大花紫薇及小葉紫薇花氣味化學(xué)成分分析

唐麗萍，茅裕婷，藍(lán)來嬌，馬 濤，孫朝輝， 陳曉陽，溫秀軍*，賈彩娟，王定躍

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東 廣州 510642；2.深圳市梧桐山風(fēng)景區(qū)管理處，廣東 深圳 518004)

【研究意義】植物花氣味是由花器官釋放的一類具有揮發(fā)性且相對(duì)分子質(zhì)量低、沸點(diǎn)低及極性低的次生代謝物質(zhì)[1]。對(duì)于一般蟲媒花而言，植物花所釋放的化學(xué)物質(zhì)對(duì)昆蟲有強(qiáng)烈的吸引作用，例如：眉蘭中的γ-杜松烯能吸引雄蜂并引起其強(qiáng)烈興奮；石竹科Silene屬不同種的花香揮發(fā)物種含有的的單菇類烯烴如檸檬烯對(duì)蜜蜂傳粉有引誘作用；夜蛾在絕對(duì)黑暗的條件下也能訪花，說明其主要是通過氣味定向的[2]?；馕兜奶崛》椒ǘ喾N多樣，主要有水氣蒸餾法、壓榨法、溶劑萃取法、減壓蒸餾萃取法、固相微萃取法、頂空吸附法等方法[3]。目前，應(yīng)用動(dòng)態(tài)頂空吸附法是收集植物揮發(fā)物是較為廣泛的方法，它能在植物保持活性的狀態(tài)收集其揮發(fā)物，且操作簡單便捷，對(duì)色譜柱傷害較小[4]。【前人研究進(jìn)展】大花紫薇(Lagerstroemiaspeciosa)及小葉紫薇(Lagerstroemiaindica)都隸屬于千屈菜科(Lythraceae)紫薇屬(Lagerstroemia)，兩者都為落葉喬木。大花紫薇在國外主要分布于馬來西亞、印度、斯里蘭卡、越南、菲律賓及澳大利亞等國，國內(nèi)分布在廣東、廣西、福建等地區(qū)。小葉紫薇主要產(chǎn)于澳洲及亞洲南部，在我國華南、華東地區(qū)普遍栽培二者在我國主要作為行道樹及園林景觀樹[5-6]。其中大花紫薇又被稱為大葉紫薇，其葉具有一定的藥用價(jià)值，目前有研究表明大花紫薇的葉子中含有一定量的鞣花酸，用其葉制成的飲料可以用來治療和預(yù)防糖尿病,是一種天然的植物胰島素,口服有效且無副作用，有望成為21世紀(jì)有助于健康的功能食品[7]。小葉紫薇，別名百日紅，其樹姿優(yōu)美，花色艷麗；花期可由6月開至9月，處于夏秋少花季節(jié)，有“盛夏綠遮眼，此花紅滿堂”的贊語，在我國主要作為園林綠化樹種[8]。目前大花紫薇的研究主要集中在其葉的藥用價(jià)值方面，小葉紫薇的研究多集中在其苗木培育等方面[6]，關(guān)于二者的花氣味化學(xué)成分分析尚未見報(bào)道?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】本實(shí)驗(yàn)旨在應(yīng)用動(dòng)態(tài)頂空吸附法收集二者的花氣味，運(yùn)用氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)聯(lián)用技術(shù)分析其化學(xué)成分，對(duì)比二者之間的差異。【擬解決的關(guān)鍵問題】為大花紫薇及小葉紫薇及它們與傳粉昆蟲之間的互利共生關(guān)系的化學(xué)生態(tài)學(xué)方面的研究提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國保鮮袋，Porapak Q吸附管(6*150 mm,150 mg)，鄭州譜析科技有限公司；超靜音可調(diào)式氣泵(ACO-9610)，廣東海利集團(tuán)有限公司；HH-10型活化儀，鄭州譜析科技有限公司；QC-IB氣體采樣儀，北京市勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)研究所；二氯甲烷(色譜純)。干燥塔；活性炭。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)大花紫薇及小葉紫薇采集于2017年 6 月上旬，采集地點(diǎn)為華南農(nóng)業(yè)大學(xué)校園內(nèi)。

1.3 氣味收集

應(yīng)用動(dòng)態(tài)頂空吸附法收集大花紫薇及小葉紫薇花氣味，主要步驟為：收集之前將裝有Porapak Q的吸附管放入220 ℃活化儀中活化30 min。將采集好的花放入無味透明的聚氟乙烯采集袋中，用無味的特氟隆管連接儀器，首先先將采集袋抽癟，去除里面的空氣，然后，將抽氣泵抽取的空氣經(jīng)過裝水的圓底燒瓶中，去除空氣中的灰塵，再通過裝有活性炭的干燥塔，除去水分，以避免影響后續(xù)吸附劑對(duì)花氣味揮發(fā)物的吸附效果，之后干凈的空氣從采集袋的進(jìn)氣口進(jìn)入，模擬自然條件下花氣味揮發(fā)；揮發(fā)物質(zhì)將通過采集帶的出氣口導(dǎo)入填充有Porapak Q吸附劑的玻璃管中，進(jìn)行吸附收集；最后用0.5 mL的二氯甲烷洗脫吸附管，所得溶液裝入2 mL的色譜瓶，氮吹濃縮至100 μl，將樣品置于 -20 ℃冰箱保存，直至進(jìn)行儀器分析時(shí)取出。采樣時(shí)間：10:00-10:00，收集 12 h。

1.4 氣相色譜條件

分析條件：柱子型號(hào)：DB-5 毛細(xì)柱 (非極性柱，30 m×250 μm×0.25 μm)。采収兩級(jí)程序升溫方法，初始溫度為60 ℃保持 2 min，之后 以每分鐘上升 5 ℃到 120 ℃，保持2 min，最后以每分鐘上升 9 ℃到 250 ℃，保持10 min。不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣量為1 μl，流量為 1 mL/min。前進(jìn)樣口溫度 260 ℃，載氣為高純氦氣。離子源溫度230 ℃，MS 四極桿 150 ℃，溶劑延遲5 min。采集模式：全掃描，火焰離子化檢測器(FID)檢測。EI 電子轟擊，檢測器電壓350 V，發(fā)射電流 150 μA。采集速度 0.6 s/次，原子質(zhì)量單位采集質(zhì)量范圍 40～330 amu。①反復(fù)潤洗進(jìn)樣針數(shù)次后，吸取 1 μl 二氯甲烷進(jìn)樣。②結(jié)果顯示雜質(zhì)峰較少時(shí)，吸取 1 μl 樣品進(jìn)樣分析；化合物通過 NIST-08 質(zhì)譜庫鑒定。

1.5 花氣味化合物定性與半定量

由GC-MS分析得到的質(zhì)譜數(shù)據(jù)經(jīng)其自帶的標(biāo)準(zhǔn)譜庫(NIST-08)進(jìn)行檢索，對(duì)于譜庫檢索結(jié)果物質(zhì)單一，且匹配度大于90 %的峰，直接根據(jù)檢索結(jié)果給予確認(rèn)；然而，對(duì)于一些檢索結(jié)果中出現(xiàn)2種及以上物質(zhì)的峰，進(jìn)一步比較其離子碎片圖，結(jié)合人工譜圖解析，按各色譜峰的質(zhì)譜裂片圖與文獻(xiàn)核對(duì)，對(duì)基峰、質(zhì)荷比和相對(duì)豐度等方面進(jìn)行直觀比較，最后加以確定。定量：運(yùn)用離子流峰面積歸一化法計(jì)算花氣味各揮發(fā)物組分的相對(duì)成分。

2 結(jié)果與分析

2.1 大花紫薇及小葉紫薇花氣味動(dòng)態(tài)頂空吸附GC-MS總離子流

花氣味是植物經(jīng)過長期進(jìn)化的產(chǎn)物，是植物與環(huán)境尤其是與昆蟲之間密不可缺的部分，在傳粉過程中花氣味占據(jù)著至關(guān)重要的地位，目前，應(yīng)用動(dòng)態(tài)頂空吸附法-氣相色譜-質(zhì)譜法以成功分離到多種化合物，主要分為 3 大類：①脂肪族衍生物；②單萜和倍半萜類化合物；③苯環(huán)類芳香族化合物[4]。

圖1 大花紫薇花氣味GC-MS總離子流Fig.1 Total ion chromatograms of the floral scent components in Lagerstroemia speciose using GC-MS

Svensson等(2010)應(yīng)用此技術(shù)，成功從小葉黑面神花中找到2-苯乙醇和 2-苯乙腈2種物質(zhì)均能引起粉頭細(xì)蛾的觸角電位反應(yīng)[9-10]。因此，本文也采取同樣的方法，收集分析大花紫薇及小葉紫薇花揮發(fā)物的化學(xué)成分，以期為后續(xù)開展的昆蟲學(xué)實(shí)驗(yàn)提供依據(jù)，在通過GC-MS分析，獲得總離子流圖，扣除進(jìn)樣前的二氯甲烷空針離子圖，大花紫薇分離得到28個(gè)峰，小葉紫薇分離得到39個(gè)峰。

2.2 大花紫薇花氣味化學(xué)成分分析

大花紫薇提取物經(jīng)過GC-MS 分析，共得出28中物質(zhì)，占總揮發(fā)物質(zhì)含量的81.91 %，在這其中脂肪族衍生物占1.75 %，分別為：(+/-)-薄荷醇(0.27 %)、α-松油醇(0.12 %)、香葉基丙酮(0.87 %)、順-9-十四碳烯醇(0.29 %)、2-乙基-1-十二醇(0.20 %)；單萜和倍半萜類化合物占9.08 %，為：α-蒎烯(5.90 %)、β-蒎烯(1.96 %)、羅勒烯(0.38 %)、長葉烯(0.67 %)、(+)-α-長葉蒎烯(0.17 %)；烷類占67.19 %，為：2,6,10-三甲基十二烷(0.11 %)、4,7-二甲基十一烷(0.23 %)、癸烷(0.41 %)、十四烷(0.37 %)、2,6,10-三甲基十五烷(0.14 %)、正十五烷(0.11 %)、正十六烷(0.72 %)、10-甲基十九烷(64.9 %)、正十七烷(0.20 %)；苯環(huán)類芳香族化合物占2.83 %，為：3-乙基苯甲醛(0.44 %)、萘(0.64 %)、1-乙烯基-1H-茚(0.21 %)、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(0.97 %)、4-(乙酰苯基)苯甲烷(0.35 %)、鄰苯二甲酸二異丁酯(0.22 %)；2種含氮物質(zhì)占1.06 %，為：己內(nèi)酰胺(0.89 %)、避蚊胺(0.17 %)；大花紫薇中含量最高的物質(zhì)為10-甲基十九烷，其次是α-蒎烯(表1)。

圖2 小葉紫薇花氣味GC-MS總離子流Fig.2 Total ion chromatograms of the floral scent components in Lagerstroemia indica using GC-MS

2.3 小葉紫薇花氣味化學(xué)成分分析

小葉紫薇提取物中共分析得出39種物質(zhì)，占總揮發(fā)物質(zhì)含量的99.59 %，在這其中脂肪族衍生物占10.73 %，分別為：(+/-)-薄荷醇(7.17 %)、香葉基丙酮(0.92 %)、順-9-十四碳烯醇(1.18 %)、正癸醛(1.46 %)；單萜和倍半萜類化合物占41.37 %，為：α-蒎烯(1.19 %)、β-蒎烯(21.6 %)、長葉烯(1.64 %)、(+)-α-蒎烯(14.08)、(-)-Alpha-蓽澄茄油烯(0.51 %)、(-)-α-柏木烯(1.01 %)、β-石竹烯(0.87 %)、(+)-β-柏木烯(0.47 %)；烷類占26.21 %，為：十四烷(1.10 %)、2,6,10-三甲基十五烷(0.55 %)、正十五烷(0.94 %)、正十六烷(1.77 %)、10-甲基十九烷(16.01 %)、正十七烷(0.69 %)、正十二烷(1.35 %)、十三烷(2.19 %)、1,2-環(huán)氧十六烷(0.35 %)、環(huán)十四烷(0.35 %)、3,8-二甲基癸烷(0.37 %)、正十八烷(0.54 %)；苯環(huán)類芳香族化合物占18.13 %，為：萘(8.78 %)、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(1.86 %)、4-(乙酰苯基)苯甲烷(0.46 %)、鄰苯二甲酸二異丁酯(2.46 %)、鄰二甲苯(0.40 %)、聯(lián)三甲苯(1.98 %)、1,2-二乙苯(0.76 %)、1,2,4,5-四甲基苯(0.63 %)、2-甲氧基-5-(1-丙烯-1-基)苯酚(0.41 %)、O2-丁基O1-(2-甲基丙基)苯-1,2-二羧酸酯(0.39 %)；含氮化合物占3.15 %，為：己內(nèi)酰胺(1.79 %)、避蚊胺(0.41 %)、樟腦(0.95 %)，小葉紫薇種物質(zhì)含量較多的幾種依次為：β-蒎烯、10-甲基十九烷，(+)-α-蒎烯，萘，(+/-)-薄荷醇(表1)。

表1 大花紫薇及小葉紫薇花氣味成分分析

續(xù)表1 Continued table 1

序號(hào)Serial number化合物Chemical compound分子式Molecular formula大花紫薇Lagerstroemia speciose小葉紫薇Lagerstroemia indica保留時(shí)間(min)Retention time相對(duì)含量(%)Relative content保留時(shí)間(min)Retention time相對(duì)含量(%)Relative content化學(xué)結(jié)構(gòu)式Chemical structural formula6正癸醛DecanalC10H20O//14.0521.46單萜和倍半萜類化合物 Monoterpene and sesquiterpene compounds7α-蒎烯(-)-α-pineneC10H169.5815.96.3761.198β-蒎烯β-pineneC10H1610.8481.967.70721.69羅勒烯(E)-β-ocimeneC10H1612.6550.38//10長葉烯(+)-longifoleneC15H2422.7770.6719.9531.6411(+)-α-長葉蒎烯α-longipineneC15H2422.8820.17 / /12(+)-α-蒎烯(+)-α-pineneC10H16//6.56914.0813(-)-Alpha-蓽澄茄油烯(-)-α-CUBEBENEC15H24//19.1460.5114β-欖香烯β-ELEMENEC15H24//19.4560.3215(-)-α-柏木烯Cedr-8-eneC15H24//20.0791.0116β-石竹烯(-)-β-caryophylleneC15H24//20.1420.8717(+)-β-柏木烯(+)-β-CEDRENEC15H24//20.2600.47烷類化合物 Alkane compounds182,6,10-三甲基十二烷FarnesaneC15H3214.2330.11//194,7-二甲基十一烷4,7-DimethylundecaneC13H2819.5670.23//20癸烷DecaneC10H2220.660.41//21十四烷TetradecaneC14H3022.2720.3719.6471.10222,6,10-三甲基十五烷2,6,10-TRIMETHYLPENTADECANEC18H3823.8320.1423.9300.5523正十五烷 PentadecaneC15H3224.0310.1121.6080.9424正十六烷HexadecaneC16H3424.560.5916.2280.8625正十六烷HexadecaneC16H3525.5520.1323.2400.912610-甲基十九烷10-METHYLNONADECANEC20H4225.78664.923.51916.0127正十七烷 HeptadecaneC17H3626.9310.2024.6720.6928正十二烷 DodecaneC12H26//13.8571.3529十三烷 TridecaneC13H28//17.0742.19301,2-環(huán)氧十六烷1,2-EpoxyhexadecaneC16H32O//17.3210.35313,8-二甲基癸烷3,8-dimethyldecaneC12H26//22.6690.37

續(xù)表1 Continued table 1

序號(hào)Serial number化合物Chemical compound分子式Molecular formula大花紫薇Lagerstroemia speciose小葉紫薇Lagerstroemia indica保留時(shí)間(min)Retention time相對(duì)含量(%)Relative content保留時(shí)間(min)Retention time相對(duì)含量(%)Relative content化學(xué)結(jié)構(gòu)式Chemical structural formula32正十八烷 OctadecaneC18H38//25.9740.54苯環(huán)類芳香族化合物 Aromatic compounds of benzene rings333-乙基苯甲醛3-EthylbenzaldehydeC9H10O16.5130.44//34萘NaphthaleneC10H817.3660.6413.5718.78351-乙烯基-1H-茚1-ethylidene-1H-indeneC11H1020.3570.21//362,6-二叔丁基-4-甲基苯酚2,6-di-tert-butyl-4-methylphenolC15H24O24.1630.9721.6811.86374-(乙酰苯基)苯甲烷1-(4-benzylphenyl)ethanoneC15H14O27.1610.3524.4070.4638鄰苯二甲酸二異丁酯Diisobutyl phthalateC16H22O428.9510.2226.7192.4639鄰二甲苯 o-XyleneC8H10//5.1200.4040聯(lián)三甲苯1,2,3-trimethylbenzeneC9H12//8.1111.98411,2-二乙苯1,2-DiethylbenzeneC10H14//9.8240.76421,2,4,5-四甲基苯1,2,4,5-TetramethylbenzeneC10H14//11.6280.63432-甲氧基-5-(1-丙烯-1-基)苯酚2-methoxy-5-prop-1-enylphenolC10H12O2//18.5360.4144O2-丁基O1-(2-甲基丙基)苯-1,2-二羧酸酯1-O-butyl 2-O-(2-methylpropyl) benzene-1,2-dicarboxylateC16H22O4//27.8120.39其他化合物 Other compounds45己內(nèi)酰胺 ε-caprolactamC6H11NO19.0520.8915.8521.79 46避蚊胺N,N-diethyl-m-toluamideC12H17NO25.2740.1722.8400.4147樟腦(R)-camphorC10H16O//12.4710.95

注：“/”表示沒有該物質(zhì)。

Note: ‘/’ indicates there no chemical component.

表2 大花紫薇及小葉紫薇含有的相同物質(zhì)

2.4 大花紫薇及小葉紫薇花氣味成分比較

經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，兩者共發(fā)現(xiàn)47種物質(zhì)，主要以烷類及單萜和倍半萜類化合物為主，大花紫薇烷類化合物含量最高，萜類次之；小葉紫薇萜類最高，烷類次之。比較分析得出，兩者共發(fā)現(xiàn)16種相同物質(zhì)(表2)。根據(jù)兩者出現(xiàn)的峰的大小及時(shí)間比對(duì)，發(fā)現(xiàn)兩者中大花紫薇含有物質(zhì)普遍出現(xiàn)的時(shí)間晚于小葉紫薇，且含量也低于小葉紫薇。

3 結(jié)論與討論

目前，有關(guān)大花紫薇葉的化學(xué)成分研究較多，主要集中在其葉的化學(xué)成分組成及其所具有的藥理作用?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，大花紫薇葉中的活性成分主要為鞣質(zhì)類、三萜類、生物堿類等相關(guān)物質(zhì)，具有降脂、降血糖、抗真菌以及抗氧化等作用[5]。本次實(shí)驗(yàn)利用動(dòng)態(tài)頂空吸附結(jié)合GC-MS分析花香并沒有發(fā)現(xiàn)與其相關(guān)的物質(zhì)，但發(fā)現(xiàn)單萜和倍半萜類化合物11種，占總物質(zhì)含量的9.08 %?？锥帕值?2013)用水蒸氣蒸餾法提取大花紫薇葉揮發(fā)油，共發(fā)現(xiàn)14中化合物，其中含量最高的為鄰苯二甲酸二丁酯(32.03 %)[11]，雖然在大花紫薇花香分析中檢測出該物質(zhì)，但含量遠(yuǎn)低于葉片；在小葉紫薇花中也含有該物質(zhì)，含量為2.46 %。表明大花紫薇的葉片及花中都含有鄰苯二甲酸二丁酯，但含量相差甚大，推測可能是收集方法不同產(chǎn)生較大的差異，水蒸氣蒸餾法收集的揮發(fā)油大多是脂溶性物質(zhì)[12]。在其葉揮發(fā)油中分析得出的14中物質(zhì)中，酯類、醛類、醇類、酮類化合物有12種，占所得化合物的85.71 %。本實(shí)驗(yàn)中利用Porapak Q的吸附管，其吸附烷烴類、芳香族化合物物質(zhì)能力較強(qiáng)[13]，檢測分析得出烷類、烴類、苯環(huán)族化合物占總物質(zhì)的87.23 %。

多數(shù)訪花昆蟲是具有補(bǔ)充營養(yǎng)習(xí)性的[14]，植物花器官所釋放的揮發(fā)性信息化合物對(duì)訪花昆蟲尋找蜜源植物起著定向作用，這種訪花昆蟲利用花香化合物進(jìn)行定向行為是植物與昆蟲相互選擇關(guān)系中重要的行為之一，是其生存及繁衍的重要保證[15]。汪佳晴(2013)用 Y 型嗅覺儀對(duì)柳黑毛蚜進(jìn)行行為測定，結(jié)果表明，柳黑毛蚜對(duì)青葉醇的選擇達(dá)到極顯著水平(P<0.01)[16]；綠盲蝽雌、雄蟲對(duì)寄主植物花氣味中的乙酸葉醇酯1000倍稀釋液有明顯的趨向性，該成分對(duì)雌、雄成蟲的引誘率分別為60 %、57.14 %[17]，金斑蝶在6種單一化合物條件下，對(duì)α蒎烯和桉樹腦的訪問次數(shù)明顯多于其他4種，且在同一時(shí)間段內(nèi)其總訪問次數(shù)達(dá)330次[18]；穆丹等在夾竹桃蚜引誘實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，丁酮醇和芳樟醇對(duì)夾竹桃蚜的引誘效果達(dá)到了顯著的水平(P<0.05)[19]；(E)-β-石竹烯、(E)-4,8-二甲基-1,3,7-壬三烯(DMNT)、(E)-β-法尼烯等 3 種萜烯類化合物的混合物能引起葡萄花翅小卷蛾定向行為。當(dāng)去掉其中任何一種組分后，混合物對(duì)葡萄花翅小卷蛾成蟲的引誘活性將被極大削弱[20]。本實(shí)驗(yàn)中檢測出的10-甲基十九烷、β-蒎烯分別是大花紫薇及小葉紫薇的含量最高的物質(zhì)，推測其可能是吸引傳粉昆蟲的重要?dú)馕冻煞郑瑸檫M(jìn)一步篩選吸引傳粉昆蟲的活性物質(zhì)提供了理論依據(jù)。