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茶梅品种‘冬玫瑰’不同花期及花器官的香气组成成分分析

2018-04-08李辛雷殷恒福范正琪李纪元

植物资源与环境学报 2018年1期
关键词:盛花期花期香气

王 洁, 李辛雷, 殷恒福, 范正琪, 李纪元

(中国林业科学研究院亚热带林业研究所, 浙江 杭州 311400)

茶梅(CamelliasasanquaThunb.)为山茶属(CamelliaLinn.)植物[1],冬季和春季开花,盛花期在冬季,是寒冬时期少有的开花植物,具有较高的观赏价值,在园林绿化上应用广泛[2]。与同属的金花茶(C.nitidissimaChi)、山茶(C.japonicaLinn.)及滇山茶(C.reticulataLindl.)等种类的观赏品种相比,茶梅品种多具有香味[3]25,香气是其重要的园艺性状。已有研究者对山茶和杜鹃红山茶(C.azaleaWei)等山茶属植物的香气组成成分进行了研究[4-6],明确了主体香气组成成分及其相对含量的变化规律,为该属植物芳香品种选育及香气组成成分的开发利用奠定一定的理论基础。目前,虽然有研究者对茶梅花朵的挥发性成分进行了分析[7],但对其不同花期及不同花器官中香气组成成分的变化规律尚不清楚。

随着山茶属植物分子生物学研究的深入,利用生物技术和传统方法培育花色丰富且具芳香气味的品种成为茶梅育种趋势。鉴于此,作者以具芳香气味的茶梅品种‘冬玫瑰’(C.sasanqua‘Dongmeigui’)为实验材料,利用GC-MS技术分析其不同花期及花器官中香气组成成分及其相对含量,探讨其中的变化规律,以期为茶梅释香机制的研究以及克隆相关芳香基因和培育芳香型茶梅新品种提供基础研究数据。

1 材料和方法

1.1 材料

实验材料为茶梅品种‘冬玫瑰’的8年生盆栽嫁接苗,其花型为“托桂型”,外轮花瓣为大花瓣,1轮;内轮花瓣为雄蕊瓣化的小花瓣,多轮簇拥呈球状。该品种花期可分为花蕾期(大部分花蕾完全伸出萼片,花蕾变红)、初花期(花瓣微展,雄蕊被包裹在花瓣中)、盛花期(花瓣完全张开,花药发育成熟)和末花期(花瓣出现褶皱,质地变薄)。

供试的盆栽嫁接苗种植于中国林业科学研究院亚热带林业研究所试验苗圃,按徐碧玉等[3]85-91的方法进行日常栽培养护。于2016年12月选取生长状况基本一致的盆栽嫁接苗5株,在不同花期,在每一样株树冠外围南向枝条的顶端分别采摘3朵花,其中,盛花期的花朵分为外轮花瓣、内轮花瓣、雄蕊和雌蕊。所采样品分别在采后30 min内置于顶空样品瓶中,进行挥发性成分萃取。

1.2 方法

1.2.1香气组成成分提取以40 ng·μL-1癸酸乙酯0.5 μL为内标物,采用固相微萃取法,在40 ℃条件下使用PDMS/DVB萃取头(65 μm,美国Supelco公司)萃取30 min后进行GC-MS分析。

1.2.2GC-MS分析采用Agilent 6890N-5975B气相色谱-质谱联用仪(美国Agilent公司)进行GC-MS分析。色谱条件:HP-5MS石英毛细管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm)。进样口温度250 ℃(升温程序:柱温50 ℃,保持2 min;以3 ℃·min-1速率升温至80 ℃,保持2 min;再以10 ℃·min-1速率升温至210 ℃,保持1 min;最后以15 ℃·min-1速率升温至250 ℃,保持5 min)。

质谱条件:四级杆温度150 ℃,离子源温度230 ℃,接口温度280 ℃。电子轰击电离,电子能量70 eV,质量扫描范围30~500 amu。

1.3 数据分析

根据质谱数据和GC-MS联用仪标准图谱数据库的检索结果鉴定成分;根据各化合物峰面积与内标物峰面积计算各组成成分的相对含量。

2 结果和分析

2.1 不同花期花朵香气的组成成分分析

2.1.1组成成分的GC-MS分析在花蕾期、初花期、盛花期和末花期,茶梅品种‘冬玫瑰’花朵香气的组成成分分别有30、49、42和48种,主要组成成分及其相对含量见表1。

由表1可见:在花蕾期,1,3-二甲基苯、α-蒎烯、丁香酚、十四烷、2,6-二叔丁基苯酚、十五烷、2,6-二叔丁基对甲苯酚的相对含量远高于其余成分,但随花朵开放这些成分的相对含量明显下降,在初花期、盛花期和末花期其相对含量较低或极低而无法检出。邻二甲苯、芳樟醇、6,7-二甲基-1,2,3,5,8,8a-六氢萘和2-异丙基-5-甲基-9-亚甲基-双环[4.4.0]十二-1-烯等成分的相对含量也较高,且随花朵开放呈先升高后降低的趋势。苯乙酮和顺式-芳樟醇氧化物在花蕾期均未检出,而在初花期、盛花期和末花期这2种成分的相对含量明显高于其余成分,且随花朵开放呈逐渐升高的趋势,其相对含量均在末花期达到最高,在初花期、盛花期和末花期二者的相对含量总和分别达到20.08%、44.92%和62.02%,为‘冬玫瑰’花朵香气的主要组成成分。

表1不同花期茶梅品种‘冬玫瑰’花朵香气的主要组成成分及其相对含量

Table1MaincomponentsandtheirrelativecontentsinaromafromflowersofCamelliasasanqua‘Dongmeigui’atdifferentfloweringstages

编号No.保留时间/minRetentiontime成分Component在不同花期的相对含量/%1)Relativecontentatdifferentfloweringstages1)BSIFSFFSLFS14.0642o-xylene4.577.64—1.1724.12351,3-dimethyl-benzene5.17———34.72302-ethyl-1-butanol———2.4844.72312-methyl-1-pentanol—4.14——55.5599α-pinene4.881.331.140.4365.8389camphene2.150.240.350.0577.0022(E,E)-2,4-nonadienal——1.00—87.3287octanal——1.060.3198.08842-ethyl-1-hexanol1.900.950.310.16109.0499acetophenone—7.4830.2744.11119.6850cis-linaloloxide—12.6014.6517.911210.0352linalool2.016.835.793.101310.1597(E)-2-nonen-1-ol1.93———1410.21926-ethenyldihydro-2,2,6-trimethyl-2H-pyran-3(4H)-one—1.472.321.231511.05003,6-dimethylene-1,7-octadiene1.17———1612.1541epoxylinalol—2.352.852.711712.8366undecane1.07———1813.47776,7-dimethyl-1,2,3,5,8,8a-hexahydronaphthalene——5.845.331915.5847tridecane3.611.390.740.392016.9023α-cubebene1.040.950.680.302117.1575eugenol8.313.10——2217.59072,6,10-trimethyl-dodecane1.061.06——2318.0063(-)-β-elemene—0.951.271.082418.2022tetradecane15.656.263.341.872518.51671-cyclohexene1.081.060.35—2618.6829cubebene—0.851.470.732718.9381[s-(E,E)]-1-methyl-5-methylene-8-(1-methylethyl)-1,6-cyclodeca-diene0.971.410.750.502819.19332,6-bis(1,1-dimethylethyl)-phenol10.965.602.041.272919.3773neoclovene—1.040.400.233019.7869(+)-epi-bicyclosesquiphellandrene—2.392.010.963119.96493-methyl-tetradecane1.010.55——3220.23802-isopropyl-5-methyl-9-methylene-bicyclo[4.4.0]dec-1-ene—4.838.334.173320.50512,3-dehydro-4-oxo-β-ionone—1.100.520.293420.6891pentadecane8.343.622.001.143521.0392butylatedhydroxytoluene10.345.862.621.623621.2766δ-cadinene—1.350.990.473721.887914-pentadecenoicacid2.03———3823.0453hexadecane3.151.540.910.433925.2830heptadecane1.500.590.360.214025.81122-(1-phenylethyl)-phenol1.920.87——

1)BS: 花蕾期 Bud stage; IFS: 初花期 Initial flowering stage; FFS: 盛花期 Full flowering stage; LFS: 末花期Late flowering stage. —: 未检出 Undetected.

由表1还可见:各花期的共有成分有13种,其中芳樟醇、十四烷、2,6-二叔丁基苯酚、十五烷和2,6-二叔丁基对甲苯酚的相对含量在各花期均在1%以上,维持在较高的水平,也是‘冬玫瑰’整个花期花朵香气的主要组成成分。

2.1.2组成成分的类型分析对不同花期茶梅品种‘冬玫瑰’花朵香气的组成成分进行归类,可划分为7类成分,即芳香烃类、烯类、醛酮类、醇类、酚类、烷烃类和其他(包括酯类和醌类),不同花期各类成分的相对含量见表2。

由表2可见:在花蕾期,烷烃类和酚类成分的相对含量明显高于其余类型,但随花朵开放明显降低。醛酮类成分的相对含量随花朵开放逐渐升高,在末花期达到最高(45.94%);且在盛花期和末花期,醛酮类成分的相对含量在7类成分中均最高。在各花期,醇类和烯类成分的相对含量均较高,且随花朵开放总体上呈先升高后降低的趋势。醇类成分相对含量的最高值出现在末花期,为27.07%;烯类成分相对含量的最高值出现在盛花期,为21.40%。各花期芳香烃类成分的相对含量均介于5%~10%之间,并随花朵开放呈先降低后升高的趋势。

表2不同花期茶梅品种‘冬玫瑰’花朵香气的主要组成成分的类型及其相对含量1)

Table2MaincomponenttypesandtheirrelativecontentsinaromafromflowersofCamelliasasanqua‘Dongmeigui’atdifferentfloweringstages1)

花期Floweringstage各类成分的相对含量/% Relativecontentofeachtypeofcomponent芳香烃类Aromatichydrocarbons烯类Alkenes醛酮类Aldehydesandketones醇类Alcohols酚类Phenols烷烃类Alkanes其他ElseBS9.7412.160.566.4631.3535.912.73IFS8.4921.0310.6526.8715.4317.55—FFS5.8421.4035.1724.114.668.83—LFS7.0512.1445.9427.072.894.550.34

1)BS: 花蕾期 Bud stage; IFS: 初花期 Initial flowering stage; FFS: 盛花期 Full flowering stage; LFS: 末花期Late flowering stage. —: 未检出 Undetected.

2.2 盛花期不同花器官香气的组成成分分析

2.2.1组成成分的GC-MS分析在盛花期,茶梅品种‘冬玫瑰’的外轮花瓣、内轮花瓣、雄蕊和雌蕊香气的组成成分分别有31、48、34和24种,内轮花瓣香气的组成成分最多,其次是雄蕊和外轮花瓣,而雌蕊香气的组成成分明显较少。不同器官香气的主要组成成分及其相对含量见表3。

由表3可见:总体上看,在不同花器官中,苯乙酮和顺式-芳樟醇氧化物的相对含量明显高于其余成分,为各花器官香气的主体成分。其中,苯乙酮的相对含量在内轮花瓣和雄蕊中分别达到49.11%和61.27%,在外轮花瓣中达到24.07%,而在雌蕊中仅为0.96%;顺式-芳樟醇氧化物在外轮花瓣中未检出,但在内轮花瓣和雄蕊中相对含量分别达到25.18%和15.05%,在雌蕊中相对含量也达到9.21%;苯乙酮和顺式-芳樟醇氧化物在内轮花瓣和雄蕊中相对含量的总和分别达到74.29%和76.32%,说明这2种成分是内轮花瓣和雄蕊香气的主体成分。除主体成分外,内轮花瓣和雄蕊中相对含量较高的成分还有芳樟醇(分别为6.37%和5.65%),外轮花瓣中相对含量较高的成分则为2-异丙基-5-甲基-9-亚甲基-双环[4.4.0]十二-1-烯和6,7-二甲基-1,2,3,5,8,8a-六氢萘(分别为14.64%和11.50%),雌蕊中相对含量较高的成分则为十四烷和1-辛醇(分别为10.41%和9.90%)。

由表3还可见:盛花期各花器官的共有成分有12种,其中,芳樟醇、环氧芳樟醇和2-异丙基-5-甲基-9-亚甲基-双环[4.4.0]十二-1-烯的相对含量在各花器官中均达到1%以上,维持在较高的水平;而苯乙酮的相对含量在外轮花瓣、内轮花瓣和雄蕊中均最高(均在24%以上),仅在雌蕊中较低(0.96%)。十四烷、2,6-二叔丁基苯酚、十五烷和2,6-二叔丁基对甲苯酚4种共有成分的相对含量在外轮花瓣和雌蕊中均较高(均在3%以上),在内轮花瓣和雄蕊中均较低,且这4种共有成分也是该品种不同花期花朵的共有成分(表1)。

表3盛花期茶梅品种‘冬玫瑰’不同花器官香气的主要组成成分及其相对含量

Table3MaincomponentsandtheirrelativecontentsinaromafromdifferentfloralorgansofCamelliasasanqua‘Dongmeigui’atfullfloweringstage

序号No.保留时间/minRetaintiontime成分Component在不同花器官中的相对含量/%1)Relativecontentindifferentfloralorgans1)OPeIPeStPi14.68751-propoxy-pentane—3.67——24.70522-ethyl-1-butanol——2.37—36.53931-heptanol———2.5147.0736(E,E)-2,4-nonadienal——0.316.4057.7323octanal———8.1368.07052-ethyl-1-hexanol———2.0479.0499acetophenone24.0749.1161.270.9689.07941-octanol———9.9099.6849cis-linaloloxide—25.1815.059.21109.9876nonanal———6.311110.0232linalool1.676.375.658.321210.20726-ethenyldihydro-2,2,6-trimethyl-2H-pyran-3(4H)-one4.371.171.12—1312.1362epoxylinalol3.573.862.802.061412.6941methylsalicylate—0.131.09—1513.47006,7-dimethyl-1,2,3,5,8,8a-hexahydronaphthalene11.501.66——1615.5846tridecane0.890.080.301.911718.0063(-)-β-elemene2.240.360.330.091818.2022tetradecane5.140.261.2810.411918.9381[s-(E,E)]-1-methyl-5-methylene-8-(1-methylethyl)-,1,6-cyclodecadiene1.580.190.19—2018.9441cubebene2.670.330.35—2119.19332,6-bis(1,1-dimethylethyl)-phenol3.630.190.627.552219.7869(+)-epi-bicyclosesquiphellandrene2.820.350.38—2320.1430γ-selinene1.260.200.14—2420.23802-isopropyl-5-methyl-9-methylene-bicyclo[4.4.0]dec-1-ene14.642.452.352.252520.6238(+)-aromadendrene1.680.250.220.402620.6891pentadecane3.120.210.565.442721.0392butylatedhydroxytoluene4.840.320.728.402821.2766δ-cadinene1.440.200.13—2923.0453hexadecane1.160.070.172.323025.2830heptadecane—0.03—1.153125.79922-(1-phenylethyl)-phenol——0.111.35

1)OPe: 外轮花瓣 Outer petal; IPe: 内轮花瓣 Inner petal; St: 雄蕊 Stamen; Pi: 雌蕊Pistil. —: 未检出Undetected.

2.2.2组成成分的类型分析对盛花期茶梅品种‘冬玫瑰’不同花器官的香气组成成分进行归类,也可划分为7类成分,即芳香烃类、烯类、醛酮类、醇类、酚类、烷烃类和其他(包括酯类和醌类),不同花器官中各类成分的相对含量见表4。

由表4可见:在外轮花瓣的香气中,烯类成分的相对含量最高,为33.11%;其次为醛酮类成分,相对含量为29.21%。内轮花瓣和雄蕊的香气组成均以醛酮类成分为主,相对含量分别高达50.79%和63.07%;其次为醇类成分,其相对含量分别也达到35.54%和26.09%;其余各类成分的相对含量均较低。在雌蕊的香气中,各类成分的相对含量差异不明显,其中醇类成分的相对含量最高(34.61%),其次为醛酮类、烷烃类和酚类成分,其相对含量分别为22.69%、22.03%和17.30%。

表4盛花期茶梅品种‘冬玫瑰’不同花器官香气的主要组成成分的类型及其相对含量1)

Table4MaincomponenttypesandtheirrelativecontentsinaromafromdifferentfloralorgansofCamelliasasanqua‘Dongmeigui’atfullfloweringstage1)

花器官Floweringstage各类成分的相对含量/% Relativecontentofeachtypeofcomponent芳香烃类Aromatichydrocarbons烯类Alkenes醛酮类Aldehydesandketones醇类Alcohols酚类Phenols烷烃类Alkanes其他ElseOPe12.3933.1129.215.248.4711.56—IPe2.086.3750.7935.540.514.440.26St—5.9363.0726.091.452.361.09Pi—3.4422.6934.6117.3022.03—

1)OPe: 外轮花瓣Outer petal; IPe: 内轮花瓣Inner petal; St: 雄蕊Stamen; Pi: 雌蕊Pistil. —: 未检出Undetected.

3 讨论和结论

对花的挥发性成分的研究结果表明:苯乙酮具有强烈的山楂香味和甜香[8],而芳樟醇氧化物则具有百合花或玉兰花香型[4];挥发性香气组成成分的含量直接影响香气的表达[9]。本研究中,茶梅品种‘冬玫瑰’花朵香气中苯乙酮和顺式-芳樟醇氧化物的相对含量在初花期至末花期均较高,说明这2种成分可能为该品种花朵香气的主体成分,对整体香气表达起主导作用,而这些香气的主体成分在不同花期的变化规律尚不清楚,有待进一步深入研究。不同植物的香气组成成分存在较大差异[10],茶梅品种‘冬玫瑰’花朵香气的主体成分与茶〔Camelliasinensis(Linn.) O. Ktze.〕花朵香气中的成分[11-12]类似,但与山茶花朵香气的主体成分[6]有一定差异。茶梅品种‘冬玫瑰’花朵中苯乙酮相对含量最高,其次为顺式-芳樟醇氧化物和芳樟醇等成分;而山茶品种‘克瑞墨大牡丹’(‘Kramer’s Supreme’)花朵中芳樟醇相对含量最高,其次为顺式-芳樟醇氧化物、水杨酸甲酯和十四烷等[6]。这种同属的不同种类植物花朵香气组成成分的差异一方面可能与其产地生境的差异有关,另一方面也可能与不同种类次生代谢物合成途径的遗传差异有关,具体原因有待进一步研究。

醛酮类和醇类成分的香气值一般较高[4,13],而本研究中,醛酮类成分在茶梅品种‘冬玫瑰’花朵香气中相对含量最高,且随着花朵开放其相对含量持续增高,而醇类成分的相对含量在各花期均较高,说明醛酮类和醇类成分是茶梅品种‘冬玫瑰’花朵香气浓度的关键成分。通常烯类成分的嗅感阈值较低,且对嗅觉有增效作用[8],如α-蒎烯和莰烯等是多种具有浓郁芳香气味花朵的主体成分[14-15];茶梅品种‘冬玫瑰’花朵中烯类成分较多,且相对含量在各花期均相对较高,并随花朵开放而升高,仅在末花期降低,说明烯类成分对茶梅品种‘冬玫瑰’花朵香气也可能有主导作用。花朵的香气是在开放过程中逐渐释放的,茶梅品种‘冬玫瑰’花朵香气的释放也如此,但在其香气组成成分中烷烃类和酚类成分的相对含量在花蕾期较高,随花朵开放呈明显下降趋势,在初花期、盛花期和末花期均较低,说明这2类成分不是茶梅品种‘冬玫瑰’花朵香气的主体成分,但该品种花朵香气的各组成成分在花朵开放过程中的变化趋势可能受各类成分的代谢途径以及相关酶活性的变化等因子影响[6,16]。

张莹等[16]认为,植物的释香部位是花瓣,雌蕊、雄蕊和蜜腺等也能散发少量香气;李辛雷等[5]认为,杜鹃红山茶的花瓣和雄蕊是释放香气的主要部位;山茶品种‘克瑞墨大牡丹’的所有花瓣的花香绝对挥发量是所有雄蕊的3倍以上,但相同质量雄蕊的香气绝对挥发量却明显高于花瓣[6];而徐碧玉等[3]19认为,茶梅花香的主要释放部位为雄蕊。本研究中,茶梅品种‘冬玫瑰’内轮花瓣和雄蕊中苯乙酮和顺式-芳樟醇氧化物2种成分的相对含量均最高,而在外轮花瓣中二者的相对含量明显很低或无,茶梅品种‘冬玫瑰’的内轮花瓣主要由雄蕊瓣化发育而来,说明该品种花朵的雄蕊可能是其香气的主要释放器官。植物产生香气的部位通常为花器官的基本薄壁组织或特化的腺状表皮细胞[17],花器官对花香的释放并不取决于其组成成分的挥发特性,而取决于这些成分合成区域膜结构上的某些载体对其选择性的释放特性[13,18],但茶梅品种‘冬玫瑰’花朵香气组成成分的来源途径、亚细胞定位及相关酶活性的变化等尚不明确,有待进一步研究。

由上述研究结果可见:茶梅品种‘冬玫瑰’不同花期的香气组成成分中共有成分有13种,在不同花器官中共有成分有12种,各花期以及各花器官中均存在的共有成分有7种,其中,芳樟醇、十四烷、2,6-二叔丁基苯酚、十五烷和2,6-二叔丁基对甲苯酚的相对含量不但在各花期均较高(均在1%以上),也是盛花期各花器官中相对含量较高的共有成分,这些共有成分构成了茶梅品种‘冬玫瑰’花香气的基础成分,是茶梅品种‘冬玫瑰’整个花期花朵香气的主要成分。其中,十四烷、2,6-二叔丁基苯酚、十五烷和2,6-二叔丁基对甲苯酚4种共有成分的相对含量在外轮花瓣和雌蕊中均较高(均在3%以上),在内轮花瓣和雄蕊中均较低,从化学成分方面也佐证了茶梅品种‘冬玫瑰’的内轮花瓣与雄蕊起源相同。

综合分析结果表明:茶梅品种‘冬玫瑰’花朵中苯乙酮相对含量最高,其次为顺式-芳樟醇氧化物,二者为花朵香气的主体成分,是影响其香气表达程度的关键成分。在花朵开放过程中,各成分相对含量变化不尽相同,2种主体成分的相对含量呈现逐渐升高趋势。盛花期茶梅品种‘冬玫瑰’花朵的内轮花瓣和雄蕊是香气释放的主要部位,其香气组成成分的种类及其主体成分苯乙酮和顺式-芳樟醇氧化物的相对含量明显高于外轮花瓣和雌蕊。

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