不同种质资源芜菁花朵香气成分的研究

马国财,李雅雯,王丽君,轩正英*

(1.塔里木大学 分析测试中心,新疆 阿拉尔 843300;2.塔里木大学 植物科学学院,新疆 阿拉尔 843300)

不同种质资源芜菁花朵香气成分的研究

马国财1,李雅雯1,王丽君1,轩正英2*

(1.塔里木大学 分析测试中心,新疆 阿拉尔 843300;2.塔里木大学 植物科学学院,新疆 阿拉尔 843300)

采用顶空-固相微萃取(HS/SPME)结合气相色谱-质谱联用(GC/MS)技术对4种不同种质资源芜菁花朵的香气成分进行分析与鉴定。结果表明,4种芜菁花朵中共有的香气成分为15种,其中以2-己烯醛的相对含量最高,α-金合欢烯相对含量最低;两种杂交芜菁W1和W2的花朵检测出共有的香气成分为30种;通过游离小孢子培养技术获得的双单倍体植株(W3)、单倍体植株(W4)的花朵中检测出特有香气成分4种,分别是3-硫环己醇、5-甲硫基戊腈、3-甲硫基喹啉、邻苯二甲酸二丁酯;游离小孢子培养技术获得的植株花朵和杂交芜菁花朵之间香气成分具有明显的差别,为进一步研究和开发利用芜菁种质资源奠定了理论基础。

芜菁;香气成分;种质资源;气相色谱-质谱法

芜菁(Brassica rapaL.)又名蔓菁、诸葛菜、大头菜、圆菜头、圆根、盘菜等,新疆称为“恰玛古”,隶属于十字花科(Brassicaceae)芸薹属(Brassica),是生长在新疆天山南部,塔里木盆地西北,罕见的红色沙漠长寿区的一种药食同源草本植物,在新疆维吾尔族地区大面积栽培,维吾尔族人将恰玛古称作长寿圣果[1]。芜菁花朵在《千金方》中记载为:“补肝明目,三月采蔓菁花,阴干,治下筛,空心井华水服方寸匕”。《本草纲目》中记载为:“辛,平,无毒。主治虚劳眼暗。久服长生,可读书”。

目前,基于气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)方法对芜菁挥发性物质进行研究报道较少,古娜娜·对山别克等[2]对新疆芜菁块根的油脂成分进行了分析,其测得挥发油主要成分为异硫氰酸酯、腈类、少量醛和萜类化合物。孙莲等[3]对新疆芜菁子的油脂成分进行了分析,所提取的挥发油中含有异硫氰酸酯、羧酸、羧酸酯、腈类、少量醛和萜类等化合物。蔡倩等[4]对宁夏产芜菁块根及茎叶中挥发油的化学成分进行了分析,其测得挥发油类型以烃类最多,涵盖酸类、酯类、单萜类、醇类等化合物。而对芜菁花朵中的香气成分研究鲜见报道。

对香气成分的提取常用方法有固相微萃取(solidphase microextraction,SPME)、吸附法、吹扫捕集法等,并结合气相色谱-质谱联用进行检测[5-8],而SPME技术集采样、萃取、浓缩、进样于一体,已成为复杂基体中痕量组分分析的主流提取分析方法[9]。

本研究采用顶空(head space,HS)固相微萃取结合气相色谱-质谱联用(SPME-GC-MS)联用技术,对4种不同种质资源芜菁花朵中的香气成分进行检测,以期为进一步研究芜菁花朵香气与种质资源的关系、改善游离小孢子培养技术在芜菁种质资源利用创新和研究芜菁花朵功能性成分等提供一定理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

杂交芜菁花朵W1(新疆皮山农场农家品种)、杂交芜菁花朵W2(天津市津科力丰种苗有限公司品种特选白蔓菁):芜菁植株在塔里木大学园艺实验站春化、定植,采摘花朵进行检测;新疆柯坪地方品种利用游离小孢子培养技术获得的双单倍体植株花朵W3和单倍体植株花朵W4:新疆生产建设兵团南疆果树重点工程实验室中培养、栽培,采摘花朵进行检测。

氯化钠(优级纯):天津致远化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

Trace DSQ气相色谱-质谱联用仪:美国Thermo公司;DB-5MS(30×0.250×0.25)气相色谱柱:美国Agilent公司;DC-12H恒温水浴锅:上海安普科学仪器公司;57330-U手动SPME进样器、50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头:美国Supelco公司;VIC-412电子天平:北京赛多利斯公司。

1.3 方法

1.3.1 样品前处理

称取采摘的新鲜样本5.00 g,放入50 mL顶空瓶中,加1.00g氯化钠,密封,于40℃水浴中平衡20min,插入50/30μm DVB/CAR/PDMS萃取头,40℃萃取30 min,取出后立即插入至GC-MS进样口,进样口温度250℃,解吸时间3 min。

1.3.2 GC-MS条件

GC条件:DB-5MS色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);升温程序:初始温度为40℃,保持2 min,以3℃/min升至160℃,再以8℃/min升至180℃,最后以15℃/min升至230℃,保持15min;进样口温度250℃;载气为高纯氦气(99.999%);不分流进样,流速1 mL/min。

MS条件:离子源为电子电离(electron ionization,EI)源,离子源温度为230℃;电子能量70 eV;接口温度230℃;质量扫描范围45～450 m/z。

1.3.3 香气物质化合物定性及定量

定性分析方法:所采集数据利用GC-MS联用仪工作站自带Xcalibur2.2软件进行分析。对比NIST谱库检索,化合物进行初步定性。定量分析方法:按照峰面积归一化法计算化合物相对含量[10]。

2 结果与分析

采用HS-SPME-GC-MS联用法对4种芜菁种质资源花朵中香气物质进行检测,结果见图1。经质谱计算机数据系统检索和NIST library图谱库及人工谱图解析,确认了不同种质资源所对应的香气成分,以面积归一化法测得香气成分各组分的相对百分含量,结果见表1。

由表1、图1可知,4种不同种质资源的芜菁花朵中共检测出51种香气成分,其中包括醛类、酯类、醇类、酸类和含杂原子化合物等有机化合物,这些化合物通常表现为清香、花香或果香等[11-12]。其中腈类化合物为12种,相对含量为23.53%;醛类化合物为10种,相对含量为19.61%,酯类化合物为8种,相对含量为15.69%,醇类化合物为5种,相对含量为9.80%,酸类化合物为3种,相对含量为5.88%,其他为烯烃类化合物及醚类化合物等,相对含量为25.49%。

通过对4种不同种质资源的芜菁花朵进行分析,共有香气成分15种,分别为异丙隆、2-己烯醛、5-甲基己腈、庚腈、3-丁烯基异硫氰酸酯、2,4-二烯庚醛、2-丙烯硫代乙腈、苯乙腈、4-甲基硫氰酸戊酯、苯丙腈、十三醇、芝麻酚、α-金合欢烯、1-硫氰酸根乙苯和十八烯酸。其中,腈类化合物有8种,表现出芥子气味,而十字花科特有的芥子香味主要来源于芥子酶催化芥子油甙形成腈类化合物[13]。在15种香气成分中,2-己烯醛香气成分相对含量较高,在4种不同种质资源芜菁花朵中相对含量分别为19.44%、13.80%、13.30%和12.28%,李晨辉等[14]的研究结果表明,2-己烯醛表现为果香味,对“京白梨”的香气具有很大的贡献作用,可以作为“京白梨”品质评价和选育的指标。是否能将2-己烯醛作为芜菁品质评价和种质资源选育的指标,有待进一步研究。α-金合欢烯在4种不同种质资源芜菁花朵中的香气成分相对含量最低,分别为0.12%、0.27%、0.12%和0.23%,α-金合欢烯一般存在于初花期较多,是板栗花的特征香气化合物[15],芜菁花朵中的α-金合欢烯含量较少,可能与实验材料在盛花期有关。

表1 4种芜菁种质资源花朵香气成分分析结果Table 1 Analysis results of aroma components ofBrassica rapaflowers from four kinds of germplasm resources

在杂交芜菁花朵W1和杂交芜菁花朵W2中,共检测出30种相同的香气成分,2-己烯醛在杂交芜菁花朵W1中的相对含量最高(为19.44%),3-丁烯基异硫氰酸酯在杂交芜菁花朵W2中相对含量最高(为16.62%),α-金合欢烯在杂交芜菁花朵W1中相对含量最低(为0.12%),苯乙醇在杂交芜菁花朵W2中相对含量最低(为0.18%)。在杂交芜菁花朵W1中检验出特有的6种化合物为:2,4-己二烯腈、苯甲醛、n-己酸乙烯酯、辛酸甲酯、二甲基四硫醚、苯丁腈;在杂交芜菁花朵W2中检测出2种特有的化合物为:2-甲基-4-戊烯醛和辛腈。这种差异可能和该种子在长期的繁育时由于地域差异和物种进化及变异有关。又因杂交芜菁花朵W1和杂交芜菁花朵W2在生理指标和生物学性状有较大差异,这8种化合物的存在,可能与品种的植株地上地下部分表现性状、风味品质、果实形态、大小等植物生理指标和生物学性状存在着某些联系,将有待后续进一步对其进行生理学研究。

在游离小孢子培养获得的双单倍体植株花朵W3和单倍体植株花朵W4中,检测出4种特有的香气成分:3-硫环己醇、5-甲硫基戊腈、3-甲硫基喹啉、邻苯二甲酸二丁酯,双单倍体植株花朵W3中的的相对含量依次为7.96%、10.58%、3.26%、0.22%;单倍体植株花朵W4中的相对含量依次为3.15%、20.30%、0.45%、0.28%,这4种香气成分应该属于芜菁小孢子培养植株花朵中特有的香气成分。单倍体育种是20世纪70年代发展起来的一项新技术,其优点是:控制单倍体性状的基因无论是显性还是隐性均可充分表达,使单倍体植株群体呈现丰富的遗传多态类型[16]。而利用游离小孢子培养获得的单倍体植株花朵W4中分离出有别于其他材料的6种香气成分:2-乙基呋喃、2-甲基烯丙腈、己醛、2,4-己二烯醛、壬醛、壬酸戊酯。这些香气成分的存在,可能是在游离小孢子培养过程中造成胚状体变异而产生的植株突变,这种突变又与小孢子培养时所选择的培养基种类和激素水平等培养条件有一定的关系[17]。根据已知实验条件,如果找到一个合理的培养基与激素水平比例,将大大提高小孢子培养技术成胚率和成苗率,为小孢子培养技术在芜菁种质资源的开发利用奠定坚实的理论基础,具有非常高的实用价值。

花的香气是由各种挥发性成分共同作用而形成的,这些香气成分的存在,不仅隐含着其自身的植物学属性,也隐含着自身的遗传学密码。综合来说,芜菁花朵中具有芥子香味的腈类化合物,也具有花香和木香特征的石竹烯[18]等,以及一些胺类化合物等具有臭味的气体,这些香气成分及其衍生物,形成及释放的机理比较复杂,芜菁花朵特征香气化合物的具体来源途径,以及相关酶活性的变化与花香物质的释放关系,还有待于进一步研究。

3 结论

本试验采用HS-SPME-GC-MS联用法对4种不同种质资源芜菁花朵中香气物质进行检测,并对其香气成分进行分析与鉴定。结果表明,4种不同种质资源芜菁花朵中共检测出51种香气成分。其中8种腈类化合物在4种实验材料中共同存在,分别为:5-甲基己腈、庚腈、3-丁烯基异硫氰酸酯、2-丙烯硫代乙腈、苯乙腈、4-甲基硫氰酸戊酯、苯丙腈和1-硫氰酸根乙苯腈,这8种腈类化合物是芜菁花朵中特有的香气成分。2-己烯醛在4种不同种质资源花朵中相对含量较高。利用游离小孢子技术培养获得的单倍体植株花朵W4中分离出有别于其他实验材料的6种香气成分:2-乙基呋喃、2-甲基烯丙腈、己醛、2,4-己二烯醛、壬醛和壬酸戊酯。通过单倍体育种技术结合香气成分示踪,进行新品种选育工作,提供了新的思路和方法。同时全面地反映出了芜菁花朵中的香气成分,为进一步全面评价芜菁提供了参考依据。

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MA Guocai1,LI Yawen1,WANG Lijun1,XUAN Zhengying2*
(1.Analytic&Test Center,Tarim University,Alar 843300,China;2.College of Plant Science,Tarim University,Alar 843300,China)

S631.3/TS255

0254-5071(2017)11-0161-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.11.035

2017-09-07

国家自然科学基金资助项目(31260477);塔里木大学重点领域科技攻关计划项目(TDZKGG201603)

马国财(1978-),男,高级实验师,硕士,研究方向为天然产物研究与开发。

*通讯作者:轩正英(1979-),女,副教授,硕士,研究方向为南疆特色蔬菜种质资源与遗传育种。