黄金香柳叶片挥发性有机物的季节动态变化和日变化规律研究

蒋冬月，沈 鑫，李因刚，石从广，杨少宗，柳新红

（浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023）

黄金香柳Melaleuca bracteata‘Revolution Gold’桃金娘科Myrtaceae白千层属Melaleuca常绿乔木[1]。黄金香柳叶片四季金黄色，树形优美，是美丽的彩叶树种，且具有较强的适应性，生长速度快，抗寒热、抗水涝和抗盐碱等特性[2]。黄金香柳枝不仅形态优美，而且叶片气味芳香怡人，可用于提取香精，是高级化妆品原料，且具有杀螨和抑菌效果[3]；用其制作香薰制品可舒筋活络，具有良好的保健功效[4]，是营造保健型彩色园林景观的重要树种。目前对黄金香柳的研究主要集中在生理特性[5-6]、无性繁殖[7-8]、精油化学成分及提取技术[9-11]等方面，并未见有关黄金香柳挥发性有机物成分变化规律的报道。研究表明，随着环境、气候等条件的改变，植物释放的挥发性有机物的成分及相对含量也会随之发生变化[12-18]。因此，本研究利用固相微萃取技术（solid-phase microextraction SPME）提取不同时期黄金香柳叶片的挥发性有机物，结合气质联用仪（gas chromatography-mass spectrometry GC-MS）检测并分析了黄金香柳叶片不同季节及一天中不同时间释放的挥发性有机物成分及相对含量，揭示其叶片挥发性有机物的季节变化规律和日变化规律，为科学利用黄金香柳营造生态型及保健型园林景观提供理论参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

黄金香柳株林龄5 a，株高3.5～4.0 m，长势繁茂，种植于深圳职业技术学院西校区芳香植物园内。分别于2012年3，6，9和12月的15日8:00－10:00在试验地内随机挑选6～7株黄金香柳，于同一位置摘取向阳侧上、中、下部位的健康无损伤成熟叶片各10片，带回实验室擦去浮灰，备用。同年6月15日8:00－20:00每2 h采样1次，采样方法同上，进行挥发性有机物日动态变化的测定。

1.2 试验方法

1.2.1 挥发性有机物的采集和测定 将样叶剪碎混匀，称取0.5 g置于5 mL萃取瓶中密封，静置30 min，环境温度为（22±3）℃。将型号为DVB-CAR-PDMS 100 μm的SPME纤维头（美国Supelco公司）通过聚四氟乙烯瓶垫插入到萃取瓶中，置于样品正上方0.5 cm左右，顶空萃取40 min，然后将纤维头插入6890N/5975气相色谱-质谱联用仪（美国Agilent公司）的GC进样口，解吸10 min，每次测定重复3次。样树附近的大气温度和相对湿度使用温湿度计和小气候检测仪测定（图1，图2）。

图1 黄金香柳生长环境温湿度季节性变化Figure 1 Seasonal variation of temperature and humidity near the tested M.bracteata ‘Revolution Gold’tree

图2 6月15日黄金香柳生长环境的温湿度日变化Figure 2 Daily variation of temperature and humidity near tested tree in June 15

色谱条件：HP-5MS弹性石英毛细管柱色谱柱，长30 m，内径0.25 mm，液膜厚0.25 μm，载气为高纯氦气，不分流进样，恒流流速1.0 mL·min-1，进样口温度230℃，接口温度280℃。季节变化测定选择初始温度50℃，保持4 min，以6℃·min-1升至150℃，保持2 min，然后7℃·min-1升至250℃，保持8 min。日动态变化测定选择初始温度50℃，保持4 min，4℃·min-1升至150℃，保持2 min，然后8℃·min-1升至250℃，保持6 min。质谱条件：电子轰击（EI）离子源，电子能量70 eV，离子阱温度为230℃，四级杆温度为150℃，质量扫描范围30 ～ 500 m·z-1。

1.2.2 数据处理 挥发性有机物成分经气相色谱分离后，各色谱峰、质谱峰分别利用GC-MS中MSD Productivity ChemStation和NIST Mass Spectral Database 2008谱库进行分析鉴定。根据所获得的质谱图、质谱数据库与文献对照，再结合人工谱图解析确认挥发物中各种化学成分。各成分在样品气体中的浓度采用峰面积归一法进行计算，计算公式为：

通过该公式计算得出的结果，代表了某物质在所采集的总气体样品中的相对质量百分含量。

数据计算与绘图采用Excel 2010软件。

2 结果与分析

2.1 黄金香柳叶片挥发性有机物成分和相对含量的季节动态变化

通过GC-MS分析，扣除本底空气中的杂质，从黄金香柳叶片一年中不同季节释放的挥发性有机物中共鉴定出32种化合物（表1），其中萜烯类化合物18种，酯类化合物3种，醚类、酚类和醇类化合物各2种，以及少量的酸类和其他化合物，主要成分为1，2-二甲氧基-4-烯丙基苯、萜品油烯、右旋-大根香叶烯和肉桂酸甲酯等。

表1 黄金香柳叶片释放的挥发性有机物成分及相对含量的季节变化Table 1 Seasonal variations of components and relative contents of VOCs released from leaves of M.bracteata ‘Revolution Gold’

由图3可知，一年中不同季节的黄金香柳叶片挥发性有机物成分的种类存在差异，在测试的4个月中，6月15日气温31℃，空气湿度76.6%，检测到的挥发性有机物的种类最多，为24种；3月15日气温15.9℃，空气湿度59.3%，检测的挥发性有机物种类最少，为9种；9月15日检测到的挥发性有机物的种类为13种，比12月检测到的种类少5种。

黄金香柳叶片在一年中不同季节检测到的挥发性有机物成分中，每次都检测到有肉桂酸甲酯、右旋-大根香叶烯、萜品油烯、石竹烯、4-烯丙基苯甲醚和 1，2-二甲氧基-4-烯丙基苯，其中 1，2-二甲氧基-4-烯丙基苯的相对含量都在48%以上，除此之外，其他的种类和相对含量各不相同。3月，检测出的挥发性有机物种类以萜烯类较多，其中右旋-大根香叶烯含量最高，为9.00%。6月，检测到的除萜烯类化合物，还有酯类、醚类、酚类、醇类和酸类等，其中肉桂酸甲酯、萜品油烯和右旋-大根香叶烯含量较多，分别为6.24%，6.31%和4.08%。9月与12月检测到的种类均以萜烯类化合物最多，分别为8种，10种，以肉桂酸甲酯、右旋-大根香叶烯、萜品油烯和α-水芹烯为主要成分。

图3 一年中不同季节黄金香柳叶片释放的挥发性有机物种类的变化Figure 3 Types of VOCs in different seasons from leaves of M.bracteata ‘Revolution Gold’

从表2中可以看出，不同季节的黄金香柳叶片释放的挥发性有机物的相对含量不同。酯类和醚类在12月最高，3月最低；萜烯类9月最高，为43.34%；醇类物质从6月开始呈缓慢下降趋势；酸类和酚类物质仅在6月检测到；其他成分中的含苯化合物9月最低，3月相对含量最高，其主要成分肉桂酸甲酯和4-烯丙基苯甲醚的相对含量呈现低-高-低-高的趋势，右旋-大根香叶烯、石竹烯和1，2-二甲氧基-4-烯丙基苯呈现高-低-高的趋势，而萜品油烯则呈现低-高-低的变化趋势。

表2 黄金香柳叶片不同季节释放的挥发性有机物类别及分类含量Table 2 Types and percentage of VOCs released from leaves of M.bracteata ‘Revolution Gold’in different seasons

2.2 黄金香柳叶片挥发性有机物成分和相对含量的日动态变化

6月15日采集7次黄金香柳叶片中，释放的挥发性有机物共鉴定出50种化合物（表3）。其中萜烯类23种、酸类6种、醛类4种、酯类和醇类各3种，还有少量醚类、酚类和其他化合物，主要成分为1，2-二甲氧基-4-烯丙基苯、萜品油烯、棕榈酸、右旋-大根香叶烯、石竹烯、肉桂酸甲酯等。每个时间段都检测到的有机物有肉桂酸甲酯、石竹烯、D-杜松烯、α-石竹烯、右旋-大根香叶烯、1，2，3，4，4a，7-六羟基-1，6-二甲基-4-异丙基萘、1，2-二甲氧基-4-烯丙基苯、草蒿脑和丁香酚苯乙醚。不同时段叶片释放的挥发性有机种类存在差异，从8:00到14:00叶片释放的挥发性有机物种类逐渐增多，在14:00时达到第一个高峰；然后缓慢减少，在20:00时出现第二个高峰。

在一天中不同时段黄金香柳叶片释放的1，2-二甲氧基-4-烯丙基苯的相对含量非常大，均在58%以上。8:00－12:00叶片释放的挥发性有机物均以萜烯类为主，相对含量也较高，12:00时萜烯类物质的总含量达到一天中最多，为20.73%。其中，右旋-大根香叶烯含量最高，8:00，12:00时其相对含量分别为5.62%，4.34%和9.21%，其次为肉桂酸甲酯、3，4，5-三甲氧基苯甲酸甲酯等酯类化合物。14:00以后，挥发性有机物中的酸类、醛类和醇类化合物开始增多。14:00时检测出的挥发性有机物种类以萜烯类和酸类化合物为主，其中棕榈酸含量最高，相对含量为7.88%，其次为右旋-大根香叶烯、肉桂酸甲酯、油酸和萜品油烯，其相对含量依次为6.92%，4.37%，4.31%和3.93%。16:00时叶片中挥发性有机物以萜烯类和酸类化合物为主，其中酸类化合物含量达到一天中最大，为19.58%。18:00时检测到的成分和相对含量较16:00时变化不大。20:00时挥发物种类最多，除含有萜烯类、酸类和酯类化合物外，还含有少量的醛类、醚类、酚类和醇类化合物。

表3 黄金香柳叶片释放的挥发性有机物成分及相对含量的日变化Table 3 Diurnal variation of components and relative contents of VOCs released from leaves of M.bracteata ‘Revolution Gold’

从图4和表4可以看出，一天中不同时段，黄金香柳叶片释放的酯类先下降后上升，14:00最低；萜烯类先上升后缓慢下降再上升，12:00最大；酸类12:00后急剧上升，16:00最高，然后缓慢下降；醚类小范围内呈现振荡变化趋势；醛类和醇类在14:00，18:00和20:00时少量出现；酚类物质仅在12:00和20:00出现。其主要成分1，2-二甲氧基-4-烯丙基苯的相对含量呈现高-低的趋势，右旋-大根香叶烯呈现高-低-高-低的趋势，肉桂酸甲酯呈现高-低-高的趋势。

图4 一天中不同时段黄金香柳叶片挥发物种类的变化Figure 4 Diurnal change oftypes of VOCs released from leaves of M.bracteata ‘Revolution Gold’

表4 一天中黄金香柳叶片不同时段挥发性有机物类别及分类含量Table 4 Types and relative contents of VOCs released from leaves of M.bracteata ‘Revolution Gold’at different time in a day

3 结论与讨论

对植物挥发性有机物释放规律的研究表明，其种类和相对含量与采样时温度、湿度、气孔导度、光照以及蒸腾速率等关系密切[12-14，16，18]。本试验结果显示，黄金香柳在6月份检测到的挥发性有机物的种类最多，达24种；3月份检测到的种类最少。可能是因为3月份光照时间较短，气温较低，仅为15.9℃，此时植物体内合成代谢较慢，生长较慢，因此形成的VOCs种类较少；而随着夏季的到来，光照时间变长，气温逐渐升高，达到30℃左右，植物进入生长旺盛阶段，体内有机物合成、代谢加快，挥发性有机物的种类增多[19-21]。黄金香柳VOCs的主要成分为萜烯类化合物，其生成受到光照、温度和湿度等环境因子的影响显著，大部分萜烯类释放高峰在6－9月[22]。此时气温30℃左右，空气湿度68%以上，均有利于萜烯类化合物合成酶的活化。另外，此时植物自身旺盛的光合作用为萜类化合物合成提供充足的碳源和还原力；同时，强烈的蒸腾作用也为化合物的扩散创造了条件[23-24]。同样，一天中不同时间段外界环境条件的改变也会影响植物的代谢活动，从而影响植物VOCs的合成和释放。试验数据显示，黄金香柳叶片一天内不同时段释放的挥发性有机物共50种，其中萜烯类化合物23种，酸类6种，醛类4种，酯类和醇类各3种，还有少量的醚类、酚类和其他成分。一天中释放VOCs种类最多的在14:00和20:00，此时大气温度分别为29.3℃，26.3℃，空气湿度分别为71%和79.8%。说明植物释放挥发性有机物种类的数量以及相对含量不仅仅与外界环境（如温度、湿度、光照等因素）有关，还可能与植物自身的条件（如植物的种属、自身结构特点、生理状态和树龄等）密切相关。有待于后续进一步深入的研究。

近年来，随着对植物挥发性有机物的深入研究，其药用的保健作用日益被人们所重视。研究发现，针叶树释放的菇烯类化合物对处于高度紧张状态的上班族具有缓解紧张情绪的作用[25]，例如，侧柏Platycladus orientalis的挥发性气味使人情绪趋于放松状态，使人感觉清新、舒爽和愉悦；而樟Cinnamomum camphora的气味使人表现出紧张和不快，甚至长时间在这样的环境中会产生厌恶情绪[26]。迷迭香Rosmarinus officinali，柠檬草Cymbopogon citratus及白千层属部分植物释放的挥发性成分具有抗抑郁和抑菌功效[3，27]。本试验测得黄金香柳叶片中的主要挥发性成分为肉桂酸甲酯、萜品油烯、右旋-大根香叶烯、α-水芹烯和石竹烯等，它们中的某些成分具有药用保健作用。如：肉桂酸甲酯具有果香气味，可用于香料和化妆品的制造[28]。萜品油烯可以增强空气的清新感，调节人体的神经系统[29]；α-水芹烯有令人愉快的香气，对支气管有温和的刺激作用，可制成祛痰剂[30]；石竹烯具有一定的抗菌和消炎作用[31]，同时可用来治疗抑郁及焦虑[32]等。这说明黄金香柳叶片释放的挥发性有机物可以起到抑菌及调节情绪的作用，是营造保健型彩色园林景观的理想树种。

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