资源冷杉与元宝山冷杉针叶精油成分的比较

段云博 朱晓珍 胡兴华 邓涛 黄仕训

摘 要：  为比较极小种群野生植物资源冷杉（Abies ziyuanensis）和元宝山冷杉（A. yuanbaoshanensis）针叶精油化学组成成分，该文利用水蒸气蒸馏法提取资源冷杉和元宝山冷杉针叶精油，采用GC-MS分析确定其精油化学物质成分，并基于峰面积归一化法计算各组分相对含量。结果表明：分别从资源冷杉和元宝山冷杉针叶精油中鉴定出化学物质21种和22种，其中15种为两种冷杉共有成分;烯烃类物质是资源冷杉和元宝山冷杉针叶精油中含量最高的组分，占比分别为95.94%和95.02%。两种冷杉共有成分中β-蒎烯、1-石竹烯、莰烯、α-石竹烯和异松油烯具有较大开发利用价值;非共有成分方面，资源冷杉中α-松油醇和α-蒎烯以及元宝山冷杉中α-依兰油烯和叶醇均具有较大开发利用价值。以上结果为开发利用两种冷杉针叶精油提供了理论依据。

关键词： 资源冷杉， 元宝山冷杉， 针叶精油， GC-MS

中图分类号：  Q946

文献标识码：  A

文章编号：  1000-3142（2020）05-0663-10

Comparison of essential oil components of needles between Abies ziyuanensis and A. yuanbaoshanensis

DUAN Yunbo， ZHU Xiaozhen， HU Xinghua*， DENG Tao， HUANG Shixun

（ Guangxi Key Laboratory of Plant Conservation and Restoration Ecology in Karst Terrain， Guangxi Institute of Botany， Guangxi Zhuang Autonomous Region and Chinese Academy of Sciences， Guilin 541006， Guangxi， China ）

Abstract：  In order to compare the chemical constituents of essential oil of needles from Abies ziyuanensis and A. yuanbaoshanensis， essential oil of needles were extracted by steam distillation， and were determined by GC-MS analysis. The relative content of each component was calculated based on the peak area normalization method. The results were as follows： 21 and 22 kinds of chemical substances were identified in the essential oil of needles from A. ziyuanensis and A. yuanbaoshanensis， respectively， among which 15 kinds of chemical substances were the common components of these two firs; The olefinic substances were the highest content in essential oil of needles from both A. ziyuanensis and A. yuanbaoshanensis， the proportion were 95.94% and 95.02%， respectively. Among the common components of these two firs， β-Pinene， l-Caryophyllene， Camphene， α-Caryophyllene and Terpinolene have high development and utilization values; in terms of non-common components， α-Terpineol and α-Pinene in A. ziyuanensis， α-Muurolene and leaf alcohol in A. yuanbaoshanensis both had great development and utilization values. This study provides a theoretical basis for the development and utilization of these two firs.

Key words： Abies ziyuanensis， A. yuanbaoshanensis， essential oils of needles， GC-MS

冷杉屬（Abies）隶属于裸子植物门松柏纲松杉目松科（陈旭，2013），是北半球阴暗针叶林的优势种和建群种，全球共有52种1亚种12变种，由于该属植物对生长环境条件要求严格以及第四纪冰川的影响，孑遗和特有现象十分突出（向小果等，2006）。资源冷杉（Abies ziyuanensis）为20世纪70年代末发现的松科冷杉属新种（傅立国等，1980），是我国特有珍稀树种，局限分布于广西资源县银竹老山和湖南新宁县舜皇山等地（宁世江和唐润琴，2005），在《国家重点保护野生植物名录》中被列为一级保护植物（苏何玲和唐绍清，2004;张玉荣，2009）。元宝山冷杉（A. yuanbaoshanensis）为松科冷杉属常绿针叶乔木，是首批国家一级保护濒危植物（傅立国，1992），全球仅分布于广西融水县元宝山，被誉为研究我国第四纪冰川时期植物区系与气候变迁的“植物活化石”（于永福，1999）。资源冷杉和元宝山冷杉均为古老的松科树种，具有巨大的研究价值。

针叶精油是以自然界中松针植物的新鲜叶片为原料，经水蒸气蒸馏法、压榨法或溶剂萃取法制取的一类能被嗅觉嗅出气味或味觉品出香味的天然化合物，一般呈无色或淡黄色液体（郝金伟等，2018），具有抗氧化（Gupta et al.， 2011; Dall′Acqua et al.， 2012; Tümen et al.， 2017）、抗菌（Lee & Hong， 2009; 胡文杰和高捍东，2014;尹有干，2014）、抗病毒（王杰等，2015）、抗肿瘤（Yang et al.， 2011; Lavoie et al.， 2012;Wang et al.， 2012）、抗癌（Ouyang et al.， 2011; Chen et al.， 2014; Ren et al.， 2018; Qiu et al.， 2018）、降血糖（Joo et al.， 2013）和消炎止痛（Yang et al.，  2010; Xia et al.， 2012; 郝金伟等，2018）的功能。松针精油对松墨天牛（Monochamus alternatus）具有诱集作用且效果显著（刘桂林等，2015）。针叶精油天然提取物广泛应用于制作药品、香精、香料和化妆品等（陈英等，2012）。樊金拴等（1998）利用冷杉精油测定对不同细菌的抑菌效果，发现效果显著，认为冷杉针叶精油除可作为香料添加剂外，还是非常好的天然抑菌剂，可以直接作为油性抑菌剂应用。

针叶精油的广泛用途已被证实，冷杉作为针叶树主要组成类群之一，其针叶精油亦报道具有医学和香料等方面重要使用价值。不过，植物精油混合了多种结构和功能各异的化学物质，为充分挖掘植物精油的利用价值，并实现安全使用，非常有必要对植物精油进行精确的化学成分分析。虽然国内外许多学者对针叶精油的化学成分做了大量研究，但资源冷杉和元宝山冷杉针叶精油的化学成分尚未得到分析。本文利用水蒸气蒸馏法提取资源冷杉和元宝山冷杉针叶精油，并采用GC-MS检测两种精油的化学成分，经进一步对比分析来明确此两种精油的化学成分，为其深入开发利用奠定重要基础。

1 材料与方法

1.1 样品采集

2016年10月，资源冷杉和元宝山冷杉针叶样品分别采自广西资源县银竹老山资源冷杉国家级自然保护区（110.56 °E， 26.25 °N）和广西融水县元宝山国家级自然保护区（109.17°E， 25.40°N）。采样时，分别选取3株树龄约120年的冷杉植株采集针叶样品，样品放入泡沫冰盒内，以冰袋保鲜，当日运回实验室制样。

1.2 针叶精油的提取

按照胡文杰和高捍东（2014）的方法并在其基础上进行适当优化和改进。把新鲜针叶样品剪碎，称取250 g置于1 000 mL圆底烧瓶中，加入500 mL蒸馏水，连接精油提取蒸馏装置，蒸馏提取3 h，静置后油水分层，所得针叶精油为淡黄色油状物，先用乙醚（分析纯）溶解后，再用无水硫酸钠（分析纯）干燥，密封后避光冷藏备用。

1.3 分析样品的制备

将资源冷杉各样品的针叶精油用移液枪等量吸取后混合均匀，作为GC-MS检测的待测样品;按同一方法制备元宝山冷杉的待測样品。

1.4 实验仪器

GC-MS分析仪（7890A-5975C型，美国Agilent公司）。

1.5 针叶精油的气相色谱与质谱分析

GC条件：色谱柱为弹性石英毛细管柱HP-5MS（30 m × 0.25 mm × 0.25 μm）。升温程序：初始温度为40 ℃，保温3 min后先以5 ℃·min-1升温到160 ℃，并保持3 min，再以10 ℃·min-1升温到240 ℃，保温3 min。载气为高纯度氦气（99.999%），载气流量为1.0 mL·min-1，进样量为2.0 μL。

MS条件：电子电离方式，灯丝电流为0.6 mA，电子能70 eV，离子源温度230 ℃，接口温度280 ℃，四级杆温度150 ℃，质量扫描范围m/z为35～450，溶剂延迟时间4 min。

与Nist标准谱库对照选择相似度大于80.00%的结果并结合文献检索以及人工解析等方法，鉴定针叶精油的各种有效成分，采用峰面积归一化法计算各成分的相对含量（%），将相对含量>1.00%的物质视为主要成分。

1.6 统计分析

采用Jaccard法比较资源冷杉和元宝山冷杉针叶精油挥发性物质的相似性，利用SPSS21.0软件（IBM， Chicago， USA）进行数据计算与分析。

计算公式：Jaccard相似性系数（q）=c/（a+b-c）。

式中： q为相似性系数（当0≤q≤0.25时，两种冷杉精油挥发性物质极不相似;当0.25

2 结果与分析

2.1 资源冷杉和元宝山冷杉针叶精油提取率

经水蒸气蒸馏法提取，资源冷杉和元宝山冷杉精油提取率分别为0.87%和1.07%（表1），两种冷杉的精油提取率均较低。

2.2 资源冷杉和元宝山冷杉针叶精油GC-MS分析

在GC-MS检测中，两种冷杉的精油化学物质总离子流图基本相似，谱峰集中出现于3个时间段，即第4至第11分钟、第18至第23分钟和第25至第26分钟，其中80%以上的谱峰出现在前两个时间段（图1）。经检索分析，资源冷杉针叶精油中共鉴定出21种化学物质，其中含量最高的化学成分是左旋α-蒎烯（32.39%）;元宝山冷杉针叶精油中共鉴定出22种化学物质，其中含量最高的为β-侧柏烯（17.78%）。

2.3 资源冷杉和元宝山冷杉共有的针叶精油成分

两种冷杉针叶精油中，有2，3-二甲基-降冰片烯、三环萜、左旋α-蒎烯、莰烯和β-蒎烯等15种共有成分。其中，共有成分含量分别占资源冷杉和元宝山冷杉精油总量的84.40%和92.19%（表3）。

2.4 资源冷杉和元宝山冷杉独有的针叶精油成分

资源冷杉针叶精油中，存在甲氧基乙醛、D-柠檬烯和α-松油醇等6种独有成分，这些化学物质在元宝山冷杉针叶精油中没有鉴定出，且它们占资源冷杉针叶精油的15.60%; 元宝山冷杉针叶精油中有叶醇、α-水芹烯和右旋大根香叶烯等7种化学物质在资源冷杉针叶精油中不存在，它们占元宝山冷杉针叶精油的7.80%（表4）。

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2.5 资源冷杉和元宝山冷杉针叶精油各类化学组分

资源冷杉针叶精油主要由烯烃类、醛类、醇类和萜类四大类组成，其中烯烃类物质含量最多（为95.94%），醛类物质为2.57%，醇类物质为0.75%，萜类物质为0.74%;元宝山冷杉针叶精油主要由烯烃类、醇类、萘类和萜类四大类组成，其中烯烃类物质含量最多（为95.02%），醇类物质为2.72%，萘类物质为1.30%，萜类物质为0.96%（图2）。

2.6 资源冷杉与元宝山冷杉针叶精油挥发性物质成分的相似性

由表5可知，资源冷杉与元宝山冷杉针叶精油总挥发性物质成分相似性系数q=0.54，为中等相似;烯烃类物质成分相似性系数q=0.64，也为中等相似;萜类物质成分相似性系数q=1.00，达到极相似水平。

3 讨论与结论

3.1 精油含量的变化

针叶精油的提取方法有超临界CO2流体萃取法（程滿环和兰艳素，2016）和水蒸气蒸馏法（岳金方等，2018）等，不同的提取方法对针叶精油的含量有一定影响。国内曾经有学者对巴山冷杉（Abies fargesii）和秦岭冷杉（A. chensiensis）的枝叶精油进行研究，结果两种冷杉枝叶的精油含量分别为1.84%和1.74%，且在该项研究中发现两种冷杉枝叶精油含量均随叶龄的增大而增加，随枝龄的增大而减少（樊金拴，1998）;也有学者提出同一生长期内巴山冷杉黄叶的精油含量远远大于绿叶（李国胜，2005）;伍艳梅和樊金拴（2006a， b）对巴山冷杉的研究表明，三年生针叶和枝条精油含量最高且相互之间差异显著，同一树龄的冷杉针叶精油含量远远高于枝条;本研究中，资源冷杉和元宝山冷杉的针叶精油提取率分别为0.87%和1.07%，与巴山冷杉和秦岭冷杉相比精油含量较少，本文中资源冷杉和元宝山冷杉所处纬度相比于其他冷杉较低，几乎处于冷杉属植物存活的极限纬度，因此认为生长纬度的高低可能是精油含量变化的因素之一。

3.2 精油组成成分的变化

据报道延边地区臭冷杉（Abies nephrolepis）针叶精油包含25种化合物，且主要成分为柠檬烯、莰烯、乙酸龙脑酯、α-蒎烯和β-蒎烯等（徐永红等，1994），其后又有学者研究发现小兴安岭地区臭冷杉针叶精油有63种成分，且主要成分为醋酸龙脑酯、龙脑、α-红没药醇和柠檬烯等（任恒鑫等，2012），推测可能为地区差异所致;但又有文献记载臭冷杉枝皮精油鉴定出21种成分，占精油总量的98.01%，其中主要成分为柠檬烯（40.12%）、α-蒎烯（14.55%）、乙酸龙脑酯（9.73%）和莰烯（9.31%）等（姜子涛和李荣，1988），说明不同部位的精油所含物质成分也不同。无独有偶，有学者发现巴山冷杉针叶精油和巴山冷杉树脂挥发油的组成成分不同， 针叶精油鉴定出43种成分， 而树脂挥发油只鉴定出29种组分（樊金拴和王性炎，1992a， b），说明同一树种但精油提取部位不同其组成成分也不同，这一观点与后人在测定臭冷杉挥发油中柠檬烯和醋酸龙脑酯的含量时观点一致（任恒鑫等，2018）。在研究黄山松（Pinus taiwanensis）松针挥发油时，有学者通过两种不同方法从黄山松松针挥发油鉴定出104种成分，其中水蒸气蒸馏法鉴定出68种，占挥发油总量的91.33%，而超临界提取法鉴定出65种，占挥发油总量的72.81%（程满环和兰艳素，2016），说明不同的精油提取方法得出的物质种类也不同。

3.3 与其他中国特有冷杉针叶精油化学成分比较

本研究中，资源冷杉中鉴定出21种化学成分，其中左旋α-蒎烯（32.39%）和1-石竹烯（16.74%）含量较大，元宝山冷杉中鉴定出22种化学成分，其中β-侧柏烯（17.78%）、β-蒎烯（14.19%）和左旋α-蒎烯（13.24%）含量较大。前人利用水蒸气蒸馏法提取岷江冷杉（Abies faxoniana）针叶精油并经GC-MS分析后初步鉴定出50种化合物，其中主要成分是柠檬烯（41.35%）、α-蒎烯（22.31%）和莰烯（17.87%）等物质（黄远征等，1988），而在本研究中资源冷杉和元宝山冷杉均未检测出柠檬烯，且α-蒎烯在元宝山冷杉中也未检测出，虽然在资源冷杉中检测有该物质，但含量较少，资源冷杉和元宝山冷杉中虽然均检测出莰烯，但含量没有岷江冷杉高。另据文献报道用水蒸气蒸馏法提取川滇冷杉（Abies forrestii）的针叶精油，经GC-MS分析鉴定出46种成分，由多种萜烯类化合物组成，其中含量较大的为α-蒎烯、β-蒎烯和柠檬烯等（林文彬等，1998），本研究中元宝山冷杉针叶精油β-蒎烯含量也较大。

3.4 两种冷杉针叶精油的开发价值

本研究中，资源冷杉针叶精油主要分为烯烃类、醛类、醇类和萜类四大类，其中烯烃类物质含量最多，达到95.94%;元宝山冷杉针叶精油主要分为烯烃类、醇类、萘类和萜类四大类，其中烯烃类物质含量最多，达到95.02%。前人研究表明β-蒎烯是合成香料的重要原料，在工业上最主要的作用是热裂解制备高纯度月桂烯（付玉嫔等，2008;徐丽珊等，2016）;还有研究表明1-石竹烯可以用于食用香精的调配，如丁香、胡椒等，而且对皮肤炎症及消化系统溃疡有较好疗效，此外还具有一定平喘作用，是治疗老年人慢性支气管炎的有效成分之一（张兰胜等，2009）;有文献记载莰烯经常被用作有机合成原料，可以合成樟脑、香料、硫氰酸和农药等，而且在分析化学中也被用作化学试剂（岳金方等，2018）;据报道α-石竹烯已经作为国家允许的食用香料且目前主要用于配置精油仿制品和定香剂等产品（胡文杰等，2017）;在两种冷杉中β-蒎烯、1-石竹烯、莰烯和α-石竹烯的含量均较高，故推测该两种冷杉针叶将有较大利用率。有学者指出异松油烯经常被用作进行光加成反应生成单萜化合物的原料，且应用效果显著（岳金方等，2016），虽在两种冷杉中异松油烯的含量较低，但其应用前景很大，故本文认为会有非常高的应用价值。

Larsen（1998）研究表明α-依兰油烯既可以制作香料同时又可以当做药用成分;岳金方等（2018）报道叶醇具有强烈的新鲜叶草香气，可以用于合成香料，并且属于清香型名贵香料，虽仅于元宝山冷杉针叶精油中发现α-依兰油烯和叶醇，但含量可观，本文推测将有较高利用价值。岳金方等（2016）研究表明α-松油醇在工业中不仅可以制作香精，甚至还可以当做医药、农药、肥皂和塑料等产品的原材料，曾明等（2007）研究表明用α-松油醇制成的气雾剂用于空气消毒杀菌，平喘作用较强，对豚鼠气管平滑肌松弛作用也强于艾叶油，临床效果显著;前人研究指出α-蒎烯具有非常好的生物學活性以及独特的反应多样性，是合成樟脑、冰片、松油醇、香料和树脂等化工产品的重要原材料，还具有抗肿瘤活性、抗炎和抑菌等作用（Wang et al.， 2013; 廖圣良等，2014;Zhang et al.， 2014），虽仅在资源冷杉针叶精油发现α-松油醇和α-蒎烯，且含量不多，但两种成分在工业和医学领域都具有十分重要的作用，故本文认为将具有较大开发利用价值。

综上所述，资源冷杉和元宝山冷杉的针叶精油虽然含有利用价值较大的化学成分，但可从其他冷杉中提取到相同或相似的替代品，有鉴于此，笔者建议不应盲目开发利用这两种冷杉的精油资源，而应加强这两种冷杉的种质资源保护，研究其种群恢复的方法，以促进它们尽早脱离濒危状态。

本文通过用水蒸气蒸馏和GC-MS联用仪分析后，资源冷杉针叶精油中鉴定出21种化合物，元宝山冷杉针叶精油中鉴定出22种化合物，两种冷杉针叶精油共有成分为15种化合物。两种冷杉共有成分中β-蒎烯、1-石竹烯、莰烯、α-石竹烯和异松油烯具有较大开发利用价值;非共有成分方面，资源冷杉中α-松油醇和α-蒎烯以及元宝山冷杉中α-依兰油烯和叶醇均具有较大开发利用价值。

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（责任编辑 蒋巧媛）