大花紫薇及小葉紫薇花氣味化學成分分析

唐麗萍，茅裕婷，藍來嬌，馬 濤，孫朝輝， 陳曉陽，溫秀軍*，賈彩娟，王定躍

(1.華南農業大學 林學與風景園林學院，廣東 廣州 510642；2.深圳市梧桐山風景區管理處，廣東 深圳 518004)

【研究意義】植物花氣味是由花器官釋放的一類具有揮發性且相對分子質量低、沸點低及極性低的次生代謝物質[1]。對于一般蟲媒花而言，植物花所釋放的化學物質對昆蟲有強烈的吸引作用，例如：眉蘭中的γ-杜松烯能吸引雄蜂并引起其強烈興奮；石竹科Silene屬不同種的花香揮發物種含有的的單菇類烯烴如檸檬烯對蜜蜂傳粉有引誘作用；夜蛾在絕對黑暗的條件下也能訪花，說明其主要是通過氣味定向的[2]。花氣味的提取方法多種多樣，主要有水氣蒸餾法、壓榨法、溶劑萃取法、減壓蒸餾萃取法、固相微萃取法、頂空吸附法等方法[3]。目前，應用動態頂空吸附法是收集植物揮發物是較為廣泛的方法，它能在植物保持活性的狀態收集其揮發物，且操作簡單便捷，對色譜柱傷害較小[4]。【前人研究進展】大花紫薇(Lagerstroemiaspeciosa)及小葉紫薇(Lagerstroemiaindica)都隸屬于千屈菜科(Lythraceae)紫薇屬(Lagerstroemia)，兩者都為落葉喬木。大花紫薇在國外主要分布于馬來西亞、印度、斯里蘭卡、越南、菲律賓及澳大利亞等國，國內分布在廣東、廣西、福建等地區。小葉紫薇主要產于澳洲及亞洲南部，在我國華南、華東地區普遍栽培二者在我國主要作為行道樹及園林景觀樹[5-6]。其中大花紫薇又被稱為大葉紫薇，其葉具有一定的藥用價值，目前有研究表明大花紫薇的葉子中含有一定量的鞣花酸，用其葉制成的飲料可以用來治療和預防糖尿病,是一種天然的植物胰島素,口服有效且無副作用，有望成為21世紀有助于健康的功能食品[7]。小葉紫薇，別名百日紅，其樹姿優美，花色艷麗；花期可由6月開至9月，處于夏秋少花季節，有“盛夏綠遮眼，此花紅滿堂”的贊語，在我國主要作為園林綠化樹種[8]。目前大花紫薇的研究主要集中在其葉的藥用價值方面，小葉紫薇的研究多集中在其苗木培育等方面[6]，關于二者的花氣味化學成分分析尚未見報道。【本研究切入點】本實驗旨在應用動態頂空吸附法收集二者的花氣味，運用氣相色譜-質譜(GC-MS)聯用技術分析其化學成分，對比二者之間的差異。【擬解決的關鍵問題】為大花紫薇及小葉紫薇及它們與傳粉昆蟲之間的互利共生關系的化學生態學方面的研究提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 實驗儀器

氣相色譜-質譜聯用儀，美國保鮮袋，Porapak Q吸附管(6*150 mm,150 mg)，鄭州譜析科技有限公司；超靜音可調式氣泵(ACO-9610)，廣東海利集團有限公司；HH-10型活化儀，鄭州譜析科技有限公司；QC-IB氣體采樣儀，北京市勞動保護科學研究所；二氯甲烷(色譜純)。干燥塔；活性炭。

1.2 實驗材料

本實驗大花紫薇及小葉紫薇采集于2017年 6 月上旬，采集地點為華南農業大學校園內。

1.3 氣味收集

應用動態頂空吸附法收集大花紫薇及小葉紫薇花氣味，主要步驟為：收集之前將裝有Porapak Q的吸附管放入220 ℃活化儀中活化30 min。將采集好的花放入無味透明的聚氟乙烯采集袋中，用無味的特氟隆管連接儀器，首先先將采集袋抽癟，去除里面的空氣，然后，將抽氣泵抽取的空氣經過裝水的圓底燒瓶中，去除空氣中的灰塵，再通過裝有活性炭的干燥塔，除去水分，以避免影響后續吸附劑對花氣味揮發物的吸附效果，之后干凈的空氣從采集袋的進氣口進入，模擬自然條件下花氣味揮發；揮發物質將通過采集帶的出氣口導入填充有Porapak Q吸附劑的玻璃管中，進行吸附收集；最后用0.5 mL的二氯甲烷洗脫吸附管，所得溶液裝入2 mL的色譜瓶，氮吹濃縮至100 μl，將樣品置于 -20 ℃冰箱保存，直至進行儀器分析時取出。采樣時間：10:00-10:00，收集 12 h。

1.4 氣相色譜條件

分析條件：柱子型號：DB-5 毛細柱 (非極性柱，30 m×250 μm×0.25 μm)。采収兩級程序升溫方法，初始溫度為60 ℃保持 2 min，之后 以每分鐘上升 5 ℃到 120 ℃，保持2 min，最后以每分鐘上升 9 ℃到 250 ℃，保持10 min。不分流進樣，進樣量為1 μl，流量為 1 mL/min。前進樣口溫度 260 ℃，載氣為高純氦氣。離子源溫度230 ℃，MS 四極桿 150 ℃，溶劑延遲5 min。采集模式：全掃描，火焰離子化檢測器(FID)檢測。EI 電子轟擊，檢測器電壓350 V，發射電流 150 μA。采集速度 0.6 s/次，原子質量單位采集質量范圍 40～330 amu。①反復潤洗進樣針數次后，吸取 1 μl 二氯甲烷進樣。②結果顯示雜質峰較少時，吸取 1 μl 樣品進樣分析；化合物通過 NIST-08 質譜庫鑒定。

1.5 花氣味化合物定性與半定量

由GC-MS分析得到的質譜數據經其自帶的標準譜庫(NIST-08)進行檢索，對于譜庫檢索結果物質單一，且匹配度大于90 %的峰，直接根據檢索結果給予確認；然而，對于一些檢索結果中出現2種及以上物質的峰，進一步比較其離子碎片圖，結合人工譜圖解析，按各色譜峰的質譜裂片圖與文獻核對，對基峰、質荷比和相對豐度等方面進行直觀比較，最后加以確定。定量：運用離子流峰面積歸一化法計算花氣味各揮發物組分的相對成分。

2 結果與分析

2.1 大花紫薇及小葉紫薇花氣味動態頂空吸附GC-MS總離子流

花氣味是植物經過長期進化的產物，是植物與環境尤其是與昆蟲之間密不可缺的部分，在傳粉過程中花氣味占據著至關重要的地位，目前，應用動態頂空吸附法-氣相色譜-質譜法以成功分離到多種化合物，主要分為 3 大類：①脂肪族衍生物；②單萜和倍半萜類化合物；③苯環類芳香族化合物[4]。

圖1 大花紫薇花氣味GC-MS總離子流Fig.1 Total ion chromatograms of the floral scent components in Lagerstroemia speciose using GC-MS

Svensson等(2010)應用此技術，成功從小葉黑面神花中找到2-苯乙醇和 2-苯乙腈2種物質均能引起粉頭細蛾的觸角電位反應[9-10]。因此，本文也采取同樣的方法，收集分析大花紫薇及小葉紫薇花揮發物的化學成分，以期為后續開展的昆蟲學實驗提供依據，在通過GC-MS分析，獲得總離子流圖，扣除進樣前的二氯甲烷空針離子圖，大花紫薇分離得到28個峰，小葉紫薇分離得到39個峰。

2.2 大花紫薇花氣味化學成分分析

大花紫薇提取物經過GC-MS 分析，共得出28中物質，占總揮發物質含量的81.91 %，在這其中脂肪族衍生物占1.75 %，分別為：(+/-)-薄荷醇(0.27 %)、α-松油醇(0.12 %)、香葉基丙酮(0.87 %)、順-9-十四碳烯醇(0.29 %)、2-乙基-1-十二醇(0.20 %)；單萜和倍半萜類化合物占9.08 %，為：α-蒎烯(5.90 %)、β-蒎烯(1.96 %)、羅勒烯(0.38 %)、長葉烯(0.67 %)、(+)-α-長葉蒎烯(0.17 %)；烷類占67.19 %，為：2,6,10-三甲基十二烷(0.11 %)、4,7-二甲基十一烷(0.23 %)、癸烷(0.41 %)、十四烷(0.37 %)、2,6,10-三甲基十五烷(0.14 %)、正十五烷(0.11 %)、正十六烷(0.72 %)、10-甲基十九烷(64.9 %)、正十七烷(0.20 %)；苯環類芳香族化合物占2.83 %，為：3-乙基苯甲醛(0.44 %)、萘(0.64 %)、1-乙烯基-1H-茚(0.21 %)、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(0.97 %)、4-(乙酰苯基)苯甲烷(0.35 %)、鄰苯二甲酸二異丁酯(0.22 %)；2種含氮物質占1.06 %，為：己內酰胺(0.89 %)、避蚊胺(0.17 %)；大花紫薇中含量最高的物質為10-甲基十九烷，其次是α-蒎烯(表1)。

圖2 小葉紫薇花氣味GC-MS總離子流Fig.2 Total ion chromatograms of the floral scent components in Lagerstroemia indica using GC-MS

2.3 小葉紫薇花氣味化學成分分析

小葉紫薇提取物中共分析得出39種物質，占總揮發物質含量的99.59 %，在這其中脂肪族衍生物占10.73 %，分別為：(+/-)-薄荷醇(7.17 %)、香葉基丙酮(0.92 %)、順-9-十四碳烯醇(1.18 %)、正癸醛(1.46 %)；單萜和倍半萜類化合物占41.37 %，為：α-蒎烯(1.19 %)、β-蒎烯(21.6 %)、長葉烯(1.64 %)、(+)-α-蒎烯(14.08)、(-)-Alpha-蓽澄茄油烯(0.51 %)、(-)-α-柏木烯(1.01 %)、β-石竹烯(0.87 %)、(+)-β-柏木烯(0.47 %)；烷類占26.21 %，為：十四烷(1.10 %)、2,6,10-三甲基十五烷(0.55 %)、正十五烷(0.94 %)、正十六烷(1.77 %)、10-甲基十九烷(16.01 %)、正十七烷(0.69 %)、正十二烷(1.35 %)、十三烷(2.19 %)、1,2-環氧十六烷(0.35 %)、環十四烷(0.35 %)、3,8-二甲基癸烷(0.37 %)、正十八烷(0.54 %)；苯環類芳香族化合物占18.13 %，為：萘(8.78 %)、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(1.86 %)、4-(乙酰苯基)苯甲烷(0.46 %)、鄰苯二甲酸二異丁酯(2.46 %)、鄰二甲苯(0.40 %)、聯三甲苯(1.98 %)、1,2-二乙苯(0.76 %)、1,2,4,5-四甲基苯(0.63 %)、2-甲氧基-5-(1-丙烯-1-基)苯酚(0.41 %)、O2-丁基O1-(2-甲基丙基)苯-1,2-二羧酸酯(0.39 %)；含氮化合物占3.15 %，為：己內酰胺(1.79 %)、避蚊胺(0.41 %)、樟腦(0.95 %)，小葉紫薇種物質含量較多的幾種依次為：β-蒎烯、10-甲基十九烷，(+)-α-蒎烯，萘，(+/-)-薄荷醇(表1)。

表1 大花紫薇及小葉紫薇花氣味成分分析

續表1 Continued table 1

序號Serial number化合物Chemical compound分子式Molecular formula大花紫薇Lagerstroemia speciose小葉紫薇Lagerstroemia indica保留時間(min)Retention time相對含量(%)Relative content保留時間(min)Retention time相對含量(%)Relative content化學結構式Chemical structural formula6正癸醛DecanalC10H20O//14.0521.46單萜和倍半萜類化合物 Monoterpene and sesquiterpene compounds7α-蒎烯(-)-α-pineneC10H169.5815.96.3761.198β-蒎烯β-pineneC10H1610.8481.967.70721.69羅勒烯(E)-β-ocimeneC10H1612.6550.38//10長葉烯(+)-longifoleneC15H2422.7770.6719.9531.6411(+)-α-長葉蒎烯α-longipineneC15H2422.8820.17 / /12(+)-α-蒎烯(+)-α-pineneC10H16//6.56914.0813(-)-Alpha-蓽澄茄油烯(-)-α-CUBEBENEC15H24//19.1460.5114β-欖香烯β-ELEMENEC15H24//19.4560.3215(-)-α-柏木烯Cedr-8-eneC15H24//20.0791.0116β-石竹烯(-)-β-caryophylleneC15H24//20.1420.8717(+)-β-柏木烯(+)-β-CEDRENEC15H24//20.2600.47烷類化合物 Alkane compounds182,6,10-三甲基十二烷FarnesaneC15H3214.2330.11//194,7-二甲基十一烷4,7-DimethylundecaneC13H2819.5670.23//20癸烷DecaneC10H2220.660.41//21十四烷TetradecaneC14H3022.2720.3719.6471.10222,6,10-三甲基十五烷2,6,10-TRIMETHYLPENTADECANEC18H3823.8320.1423.9300.5523正十五烷 PentadecaneC15H3224.0310.1121.6080.9424正十六烷HexadecaneC16H3424.560.5916.2280.8625正十六烷HexadecaneC16H3525.5520.1323.2400.912610-甲基十九烷10-METHYLNONADECANEC20H4225.78664.923.51916.0127正十七烷 HeptadecaneC17H3626.9310.2024.6720.6928正十二烷 DodecaneC12H26//13.8571.3529十三烷 TridecaneC13H28//17.0742.19301,2-環氧十六烷1,2-EpoxyhexadecaneC16H32O//17.3210.35313,8-二甲基癸烷3,8-dimethyldecaneC12H26//22.6690.37

續表1 Continued table 1

序號Serial number化合物Chemical compound分子式Molecular formula大花紫薇Lagerstroemia speciose小葉紫薇Lagerstroemia indica保留時間(min)Retention time相對含量(%)Relative content保留時間(min)Retention time相對含量(%)Relative content化學結構式Chemical structural formula32正十八烷 OctadecaneC18H38//25.9740.54苯環類芳香族化合物 Aromatic compounds of benzene rings333-乙基苯甲醛3-EthylbenzaldehydeC9H10O16.5130.44//34萘NaphthaleneC10H817.3660.6413.5718.78351-乙烯基-1H-茚1-ethylidene-1H-indeneC11H1020.3570.21//362,6-二叔丁基-4-甲基苯酚2,6-di-tert-butyl-4-methylphenolC15H24O24.1630.9721.6811.86374-(乙酰苯基)苯甲烷1-(4-benzylphenyl)ethanoneC15H14O27.1610.3524.4070.4638鄰苯二甲酸二異丁酯Diisobutyl phthalateC16H22O428.9510.2226.7192.4639鄰二甲苯 o-XyleneC8H10//5.1200.4040聯三甲苯1,2,3-trimethylbenzeneC9H12//8.1111.98411,2-二乙苯1,2-DiethylbenzeneC10H14//9.8240.76421,2,4,5-四甲基苯1,2,4,5-TetramethylbenzeneC10H14//11.6280.63432-甲氧基-5-(1-丙烯-1-基)苯酚2-methoxy-5-prop-1-enylphenolC10H12O2//18.5360.4144O2-丁基O1-(2-甲基丙基)苯-1,2-二羧酸酯1-O-butyl 2-O-(2-methylpropyl) benzene-1,2-dicarboxylateC16H22O4//27.8120.39其他化合物 Other compounds45己內酰胺 ε-caprolactamC6H11NO19.0520.8915.8521.79 46避蚊胺N,N-diethyl-m-toluamideC12H17NO25.2740.1722.8400.4147樟腦(R)-camphorC10H16O//12.4710.95

注：“/”表示沒有該物質。

Note: ‘/’ indicates there no chemical component.

表2 大花紫薇及小葉紫薇含有的相同物質

2.4 大花紫薇及小葉紫薇花氣味成分比較

經過統計，兩者共發現47種物質，主要以烷類及單萜和倍半萜類化合物為主，大花紫薇烷類化合物含量最高，萜類次之；小葉紫薇萜類最高，烷類次之。比較分析得出，兩者共發現16種相同物質(表2)。根據兩者出現的峰的大小及時間比對，發現兩者中大花紫薇含有物質普遍出現的時間晚于小葉紫薇，且含量也低于小葉紫薇。

3 結論與討論

目前，有關大花紫薇葉的化學成分研究較多，主要集中在其葉的化學成分組成及其所具有的藥理作用。現代藥理學研究表明，大花紫薇葉中的活性成分主要為鞣質類、三萜類、生物堿類等相關物質，具有降脂、降血糖、抗真菌以及抗氧化等作用[5]。本次實驗利用動態頂空吸附結合GC-MS分析花香并沒有發現與其相關的物質，但發現單萜和倍半萜類化合物11種，占總物質含量的9.08 %。孔杜林等(2013)用水蒸氣蒸餾法提取大花紫薇葉揮發油，共發現14中化合物，其中含量最高的為鄰苯二甲酸二丁酯(32.03 %)[11]，雖然在大花紫薇花香分析中檢測出該物質，但含量遠低于葉片；在小葉紫薇花中也含有該物質，含量為2.46 %。表明大花紫薇的葉片及花中都含有鄰苯二甲酸二丁酯，但含量相差甚大，推測可能是收集方法不同產生較大的差異，水蒸氣蒸餾法收集的揮發油大多是脂溶性物質[12]。在其葉揮發油中分析得出的14中物質中，酯類、醛類、醇類、酮類化合物有12種，占所得化合物的85.71 %。本實驗中利用Porapak Q的吸附管，其吸附烷烴類、芳香族化合物物質能力較強[13]，檢測分析得出烷類、烴類、苯環族化合物占總物質的87.23 %。

多數訪花昆蟲是具有補充營養習性的[14]，植物花器官所釋放的揮發性信息化合物對訪花昆蟲尋找蜜源植物起著定向作用，這種訪花昆蟲利用花香化合物進行定向行為是植物與昆蟲相互選擇關系中重要的行為之一，是其生存及繁衍的重要保證[15]。汪佳晴(2013)用 Y 型嗅覺儀對柳黑毛蚜進行行為測定，結果表明，柳黑毛蚜對青葉醇的選擇達到極顯著水平(P<0.01)[16]；綠盲蝽雌、雄蟲對寄主植物花氣味中的乙酸葉醇酯1000倍稀釋液有明顯的趨向性，該成分對雌、雄成蟲的引誘率分別為60 %、57.14 %[17]，金斑蝶在6種單一化合物條件下，對α蒎烯和桉樹腦的訪問次數明顯多于其他4種，且在同一時間段內其總訪問次數達330次[18]；穆丹等在夾竹桃蚜引誘實驗中發現，丁酮醇和芳樟醇對夾竹桃蚜的引誘效果達到了顯著的水平(P<0.05)[19]；(E)-β-石竹烯、(E)-4,8-二甲基-1,3,7-壬三烯(DMNT)、(E)-β-法尼烯等 3 種萜烯類化合物的混合物能引起葡萄花翅小卷蛾定向行為。當去掉其中任何一種組分后，混合物對葡萄花翅小卷蛾成蟲的引誘活性將被極大削弱[20]。本實驗中檢測出的10-甲基十九烷、β-蒎烯分別是大花紫薇及小葉紫薇的含量最高的物質，推測其可能是吸引傳粉昆蟲的重要氣味成分，為進一步篩選吸引傳粉昆蟲的活性物質提供了理論依據。