花椒挥发性化合物的固相微萃取GC-MS分析

方一丁 ，刘绥鹏，樊泽楠

(1.西北农林科技大学附属中学，陕西 杨凌 712100；2.西北农林科技大学 林学院，陕西 杨陵 712100；3.蒲城县林木病虫防治检疫站，陕西 蒲城 715500)

2017-02-18

方一丁,在校学生。

花椒挥发性化合物的固相微萃取GC-MS分析

方一丁1，刘绥鹏2，樊泽楠3

(1.西北农林科技大学附属中学，陕西 杨凌 712100；2.西北农林科技大学 林学院，陕西 杨陵 712100；3.蒲城县林木病虫防治检疫站，陕西 蒲城 715500)

采用固相微萃取提取挥发物质，并通过气相色谱-质谱(GC-MS)联用仪对花椒叶片、嫩枝和韧皮部的挥发性成分进行分析和鉴定。花椒叶片中分离鉴定出 56 种挥发性成分，主要为反式-β-罗勒烯(16.82%)、α-罗勒烯(16.42%)、石竹烯(13.27%)和1R-α-蒎烯(6.28%)；嫩枝中分离鉴定出 57 种挥发性成分，主要为石竹烯(26.10%)、荜澄茄油烯(17.27%)、乙酸香叶酯(15.89%)和1R-α-蒎烯(6.17%)；韧皮部中分离鉴定出 38 种挥发性成分，主要为石竹烯(48.17%)、1R-α-蒎烯(25.91%)、律草烯(9.32%)和月桂烯(6.68%)。三者均以萜烯类含量最多，为进一步研究花椒害虫的寄主选择性提供一定的理论基础。

花椒；挥发性成分；固相微萃取；气相色谱/质谱

花椒(Zanthoxylumbungeanum)为芸香科多年生落叶灌木或小乔木，在我国已有两千多年的栽培历史，是主要的经济栽培树种，主要产地在陕西、四川、山东、山西、河南、河北、贵州等[1]。近年来随着花椒产业的不断扩大和发展，花椒害虫的发生与为害日趋严重，严重地影响了花椒的正常生长，成为了重要制约花椒产业发展和无公害花椒生产的重要因素之一。我国的花椒害虫种类繁多，根据各地的调查报道结果统计，国内已报道的花椒害虫达16 目 82 科 190 余种，主要是天牛类、吉丁虫类、叶甲类、介壳虫类、蚜虫类及象甲类等[2]。

植物通过体内次生代谢途径合成的挥发性有机物(Volatile organic compounds，VOCs)是植物间进行信息交流的信号物质，也是引导植食性昆虫进行寄主识别和定位的重要信息物质[3]。目前，国内外一些学者对植物挥发性物质的组分、昆虫对挥发性物质的接收反应机制和挥发性物质对昆虫行为作用进行了大量研究[4-6]。本研究采用固相微萃取技术并结合气相色谱/质谱法(简称SPME-GC/MS)，对其叶片、嫩枝及韧皮部的挥发性物质进行提取、分离、鉴定，为花椒资源的充分利用及花椒害虫的信息素防治提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

2014年6月，在西北农林科技大学凤县花椒试验示范站采集健康的凤县大红袍花椒的新鲜叶片、嫩枝(一年生)和韧皮部作为试验材料。

1.2 仪器设备

ISQ 气相色谱/质联用仪(美国Thermo Fisher Scientific公司)、DB-5MS 弹性石英毛细管柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)、SPME手动进样手柄(美国Supelco公司)、DVB/CAR/PDMS萃取头(纤维头)(美国Supelco公司)、固相微萃取搅拌加热平台、10 mL样品瓶、植物组织研磨仪、数显型加热板Talboys 等。

1.3 方法

分别将花椒叶片、嫩枝和韧皮部剪碎，放入植物组织研磨仪进行研磨后，移入10 ml样品瓶中，约占瓶身的45%，加盖密封样品瓶放于50 ℃恒温台上，首先平衡 10 min，以保证样品瓶上部挥发物质可以充分饱和；然后将萃取头插入样品瓶中，吸附30 min后，于250 ℃解析3 min。

1.4 GC-MS分析条件

1.4.1 GC条件 进样口温度为250 ℃；柱温箱升温程序：60 ℃保持2.5 min，6 ℃/min升至190 ℃，然后以10 ℃/min升温至230 ℃，维持5 min；载气为高纯He(99.999%)，流速为1.0 ml·min-1；分流比为10∶1。

1.4.2 MS条件 电离方式EI，电离电压为70 eV，离子源温度250 ℃。扫描质量范围为35～400 amu；谱库：NIST2011，按面积归一化法计算含量。

1.5 提取物鉴定

应用气相色谱/质谱-计算机联机系统对固相微萃取法提取的各组分进行定性分析，并与NIST2011谱库对照，结合有关文献人工检索确定其化学组成。

2 结果分析

2.1 花椒叶片中挥发性化合物

由图1～3及表1看出，从花椒叶片中共检测出 56 种物质，其中醇类挥发物 10 种，含量为10.31% ；醛类挥发物1种，含量为0.18% ；酯类挥发物8种，含量为9.41% ；烃类挥发物4种，含量为1.17% ；单萜烯类挥发物12 种，含量为54.3% ；倍半萜烯类挥发物21种，含量为24.2% ；其中反式-β-罗勒烯、α-罗勒烯、石竹烯相对含量最多，分别为16.82%、16.42%和13.27%，1R-α-蒎烯为6.28%，桧烯为5.35%。

图1 花椒叶片挥发物总离子图

图2 花椒嫩枝挥发物总离子图

图3 花椒韧皮部挥发物总离子图

表1 花椒叶片、嫩枝和韧皮部挥发性物质组分

36乙酸松油酯3⁃Cyclohexene⁃1⁃methanol，à，à，4⁃trimeth⁃yl⁃，acetateC12H20O20．81--37乙酸冰片酯BornylacetateC12H20O2--0．1638顺式⁃3⁃己烯醇苯甲酸酯3⁃Hexen⁃1⁃ol，benzoate，(Z)-C13H16O20．1--39(-)⁃α⁃荜澄茄油烯(⁃)⁃α⁃CubebeneC15H240．520．480．1440(-)⁃g⁃榄香烯Cyclohexane，1⁃ethenyl⁃1⁃methyl⁃2⁃(1⁃methylethenyl)⁃4⁃(1⁃methylethylidene)-C15H240．242．620．5641c⁃榄香烯c⁃ElemeneC15H240．480．61-42β⁃榄香烯Cyclohexane，1⁃ethenyl⁃1⁃methyl⁃2，4⁃bis(1⁃methylethenyl)⁃，[1S-(1à，2á，4á)]-C15H240．26--43衣兰烯YlangeneC15H240．090．420．0444α⁃衣兰烯α⁃ylangeneC15H240．260．030．0245荜澄茄油烯1H⁃Cyclopenta[1，3]cyclopropa[1，2]ben⁃zene，octahydro⁃7⁃methyl⁃3⁃methylene⁃4⁃(1⁃methyleth⁃yl)⁃，[3aS⁃(3aà，3bá，4á，7à，7aS∗)]-C15H241．9917．273．1946α⁃可巴烯α⁃CopaeneC15H240．260．390．0647β⁃波旁烯β⁃bourboneneC15H240．040．04-48石竹烯CaryophylleneC15H2413．2726．148．174910，10⁃2⁃甲基⁃2，6⁃2⁃亚甲基⁃双环[7．2．0]⁃十一烷Bicy⁃clo[7．2．0]undecane，10，10⁃dimethyl⁃2，6⁃bis(methyl⁃ene)⁃，[1S⁃(1R∗，9S∗)]-C15H24--0．16502，4a，5，6，7，8，9，9a⁃八氢⁃3，5，5⁃三甲基⁃9⁃亚甲基⁃1H⁃苯并环康烯1H⁃Benzocycloheptene，2，4a，5，6，7，8，9，9a⁃octahydro⁃3，5，5⁃trimetyl⁃9⁃methylene⁃，(4aS⁃cis)⁃C15H24--0．0251别香橙烯1H⁃Cycloprop[e]azulene，decahydro⁃1，1，7⁃trimethyl⁃4⁃methylene⁃C15H240．210．33-521⁃表二环倍半水芹烯(+)⁃epi⁃Bicyclosesquiphelland⁃reneC15H240．31-0．06531R，3Z，9s⁃4，11，11⁃三甲基⁃8⁃亚甲基⁃双环[7．2．0]⁃3⁃十一烯1R，3Z，9s⁃4，11，11⁃Trimethyl⁃8⁃methylenebicy⁃clo[7．2．0]undec⁃3⁃eneC15H24--0．1254律草烯HumuleneC15H241．935．849．3255c⁃依兰油烯c⁃MuuroleneC15H240．731．030．2856α⁃依兰油烯α⁃MuuroleneC15H240．750．370．0957(+)⁃喇叭烯1H⁃Cycloprop[e]azulene，1a，2，3，5，6，7，7a，7b⁃octahydro⁃1，1，4，7⁃tetramethyl⁃，[1aR⁃(1aà，7à，7aá，7bà)]-C15H240．12-0．06581，2，3，4，4a，5，6，8a⁃八氢⁃4a，8⁃二甲基⁃2⁃(1⁃甲基乙烯基)⁃萘Naphthalene，1，2，3，4，4a，5，6，8a⁃octahydro⁃4a，8⁃dimethyl⁃2⁃(1⁃methylethenyl)⁃，[2R-(2à，4aà，8aá)]-C15H24-0．030．0259b⁃毕澄茄烯Naphthalene，1，2，4a，5，8，8a⁃hexahydro⁃4，7⁃dimethyl⁃1⁃(1⁃methylethyl)⁃，[1S⁃(1à，4aá，8aà)]-C15H241．161．120．4360γ⁃杜松烯Naphthalene，1，2，3，4，4a，5，6，8a⁃octahydro⁃7⁃methyl⁃4⁃methylene⁃1⁃(1⁃methylethyl)⁃，(1à，4aá，8aà)⁃C15H240．840．810．2961α⁃法呢烯α⁃FarneseneC15H240．56-0．0562α⁃愈创木烯α⁃GuaieneC15H240．13--63α⁃二去氢菖蒲烯α⁃CalacoreneC15H200．030．03-

64巴伦西亚橘烯Naphthalene，1，2，3，5，6，7，8，8a⁃octa⁃hydro⁃1，8a⁃dimethyl⁃7⁃(1⁃methylethenyl)⁃，[1R⁃(1à，7á，8aà)]⁃C15H240．050．06-65双环[4．4．0]⁃1烯Bicyclo[4．4．0]dec⁃1⁃ene，2⁃isopropyl⁃5⁃methyl⁃9⁃methylene⁃C15H24-0．06-661，2，3，4，4a，7⁃六氢⁃1，6⁃二甲基⁃4⁃(1⁃甲基乙基)⁃萘Naphthalene，1，2，3，4，4a，7⁃hexahydro⁃1，6⁃dimethyl⁃4⁃(1⁃methylethyl)-C15H24-0．25-67去氢白菖烯Naphthalene，1，2，3，4⁃tetrahydro⁃1，6⁃dim⁃ethyl⁃4⁃(1⁃methylethyl)⁃，(1S⁃cis)⁃C15H22--0．0468反式长松香芹醇Longipinocarveol，trans⁃C15H24O-0．50．0169反式⁃橙花叔醇1，6，10⁃Dodecatrien⁃3⁃ol，3，7，11⁃trime⁃thyl⁃，(E)⁃C15H26O0．170．27-70顺⁃倍半香桧烯水合物cis⁃sesquisabinenehydrateC⁃15H26O0．46--711⁃羟基⁃1，7⁃二甲基⁃4⁃异丙基⁃2，7⁃环癸二烯1⁃Hydroxy⁃1，7⁃dimethyl⁃4⁃isopropyl⁃2，7⁃cyclodecadieneC15H26O-0．03-72杜松醇à⁃CadinolC15H26O-0．06-73石竹素CaryophylleneoxideC15H24O0．040．160．1374乙酸法呢醇Farnesol，acetateC17H28O2-0．07-752⁃氨基苯甲酸⁃3，7⁃二甲基⁃1，6⁃辛二烯⁃3⁃醇酯1，6⁃Oc⁃tadien⁃3⁃ol，3，7⁃dimethyl⁃，2⁃aminobenzoateC17H23NO20．540．06-

注：-为未检测到。

2.2 花椒嫩枝中挥发性化合物

从花椒嫩枝中共检测出57种物质，其中醇类挥发物10 种，含量为3.57% ；醛类挥发物1种，含量为0.23% ；酯类挥发物6种，含量为16.12%；酮类挥发物3种，含量为2.02% ；醚类挥发物3种，含量为0.07% ；烃类挥发物3种，含量为0.37% ；单萜烯类挥发物12种，含量为19.54% ；倍半萜烯类挥发物19种，含量为57.86% ；其中乙酸香叶酯、荜澄茄油烯、石竹烯相对含量最多，分别为15.89%、17.27%和26.1%，1R-α-蒎烯为6.17%，律草烯为5.84%。

2.3 花椒韧皮部中挥发性化合物

从花椒韧皮部中共检测出38种物质，其中醇类挥发物3种，含量为0.24% ；酯类挥发物2种，含量为0.84% ；烃类挥发物1种，含量为0.03%；单萜烯类挥发物12种，含量为 35.54% ；倍半萜烯类挥发物20种，含量为 63.12% ；其中1R-α-蒎烯、石竹烯相对含量最多，分别为25.91%和48.17%，律草烯为9.32%，月桂烯为6.68%。

花椒叶片、嫩枝和韧皮部三者共有挥发性化合物 28 种，但各组分的含量存在差异，相同挥发性化合物主要是萜烯类。叶片特有的挥发性化合物有 10 种，嫩枝特有的为 12 种，韧皮部特有的为 5 种。

3 结论与讨论

对花椒叶片、嫩枝和韧皮部的挥发性化合物进行了提取、分离和鉴定，共鉴定出 75 种化学成分。其中叶片中分离鉴定出 56 种挥发性成分，占总挥发性成分的 99.78%；枝条中分离鉴定出 57 种挥发性成分，占总挥发性成分的 99.89%；韧皮部中分离鉴定出 38 种挥发性成分，占总挥发性成分的 99.77%，三者均以萜烯类物质含量最多。

目前，普遍认为，挥发性物质在植物-植食性昆虫-天敌三级营养系统的信息传递中起到重要作用。植物的挥发性物质可以为植食性昆虫搜寻寄主植物提供可靠信号，寄主植物产生的挥发性物质是植食性昆虫天敌对其搜寻的重要信息[7]。研究发现，寄主挥发物中的倍半萜烯和烃类是天牛信息交流物质和引诱剂的主要组分[8]，石竹烯[9]对铜绿丽金龟有较强的触角电位和嗅觉行为反应，小蠹虫主要根据寄主树木释放出的化学气味物质来确定其寄主[10]，吉丁虫科作为鞘翅目重要的一个类群，同样可能对寄主挥发物表现出趋向作用。整体上来看，花椒的主要挥发物为1R-α-蒎烯、反式-β-罗勒烯、α-罗勒烯、乙酸香叶酯、石竹烯等，其中是否存在对花椒窄吉丁有引诱作用的活性成分及其确定需进行室内外生物测定。

植物挥发物与植物的代谢活动密切相关[11]，挥发物组成和含量不同环境、不同地域、不同品种、不同生长阶段都会有差异。固相微萃取(solid-phase micro-extraction，SPME)是常用的无溶剂的样品前处理技术，集采样、萃取、浓缩、进样于一体，可以与气象色谱、气质联用仪等仪器联用，在生化、环境、医药及食品领域得到了广泛应用[12]。为了更好的分析花椒挥发物质组成，可以利用其它提取方法如动态顶空吸附[13]、水蒸气蒸馏法[14]等，比较挥发物的异同，得到更加全面的结果，因此花椒挥发性物质仍需不断的继续深入研究。

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AnalysisofVolatileComponentsofZanthoxylumbungeanumbySPME/GC-MS

FANG Yi-ding1, LIU Sui-peng2, FAN Ze-nan3

(1.HighSchoolAttachedToNorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100；2.ForestryCollegeofForetsry,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100; 3.ForestPestControlandQuarantineStation,Pucheng,Shaanxi715500)

To study the specific composition and relative content of the volatile components in the leaf, twigs and phloem ofZanthoxylumbungeanum, the volatile components were extracted by solid phase micro-extraction and were analyzed by GC-MS. Fifty-six were found in the leaf, including trans-β-ocimene (16.82%, m/m, the same below), α-ocimene (16.42%), carypohyllene (13.27%) and (1R)-α-pinene (6.28%). Fifty-seven were found in the twigs, including carypohyllene (26.10%), cubebene (17.27%), geranyl acetate (15.89%) and (1R)-α-pinene (6.17%). Thirty-eight were found in the phloem, including carypohyllene (48.17%), (1R)-α-pinene (25.91%), humulene (9.32%) and α-myrcene (6.68%). The content terpenes were the main components in the volatile.

Zanthoxylumbungeanum; volatile composition; solid phase micro-extraction; GC-MS

S793.9

A

1001-2117(2017)03-0009-06