3種花香調節劑對矮牽牛花香性狀的影響

張雅靜，郝瑞杰，楊姝婷，張忠強，常 珺，邱 晨

（1.山西農業大學 園藝學院，山西 太谷 030801；2.山西農業大學 城鄉建設學院，山西 太谷 030801）

矮牽牛（Petunia hybrida）是茄科碧冬茄屬植物，是觀賞性強、應用廣泛的重要花卉[1]。矮牽牛多數品種具有怡人的香味，在園林綠化實踐中，具有芳香性狀的矮牽牛更容易受到人們的青睞。目前，針對矮牽牛的芳香成分[2]、揮發節律[3]等已經有了大量的研究，因矮牽牛花香獨特、再生容易，已經逐漸成為研究植物芳香的模式植物[4]。花表現芳香特征需要將揮發成分從花器官釋放到空氣中[5]，其涉及復雜的生物學過程，但矮牽牛的花香揮發機制仍未得到充分闡明。

植物代謝產物依賴轉運蛋白從細胞內向胞外轉運，使用外源調節劑能夠影響轉運蛋白對底物的轉運效率[6-7]，如在低濃度釩酸鹽的作用下，多個轉運蛋白的功能被抑制[8-9]。ADEBESIN等[7]研究證實，矮牽牛ABCG1轉運蛋白承擔花朵芳香揮發物的轉運功能，該研究使用正釩酸鈉試劑處理花朵，有效地抑制了ABCG1對芳香揮發物的轉運，從而實現對矮牽牛花香的控制。有相關報道證實，槲皮素、甘草酸等外源物質也能影響轉運蛋白的速率。GAUER等[10]研究證明，槲皮素對腸道葡萄糖轉運蛋白GLUT 2有抑制作用，能減少細胞對葡萄糖和果糖的吸收。甘草酸能夠誘導P-糖蛋白的表達，有效促進P-糖蛋白對胞內毒物的轉運[11]。ABCG1、葡萄糖轉運蛋白GLUT 2和P-糖蛋白均屬于轉運蛋白ABC家族，推測正釩酸鈉、槲皮素和甘草酸均可影響轉運蛋白的功能而改變植物花香成分。另一方面，噴施外源調節物質改變植物花香性狀的研究鮮見報道，因此，針對矮牽牛系統開展花香揮發調節研究很有必要。

為了闡明矮牽牛的揮發機制，前期研究中筆者發現地毯藍矮牽牛品種氣味芳香能夠特異揮發多種芳香物質。本研究選用正釩酸鈉、槲皮素、甘草酸3種外源試劑對地毯藍矮牽牛品種進行噴施處理，采用頂空固相微萃取和氣質聯用（HS-SPMEGC-MS）技術，對噴施藥劑前后的矮牽牛盛花花朵進行揮發成分檢測，并通過揮發成分的定量分析確定3種花香調節劑對矮牽牛揮發成分的影響，旨在為人工手段調控植物花香性狀提供依據，并為今后推動芳香植物的高效利用奠定基礎。

1 材料和方法

1.1 供試材料

試驗材料為地毯藍矮牽牛，將種子盆栽于光照培養箱（LT-36VL，（21.0±0.5）℃，300μmol/（m2·s））中培養至開花。外源物質分別為正釩酸鈉、槲皮素、甘草酸，均購買自麥克林公司。

1.2 儀器

光照培養箱（瑞徽電子上海有限公司）、氣相色譜質譜聯用儀（Trace ISQ型號，Thermo公司）、TDL-4分析天平（北京賽多利斯天平有限公司）。

1.3 試驗方法

試驗采用的正釩酸鈉、槲皮素、甘草酸3種試劑處理的濃度均為2 mmol/L。選擇生長一致的地毯藍盛花花朵，共設4個處理，分別噴施不同的3種外源試劑，以噴清水為對照，于試驗當天的18：30噴藥。分別于噴施后2（20：30）、4（22：30）、6 h（00：30）取樣，每個處理隨機摘取3朵盛花花朵，重復3次。

參考袁穎[12]的方法設定SPME-GC-MS工作條件，將不同時間點的盛花花朵離體收集到頂空進樣瓶中，揮發成分鑒定采用NIST 08譜庫檢索結合人工解析圖譜共同確定，揮發物成分定量分析采用內標法[13-14]。

1.4 數據分析

試驗采用Thermo Xcalibur和Microsoft Excel 2019軟件進行數據整理，The SAS System for Win?dows V 8軟件進行統計分析，采用AVONA進行顯著性檢驗（P＜0.05），采用OriginPro 2019b軟件進行圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 3種花香調節劑處理下矮牽牛花朵揮發成分類型分析

由圖1可知，與CK相比，噴施正釩酸鈉、槲皮素和甘草酸后揮發物數量隨時間分別出現先減后增、逐漸減少和先增后減的變化規律。將各揮發物歸類后發現，地毯藍盛花時期花朵主要揮發物類型超過了10類，各處理主要的揮發物類型均為酯類、烯類、醇類等。針對各類型揮發物的變化，噴施正釩酸鈉后烯類明顯增加，槲皮素處理后醇類顯著減少，而甘草酸處理后主要表現為酯類物質的減少。

2.2 各調節劑處理下地毯藍揮發物動態變化

正釩酸鈉處理地毯藍盛花后各揮發成分的數量、揮發量隨時間變化情況如表1所示，CK中共檢測到18種成分，其主要揮發成分為苯甲酸甲酯、苯甲醛、2-甲基丁酸甲酯等，苯甲酸甲酯的揮發量為702.36 ng/（g·h），甚至達到了總揮發量的93.4%。正釩酸鈉處理后矮牽牛花朵揮發物數量變化顯著（圖2），尤其在4 h時多達15種成分的揮發量減少，而在處理6 h后，揮發量增加的成分明顯增多。分析各揮發物成分可以發現，2-亞甲基丁酸甲酯、4-甲基-戊酸甲酯和安息香酸乙酯等未能在處理后樣品中檢測到，而在處理后2、4、6 h的樣品中可以分別檢測到苯甲醇、油酸芐酯等特有揮發物。正釩酸鈉處理后，苯甲酸甲酯揮發量顯著降低，處理2 h后其揮發量僅達到處理前的0.3%。正釩酸鈉處理促進了β-蒎烯的揮發，2 h時β-蒎烯的揮發量達到了14.54 ng/（g·h），增加了3.24倍，是處理2 h后揮發量最多的成分。

表1 噴施正釩酸鈉時地毯藍盛花的揮發物含量Tab.1 Volatiles contents of full flowers of Car pet Blue when spraying sodium vanadate

續表1 噴施正釩酸鈉時地毯藍盛花的揮發物含量Tab.1（Continued） Volatiles content of full flowers of Carpet Blue when spraying sodium vanadate

槲皮素處理矮牽牛后各揮發物的數量、揮發量隨時間變化情況如表2所示。槲皮素處理后揮發物數量減少，在2、4、6 h檢測到揮發物分別有18、13、16種。從圖2也可以看出，槲皮素處理后隨著時間延長，揮發量發生變化的揮發物都有增加趨勢，這說明槲皮素極大地改變了矮牽牛的揮發物組成。在槲皮素處理后，苯甲酸甲酯揮發量也顯著降低，甚至在4 h后檢測不到苯甲酸甲酯的揮發，而對于CK中的2-亞甲基丁酸甲酯、4-甲基-戊酸甲酯和乙酸己酯等的揮發也在處理后受到完全抑制，同時在處理后2、4、6 h的樣品中分別檢測到特有物質異丁香酚、苯酚和異戊酸乙酯等。槲皮素處理促進了乙酸乙酯的揮發，在4 h后其揮發量最高，達到了33.83 ng/（g·h）。

表2 噴施槲皮素時地毯藍盛花的揮發物含量Tab.2 Volatiles content of full flowers of Carpet Blue when spraying quercetin

續表2 噴施槲皮素時地毯藍盛花的揮發物含量Tab.2（Continued） Volatiles content of full flower s of Car pet Blue when spr aying quer cetin

甘草酸處理地毯藍盛花后2、4、6 h檢測出揮發物分別有20、20、14種（表3），處理后2 h揮發量增加的成分數量明顯變多（圖2）。從揮發物類型來看，甘草酸處理后產生了異丁酸乙酯、異己酸乙酯、異戊酸乙酯、正丙酸乙酯、正己酸乙酯等酯類物質。與其他2種調節劑不同的是，甘草酸處理后各個時間樣品中都未檢測到苯甲酸甲酯，這說明甘草酸對苯甲酸甲酯的揮發有極強的抑制作用。甘草酸處理后2 h時揮發量最多的成分為乙酸乙酯，其揮發量為102.21 ng/（g·h）。

表3 噴施甘草酸時地毯藍盛花的揮發物含量Tab.3 Volatiles content of full flowers of Carpet Blue when spraying glycyrrhizic acid

續表3 噴施甘草酸時地毯藍盛花的揮發物含量Tab.3（Continued） Volatiles content of full flower s of Car pet Blue when spr aying glycyr rhizic acid

2.3 各調節劑處理下地毯藍盛花主要芳香物揮發量分析

由圖3可知，各種花香調節劑處理后2 h苯甲酸甲酯、2-甲基丁酸甲酯、苯甲醛相對CK揮發量降低。對于苯甲酸甲酯，是地毯藍中揮發量最高的成分，3種調節劑處理后揮發量降低了98%以上。正釩酸鈉和槲皮素處理后2-甲基丁酸甲酯的揮發量無顯著變化，苯甲醛揮發量則顯著降低，而甘草酸處理后未檢測到苯甲酸甲酯、2-甲基丁酸甲酯和苯甲醛。槲皮素和甘草酸處理后的三環萜揮發量相對CK的揮發量分別增加了854.2%和208.3%，而正釩酸鈉處理相對CK無顯著增加。由圖3還可知，苯酚特殊存在于正釩酸鈉處理的樣品中，揮發量為0.83 ng/（g·h），而乙酸乙酯也只在甘草酸處理的樣品中存在。

2.4 各調節劑處理后地毯藍盛花總揮發量分析

由圖4可知，正釩酸鈉處理地毯藍總揮發量呈現先下降后上升的趨勢，在4 h時總揮發量最低，僅為CK總揮發量的2%。槲皮素處理下總揮發量呈現降低趨勢，到6 h時總揮發量降低了94%。與槲皮素處理類似，甘草酸處理地毯藍揮發量也逐漸降低。比較3種調節劑對矮牽牛揮發物的抑制效果，正釩酸鈉在4 h時對揮發抑制效果較強，而槲皮素與甘草酸這2種調節劑在6 h對揮發物的抑制效果較強。

3 結論與討論

次生代謝物轉運是植物適應環境的重要機制，花香揮發物多屬于植物次生代謝產物，多依賴膜轉運蛋白實現跨膜運輸，轉運蛋白抑制劑通過作用于轉運蛋白而實現植物花香的調節[7,15-16]。吳琦等[17]研究發現，噴施低濃度（50μmol/L）的茉莉酸甲酯能引起百合花香釋放量的降低，外源茉莉酸甲酯對玫瑰花香成分釋放也有促進作用，并且可以增加玫瑰香氣成分含量[18]。何丹等[19]研究發現，甘草素可增強P-糖蛋白對底物的外排功能。本研究發現，通過噴施3種外源試劑，經2、4、6 h不同時間干預，地毯藍花香揮發成分總揮發量降低，這與ADEBESIN等[7]研究結果一致。本研究地毯藍揮發物中苯甲酸甲酯的揮發量占總揮發量的93%，噴施3種藥劑后總揮發量的降低主要歸因于苯甲酸甲酯揮發量的降低，由此推斷，3種外源試劑對苯甲酸甲酯的揮發有抑制功能。

有研究報道，矮牽牛花香揮發物的釋放依賴ABC轉運蛋白[7]，大多數ABC轉運蛋白包括2個跨膜結構TMDs與NBDs，其中，NBDs結合并水解ATP為轉運提供動力，正釩酸鈉的存在對轉運蛋白ATP的水解速率有抑制作用，從而抑制轉運蛋白對花香的轉運[20]。不同的ABC轉運蛋白對底物有一定的選擇性[21-22]，本試驗正釩酸鈉處理后苯甲酸甲酯的揮發量大幅減小，這可能與正釩酸鈉能夠抑制特異轉運苯甲酸甲酯的ABC轉運蛋白有關。本研究發現，槲皮素與甘草酸的處理也顯著降低了苯甲酸甲酯的揮發量，推測槲皮素與甘草酸2種藥劑也可能是抑制了轉運蛋白功能而降低了揮發物的釋放。

揮發物成分的種類和含量的不同，形成各種植物獨特的香氣特征。黃玉斌等[23]采用GC-MS檢測到不同條件下白花羊蹄甲花揮發性成分的種類、含量存在差異，而且這種差異導致花香發生明顯改變。蔣玉梅等[24]用苯丙噻重氮（BTH）處理甜瓜，揮發物釋放的抑制導致揮發物組分改變，亦改變了果實香氣。本試驗在抑制矮牽牛花香揮發量的同時，改變了矮牽牛花香成分及含量，使處理前后矮牽牛花香氣性狀發生改變。但不同試劑處理后結果不同，正釩酸鈉試劑處理后，矮牽牛花的主要成分是β-蒎烯、2-蒎烯等；槲皮素處理矮牽牛花的主要成分是β-蒎烯、2-蒎烯、乙酸乙酯；甘草酸處理矮牽牛花主要揮發物質是乙酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯等，這說明為獲得不同的調控結果，實際應用中可以靈活選擇多種藥劑處理方案。很多花卉香味濃郁，過度的百合、丁香香氣都會使人頭暈目眩，采用適當的方法調控花香十分重要，本研究通過嗅覺判斷，確定噴施抑制劑可以起到調控花香的目的。

綜上所述，噴施外源抑制劑可以有效降低地毯藍花朵花香的揮發量，從而使花朵花香的主要成分和含量發生變化。不同抑制劑對花香總揮發量降低程度存在差異，正釩酸鈉處理的抑制效率高于槲皮素和甘草酸。本研究關于噴施外源試劑影響植物花香性狀的探索，為人工調控植物芳香性狀提供了借鑒，也為應用芳香植物材料提供了新的思路。