數(shù)達63.46%,雌雄蕊以萜烯類化合物為主,相對質量分數(shù)達45.69%。

3 討論

彎蒴杜鵑花朵4個開放過程檢測出49種揮發(fā)性成分,花瓣與雌雄蕊檢測出42種揮發(fā)性成分,共檢測出60種揮發(fā)性成分。部分揮發(fā)性成分只在花瓣或雌雄蕊檢測中出現(xiàn)或未出現(xiàn),因為不是同一朵花,存在成分差異,也是采集花朵在開放時間上并不能完全一致等多種原因造成的。與其他含有香氣的觀賞植物相比,彎蒴杜鵑花香揮發(fā)性成分的種類較多,如同屬不同組的馬銀花(R.ovatum)花朵揮發(fā)性成分有57種[12],而同屬同組的刺毛杜鵑(R.championae)花蕾期和盛開期只檢測出23種化合物[13],鹿角杜鵑(R.latoucheae)整個開花過程共檢測出37種揮發(fā)性成分[14]。

彎蒴杜鵑花蕾期芳樟醇相對質量分數(shù)最高,達55.47%;半開放期、盛開期、凋落期、花瓣和雌雄蕊都以苯甲酸甲酯相對質量分數(shù)最高,分別達36.54%、38.23%、37.22%、43.16%、17.70%。與同亞屬的杜鵑花朵主要揮發(fā)性成分相比,種類并不相同,馬銀花花蕾期和凋落期相對質量分數(shù)最高為蒎烯,其他過程相對質量分數(shù)最高為肉桂酸甲酯和6,9-十七碳二烯[12];鹿角杜鵑4個開花過程相對質量分數(shù)最高為羅勒烯和反式石竹烯,盛開期芳樟醇也是主要成分[14]。芳樟醇在彎蒴杜鵑花蕾期存在,隨后則消失了,轉化為羅勒烯及其他成分,羅勒烯可以由芳樟醇反應轉化而來。苯甲酸甲酯具有濃郁的冬青油和尤南迦油香氣,可用于配制香水香精和人造精油,也大量用于食品中,在彎蒴杜鵑大多數(shù)開放過程中苯甲酸甲酯都是主要揮發(fā)性成分,是特征香氣成分之一,說明其花香是一種令人舒適的氣味。在彎蒴杜鵑花朵開放的整個過程中,只有羅勒烯和(+)-表雙環(huán)倍半水芹烯2種揮發(fā)性成分在4個開放過程中一直存在。羅勒烯相對質量分數(shù)較高,是彎蒴杜鵑特征香氣成分之一。許多花卉都含有羅勒烯這種具有草香、花香并伴有橙花油氣息的香氣成分,如在郁香野茉莉(Styraxodoratissimus)中,羅勒烯相對質量分數(shù)較高[18],樟樹(Cinnamomumcamphora)中也含有該種香氣成分[19]。彎蒴杜鵑的主要花香成分苯甲酸甲酯和羅勒烯在凋落期時仍保持較高水平,是為了在最后的開花階段保持較高的香氣,吸引昆蟲完成授粉,提高自然結實率。

多數(shù)揮發(fā)性成分在不同開放過程中發(fā)生降低、升高或消失的情況,這是因為花朵從不斷膨大到開放到最后凋落,其內釋放的揮發(fā)性成分經過脫氫、脫氧、催化、降解等一系列反應,積累或生成新的化合物參與代謝,從而引起揮發(fā)性成分的種類及相對質量分數(shù)發(fā)生變化[20]。揮發(fā)性成分中萜烯類化合物種類最多,共檢測出26種,在不同開放過程也占據(jù)了重要的比重,說明它是彎蒴杜鵑揮發(fā)性成分中主要的一類化合物。

目前關于植物花朵不同部位的揮發(fā)性成分特點研究不多,多數(shù)認為植物花朵的花瓣是主要的花香釋放部位,同時雄蕊和雌蕊也釋放少量香氣。Liu et al.[21]對玉簪屬(Hosta)植物研究發(fā)現(xiàn),花被部分、雌蕊和雄蕊部分散發(fā)的氣味相似,各揮發(fā)性成分相對質量分數(shù)略有差異。而彎蒴杜鵑花朵花瓣與雌雄蕊揮發(fā)性成分存在明顯差異,有10種揮發(fā)性成分只出現(xiàn)在花瓣中,有18種揮發(fā)性成分只出現(xiàn)在雌雄蕊中。雖然花瓣和雌雄蕊都以苯甲酸甲酯相對質量分數(shù)最高,但組合后可以形成不同的香味,進而吸引不同的昆蟲前來采蜜或食用,從而有利于自然授粉的完成?；ò昱c雌雄蕊這一差異在其他植物中是怎樣的情況,值得更廣泛的研究。

通過對彎蒴杜鵑花朵開放的4個過程所含的揮發(fā)性花香成分以及2個部位花器官的揮發(fā)性花香成分檢測,共檢測出60種揮發(fā)性成分,其中芳樟醇、苯甲酸甲酯和羅勒烯是相對質量分數(shù)較高的化合物,是彎蒴杜鵑特征香氣成分,只是不同開放過程成分及相對質量分數(shù)有差別。花瓣和雌雄蕊揮發(fā)性成分存在明顯差異。彎蒴杜鵑花朵香味無對人不利的揮發(fā)性成分,主要的特征香氣成分還給人舒適的感覺,有利于在園林綠化中應用,彎蒴杜鵑是值得開發(fā)的一種杜鵑花種類。