四个彩叶树种挥发性有机化合物成分分析

王金凤，陈卓梅*，韩素芳，林飞凡

（1. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023；2. 永嘉县原野园林工程有限公司，浙江 永嘉 325102）

四个彩叶树种挥发性有机化合物成分分析

王金凤1，陈卓梅1*，韩素芳1，林飞凡2

（1. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023；2. 永嘉县原野园林工程有限公司，浙江 永嘉 325102）

选取枫香（Liquidambar formosana）、榉树（Zelkova serrata）、三角槭（Acer buergerianum）、银杏（Ginkgo biloba）4个园林绿化中常用的彩色乔木树种，采用动态顶空采集法和TDS-GC-MS联用技术，对其挥发性有机物（VOCs）成分进行分析，结果表明：从4种彩色乔木树种中共鉴定出76种VOCs，萜类化合物是4个彩色乔木树种挥发性有机化合物的主要成分，其中，从银杏中共检测到61种VOCs，含萜类13种，相对含量为26.31%，萜类化合物主要是长叶烯（8.26%）和长叶松萜烯（7.79%）；从枫香中共检测出31种VOCs，有萜类13种（57.46%），萜类物质主要是长叶烯（35.97%）、长叶环烯（5.15%）、长叶蒎烯（3.15%）、雪松烯（2.81%）；从榉树中共检测出29种VOCs中，含有萜类12种（60.03%），萜类化合物主要是长叶烯（36.85%）、长叶环烯（4.52%）、雪松烯（3.37%）、长叶蒎烯（2.96%）、石竹烯（2.73%）；从三角槭中共检测出23种VOCs中，含有萜类11种（72.67%），萜类化合物主要是长叶烯（47%）、α-蒎烯（7.13%）、长叶环烯（5.23%）、雪松烯（2.6%）。

彩叶树种；挥发性有机化合物；热脱附气质联用

植物挥发性有机物（Volatile Organic Compounds；VOCs）是植物次生代谢产生的低沸点、易挥发的小分子化合物[1～2]。主要包括烃、醇、醛、酮、酯和有机酸等。这类物质含量虽低，但化学活性很高，具有多种生理功效。对植物自身来说，可以依靠这类物质增强抗性，进行自我保护[3]，促进植物间信息交流等[4]；对人类来说，大量的植物挥发出来的有机物，有防病、治病、健身强体的功效[5～6]。近年来，随着社会对植物挥发物生态意义的认识，园林绿化中开始重视植物VOCs的作用，不但要绿化、美化，更要关注“植物—环境—人体”之间的化学生态效应。因此，本研究选取枫香（Liquidambar formosana）、榉树（Zelkova serrata）、三角槭（Acer buergerianum）、银杏（Ginkgo biloba）4个园林绿化中常用的彩叶乔木树种，采用动态顶空采集法和TDS-GC-MS联用技术，对4个彩叶树种释放的VOCs成分进行分析，旨在为园林绿化树种配置时提供参考，兼顾景观效果与生态作用。

1 材料与方法

1.1 材料

实验于2014年8月在浙江省业林科学研究院苗圃内进行，供试植株为枫香、榉树、三角槭、银杏，除银杏为3年生小苗外，其余均为树龄15 a以上的大树，所有植株均生长健康，无病虫害。

1.2 挥发物采集方法

选择晴朗无风的天气，用ZC-Q便携式双泵大气采样器（浙江恒达），采用动态顶空气体循环采集法进行样品采集[7]。选取长势良好、枝叶茂盛、向阳部位且无损伤的枝条进行VOCs收集。采气袋容积为0.1 m3，采气时间30 min，流量0.1 m3/min，重复3次。

1.3 挥发物成分分析方法

植物VOCs组分采用热脱附—气相色谱/质谱联用法（Thermo Desorption System/Gas Chromatography/Mass Spectrum，TDS-GC/MS）分析。

TDS（TD3型，德国Gerstel公司）工作条件：系统载气压力20 kPa；进样口温度250℃；脱附温度250℃（保持10 min）；冷阱温度-100℃（保持3 min）；冷阱进样时温度骤然升温至260℃。

GC（7890A型，Agilent公司）工作条件：色谱柱为30 m×250 μm×0.25 μm的HP-5MS柱；程序升温：初始温度40℃（保持3 min），以6℃/min的速率升至112℃（保持3 min），以6℃/min的速率升至250℃，再以10℃/min的速率升至270℃（保持5 min）。

MS（5975C型，Agilent公司）工作条件：电离方式为EI；电子能量为70eV；原子质量范围29 ～ 400 m/z；接口温度280℃；离子源温度为230℃；四级杆温度150℃。

1.4 数据分析

通过GC/MS分析可获得GC/MS原始数据总离子流图（TIC），图中各峰代表的化学信息采用Xcalibur1.2版本软件，经计算机检索 NIST2008谱库，结合手工检索定性，采用面积归一化法计算其组分的相对含量。数据计算与绘制采用Excel 2003与Origin 8.0软件进行。

2 结果与分析

2.1 4种彩色乔木树种释放VOCs成分的种类

通过TDS-GC /MS 分析（图1），从4种彩色乔木树种中共鉴定出76种VOCs（表1），其中萜类18种，烷烃类12种，芳烃类17种，醛类3种，酮类2种，醇类5种，酯类9种，有机酸类2种，其他物质8种。其中，银杏释放的VOCs种类最多，共鉴定出61种，枫香、榉树、三角槭分别鉴定出31种、29种、23种。

2.2 4种彩色乔木树种释放VOCs组成成分及相对含量差异性特征

银杏、枫香、榉树、三角槭这4种彩色乔木树种释放的VOCs组成成分及相对含量具有明显的差异（图2）。

银杏释放的61种VOCs中，含有萜类13种（相对含量为26.31%），烷烃类9种（5.08%），芳烃类16种（18.72%），醛类2种（2.72%），酮类1种（1.05%），醇类5种（16.77%），酯类8种（15.05%），有机酸类1种（0.35%），其他物质6种（13.95%）。其中萜类化合物主要是长叶烯（8.26%）和长叶松萜烯（7.79%）；醇类化合物主要是2 -丙基-1-戊醇（8.42%）、2-乙基-1-己醇（4.95%）；酯类化合物主要是2-丙烯酸-2-乙基己基酯（6.39%）、2-丙烯酸-6-甲基庚基酯（4.3%）。

表1 4种彩色乔木树种VOCs成分分析Table 1 Components of VOCs from tested tree species

表1续

枫香释放的31种VOCs中，含有萜类13种（57.46%），烷烃类3种（3.86%），芳烃类6种（9.99%），酮类1种（1.73%），醇类2种（10.02%），酯类3种（9.88%），有机酸类1种（3.68%），其他物质2种（3.39%）。其中萜类化合物主要是长叶烯（35.97%）、长叶环烯（5.15%）、长叶蒎烯（3.15%）、雪松烯（2.81%）；醇类化合物主要是2-乙基-1-己醇（8.85%）。

图1 4种彩色乔木树种VOCs总离子流量Figure 1 Total ion flow of VOCs from tested tree species

榉树释放的29种VOCs中，含有萜类12种（60.03%），烷烃类2种（2.11%），芳烃类5种（8.52%），醛类2种（3.64%），酮类1种（2.33%），醇类1种（5.88%），酯类2种（11.37%），有机酸类1种（1.14%），其他物质 3种（4.98%）。其中萜类化合物主要是长叶烯（36.85%）、长叶环烯（4.52%）、雪松烯（3.37%）长叶蒎烯（2.96%）、石竹烯（2.73%）；酯类化合物主要是2-丙烯酸-6-甲基庚基酯（10.51%）。

三角槭释放的23种VOCs中，含有萜类11种（72.67%），烷烃类1种（0.74%），芳烃类3种（5.02%），酮类2种（2.93%），醇类1种（5.22%），酯类3种（7.72%），有机酸类1种（4.10%），其他物质1种（1.61%）。其中萜类化合物主要是长叶烯（47%）、α-蒎烯（7.13%）、长叶环烯（5.23%）、雪松烯（2.6%）。

图2 4种彩色乔木树种VOCs种类及含量比较Figure 2 Types and content of VOCs from tested tree species

3 讨论

随着对生态环境的重视，人们开始关注并利用植物VOCs。自然界中，植物VOCs的组成大约有30 000多种[8]。不同属植物及同属不同种植物之间VOCs的成分组成存在明显差异。一般说来，异戊二烯主要是由阔叶林排放的，单萜烯主要是由针叶林排放[9]。而Benjamin、Owen等人研究发现，槭树属、白蜡树属和梨属植物的许多树木种类没有单萜和异戊二烯的释放；松科的云杉属大多释放异戊二烯，而其它属不释放异戊二烯[10～11]。本试验对4种彩色乔木阔叶树种的研究结果表明，银杏、枫香、榉树、三角槭释放的VOCs主要是萜类化合物，其次是酯类、醇类及芳烃类化合物。除银杏外，其余3种植物的萜类含量均达到50%以上，其中以三角槭的萜类相对含量最高，为 72.67%。这与前人的研究结果有相同之处，也存在一定的差异。陈霞曾对枫香的VOCs组分进行了测定，共检测出43种VOCs，其中萜类化合物占绝对优势，相对含量达到了83.62%，萜类化合物以α-蒎烯、β-蒎烯、柠檬烯、β-月桂烯、(+)-4-蒈烯、石竹烯为主[12]。李德文对银杏的研究结果表明：异戊二烯为银杏排放VVOOCCss的的主主要要成成分分，，其其次次为为αα--蒎蒎烯烯、、莰莰烯烯及及αα--松松油油烯烯，，即即银银杏杏排排放放的的VVOOCCss以以萜萜类类化化合合物物为为主主[[1133～～1144]]。。本本研研究究中中，，枫枫香香共共检检测测出出3311种种VVOOCCss，，有有1133种种萜萜类类，，相相对对含含量量为为5577..4466%%，，以以长长叶叶烯烯（（3355..9977%%））、、长长叶叶环环烯烯（（55..1155%%））、、长长叶叶蒎蒎烯烯（（33..1155%%））、、雪雪松松烯烯（（22..8811%%））为为主主。。银银杏杏共共检检测测到到6611种种VVOOCCss，，含含萜萜类类1133种种，，相相对对含含量量为为2266..3311%%，，萜萜类类化化合合物物主主要要是是长长叶叶烯烯和和长长叶叶松松萜萜烯烯。。三三个个研研究究结结果果均均表表明明萜萜类类为为枫枫香香及及银银杏杏最最主主要要的的挥挥发发物物，，但但主主要要成成分分有有不不同同，，这这可可能能与与不不同同的的采采样样时时间间及及实实验验方方法法有有一一定定关关系系。。

植物VOCs具有多种生理功效。研究表明，挥发物中的乙酸龙脑酯可以有效的抑制细菌的繁殖，并具有提神醒脑的作用[15]；松油醇、丁香酚、柠檬醛、苯乙酮等具有花香；薄荷醇具有提神醒脑、活血的作用；水杨酸是类似心血管保健药成分的物质；龙脑、樟脑、β-蒎烯、长叶烯有明显的抑菌作用[16]，蒎烯及莰烯等成分是天然的强驱虫杀虫成分，柠檬烯、石竹烯等成分具有一定的抗菌、抗炎作用[17]。α-蒎烯、β-蒎烯和柠檬烯等萜类化合物和芳樟醇等醇类化合物可增强空气的清新感，同时可以调节人体的神经系统，对人体具有保健作用[17～20]。日本只木良也[21]研究证明，单萜类与倍半萜类化合物均具有很强的生理功效，并将单萜和倍半萜相对峰面积之和作为衡量植物保健作用的指标。本实验中所检测的 4种植物释放VOCs的主要成分均为萜类化合物，共计18种。说明银杏、枫香、榉树、三角槭均是理想的保健树种。此外，上述提到到的具有抑菌作用的龙脑、长叶烯、石竹烯在本研究中的4种植物中均被检测到；具有驱虫杀虫成分的蒎烯在三角槭、榉树、枫香中被检测到，同样具有驱虫杀虫功效的莰烯在银杏、榉树中有发现；具有提神醒脑作用的乙酸龙脑酯、薄荷醇分别在三角槭和榉树、银杏和枫香中检测到。这说明本研究中的4中彩色乔木树种均兼具抑菌、驱虫杀虫及提神醒脑的保健作用，是非常理想的保健型生态树种，不但适宜于公园、社区、医院等的绿化，也适用于环境质量较差的道路绿化，以充分发挥植物VOCs的保健作用，达到抑菌控菌的目的，从而改善道路环境。

植物VOCs具有多种生理功效。研究表明，挥发物中的乙酸龙脑酯可以有效的抑制细菌的繁殖，并具有提神醒脑的作用[15]；松油醇、丁香酚、柠檬醛、苯乙酮等具有花香；薄荷醇具有提神醒脑、活血的作用；水杨酸是类似心血管保健药成分的物质；龙脑、樟脑、β-蒎烯、长叶烯有明显的抑菌作用[16]，蒎烯及莰烯等成分是天然的强驱虫杀虫成分，柠檬烯、石竹烯等成分具有一定的抗菌、抗炎作用[17]。α-蒎烯、β-蒎烯和柠檬烯等萜类化合物和芳樟醇等醇类化合物可增强空气的清新感，同时可以调节人体的神经系统，对人体具有保健作用[17～20]。日本只木良也[21]研究证明，单萜类与倍半萜类化合物均具有很强的生理功效，并将单萜和倍半萜相对峰面积之和作为衡量植物保健作用的指标。本实验中所检测的 4种植物释放VOCs的主要成分均为萜类化合物，共计18种。说明银杏、枫香、榉树、三角槭均是理想的保健树种。此外，上述提到到的具有抑菌作用的龙脑、长叶烯、石竹烯在本研究中的4种植物中均被检测到；具有驱虫杀虫成分的蒎烯在三角槭、榉树、枫香中被检测到，同样具有驱虫杀虫功效的莰烯在银杏、榉树中有发现；具有提神醒脑作用的乙酸龙脑酯、薄荷醇分别在三角槭和榉树、银杏和枫香中检测到。这说明本研究中的4中彩色乔木树种均兼具抑菌、驱虫杀虫及提神醒脑的保健作用，是非常理想的保健型生态树种，不但适宜于公园、社区、医院等的绿化，也适用于环境质量较差的道路绿化，以充分发挥植物VOCs的保健作用，达到抑菌控菌的目的，从而改善道路环境。参考文献：

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Volatile Organic Compounds from Four Color-leaf Tree Species

WANG Jin-feng1，CHEN Zhuo-mei1*，HAN Su-fang1，LIN Fei-fan2
（1. Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China; 2. Yongjia Yuanye Landscaping Engineering Co. LTD, Yongjia 325102, China）

Four color-leaf tree species like Liquidambar formosana, Zelkova serrate, Acer buergerianum and Ginkgo biloba were selected for collecting volatile organic compounds (VOCs) by dynamic headspace air-circulation method. The collected VOCs were identified by the thermal desorption system gas chromatography/mass spectrum (TDS-GC/MS). The result showed that there were 76 types of VOCs from testes tree species, among them, terpenes occupied the major part. 61 types of VOCs were identified from G. biloba, including 13 terpenes (about 26.31%), mainly longifolene (8.26%) and longifolene-(V4) (7.79%). 31 types of VOCs were identified from L. formosana, including 13 terpenes,(57.46%), mainly longifolene (35.97%), longicyclene (5.15%), longipinene (3.15%) and cedrene (2.81%). 29 types of VOCs were identified from Z. serrata, including 12 terpenes(60.03%), mainly longifolene (36.85%), longicyclene (4.52%), cedrene (3.37%), longipinene (2.96%) and caryophyllene (2.73%). 23 types of VOCs were identified from A. buergerianum, including 11 terpenes(72.67%), mainly longifolene (47%), α-pinene (7.13%), longicyclene (5.23%) and cedrene (2.6%).

color-leaf tree; volatile organic compounds; TDS-GC-MS

S718.43

A

1001-3776（2015）04-0035-06

2015-01-15；

：2015-04-11

浙江省林业厅省院合作项目（2012SY07）；浙江省科技计划项目（2013F50011）

王金凤（1981-），女，山东文登人，助理研究员，博士，从事森林培育研究；*通讯作者。