不同种源枫香叶片挥发物组分研究与优良单株筛选.pdf

第17卷第14期南方农业2023年7月Vol.17No.14SouthChinaAgricultureJul.2023113113高艳芳，郭琳霞，李永泉，等.不同种源枫香叶片挥发物组分研究与优良单株筛选 J.南方农业，2023，17（14）：113-117.不同种源枫香叶片挥发物组分研究与优良单株筛选高艳芳1，郭琳霞1，李永泉2，张 晖2，施金谷1*（1.毕节市林业局，贵州毕节 551700；2.仲恺农业工程学院，广东广州 510225)摘 要 枫香树是我国重要的药用植物，目前国内外对不同种源枫香叶片挥发性组分的研究鲜有报道。为探究不同种源枫香叶片挥发物组分并筛选优良单株，以广东省东江林场9个不同种源枫香叶片为研究对象，解析鉴定其挥发物数量、化合物类型、化学型。结果表明，从9个种源29个家系枫香叶片中鉴定出烯类、醇类、酚类、醛类、酮类、烷类和酯类等7类挥发物，主要挥发物成分是4-萜烯醇、石竹烯、-蒎烯、-蒎烯及柠檬烯，共划分为5种化学型，根据第一主成分石竹烯含量的高低筛选出5个优良家系。关键词 枫香叶片；挥发物；种源；顶空固相微萃取；气相色谱-质谱中图分类号：S687文献标志码：ADOI：10.19415/ki.1673-890 x.2023.14.035枫 香 树（Liquidambar formosana）系 金 缕 梅 科（Hamamelidaceae）枫香树属（Liquidambar）落叶大乔木，最新被子植物分类（APG IV）系统将其归类于蕈树科（Altingiaceae），广泛分布于我国秦岭以南各省份，萌生力强1-4。全株可药用，被视为我国南方重要的材用和乡土绿化树种5-6。枫香叶片内富含抑菌、水果保鲜、抗炎、抗氧化、防腐等作用的单萜、倍半萜化合物，此类化合物具有广谱高效、绿色低毒的特点，在食品保鲜、医药等市场潜在开发利用价值较高2,5-12。植物挥发物中的萜类物质作为次级代谢产物的重要部分，其合成、积累、转化受到种源、不同发育阶段、生长环境、生理生化条件等众多因素的调控13。目前对枫香的基础研究十分薄弱，主要集中于其挥发物成分表征及园林应用方面，对不同种源枫香叶片挥发物差异的研究未见报道，枫香重要化学型良种筛选方面更未涉及，直接限制了枫香资源的应用。基于此，本研究以广东省东江林场的 9 个不同种源枫香为研究对象，运用顶空固相微萃取气质联用仪（HS-SPME-GC-MS）萃取枫香叶挥发物，解析不同种源枫香叶片挥发物数量、化合物类型，并鉴定不同枫香家系的化学型性状，筛选重要化学型优良单株，为实现枫香良种选育奠定优质材料基础。1 材料与方法1.1 材料枫香叶片于 2021 年 4 月 2023 日采集自广东省东江林场（人工林），造林时间为 2005 年 5 月，地理位置 114 44 N、23 38 E。共计 9 个种源 29 个家系。试验样品均选取植株下部大小均匀的健康成熟叶，样品采后置于 17 环境自然干燥，保存待用。1.2 仪器试剂金属浴装置；固相微萃取萃取针头（DVB/CAR/PDMS，50/30 m）；Agilent 7890A/5975C 型气相色谱-质谱联用仪；标准品。1.3 试验方法干燥保存样品快速打磨过 20 目筛，取 1 g 置于 20 mL 顶空进样瓶内，样品置恒温金属浴中平衡 30 min，顶空萃取 33 min，气相色谱-质谱联用仪进样口解析 3 min，气相质谱条件参考高艳芳等，每个样品检测设置 3 次重复14。利用 Excel、SPSS 进行数据整理分析，Origin 2022 作图，聚类分析图使用 R 语言进行绘制。收稿日期：2023-06-05基金项目：广东省林业科技创新项目“基于林源芳香植物的日化产品开发等高值化利用研究”（2020KJCX010）。作者简介：高艳芳（1997），女，贵州毕节人，硕士，工程师，主要从事林业资源管理。*为通信作者，E-mail：。第17卷第14期南方农业2023年7月Vol.17No.14SouthChinaAgricultureJul.20231141142 结果与分析2.1 不同种源枫香叶片挥发物数量差异比较9个种源29个枫香家系叶片挥发物数量差异较小，如图 1 所示。挥发物数量较多，尤其是 FS1、HY1、HY4、QY2、YJ3 及 YJ4 等家系均出现了挥发物数量在 100 种以上的单株。2.2 枫香叶片挥发物化学成分类型枫香叶片挥发物涉及 7 类（图 2），分别是烯类、醇类、酚类、醛类、酮类、烷类及酯类。其中烯类化合物含量最高，属于枫香叶片挥发物的第一类型。2.3 枫香叶片挥发物化学型分布根据枫香叶片挥发物第一主成分将不同种质枫香划定为 5 种化学型（图 3），分别为 4-萜烯醇型、石竹烯型、-蒎烯型、-蒎烯型及柠檬烯型。石竹烯型分布频数最大，在 27 个家系中均有分布，其中FS2、HY1、JY1、JY2及MZ枫香家系化学型较为简单，均属于石竹烯型。2.4 不同家系中5种化学型所对应的主要化合物相对含量枫香 5 种化学型的代表性挥发物中 4-萜烯醇、石竹烯、-蒎烯、-蒎烯、柠檬烯的相对含量如图 4 所示。在绝大多数家系中石竹烯相对含量较高。与其他 4 种主成分相比，石竹烯属于较为稳定的标志性代谢物，因此确定石竹烯为枫香叶片的主要挥发物。2.5 石竹烯型优良家系筛选采用 R 语言对各家系枫香叶片挥发物数量及石FS1FS3FS2HY1HY3HY4HY2HZ1HZ2 JY2 JY1 JY3MZ1MZ3MZ4MZ2MZ5清远市佛山市 140 120 100 80 60 40 20 0挥发物数量/种河源市惠州市 揭阳市梅州市种源韶关市阳江市肇庆市QY1QY3QY2 SG1 SG2 YJ1 YJ3 YJ4 YJ2 ZQ1 ZQ3 ZQ2图 1 不同种源枫香叶片挥发物数量FS1FS3HY2HY4HZ2JY2MZ1 MZ3 MZ5 120醇类酚类其他醛类酮类烷类烯类酯类 100 80 60 40 20 0相对含量/%家系QY2 SG1YJ1YJ3 ZQ1 ZQ3图 2 不同家系枫香叶片挥发物类型相对含量比较第17卷第14期南方农业2023年7月Vol.17No.14SouthChinaAgricultureJul.2023115115竹烯相对含量进行聚类分析（图 5），将 29 个枫香家系分为 3 个亚组。第二分支中的 JY2、HY1、YJ2、MZ1、HY4 家系化合物数量分别为 104、107、101、104、105 种，石竹烯相对含量分别为 17.29%、16.77%、16.77%、15.51%、14.01%，相对含量及挥发物数量均较高，可作为石竹烯型良种选育家系。3 结论与讨论枫香叶片挥发物数量均在 90 种以上，其中共鉴定得到烯类、醇类、酚类、醛类、酮类、烷类及酯类 7类挥发物，烯类化合物含量最高。在 29 个家系中进一步鉴定得到 5 种化学型，分别为 4-萜烯醇型、石竹烯型、-蒎烯型、-蒎烯型及柠檬烯型，其中以石竹烯型分布频率最高，且石竹烯每个家系中均有分布，属枫香叶片中稳定的标志性萜类代谢物，依据石竹烯相对含量的高低筛选出优质高产的石竹烯型家系5个。挥发物是芳香植物生理代谢过程中释放的一种次生代谢产物，其含量和质量变化取决于遗传因素、植物起源等，试验采用的广东省枫香材料均取自于不同种源实生苗试验林，树龄、抚育方式等无差异，可有效去除树龄、地理环境等干扰因素15-17。枫香叶片挥发物中共鉴定得到 7 类挥发物，烯类化合物含量最高，以石竹烯、-蒎烯、-蒎烯为主。DeCarlo 等、陈霞等也得出类似结论7,18。王金凤等检FS1FS3FS2HY1HY3HY4HY2HZ1HZ2 JY2 JY1 JY3MZ1MZ3MZ4MZ2MZ54-萜烯醇型石竹烯型-蒎烯型-蒎烯型柠檬烯型 120 100 80 60 40 20 0各化学型株数百分比/%家系QY1QY3QY2 SG1 SG2 YJ1 YJ3 YJ4 YJ2 ZQ1 ZQ3 ZQ2图 3 不同家系枫香 5 种化学型株数分布情况FS1FS3FS2HY1HY3HY4HY2HZ1HZ2 JY2 JY1 JY3MZ1MZ3MZ4MZ2MZ54-萜烯醇石竹烯-蒎烯-蒎烯柠檬烯 45 40 35 30 25 20 15 10 0 5不同家系化合物含量百分比/%家系QY1QY3QY2 SG1 SG2 YJ1 YJ3 YJ4 YJ2 ZQ1 ZQ3 ZQ2图 4 不同家系 4-萜烯醇、石竹烯、-蒎烯、-蒎烯、柠檬烯含量分布情况第17卷第14期南方农业2023年7月Vol.17No.14SouthChinaAgricultureJul.2023116116测到的枫香挥发物以长叶烯等萜类化合物为主，与本研究结论存在差异19。已有报道指出石竹烯具有多种药理活性，如抗菌、抗病毒、抗痉挛、抗癌、抗氧化、抗炎和镇静作用，可广泛开发应用于化学化工、香精香料等领域20-22。本试验筛选得到的枫香优良家系可为进一步培育具有高经济价值的石竹烯型优良单株提供遗传材料，为经济效益高的药用和香料植物资源提供参考。参考文献：1 李德铢,伊廷双,张书东,等.中国维管植物科属志 M.北京:科学出版社,2020.2 MA L W,BONGER F J,LI S.,et al.Species identity and 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个家系挥发物数量和石竹烯相对含量的聚类分析第17卷第14期南方农业2023年7月Vol.17No.14SouthChinaAgricultureJul.2023117117plant s developmental stageJ.Herba polonica,2009,55(3):55-62.17 FIGUEREDO G,CABASSU P,CHALCHAT J C,et al.Studies of Mediterranean oregano populations.:Chemical composition of essential oils of oreganos of various originsJ.Flavour and Fragrance Journal,2006,21(1):134-139.18 陈霞,郭立春,肖文娅,等.枫香释放挥发性有机物的特征研究 J.西南林业大学学报,2015,35(5):1-7.19 王金凤,陈卓梅,韩素芳,等.四个彩叶树种挥发性有机化合物成分分析 J.浙江林业科技,2015,35(4):35-40.20 SILVA H N D P,MACHADO S D D S,SIQUEIRA A M D A,et al.Sedative and anesthetic potential of the essential oil and hydrolate from the fruit of Protium heptaphyllum and their isolated compounds in Colossoma macropomum juvenilesJ.Aquaculture,2020(529):735629.21 FELIPE C F B.,ALBUQUERQUE A M S,PONTES J L X D,et al.Comparative study of alpha-and beta-pinene effect on PTZ-induced convulsions in miceJ.Fundamental&Clinical Pharmacology,2018,33(2):181-190.22 SALEHI B,UPADHYAY S,Erdogan O I,et al.Therapeutic potential of-and-pinene:A miracle gift of natureJ.Biomolecules,2019,9(11):738.（责任编辑：张春雨）松树数量监测预警，及时、准确发布监测预警信息，为领导决策和指导防治提供有力支撑7。4 结语面对松材线虫病这一毁灭性的林业病害，做好防控工作具有重要的意义。通过采取完善松材线虫病疫情监测体系、增强社会各界防控意识、对传播媒介进行严格控制和化学防治、加强疫木有效监管、营造混交林等一系列综合措施，使松材线虫病得到有效遏制，优化孝感市森林生态环境。参考文献：1 杨忠岐,王小艺,张翌楠,等.以生物防治为主的综合控制我国重大林木病虫害研究进展 J.中国生物防治学报,2018,34(2):163-183.2 陈卫平,陈蔚诗,包杰.精细化除治+打孔注药 浙江省松材线虫病疫情防控形势迎来新拐点 J.浙江林业,2022(7):8-9.3 胡侠.坚定必胜信念锚定五年目标全力推进松材线虫病疫情防控攻坚行动:在全省松材线虫病疫情防控五年攻坚行动启动视频会上的讲话 J.浙江林业,2021(9):6-8.4 王俊伟,亓玉昆,刘慇,等.昆嵛山国家级自然保护区松材线虫病发生、防控现状及对策 J.山东林业科技,2022,52(6):110-114.5 王菊香,余丽娜,张明胜,等.武汉市新洲区松材线虫病疫情防控策略的思考 J.湖北林业科技,2023,52(1):66-70.6 仄林.咬定青山不放“松”:高质量推进松材线虫病疫情防控工作 J.浙江林业,2021(10):21.7 张雷,秦玉莲,罗基同,等.科学防控松材线虫病:自治区政府门户网站在线访谈林业专家实录 J.广西林业,2021(3):44-47.（责任编辑：张春雨）（上接第 112 页）