漢麻花和葉揮發性成分分析

練冬梅 姚運法 李 洲 吳松海 洪建基

（福建省農業科學院亞熱帶農業研究所，福建 漳州 363005）

漢麻（China-Hemp），別名工業大麻，為大麻科（Cannabinaceae）大麻屬（Cannabis）一年生草本植物，其四氫大麻酚（tetrahydrocannabinol，THC）含量低于0.3%，屬于無毒品利用價值大麻類型，被用于紡織、造紙、軍需、生物能源、食品保健、醫藥、化妝品、飼料和油料等［1-5］。漢麻起源于東亞［6］，目前在我國黑龍江、云南、甘肅、吉林等地均有栽培［7］。漢麻一般為雌雄異株，雄株開花不結籽，雌株授粉后即可結籽，經過選育也有雌雄同株［8］。但現蕾開花前，難以辨別雌/雄株，對漢麻育種帶來一定困擾。在生長旺盛時期和后期，漢麻葉占整個植株質量分別為25%和8%～14%［9］，其具有豐富的萜類、酚類、黃酮類、生物堿等生理活性成分［10-12］。漢麻花、葉具有鎮痛、止痛、降眼壓、抗腫瘤、抗嘔吐、抗紫外線和抗菌消炎等多種功能活性［13-14］。

Fiorini等［15］在漢麻干花序中獲得了一種富含大麻二酚（cannabidiol，CBD）的精油，但未對漢麻雌/雄花序的揮發性成分進行相關研究。關于漢麻葉片揮發性成分的研究報道較多，如蔣勇等［16］采用同時蒸餾萃取-氣相色譜-質譜聯用分析云南一號漢麻葉揮發性成分，共檢出44種揮發性成分；朱晨瑜等［11］采用頂空固相微萃取-氣相色譜質譜聯用技術分析云南一號漢麻葉揮發性成分，共檢出59 種揮發性成分。但關于其不同部位（雌/雄株的老/嫩葉）葉片揮發性成分研究鮮見報道。本研究以漢麻雌/雄株的花序、老/嫩葉為試材，采用頂空-氣相色譜/質譜聯用（headspace-gas chromatography/mass spectrometry，HS-GC/MS）技術檢測不同性別花和不同生理狀態葉中的揮發性成分，旨在篩選出漢麻不同花、葉的主要活性成分并明確其主要特征，為漢麻育種及開發利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

以福建省農業科學院亞熱帶農業研究所漢麻種質資源圃保存的品種brosom 為試材，采集雌/雄株的花序、老葉（植株中下部）、嫩葉（植株中上部），每個樣品由多個單株混合置于封口袋。

TriPlus 300 頂空自動進樣器和Trace1300-TSQ9000氣質聯用儀器，美國賽默飛世爾科技公司；JS39D-250多功能食品加工機-攪拌機，浙江蘇泊爾生活電器有限公司。

1.2 試驗方法

分別將鮮花序和攪拌機攪碎后的葉片稱取3 g 置于20 mL 的頂空螺紋瓶（設3 個平行重復），待測。頂空條件、氣相條件和質譜條件參照林寶妹等［17］的方法，并稍作改動，其中腔溫100 ℃、爐溫90 ℃，瓶靜態平衡時間5 min。升溫程序中以10 ℃·min-1升溫到290 ℃，保持3 min，總時間為43 min。

定性和定量分析參照林寶妹等［17］的分析方法。

成分相似率分析參照王華夫等［18］的計算方法，分析、比較漢麻不同部位花葉揮發性成分的相似性和差異性。

1.3 數據分析

采用SPSS 22.0 統計軟件進行單因素方差分析，采用Excel 2007制作圖表。

2 結果與分析

2.1 花的揮發性成分組成

從brosom 漢麻雌/雄花中共檢測出相對含量在0.05%以上的化合物有45 種，包括雌花含36 種、雄花含23種，其中共有成分14種?；ǖ膿]發性成分包含萜烯類、酯類、醇類和酮類四大類，雌花包含4 類，雄花包含2 類。雌/雄花均以萜烯類化合物為主體成分，分別含30、20 種化合物，含量分別為96.31%、97.99%，雌花醇類含量（2.40%）顯著高于雄花（0.26%，P＜0.05），雄花未檢測到酯類和酮類。萜烯類物質由單萜類和倍半萜類構成，雌/雄花的倍半萜烯類物質組成個數均多于單萜類，但單萜類物質為花的優勢成分，其含量極顯著高于倍半萜（P＜0.01），雄花中單萜類化合物含量（93.20%）顯著高于雌花（68.55%，P＜0.05），雌花中倍半萜類含量（27.77%）顯著高于雄花（4.80%，P＜0.05）。

由表1 可知，brosom 漢麻雌/雄花主要揮發性成分組成及含量差異較大，將在樣品中出現含量大于10%的主要成分進行分析。雌花揮發性成分主要由單萜類的β-蒎烯（35.96%）和D-檸檬烯（18.47%）組成，占總揮發性成分含量的54.92%；雄花揮發性成分主要由單萜類的α-蒎烯（33.20%）、β-蒎烯（44.51%）和D-檸檬烯（13.93%）組成，占總揮發性成分含量的93.26%，β-蒎烯是雄花的絕對優勢成分。

表1 漢麻花的主要揮發性成分及其相對含量Table 1 Volatile composition and relative contents of China-Hemp flowers

2.2 葉片的揮發性成分組成

由表2 可知，葉片中揮發性成分包含萜烯類、酯類、醇類、酮類和醛類五大類，雌株老葉含四大類，雌株嫩葉、雄株老葉、雄株嫩葉含三大類。與花相似，4 個部位葉片均以萜烯類化合物為主體成分，含20～28 種化合物，且以雌株嫩葉含量（88.20%）最高。雌/雄株老葉酯類化合物含量均比嫩葉高，其中以雌株老葉（0.60%）最高，顯著高于其他3 個部位。醇類化合物含量以雄株嫩葉（15.41%）最高，酮類化合物含量以雌株老葉（0.18%）最高，醛類化合物僅在雄株嫩葉中（0.16%）檢測到。

表2 漢麻花和葉的主要揮發性成分類型及其相對含量Table 2 Volatile composition and relative contents of China-Hemp flowers and leaves

從brosom 漢麻雌株老/嫩葉、雄株老/嫩葉4個部位的葉片中共檢測出相對含量在0.05%以上的化合物54 種，其中，雌株老葉32 種，雌株嫩葉35 種，雄株老葉26 種，雄株嫩葉30 種，共有成分15 種。由表3 可知，brosom 漢麻雌/雄株老/嫩葉主要揮發性成分組成及含量差異較大，分析在樣品中出現含量大于10%的主要成分發現，雌株老葉主要揮發性成分由單萜類的β-蒎烯（16.56%）和D-檸檬烯（15.30%）、倍半萜類的石竹烯（15.16%）和醇類物質葉醇（13.10%）構成，占總揮發性成分含量的61.40%。雌株嫩葉主要成分由單萜類的D-檸檬烯（12.99%）和倍半萜類的石竹烯（21.94%）、β-金合歡烯（10.52%）構成，倍半萜類含量優勢明顯高于單萜類。雄株老葉主要揮發性成分由單萜類的α-蒎烯（44.84%）和β-蒎烯（12.15%）、倍半萜類的石竹烯（10.31%）和葉醇（10.62%）構成，占總揮發性成分含量的79.07%，單萜類含量優勢明顯高于倍半萜類，α-蒎烯是雄株老葉的絕對優勢成分。雄株嫩葉主要揮發性成分由單萜類的α-蒎烯（46.25%）和β-蒎烯（12.78%）構成，與雄株老葉相似，單萜類含量優勢明顯高于倍半萜類，α-蒎烯是雄株嫩葉的絕對優勢成分；α-蒎烯方面，雄株老葉（44.84%）、雄株嫩葉（46.25%）顯著高于雌株老葉（2.65%）、雌株嫩葉（2.29%）；β-金合歡烯方面，雌株老葉（9.18%）、雌株嫩葉（10.52%）顯著高于雄株老葉（0.28%）、雄株嫩葉（0.33%）（P＜0.05）。可見，α-蒎烯和β-金合歡烯可以作為區分該品種雌/雄株的揮發性成分。

表3 漢麻葉片的主要揮發性成分及其相對含量Table 3 Volatile composition and relative contents of China-Hemp leaves

brosom 漢麻4 個部位的葉片揮發性成分萜烯類組成及其含量差異明顯（表4）。與花相似，葉片4個部位的倍半萜烯類組成個數均多于單萜類；雌株老/嫩葉萜烯類物質以倍半萜為優勢成分，雄株老/嫩葉萜烯類物質以單萜類為優勢成分，其含量極顯著高于倍半萜（P＜0.01）。雌株嫩葉倍半萜含量（59.24%）顯著高于雌株老葉、雄株老葉和雄株嫩葉（P＜0.05），以雄株老葉中單萜類化合物含量（66.66%）最高。

表4 漢麻花和葉的萜烯類物質組成及其相對含量Table 4 Terpenes in flowers and leaves of China-Hemp

2.3 花、葉揮發性成分相似率

由表5可知，brosom漢麻雌花與雄花的揮發性成分相似率較高，達到0.840。雌株老葉與嫩葉、雄株老葉與嫩葉揮發性成分相似率極高，分別為0.946、0.988。雌株老/嫩葉與雄株老/嫩葉之間的揮發性成分相似率較低，為0.349～0.467。雌花與雌株老/嫩葉（0.810、0.664）、雄花與雄株老/嫩葉（0.761、0.757）的揮發性成分相似度較高，雌花與雄株老/嫩葉（0.456、0.416）、雄花與雌株老/嫩葉（0.563、0.390）的揮發性成分相似度較低，說明brosom不同類型花、葉揮發性成分既有相似性又有差異性。

表5 漢麻花葉揮發性成分相似率Table 5 Similarity rate of volatile composition in China-Hemp flowers and leaves

3 討論

植物揮發性成分主要由萜烯類、苯丙酸類/苯環型化合物和脂肪族化合物構成，其中萜烯類化合物主要由單萜烯和倍半萜烯構成［19-20］，香氣淡、雅、幽，最常見的化合物有α-蒎烯、β-蒎烯、檸檬烯、羅勒烯、石竹烯、金合歡烯等［21］，具有抗氧化、抗病毒、消炎、止咳、鎮痛等重要生理作用［22］。食用菊花［23］、樹葡萄花［24］、石斛花［25］等植物花朵均以萜烯類物質為優勢成分。南瓜雌花主要揮發性成分比雄花多，且雄花以萜烯類為主［26］；苯甲醇、芳樟醇、α-金合歡烯在栝樓雌/雄花中有顯著差異［27］，表明雌雄異株植物的花揮發性成分存在特征性差異。本研究中雌花和雄花揮發性成分均以單萜類為優勢成分，主要包括α-蒎烯、β-蒎烯、D-檸檬烯、β-羅勒烯等，與大多植物花香較為一致。α-蒎烯在雄花中的含量（33.20%）顯著高于在雌花中的含量（5.76%），平均相對含量之比為5.76∶1，石竹烯（8.90%）、β-羅勒烯（7.54%）、β-金合歡烯（4.90%）、順式-α-柑油烯在雌花中的含量（3.79%）顯著高于雄花中的含量（1.89%、0.23%、0.06%、0.25%），平均含量之比分別為4.71∶1、32.7∶1、81.67∶1 和15.16∶1，可見，同一成分在雌/雄花中存在顯著差異，豐富了漢麻雌雄異株的基礎研究。

與雌/雄花相似，brosom漢麻雌/雄株老嫩葉揮發性成分種類和相對含量也存在相似性和差異性。有研究報道，揮發性成分可作為識別或標志物，如α-檀香醇和β-檀香醇等5個主要揮發性成分可用于檀香產地識別［28］，乙酸乙酯和苯乙酸乙酯等可作為濃香型白酒基酒等級識別物質［29］。本研究中雄株老/嫩葉的α-蒎烯含量顯著高于雌株老/嫩葉，雌株老/嫩葉的β-金合歡烯含量顯著高于雄株老/嫩葉，說明在該品種雌/雄株未現蕾開花前，α-蒎烯和β-金合歡烯可作為區分雌雄株的標識成分，為漢麻育種提供了研究基礎。朱晨瑜等［11］研究表明，漢麻葉主要揮發性成分是［1R-（1R*，4Z，9S*）］-4，11，11-三甲基-8-亞甲基-二環［7.2.0］4-十一烯、（1α，3α，5α）-1，5-二甲基-3-甲基-2-亞甲基環己烷、α-石竹烯等，以倍半萜烯為優勢成分。蔣勇等［16］研究也表明，漢麻葉中主要揮發性物質為倍半萜的石竹烯和α-石竹烯。本研究中，漢麻雌株老/嫩葉的主體成分也均為倍半萜烯，但主要揮發性成分為β-蒎烯、D-檸檬烯、石竹烯、β-金合歡烯、葉醇等，與前人測定的漢麻葉片存在明顯不同，這與品種特性、生長環境等密切相關。例如，邱珊蓮等［30］研究發現，9 個嘉寶果品種間老/嫩葉揮發性成分存在差異，老葉揮發性成分主要為α-蒎烯、β-蒎烯、α-芹子烯，嫩葉則為β-蒎烯、α-蒎烯、β-石竹烯。田媛等［31］發現漢麻葉片的石竹烯含量（19.56%）最高，與本研究中雌株嫩葉含量（21.94%）較接近。石竹烯具有抗炎、鎮痛、神經保護、抗腫瘤、防治肝損傷等作用［32-33］，本研究中的漢麻4 個部位葉片均可作為石竹烯的良好來源。

4 結論

漢麻brosom 不同部位花葉揮發性成分均以萜烯類為主，其中單萜類是雌/雄花的優勢成分，雌花主要成分為β-蒎烯和D-檸檬烯，雄花則為α-蒎烯、β-蒎烯和D-檸檬烯。倍半萜類是雌株老/嫩葉優勢成分，單萜類是雄株老/嫩葉優勢成分，雌株老葉主要成分為β-蒎烯、D-檸檬烯、石竹烯和葉醇，雌株嫩葉為D-檸檬烯、石竹烯和β-金合歡烯，雄株老葉為α-蒎烯、β-蒎烯、石竹烯和葉醇，雄株嫩葉為α-蒎烯和β-蒎烯，其中雄株老嫩葉α-蒎烯含量顯著高于雌株老嫩葉，雌株老嫩葉的β-金合歡烯含量顯著高于雄株老嫩葉，α-蒎烯和β-金合歡烯可以作為區分該漢麻品種雌雄株的揮發性成分。雄株嫩葉中醇類含量最高，雌花和雄花相似率較高，雌株老/嫩葉及雄株老/嫩葉相似率極高，不同性別的花、葉相似率較低。