不同種源楓香葉片揮發物組分研究與優良單株篩選

高艷芳 郭琳霞 李永泉 張暉 施金谷

摘 要 楓香樹是我國重要的藥用植物，目前國內外對不同種源楓香葉片揮發性組分的研究鮮有報道。為探究不同種源楓香葉片揮發物組分并篩選優良單株，以廣東省東江林場9個不同種源楓香葉片為研究對象，解析鑒定其揮發物數量、化合物類型、化學型。結果表明，從9個種源29個家系楓香葉片中鑒定出烯類、醇類、酚類、醛類、酮類、烷類和酯類等7類揮發物，主要揮發物成分是4-萜烯醇、石竹烯、α-蒎烯、β-蒎烯及檸檬烯，共劃分為5種化學型，根據第一主成分石竹烯含量的高低篩選出5個優良家系。

關鍵詞 楓香葉片；揮發物；種源；頂空固相微萃取；氣相色譜-質譜

中圖分類號：S687 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.14.035

楓香樹（Liquidambar formosana）系金縷梅科（Hamamelidaceae）楓香樹屬（Liquidambar）落葉大喬木，最新被子植物分類（APG IV）系統將其歸類于蕈樹科（Altingiaceae），廣泛分布于我國秦嶺以南各省份，萌生力強[1-4]。全株可藥用，被視為我國南方重要的材用和鄉土綠化樹種[5-6]。楓香葉片內富含抑菌、水果保鮮、抗炎、抗氧化、防腐等作用的單萜、倍半萜化合物，此類化合物具有廣譜高效、綠色低毒的特點，在食品保鮮、醫藥等市場潛在開發利用價值較高[2，5-12]。植物揮發物中的萜類物質作為次級代謝產物的重要部分，其合成、積累、轉化受到種源、不同發育階段、生長環境、生理生化條件等眾多因素的調控[13]。目前對楓香的基礎研究十分薄弱，主要集中于其揮發物成分表征及園林應用方面，對不同種源楓香葉片揮發物差異的研究未見報道，楓香重要化學型良種篩選方面更未涉及，直接限制了楓香資源的應用。基于此，本研究以廣東省東江林場的9個不同種源楓香為研究對象，運用頂空固相微萃取氣質聯用儀（HS-SPME-GC-MS）萃取楓香葉揮發物，解析不同種源楓香葉片揮發物數量、化合物類型，并鑒定不同楓香家系的化學型性狀，篩選重要化學型優良單株，為實現楓香良種選育奠定優質材料基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

楓香葉片于2021年4月20—23日采集自廣東省東江林場（人工林），造林時間為2005年5月，地理位置114°44′N、23°38′E。共計9個種源29個家系。試驗樣品均選取植株下部大小均勻的健康成熟葉，樣品采后置于17 ℃環境自然干燥，保存待用。

1.2 儀器試劑

金屬浴裝置；固相微萃取萃取針頭（DVB/CAR/PDMS，50/30 μm）；Agilent 7890A/5975C型氣相色譜-質譜聯用儀；標準品。

1.3 試驗方法

干燥保存樣品快速打磨過20目篩，取1 g置于20 mL頂空進樣瓶內，樣品置恒溫金屬浴中平衡30 min，頂空萃取33 min，氣相色譜-質譜聯用儀進樣口解析3 min，氣相質譜條件參考高艷芳等，每個樣品檢測設置3次重復[14]。利用Excel、SPSS進行數據整理分析，Origin 2022作圖，聚類分析圖使用R語言進行繪制。

2 結果與分析

2.1 不同種源楓香葉片揮發物數量差異比較

9個種源29個楓香家系葉片揮發物數量差異較小，如圖1所示。揮發物數量較多，尤其是FS1、HY1、HY4、QY2、YJ3及YJ4等家系均出現了揮發物數量在100種以上的單株。

2.2 楓香葉片揮發物化學成分類型

楓香葉片揮發物涉及7類（圖2），分別是烯類、醇類、酚類、醛類、酮類、烷類及酯類。其中烯類化合物含量最高，屬于楓香葉片揮發物的第一類型。

2.3 楓香葉片揮發物化學型分布

根據楓香葉片揮發物第一主成分將不同種質楓香劃定為5種化學型（圖3），分別為4-萜烯醇型、石竹烯型、α-蒎烯型、β-蒎烯型及檸檬烯型。石竹烯型分布頻數最大，在27個家系中均有分布，其中FS2、HY1、JY1、JY2及MZ楓香家系化學型較為簡單，均屬于石竹烯型。

2.4 不同家系中5種化學型所對應的主要化合物相對含量

楓香5種化學型的代表性揮發物中4-萜烯醇、石竹烯、α-蒎烯、β-蒎烯、檸檬烯的相對含量如圖4所示。在絕大多數家系中石竹烯相對含量較高。與其他4種主成分相比，石竹烯屬于較為穩定的標志性代謝物，因此確定石竹烯為楓香葉片的主要揮發物。

2.5 石竹烯型優良家系篩選

采用R語言對各家系楓香葉片揮發物數量及石竹烯相對含量進行聚類分析（圖5），將29個楓香家系分為3個亞組。第二分支中的JY2、HY1、YJ2、MZ1、HY4家系化合物數量分別為104、107、101、104、105種，石竹烯相對含量分別為17.29%、16.77%、16.77%、15.51%、14.01%，相對含量及揮發物數量均較高，可作為石竹烯型良種選育家系。

3 結論與討論

楓香葉片揮發物數量均在90種以上，其中共鑒定得到烯類、醇類、酚類、醛類、酮類、烷類及酯類7類揮發物，烯類化合物含量最高。在29個家系中進一步鑒定得到5種化學型，分別為4-萜烯醇型、石竹烯型、α-蒎烯型、β-蒎烯型及檸檬烯型，其中以石竹烯型分布頻率最高，且石竹烯每個家系中均有分布，屬楓香葉片中穩定的標志性萜類代謝物，依據石竹烯相對含量的高低篩選出優質高產的石竹烯型家系5個。

揮發物是芳香植物生理代謝過程中釋放的一種次生代謝產物，其含量和質量變化取決于遺傳因素、植物起源等，試驗采用的廣東省楓香材料均取自于不同種源實生苗試驗林，樹齡、撫育方式等無差異，可有效去除樹齡、地理環境等干擾因素[15-17]。

楓香葉片揮發物中共鑒定得到7類揮發物，烯類化合物含量最高，以石竹烯、α-蒎烯、β-蒎烯為主。DeCarlo等、陳霞等也得出類似結論[7，18]。王金鳳等檢測到的楓香揮發物以長葉烯等萜類化合物為主，與本研究結論存在差異[19]。已有報道指出石竹烯具有多種藥理活性，如抗菌、抗病毒、抗痙攣、抗癌、抗氧化、抗炎和鎮靜作用，可廣泛開發應用于化學化工、香精香料等領域[20-22]。本試驗篩選得到的楓香優良家系可為進一步培育具有高經濟價值的石竹烯型優良單株提供遺傳材料，為經濟效益高的藥用和香料植物資源提供參考。

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