鐵皮石斛和重唇石斛及其雜交子代莖·葉揮發性成分分析

顏沛沛,葉 煒*,江金蘭,王培育

(1.三明市農業科學研究院,福建三明 365051;2.福建省(山區)作物遺傳改良與創新利用重點實驗室,福建三明 365051)

石斛是蘭科(Orchidaceae)石斛屬(Dendrobium)多年生附生草本植物,在我國云南、福建、浙江等地均有分布,是我國傳統名貴藥材,具有滋陰清熱、益胃生津等功效。但石斛生理性質特殊,自然條件下不易萌發且生長緩慢,難以滿足市場需求,因此生長快速、有效成分含量高的石斛新品種培育是目前石斛育種的重要方向。

鐵皮石斛(Dendrobiumofficinale)是藥用栽培最廣泛的物種之一,現代研究則表明其具有抗炎抗氧化[1]、抑制腫瘤[2]、降糖降脂[3]等作用;重唇石斛(Dendrobiumhercoglossum)相關研究較少,《中國中藥資源志要》記載其可用于熱病傷津、病后虛熱等,且其植株生長旺盛,花色艷麗,是適合栽培且宜觀賞的石斛品種。該研究以鐵皮石斛為母本、重唇石斛為父本,雜交選育出生長速度快、生長量高的14L-3、14L-6、14L-7和14L-9共4個株系,并檢測其莖、葉的揮發性成分,探討石斛莖、葉成分的差異及雜交石斛成分的差異,為石斛育種提供指導,也為擴展石斛使用部位提供依據。

1 材料與方法

1.1 儀器與材料Agilent 5977B-7890B氣相色譜/質譜聯用儀,Agilent 7697A進樣器(美國Agilent Technologies公司)。試驗用鐵皮石斛(Dendrobiumofficinale)、重唇石斛(D.hercoglossum)和基因型一致的4個雜交子代株系14L-3、14L-6、14L-7、14L-9,均于2021年1月采自三明市農業科學研究院藥用植物研究所石斛大棚。

1.2 試驗方法

1.2.1樣品收集。09:00左右摘取鐵皮石斛、重唇石斛和子代14L-3、14L-6、14L-7、14L-9的新鮮莖、葉1 g,研磨成漿,放入頂空瓶,檢測揮發性成分,重復3次。

1.2.2氣相條件。Agilent 19091S-433UI A001色譜柱(30 m×250 μm×0.25 μm);升溫程序:起始溫度35 ℃保持2 min,以5 ℃/min升至80 ℃,再以8 ℃/min升至200 ℃保持1 min至分析完成;進樣口溫度250 ℃;載氣為高純He (99.999%),流量1 mL/min,進樣量1 μL。

1.2.3質譜條件。電子方式 EI;電子能量70 eV;離子源溫度250 ℃;四級桿溫度150 ℃。質量掃描范圍45～550m/z。

1.3 數據處理與分析通過NIST14譜庫檢索和人工解析圖譜對揮發性成分進行定性分析;通過離子流峰面積歸一法計算揮發性成分的相對含量,應用Microsoft Excel整理數據,通過simca 14.1建立PCA-X模型、擬合求解并分析數據關聯性。

2 結果與分析

6種石斛莖、葉中共檢測出105種化學成分,莖中共檢測出23種化學成分,其中鐵皮石斛5種,重唇石斛10種,14L-3、14L-6、14L-7和14L-9分別有10、8、6、6種,6種共有的成分2種(葉醇、正己醛),其中葉醇是每種石斛莖中含量最高的成分,鐵皮石斛、重唇石斛、14L-3、14L-6、14L-7、14L-9分別為84.94%、64.76%、76.82%、75.81%、60.38%、34.89%,正己醛分別為2.53%、10.69%、1.66%、4.51%、6.95%、13.02%。葉中共檢測出90種化學成分,其中鐵皮石斛31種,重唇石斛37種,14L-3、14L-6、14L-7和14L-9分別有24、29、17、32種,6種共有的成分6種(葉醇、正戊醇、二乙基酮、1-戊烯-3-醇、特戊醛、反-2-己烯醛),其中葉醇是每種石斛葉中含量最高的成分,鐵皮石斛、重唇石斛、14L-3、14L-6、14L-7、14L-9分別為53.40%、36.03%、53.88%、54.80%、66.91%、35.42%,反-2-己烯醛分別是13.85%、27.54%、6.98%、10.13%、6.57%、19.58%。

6種石斛莖、葉全部揮發性成分可分為醇、醛、烯、酮、烷等幾個大類,莖、葉主要揮發性成分均為醇類,其中莖中含量分別為鐵皮石斛96.67%、重唇石斛77.8%,14L-3、14L-6、14L-7、14L-9分別為81.05%、80.96%、60.38%、36.88%;葉中母本、父本與子代含量分別為78.23%、54.51%、85.72%、80.21%、80.49%、48.82%。其次是醛類,莖中含量分別為鐵皮石斛2.53%、重唇石斛13.14%,14L-3、14L-6、14L-7、14L-9分別為13.00%、13.29%、36.18%、32.78%;葉中母本、父本與子代含量為14.53%、31.14%、7.98%、12.29%、8.77%、48.82%。6種石斛葉中只有14L-9檢測出烯類和炔類,分別為26.87%、2.83%。

表1 6種石斛莖、葉揮發性成分相對含量Table 1 Relative content of volatile components in the stems and leaves of six species of Dendrobium

接下表續表1

6種石斛莖揮發性成分相關性分析如圖1所示,絕對系數(R2)為0.900,說明模型擬合度較好,預測優度(Q2)為0.269,預測程度較低;模型中,鐵皮石斛、重唇石斛、14L-3、14L-6和14L-7較相近,均與14L-9距離較遠。6種石斛葉揮發性成分相關性分析如圖2所示,R2為0.908,說明模型擬合度很好,Q2為0.762,說明預測程度較好;模型中, 14L-3、14L-6和14L-7靠近母本鐵皮石斛,14L-9則與父本重唇石斛靠近。14L-9莖和葉在模型中與其他子代距離均較遠,表明其揮發性成分與其他株系相比有較高的差異性。

3 討論

石斛的傳統用藥部位是石斛的新鮮或干燥莖,相關研究和開發利用也大多是圍繞莖展開的,對葉的研究較少,這就造成了大量石斛資源的浪費。為擴大石斛的使用部位、提高石斛資源的利用,近年來對石斛葉的研究也逐漸受到重視。研究發現,石斛葉中的主要化學成分與莖相似,主要為多糖、黃酮、生物堿等,也同樣具有良好的免疫[4]、抗氧化活性,具有促進脂質代謝[5]、抗阿爾茲海默癥[6]等功能。唐麗等[7]研究發現鐵皮石斛多糖主要集中在莖,但總生物堿與總黃酮則多存在于葉,與黃彪等[8]對鐵皮石斛莖、葉多酚含量的研究結果相同;唐文文等[9]也證明了鐵皮石斛葉的抗氧化活性高于葉。以上研究均表明石斛葉具有很大的研究價值和開發利用前景。

該試驗結果中,6種石斛葉的揮發性成分均較莖多,但主要揮發性成分相同,均為葉醇,葉醇幾乎存在于所有綠色植物中,具有新鮮的青葉香氣,可以提升植物香氣,是常用的食品添加劑和名貴香料化妝品[10],也可作為信息素或生理活性物質參與植物和昆蟲的生理活動、促進植物防御[11]。正己醛也是6種石斛莖的共有成分,還是6種花的共有成分,且是親本鐵皮石斛和重唇石斛花中唯一共有成分[12],但子代14L-3、14L-9葉中沒有檢測出正己醛。正己醛除了是一些植物的特征性揮發成分,還具有保鮮貯藏水果、抑制霉菌等作用[13],工業上也可用于合成食品香料、殺蟲劑等[14]。6種石斛葉中,除葉醇外其他共有成分為正戊醇、二乙基酮、1-戊烯-3-醇、特戊醛、反-2-己烯醛,其中反-2-己烯醛也是含量較高的主要成分之一,具有傳導信號、抑菌、保鮮等作用[15]。1-戊烯-3-醇可用于食用香料,正戊醇、二乙基酮、特戊醛均在化工業有所應用。

圖2 6種石斛葉揮發性成分的相關性Fig.2 Relation of volatile components among six species of Dendrobium leafs

越來越多的研究表明植物的揮發性成分對于植物的研究同樣具有重要意義,目前已經發現植物揮發性物質具有抑菌、抗炎、抗腫瘤、保護神經等藥理功能,在食品、化工等方面均有廣泛的應用,揮發性成分也逐漸成為藥用植物重要的研究方向之一。該試驗檢測了鐵皮石斛、重唇石斛及4個子代的莖、葉揮發性成分,考察了其莖、葉揮發性成分的差異性,也探討了石斛及其雜交子代成分遺傳的差異性,發現14L-9莖、葉揮發性成分與其他子代相差最大、特異性最強,這對石斛新品種的選育提供指導,也為雜交石斛子代的研究提供方向。