铁皮石斛和重唇石斛及其杂交子代花的挥发性成分分析
2022-08-18颜沛沛周建金叶炜江金兰王培育
颜沛沛, 周建金, 叶炜, 江金兰, 王培育
铁皮石斛和重唇石斛及其杂交子代花的挥发性成分分析
颜沛沛, 周建金, 叶炜, 江金兰*, 王培育
(三明市农业科学研究院,福建 三明 365000)
为阐明铁皮石斛和重唇石斛及其杂交后代14L-3、14L-6、14L-7和14L-9花挥发性成分的变化,采用静态顶空气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术对石斛花进行检测。结果表明,从石斛花中检测出81种挥发性成分,包括烯、酮、醛、烷几大类, 铁皮石斛、重唇石斛、14L-3、14L-6、14L-7和14L-9分别有23、12、21、33、23和35种。铁皮石斛花的主成分是-蒎烯, 重唇石斛花是2-十五烷酮,4个子代花中均含有这2种来自亲本的特征成分,-蒎烯是子代共同的主成分。亲本和子代石斛花共有成分是正己醛。子代14L-3、14L-6、14L-9均与母本铁皮石斛相似性高,相似性以14L-3>14L-6>14L-9,与父本差异性大。14L-7与亲本相似度最均衡。这为石斛育种研究提供了指导。
石斛;花;挥发性成分;正己醛;-蒎烯;2-十五烷酮
石斛是兰科(Orchidaceae)石斛属()多年生附生草本植物,是我国传统名贵药材,在我国南方各省均有分布,主要用于阴伤津亏、口干烦渴、食少干呕、病后虚热和目暗不明等[1]。石斛自身生理性质特殊,种子没有胚乳,自然条件下难以萌发,繁殖能力低,生长缓慢,野生资源长期过度挖采,已濒临灭绝[2]。为满足市场需求,人工栽培石斛范围不断扩大,培育石斛新品种的工作也越来越重要。石斛花非石斛传统药用部位,多用于观赏或茶饮[3],其花产量较大,色彩艳丽、姿态优美, 与卡特兰(sp.)、蝴蝶兰(sp.)、文心兰(sp.)并列为世界四大观赏洋兰[4],且花中含有多种挥发油,气味清香、温和解郁,是极具观赏性和实用性的植物;现代药理学方面的研究也证实石斛花提取物具有抗炎抗氧化[5]、抗衰老[6]、改善甲亢[7]等作用的报道,可见石斛花具有广阔的开发应用前景。
铁皮石斛()是药用栽培最广泛的物种之一[8],花瓣细长呈黄绿色,多作茶饮,食用价值高;重唇石斛()生长旺盛,花色鲜艳,花型玲珑娇美,观赏价值高。本课题组以铁皮石斛为母本、重唇石斛为父本,经杂交、子代单株选择和无性繁殖选育出生长速度快、抗病虫性好、生长量高的14L-3、14L-6、14L-7和14L-9共4个株系,亲本与4个子代的花各有不同(图1),铁皮石斛萼片与花瓣细长,呈黄绿色;唇瓣中部有紫色斑纹,内部黄斑,尖端白色;药帽白色。重唇石斛萼片与花瓣椭圆,呈紫色;唇瓣白色,尖端紫色; 药帽紫色。14L-3萼片淡紫色,花瓣紫色;唇瓣边缘和中部有微紫斑纹,尖端淡紫;药帽上端紫色。14L-6萼片淡黄绿色,花瓣淡紫;唇瓣中部有淡紫斑纹,尖端锐尖;药帽上端紫色。14L-7萼片微紫,花瓣淡紫;唇瓣白色;药帽紫色。14L-9萼片微紫,花瓣淡紫;唇瓣中部有微紫斑纹;药帽上端紫色。本试验检测了2种石斛和4个子代株系花的挥发性成分,以探讨子代是否兼具亲本优势,为石斛育种提供指导,也为扩展石斛使用部位、促进石斛应用和产业化推广提供科学依据。
1 材料和方法
1.1 材料和仪器
试验用铁皮石斛()、重唇石斛()和基因型一致的4个杂交子代株系14L-3、14L-6、14L-7、14L-9,均于2021年5月采自三明市农业科学院药用植物研究所石斛大棚,选育方法见叶炜等[9]。
Agilent 5977B-7890B气相色谱/质谱联用仪, Agilent 7697A进样器(美国Agilent Technologies公司)。
图1 亲本和子代石斛花
1.2 方法
选择盛花期于上午9:00左右摘取铁皮石斛、重唇石斛和子代14L-3、14L-6、14L-7、14L-9的新鲜花朵,放入顶空瓶,检测挥发性成分,重复3次。
气相条件:Agilent 19091S-433UI: A001色谱柱(30 m×250m×0.25m);升温程序:起始温度35 ℃保持2 min,以5 ℃/min升至80 ℃,再以8 ℃/min升至200 ℃保持1 min至分析完成;进样口温度250 ℃;载气为高纯He (99.999%),流量1 mL/min,进样量1L。质谱条件:电子方式EI;电子能量70 eV;离子源温度:250 ℃;四级杆温度:150 ℃。质量扫描范围:45~550。
1.3 数据处理
通过NIST14谱库检索和人工解析图谱进行挥发性成分定性分析;根据离子流峰面积归一法计算挥发性成分的相对含量,应用Microsoft Excel整理数据,通过simca14.1建立PCA-X模型、拟合求解并分析数据关联性。
2 结果和分析
从2种石斛和4个子代株系花中共检测出81种化学成分(表1),其中铁皮石斛23种,重唇石斛12种,14L-3、14L-6、14L-7和14L-9分别有31、33、23和35种,可分为烯、酮、醛、烷几个大类(图2)。母本和子代花中均以烯类最多,铁皮石斛的烯类占化合物总数的94.73%,14L-3、14L-6、14L-7和14L-9的烯类分别占88.54%、65.44%、59.02%和71.84%,而父本重唇石斛仅含4.22%的烯类,显著低于其余5种(株系)石斛。重唇石斛花以酮类最多,占93.77%,子代14L-3、14L-6、14L-7和14L-9的酮类分别占2.75%、0.99%、22.36%和1.09%,铁皮石斛仅1.84%。除烯类、酮类外,14L-6的醇类占30.42%,14L-7的醛类13.13%,14L-9的醇类占24.12%。
81种成分中,6种(株系)石斛花中共有成分为正己醛,亲本铁皮石斛和重唇石斛花的正己醛含量分别为0.85%和1.9%,正己醛也是铁皮石斛和重唇石斛唯一共有成分;子代14L-3、14L-6、14L-7和14L-9分别含2.18%、0.84%、13.13%和0.89%正己醛,14L-7的正己醛含量显著高于亲本和姐妹株。
亲本铁皮石斛的主要成分是-蒎烯,相对含量达78.1%,重唇石斛为2-十五烷酮,相对含量达93.04%,子代14L-3、14L-6、14L-7和14L-9均含有这两种特征性成分,主要成分均为-蒎烯,相对含量分别为73.61%、54.03%、37.85%和57.13%, 2-十五烷酮含量则较少,分别为3.65%、0.78%、20.26%和0.98%。除两个特征性成分外,铁皮石斛和子代共有4个成分:双环[3.1.0]己-2-烯, 2-甲基-5-(1-甲基乙基)-、d-柠檬烯、金钟柏- 2,4(10)-二烯和桉叶油醇;重唇石斛和子代只共有1个成分:-法尼烯。且重唇石斛中相对含量大于2%的成分只有2-十五烷酮,其余均小于2%,铁皮石斛中相对含量大于2%的成分有5种,14L-3有6种、14L-6有6种、14L-7有9种、14L-9有6种。母本铁皮石斛与父本重唇石斛花的香气成分呈负相关,铁皮石斛与子代的均呈正相关,而重唇石斛与14L-6、14L-9也呈负相关; 子代与铁皮石斛香气成分的相关系数均大于其与重唇石斛,子代与铁皮石斛的相关系数为14L-3>14L- 6>14L-7>14L-9,与重唇石斛为14L-7>14L-3>14L-9>14L-6。从图3可见,2为0.612,说明模型拟合度较好,2为0.209,预测程度较低。可见子代14L- 3、14L-6和14L-9间较为相近,均与铁皮石斛相近,与重唇石斛距离较远,与14L-7也较远;14L-3与铁皮石斛最相近,14L-7则与亲本距离最均衡。
表1 石斛花的挥发性成分
续表(Continued)
续表(Continued)
-: 未测出。DO: 铁皮石斛; DH: 重唇石斛。
-: No detected. DO:; DH:.
图2 石斛花的挥发性成分含量。DO: 铁皮石斛; DH: 重唇石斛。
图3 石斛花香成分的相关性
3 讨论
烯类化合物是植物体内重要次生代谢产物,具有调节植物生长发育、增强抵抗生物胁迫等功能[10], 还是许多药用植物的有效成分,具有抗炎[11]、抗肿瘤[12]的作用,此外d-柠檬烯可抗心律失常[13], 月桂烯具有镇痛作用[14],-榄香烯、-萜品烯等均具有抑菌[15]、抗氧化[16]等作用。本试验中,母本铁皮石斛和子代花中都是烯类成分含量较高,子代14L-3、14L-6、14L-7和14L-9分别含有88.54%、65.44%、59.02%和71.84%的烯类成分,铁皮石斛则高达94.73%。铁皮石斛及子代14L-3、14L-6、14L-7、14L-9花中相对含量最高的都是-蒎烯,分别占78.1%、73.61%、54.03%、37.85%和57.13%。-蒎烯是单萜类化合物,存在于许多植物精油中,具有松木、针叶及树脂样的气息,结构活泼、具有良好的生物学活性,广泛应用于化学、化工等领域[17]; 自然环境中,-蒎烯可以增强植物对外界生物胁迫的抵抗能力,具有对一些害虫和病原真菌的毒杀和趋避作用[18];药理活性研究表明其有抗肿瘤[19]、细胞保护[20]、抗惊厥[21]和抗腺病毒等作用[22]。父本重唇石斛花中检测出47种挥发性成分,不包含蒎烯,相对含量最高的是2-十五烷酮,达92.62%,子代14L-3、14L-6、14L-7、14L-9中的相对含量分别为3.12%、1.07%、19.61%和1.05%。2-十五烷酮在植物中具有信息素[23]、抵抗昆虫和病原体的作用[24],在食品、化学方面则可用作调味物质,补充和增强各种食物的微辣和花香。在医药方面,2-十五烷酮具有抗菌、促进伤口闭合、胶原沉积和成纤维细胞增殖等活性[25];在病理研究中亦可用作挥发性生物标记跟踪病理途径[26]。-蒎烯和2-十五烷酮这2种特征成分也影响了子代与亲本的亲近关系,14L-3、14L-6、14L-9与铁皮石斛的相似,14L-3距离铁皮石斛最近,与铁皮石斛相似性最高,14L-7则相对均衡。除这2种主要成分外,2种石斛和4个子代株系花中的共有成分只有正己醛,正己醛是许多植物的主要挥发性物质,一般作为食品香料和橡胶、树脂、杀虫剂的有机合成[27–28], 是美国食品和药物管理局和GB 2760—2014《食品添加剂使用标准》批准使用的食品添加剂[27]。14L-3、14L-6和14L-9中含量较高的桉叶油醇可用于调控昆虫产卵、控制害虫危害[29]。14L-3、14L-7中含有的-法呢烯则在植物防御中发挥重要的作用,是虫害诱导挥发物的主要成分之一[30]。14L-6中的-松油醇在工业上可作为调香物、浮选剂等,还具有抑菌[31]、化感等作用[32]。
不同种类石斛花的挥发性成分差异显著,曹桦等[33]报道兜唇石斛()、金钗石斛()、铁皮石斛和美花石斛()的挥发性成分中的特征成分分别是乙酸异辛酯、-石竹烯、-蒎烯、乙酸异辛酯,与本试验结果相似。王元成等[34]报道细叶石斛()和翅梗石斛()赋香成分的特征成分是罗勒烯和-石竹烯。不同提取方法对同种石斛花挥发性物质也有很大影响,宋小蒙等[35]分别采用顶空固相微萃取和水蒸气蒸馏法提取金钗石斛花的挥发性成分,特征性成分分别是柠檬烯和亚油酸。李文静等[36]采用水蒸气蒸馏法提取铁皮石斛花中的挥发性成分,主要成分是壬酸甘油二酯。而霍昕等[37]利用有机溶剂-水蒸气蒸馏法提取铁皮石斛花挥发油,主要成分是壬醛。可见不同提取方法对挥发性物质成分有很大影响。本试验采用静态顶空气相色谱-质谱联用技术分析2种石斛及其子代花的挥发性成分,减少了提取过程对挥发性物质的影响,使检测结果更接近事实,结果表明14L-3与母本铁皮石斛相近,14L-7与亲本相似性较均衡,这对石斛杂交子代的选育和推广应用具有指导意义。
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Volatile Components in Flowers of,and Their Hybrids
YAN Peipei, ZHOU Jianjin, YE Wei, JIANG Jinlan*, WANG Peiyu
(Sanming Academy of Agricultural Sciences,Sanming 365000, Fujian, China)
To clarify the changes in volatile components of,and their hybrid strains (14L-3, 14L-6, 14L-7 and 14L-9), their flowers were detected by static headspace combined with gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) technology. The results showed that there were 81 volatile components detected, including olefins, ketones, aldehydes, and alkanes. Among them, there are 23 compounds in, 12 in, 21 in 14L-3, 33 in14L-6, 23 in 14L-7, and 35 in 14L-9. The main component inflower was-pinene, and that inwas 2-pentadecanone.-Pinene was the main component common in the four hybrids. The parents and hybrids contain hexanal. The hybrids 14L-3, 14L-6, and 14L-9 had high similarity with the female parentin the order of 14L-3>14L-6>14L-9, they are quite different from the male parent. 14L-7 has the most balanced similarity with the parents. Therefore, these would provide guidance for breeding of.
; Flower; Volatile component; Hexanal;-Pinene; 2-Pentadecanone
10.11926/jtsb.4488
2021-07-26
2021-10-29
国家自然科学基金项目(31501802); 福建省自然科学基金项目(2017J01153); 三明市科技专项(2020-N-6)资助
This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 31501802); the Project for Natural Science in Fujian (Grant No. 2017J01153); and the Project for Science and Technology in Sanming City (Grant No. 2020-N-6).
颜沛沛(1989生),女,硕士,助理研究员,从事药用植物生理与化学研究。E-mail: woshiyanpeipei@126.com
E-mail: 420465520@qq.com