不同種質資源蕪菁花朵香氣成分的研究

馬國財,李雅雯,王麗君,軒正英*

(1.塔里木大學 分析測試中心,新疆 阿拉爾 843300;2.塔里木大學 植物科學學院,新疆 阿拉爾 843300)

不同種質資源蕪菁花朵香氣成分的研究

馬國財1,李雅雯1,王麗君1,軒正英2*

(1.塔里木大學 分析測試中心,新疆 阿拉爾 843300;2.塔里木大學 植物科學學院,新疆 阿拉爾 843300)

采用頂空-固相微萃取(HS/SPME)結合氣相色譜-質譜聯用(GC/MS)技術對4種不同種質資源蕪菁花朵的香氣成分進行分析與鑒定。結果表明,4種蕪菁花朵中共有的香氣成分為15種,其中以2-己烯醛的相對含量最高,α-金合歡烯相對含量最低;兩種雜交蕪菁W1和W2的花朵檢測出共有的香氣成分為30種;通過游離小孢子培養技術獲得的雙單倍體植株(W3)、單倍體植株(W4)的花朵中檢測出特有香氣成分4種,分別是3-硫環己醇、5-甲硫基戊腈、3-甲硫基喹啉、鄰苯二甲酸二丁酯;游離小孢子培養技術獲得的植株花朵和雜交蕪菁花朵之間香氣成分具有明顯的差別,為進一步研究和開發利用蕪菁種質資源奠定了理論基礎。

蕪菁;香氣成分;種質資源;氣相色譜-質譜法

蕪菁(Brassica rapaL.)又名蔓菁、諸葛菜、大頭菜、圓菜頭、圓根、盤菜等,新疆稱為“恰瑪古”,隸屬于十字花科(Brassicaceae)蕓薹屬(Brassica),是生長在新疆天山南部,塔里木盆地西北,罕見的紅色沙漠長壽區的一種藥食同源草本植物,在新疆維吾爾族地區大面積栽培,維吾爾族人將恰瑪古稱作長壽圣果[1]。蕪菁花朵在《千金方》中記載為:“補肝明目,三月采蔓菁花,陰干,治下篩,空心井華水服方寸匕”。《本草綱目》中記載為:“辛,平,無毒。主治虛勞眼暗。久服長生,可讀書”。

目前,基于氣相色譜-質譜(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)方法對蕪菁揮發性物質進行研究報道較少,古娜娜·對山別克等[2]對新疆蕪菁塊根的油脂成分進行了分析,其測得揮發油主要成分為異硫氰酸酯、腈類、少量醛和萜類化合物。孫蓮等[3]對新疆蕪菁子的油脂成分進行了分析,所提取的揮發油中含有異硫氰酸酯、羧酸、羧酸酯、腈類、少量醛和萜類等化合物。蔡倩等[4]對寧夏產蕪菁塊根及莖葉中揮發油的化學成分進行了分析,其測得揮發油類型以烴類最多,涵蓋酸類、酯類、單萜類、醇類等化合物。而對蕪菁花朵中的香氣成分研究鮮見報道。

對香氣成分的提取常用方法有固相微萃取(solidphase microextraction,SPME)、吸附法、吹掃捕集法等,并結合氣相色譜-質譜聯用進行檢測[5-8],而SPME技術集采樣、萃取、濃縮、進樣于一體,已成為復雜基體中痕量組分分析的主流提取分析方法[9]。

本研究采用頂空(head space,HS)固相微萃取結合氣相色譜-質譜聯用(SPME-GC-MS)聯用技術,對4種不同種質資源蕪菁花朵中的香氣成分進行檢測,以期為進一步研究蕪菁花朵香氣與種質資源的關系、改善游離小孢子培養技術在蕪菁種質資源利用創新和研究蕪菁花朵功能性成分等提供一定理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

雜交蕪菁花朵W1(新疆皮山農場農家品種)、雜交蕪菁花朵W2(天津市津科力豐種苗有限公司品種特選白蔓菁):蕪菁植株在塔里木大學園藝實驗站春化、定植,采摘花朵進行檢測;新疆柯坪地方品種利用游離小孢子培養技術獲得的雙單倍體植株花朵W3和單倍體植株花朵W4:新疆生產建設兵團南疆果樹重點工程實驗室中培養、栽培,采摘花朵進行檢測。

氯化鈉(優級純):天津致遠化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

Trace DSQ氣相色譜-質譜聯用儀:美國Thermo公司;DB-5MS(30×0.250×0.25)氣相色譜柱:美國Agilent公司;DC-12H恒溫水浴鍋:上海安普科學儀器公司;57330-U手動SPME進樣器、50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭:美國Supelco公司;VIC-412電子天平:北京賽多利斯公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品前處理

稱取采摘的新鮮樣本5.00 g,放入50 mL頂空瓶中,加1.00g氯化鈉,密封,于40℃水浴中平衡20min,插入50/30μm DVB/CAR/PDMS萃取頭,40℃萃取30 min,取出后立即插入至GC-MS進樣口,進樣口溫度250℃,解吸時間3 min。

1.3.2 GC-MS條件

GC條件:DB-5MS色譜柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);升溫程序:初始溫度為40℃,保持2 min,以3℃/min升至160℃,再以8℃/min升至180℃,最后以15℃/min升至230℃,保持15min;進樣口溫度250℃;載氣為高純氦氣(99.999%);不分流進樣,流速1 mL/min。

MS條件:離子源為電子電離(electron ionization,EI)源,離子源溫度為230℃;電子能量70 eV;接口溫度230℃;質量掃描范圍45～450 m/z。

1.3.3 香氣物質化合物定性及定量

定性分析方法:所采集數據利用GC-MS聯用儀工作站自帶Xcalibur2.2軟件進行分析。對比NIST譜庫檢索,化合物進行初步定性。定量分析方法:按照峰面積歸一化法計算化合物相對含量[10]。

2 結果與分析

采用HS-SPME-GC-MS聯用法對4種蕪菁種質資源花朵中香氣物質進行檢測,結果見圖1。經質譜計算機數據系統檢索和NIST library圖譜庫及人工譜圖解析,確認了不同種質資源所對應的香氣成分,以面積歸一化法測得香氣成分各組分的相對百分含量,結果見表1。

由表1、圖1可知,4種不同種質資源的蕪菁花朵中共檢測出51種香氣成分,其中包括醛類、酯類、醇類、酸類和含雜原子化合物等有機化合物,這些化合物通常表現為清香、花香或果香等[11-12]。其中腈類化合物為12種,相對含量為23.53%;醛類化合物為10種,相對含量為19.61%,酯類化合物為8種,相對含量為15.69%,醇類化合物為5種,相對含量為9.80%,酸類化合物為3種,相對含量為5.88%,其他為烯烴類化合物及醚類化合物等,相對含量為25.49%。

通過對4種不同種質資源的蕪菁花朵進行分析,共有香氣成分15種,分別為異丙隆、2-己烯醛、5-甲基己腈、庚腈、3-丁烯基異硫氰酸酯、2,4-二烯庚醛、2-丙烯硫代乙腈、苯乙腈、4-甲基硫氰酸戊酯、苯丙腈、十三醇、芝麻酚、α-金合歡烯、1-硫氰酸根乙苯和十八烯酸。其中,腈類化合物有8種,表現出芥子氣味,而十字花科特有的芥子香味主要來源于芥子酶催化芥子油甙形成腈類化合物[13]。在15種香氣成分中,2-己烯醛香氣成分相對含量較高,在4種不同種質資源蕪菁花朵中相對含量分別為19.44%、13.80%、13.30%和12.28%,李晨輝等[14]的研究結果表明,2-己烯醛表現為果香味,對“京白梨”的香氣具有很大的貢獻作用,可以作為“京白梨”品質評價和選育的指標。是否能將2-己烯醛作為蕪菁品質評價和種質資源選育的指標,有待進一步研究。α-金合歡烯在4種不同種質資源蕪菁花朵中的香氣成分相對含量最低,分別為0.12%、0.27%、0.12%和0.23%,α-金合歡烯一般存在于初花期較多,是板栗花的特征香氣化合物[15],蕪菁花朵中的α-金合歡烯含量較少,可能與實驗材料在盛花期有關。

表1 4種蕪菁種質資源花朵香氣成分分析結果Table 1 Analysis results of aroma components ofBrassica rapaflowers from four kinds of germplasm resources

在雜交蕪菁花朵W1和雜交蕪菁花朵W2中,共檢測出30種相同的香氣成分,2-己烯醛在雜交蕪菁花朵W1中的相對含量最高(為19.44%),3-丁烯基異硫氰酸酯在雜交蕪菁花朵W2中相對含量最高(為16.62%),α-金合歡烯在雜交蕪菁花朵W1中相對含量最低(為0.12%),苯乙醇在雜交蕪菁花朵W2中相對含量最低(為0.18%)。在雜交蕪菁花朵W1中檢驗出特有的6種化合物為:2,4-己二烯腈、苯甲醛、n-己酸乙烯酯、辛酸甲酯、二甲基四硫醚、苯丁腈;在雜交蕪菁花朵W2中檢測出2種特有的化合物為:2-甲基-4-戊烯醛和辛腈。這種差異可能和該種子在長期的繁育時由于地域差異和物種進化及變異有關。又因雜交蕪菁花朵W1和雜交蕪菁花朵W2在生理指標和生物學性狀有較大差異,這8種化合物的存在,可能與品種的植株地上地下部分表現性狀、風味品質、果實形態、大小等植物生理指標和生物學性狀存在著某些聯系,將有待后續進一步對其進行生理學研究。

在游離小孢子培養獲得的雙單倍體植株花朵W3和單倍體植株花朵W4中,檢測出4種特有的香氣成分:3-硫環己醇、5-甲硫基戊腈、3-甲硫基喹啉、鄰苯二甲酸二丁酯,雙單倍體植株花朵W3中的的相對含量依次為7.96%、10.58%、3.26%、0.22%;單倍體植株花朵W4中的相對含量依次為3.15%、20.30%、0.45%、0.28%,這4種香氣成分應該屬于蕪菁小孢子培養植株花朵中特有的香氣成分。單倍體育種是20世紀70年代發展起來的一項新技術,其優點是:控制單倍體性狀的基因無論是顯性還是隱性均可充分表達,使單倍體植株群體呈現豐富的遺傳多態類型[16]。而利用游離小孢子培養獲得的單倍體植株花朵W4中分離出有別于其他材料的6種香氣成分:2-乙基呋喃、2-甲基烯丙腈、己醛、2,4-己二烯醛、壬醛、壬酸戊酯。這些香氣成分的存在,可能是在游離小孢子培養過程中造成胚狀體變異而產生的植株突變,這種突變又與小孢子培養時所選擇的培養基種類和激素水平等培養條件有一定的關系[17]。根據已知實驗條件,如果找到一個合理的培養基與激素水平比例,將大大提高小孢子培養技術成胚率和成苗率,為小孢子培養技術在蕪菁種質資源的開發利用奠定堅實的理論基礎,具有非常高的實用價值。

花的香氣是由各種揮發性成分共同作用而形成的,這些香氣成分的存在,不僅隱含著其自身的植物學屬性,也隱含著自身的遺傳學密碼。綜合來說,蕪菁花朵中具有芥子香味的腈類化合物,也具有花香和木香特征的石竹烯[18]等,以及一些胺類化合物等具有臭味的氣體,這些香氣成分及其衍生物,形成及釋放的機理比較復雜,蕪菁花朵特征香氣化合物的具體來源途徑,以及相關酶活性的變化與花香物質的釋放關系,還有待于進一步研究。

3 結論

本試驗采用HS-SPME-GC-MS聯用法對4種不同種質資源蕪菁花朵中香氣物質進行檢測,并對其香氣成分進行分析與鑒定。結果表明,4種不同種質資源蕪菁花朵中共檢測出51種香氣成分。其中8種腈類化合物在4種實驗材料中共同存在,分別為:5-甲基己腈、庚腈、3-丁烯基異硫氰酸酯、2-丙烯硫代乙腈、苯乙腈、4-甲基硫氰酸戊酯、苯丙腈和1-硫氰酸根乙苯腈,這8種腈類化合物是蕪菁花朵中特有的香氣成分。2-己烯醛在4種不同種質資源花朵中相對含量較高。利用游離小孢子技術培養獲得的單倍體植株花朵W4中分離出有別于其他實驗材料的6種香氣成分:2-乙基呋喃、2-甲基烯丙腈、己醛、2,4-己二烯醛、壬醛和壬酸戊酯。通過單倍體育種技術結合香氣成分示蹤,進行新品種選育工作,提供了新的思路和方法。同時全面地反映出了蕪菁花朵中的香氣成分,為進一步全面評價蕪菁提供了參考依據。

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MA Guocai1,LI Yawen1,WANG Lijun1,XUAN Zhengying2*
(1.Analytic&Test Center,Tarim University,Alar 843300,China;2.College of Plant Science,Tarim University,Alar 843300,China)

S631.3/TS255

0254-5071(2017)11-0161-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.11.035

2017-09-07

國家自然科學基金資助項目(31260477);塔里木大學重點領域科技攻關計劃項目(TDZKGG201603)

馬國財(1978-),男,高級實驗師,碩士,研究方向為天然產物研究與開發。

*通訊作者:軒正英(1979-),女,副教授,碩士,研究方向為南疆特色蔬菜種質資源與遺傳育種。