樟樹葉片揮發性有機物釋放季節動態和日動態變化規律

周琦 王金鳳 徐永勤 夏淑芳 沈鳳強 徐盧雨 陳卓梅

摘?要：采用動態頂空采集法和熱脫附-氣質聯用技術，對不同季節和一天內不同時間點樟樹葉片釋放的揮發性有機物（VOCs）成分含量及其變化規律進行了分析。結果表明：全年樟樹葉片釋放的VOCs共計78種，其中萜烯類（19種）和烷烴類（18種）化合物種類較多;32種樟樹葉片釋放的揮發性成分相對含量在不同季節存在顯著差異（P<0.05）;3月份釋放的VOCs種類最為豐富，萜烯類化合物相對含量最高（43.49%），主要為1-石竹烯、D-檸檬烯和α-蒎烯，其他月份釋放的VOCs則以烷烴類和醇類為主;春季，樟樹葉片在絕大多數時間點釋放VOCs以萜烯類化合物為主，且早上8：00釋放的萜烯類化合物相對含量最大。綜上結果認為，樟樹是營造保健型生態園林的理想樹種，其葉片釋放的VOCs中富含多種對人體健康有益的萜烯類化合物，春季的早晨是進行森林康養活動的最佳時間。

關鍵詞：樟樹，葉片，揮發性有機物，季節動態，日動態

中圖分類號：Q945

文獻標識碼：A

文章編號：1000-3142（2020）07-1021-12

Abstract：Volatile?organic?compounds?（VOCs）?were?collected?in?different?seasons?and?different?times?of?the?day?by?dynamic?headspace?air-circulation?method，and?the?relative?contents?and?the?change?laws?were?also?analyzed?using?the?thermal?desorption?system?gas?chromatography/mass?spectrum?（GC-MS）.?The?results?were?as?follows：Cinnamomum?camphora?leaves?released?78?types?of?VOCs?during?the?whole?year，and?the?types?of?terpenes?（19）?and?alkanes?（18）?were?more?abundant?than?those?of?other?compounds;?The?relative?contents?of?32?types?of?VOCs?had?significant?differences?（P<0.05）?among?different?seasons;?The?number?of?types?in?March?was?the?most?abundant，and?the?relative?contents?of?terpenes?reached?43.49%，including?1-Caryophyllene，D-Limonene?and?α-pinene，and?the?types?of?VOCs?released?from?C.?camphora?leaves?in?other?months?were?mainly?of?alkanes?and?alcohols;?In?spring，the?relative?contents?of?VOCs?released?at?most?of?the?time?were?all?mainly?of?terpenes，and?the?relative?contents?of?terpenes?released?at?8：00?am?were?the?highest.?Therefore，C.?camphora?is?an?ideal?species?for?ecological?and?heathy?landscape，and?the?VOCs?released?from?C.?camphora?leaves?are?rich?in?kinds?of?terpenes?compounds，which?are?beneficial?for?human?health，and?spring?and?morning?are?the?best?time?for?forest?recreation.

Key?words：Cinnamomum?camphora，leaves，volatile?organic?compounds（VOCs），seasonal?change，diurnal?change

植物揮發性有機物（volatile?organic?compounds，VOCs）是一種由植物次生代謝產生，且在常溫下主要以液態形式存在的有機物質（陳洪偉等，2001;陳靜，2016）。不同植物的合成與釋放部位有所不同，對于絕大多數開花植物而言，花釋放出VOCs的量最大、種類最為豐富（Knudsen?et?al.，2006），營養組織（如葉和莖）是針葉樹、草本植物的VOCs主要來源（McConkey?et?al.，2000;?Vasso?et?al.，2006）。自然界中的VOCs組成十分豐富，種類在10?000種以上（楊小琴，2006），按結構特點大致可分為萜烯類、烷烴類、芳香烴類、醛類、酮類、醇類、酯類、有機酸類和其他類型（Atkinson?&?Arey，2003;?Chen?&?Cao，2005）。這些植物源VOCs不僅具有吸引傳粉者（Raguso，2008）、防御天敵（Degenhardt?et?al.，2009;?Unsicker?et?al.，2009;?Ali?et?al.，2012）、殺菌抑菌（Huang?et?al.，2012）、抵御非生物脅迫（Dudareva?et?al.，2006;?Vickers?et?al.，2009）、促進植物間信息交流（Cojocariu?et?al.，2004;Baldwin?et?al.，2006）、改變大氣組成（洪蓉，2002;Kaplan?et?al.，2006;?Bao?et?al.，2010）等重要生物生態學作用，而且具有緩解疲勞、強身健體（房城等，2010;Zhang?et?al.，2015）、調節精神（Cruz-López?et?al.，2001;佟棽棽和姚雷，2009;?Papiez?et?al.，2009）等保健作用。此外，一些VOCs會對環境造成一定負面影響（Renner?&?Münzenberg，2003）。由于溫度、濕度、光照等環境因子以及植物自身的生理狀態均會對部分VOCs釋放產生影響，使得植物源VOCs的釋放具有較強的季節和日變化動態性（Padhy?&?Varshney，2005;鄧小勇，2009）。深入研究植物VOCs釋放特征和變化規律，可為大氣環境質量預報提供科學的參考數據，對合理的園林植物配置及其保健效果的預測具有重要意義。

樟樹（Cinnamomum?camphora）是樟科（Lauraceae）樟屬（Cinnamomum）常綠喬木，為亞熱帶常綠闊葉林的代表樹種;其枝葉繁茂，樹冠廣展，是優良的綠化樹、行道樹、庭蔭樹及保健樹（李勇鵬等，2015）。樟樹各部位均具有不同的應用價值，木材、根、枝、葉可提取樟腦和樟油，用于醫療與香料工業;果核富含的天然色素和精油可供紡織品染色等工業用;同時，根、果、枝和葉可入藥，有祛風散寒、強心鎮痙和殺蟲等功效。近些年，對樟樹的研究主要集中在組織培養快繁體系（杜麗，2005）、精油提取技術（黃婷，2016）、殺蟲抑菌特性（Liu?et?al.，2006）、分子生物學（Yang?et?al.，2002;Kameyama，2012）等領域。作為含有大量具特殊香味有機物的樟樹，吳楚材等（2006）和鄧小勇（2009）對其離體葉片釋放的VOCs成分進行研究，任露潔等（2012）對以樟樹為主的典型群落中VOCs釋放日動態進行探究。然而，樟樹葉片VOCs釋放的季節動態和日動態變化可以為人們選擇適宜的季節和時間開展森林康養提供依據，但該部分的研究卻尚未見報道。本研究采用動態頂空采集法對樟樹葉片不同季節和一天內不同時間釋放的VOCs進行采集，結合熱脫附-氣質聯用技術對其組成和相對含量進行檢測與分析，揭示樟樹葉片VOCs釋放的年動態變化和日動態變化規律，為合理利用樟樹的園林綠化與保健功能提供理論參考。

1?材料與方法

1.1?材料

試驗樣地是浙江省杭州市余杭區國營長樂林場（119°50′?E、30°22′?N）。該林場位于浙江省杭州市，屬亞熱帶季風氣候，全年平均氣溫15.8?℃，年降雨量1?350?mm，無霜期232?d。試驗植株來自林場內的天然樟樹林，生長健康，無病蟲害。

1.2?VOCs采集

分別在2017年3月、6月、9月和12月選擇晴朗無風的天氣，于上午8：00—16：00間每2?h取一次樣，選擇同一位置生長健康、枝葉繁茂且向陽的枝條。利用ZC-Q便攜式雙泵大氣采樣器（浙江恒達），采用動態頂空氣體循環采集法進行樣品采集。采氣袋容積為0.1?m3，流量0.1?m3·min-1，采集時間為30?min，重復3次。同時，每季節所取樣品中增加3個空白對照，不進行VOCs采集，其他均為相同處理，用于校正本底影響。

1.3?VOCs成分測定

采用熱脫附-氣相色譜/質譜聯用法（Thermo?Desorption?System/Gas?Chromatography/Mass?Spectirm，TDS-GC/MS）完成植物VOCs成分的測定。

色譜條件（7890A型，Agilent公司）：HP-5MS彈性石英毛細管柱（30?m?×?250?μm?×?0.25?μm）;載氣為高純氦氣;進樣不分流;體積流量為1.0?mL·min-1;色譜柱初始溫度為40?℃，保持3?min，先以6?℃·min-1的速率升至112?℃，保持3?min，再依次以6?℃·min-1的速率升至250?℃和以10?℃·min-1的速率升至270?℃，保持5?min。

質譜條件（5975A型，Agilent公司）：電子轟擊（EI）離子源，電子能量為70?eV;掃描質量數范圍為29～400?amu;離子源溫度為230?℃;接口溫度為280?℃;四級桿溫度為150?℃。

熱脫附條件（TD3型，德國Gerstel公司）：系統載氣壓力20?kPa;進樣口溫度250?℃;脫附溫度250?℃，保持10?min;冷阱溫度-100?℃，保持3?min;冷阱進樣時溫度迅速升溫至260?℃。

1.4?數據分析

對于GC/MS分析所獲得的VOCs成分GC/MS原始數據總離子流圖（TIC），其各峰對應的化學物質信息利用Xcalibur?1.2軟件，經檢索質譜數據庫（NIST2008譜庫）后，結合人工校對和解析，最終確定各VOCs成分。最后，采用面積歸一法計算各成分的相對含量。

相對含量=（某物質峰面積/該物質所在樣品中所有物質的峰面積總和）×100%。

利用SPSS?22.0軟件對不同季節檢測到各成分相對含量進行單因素方差分析和Duncan多重比較（P<0.05），未檢測到的成分分析時以0表示。方差分析前，先對數據進行正態分布（Shapiro-Wilk?W?test）和方差齊性（Levenes?test）檢驗，對非正態的數據集進行Z-score標準化。利用Excel?2013和Origin?8.5軟件完成圖表的繪制。

2?結果與分析

2.1?樟樹葉VOCs成分和相對含量的季節動態變化

從樟樹葉片不同季節釋放的VOCs中鑒定出78種化合物（表1）。其中，檢測到的萜烯類和烷烴類化合物的種類最多，分別為19種、18種，共占檢測到所有化合物種類的47.44%;而檢測到的芳烴類、醛類、酮類、醇類、酯類、有機酸類和其他類化合物的種類為4～9種不等。各類化合物在不同季節的釋放情況有所不同，其中32種化合物在不同季節的相對釋放量存在顯著差異（P<0.05），烷烴類13種、萜烯類4種、芳烴類3種、醛類3種、酯類2種、酮類2種、醇類2種、有機酸類2種和其他類化合物1種。

對上述32種化合物的相對含量進行Duncan多重比較，結果表明樟樹葉片所釋放的萜烯類化合物中，α-蒎烯、莰烯和樟腦在3月份的相對含量均顯著高于其他月份;L-薄荷醇僅在9月份檢測到，但相對含量較低（2.30%）。樟樹葉片的烷烴類化合物釋放量在不同季節間變化最大，共13種化合物的相對含量差異達到顯著水平;壬烷在12月份的相對含量顯著低于其他月份，癸烷在12月份的相對含量同樣顯著高于其他月份;2，2，4，4-四甲基辛烷和2，2，4，6，6-五甲基庚烷在6月和9月的相對含量顯著高于其他2個月份;此外，3月、9月和12月分別檢測到6種（2，4-二甲基庚烷、2，5-二甲基壬烷、4-甲基辛烷、4-甲基壬烷、2，6-二甲基壬烷、4-甲基癸烷）、2種（2，7，10-三甲基十二烷、3，5-二甲基辛烷）和1種（萘烷）特有的烷烴類化合物。芳烴類化合物在9月份的釋放量較為豐富，有3種芳烴類化合物（正丙苯、異丙苯、α-甲基苯乙烯）的相對含量顯著高于其他月份。同樣，樟樹葉片所釋放的3種醛類、2種酮類、2種醇類和1種其他類化合物在3月份的相對含量均要高于其他月份，且多數情況下達顯著水平。2種酯類化合物的相對含量則分別在3月（醋酸丁酯）、6月最高（磷酸三乙酯）。

各季節檢測到的樟樹葉片釋放的VOCs種類和相對含量變化情況如圖1所示。從圖1可以看出，4個季節釋放的VOCs種類均以萜烯類為主，其次是烷烴類。3月份檢測到的VOCs種類最多（54種），其中萜烯類化合物有17種，占種類總數的31.48%;6月、9月和12月分別檢測到27種、27種和25種VOCs，萜烯類化合物種類數分別占總數的25.93%（7種）、29.63%（8種）和20.00%（5種）。此外，3月份檢測到的烷烴類和酮類化合物種類明顯多于其他月份，其中酮類化合物在3月份共檢測到7種，而其他月份僅檢測到1種。

樟樹葉片釋放的各類VOCs相對含量的季節間變化規律與種類變化規律有所不同。總體來看，3月—12月，萜烯類和酮類化合物的相對含量有降低趨勢，醇類化合物的相對含量有升高趨勢;烷烴類、芳烴類和其他類化合物的相對含量則總體呈先升高后降低的趨勢，酯類和有機酸類化合物的相對含量則總體呈先降低后升高的趨勢。3月份的VOCs中相對含量最高的為萜烯類化合物，占總量的43.39%，遠高于其他8類化合物，其主要物質為1-石竹烯（11.66%）、α-蒎烯（10.70%）和D-檸檬烯（7.25%）;其次是醇類和烷烴類化合物，分別占14.51%、11.99%。6月和9月檢測到的VOCs中，烷烴類化合物的相對含量均為當月最高，分別為29.23%、36.35%，其主要化合物均為2，2，4，6，6-五甲基庚烷。12月檢測到的VOCs中，最高的為醇類化合物，占當季節檢測到揮發物總量的37.41%，主要為2-乙基己醇（26.95%）和丁醇（10.46%）。

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（責任編輯?何永艷）