鄭寶強 王 雁 郭 欣 趙志國 任建武

(國家林業(yè)局林木培育重點實驗室(中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所)，北京，100091) (北京林業(yè)大學(xué))

卡特蘭，蘭科(Orchideceae)、樹蘭族(Epidendreae)，又名卡多利亞蘭、卡多麗雅蘭、卡得利亞蘭、嘉德麗雅蘭［1］15。與文心蘭(Oncidium)、蝴蝶蘭(Phalaenopsis)和石斛蘭(Dendrobium)被列為世界四大觀賞洋蘭，有“洋蘭之王”之稱［2］。卡特蘭不僅本屬內(nèi)容易雜交，與近緣屬也成功進行了屬間雜交，形成了龐大的卡特蘭家族，現(xiàn)在以卡特蘭為直接親本的雜交種已達35 933 個［3］。

香氣成分是構(gòu)成和影響花卉觀賞價值的主要因子之一，也體現(xiàn)種類和品種的差異性，香氣物質(zhì)研究對評價觀賞品質(zhì)、進行香氣品種育種具有重要意義。目前，研究蘭花的香氣成分和培育具有芳香氣味的蘭花品種是國際上的重要趨勢，國內(nèi)外已經(jīng)分別對杓蘭(Cypripedium)［4］、蝴蝶蘭［5－6］、石斛蘭［7］、文心蘭［8－9］、奇唇蘭(Stanhopea insignis)［10］、環(huán)毛蘭(Cyclopogon elatus)［11］、紅門蘭(Orchis mascula)［12］等蘭科植物的香氣成分、產(chǎn)生部位以及形成機理進行了研究，并不斷有各種新的香氣物質(zhì)被檢測出來。但關(guān)于卡特蘭香氣成分的研究尚未見到相關(guān)報道?？ㄌ靥m‘Gleneyrie’s Green Giant’，簡稱‘3G’，其母本是黃綠花的Rhyncholaeliocattleya Fortune，父本是綠花原種Rhyncholaelia digbyana。‘3G’是目前國際上綠花卡特蘭的代表，其不僅有完全綠色的花朵，而且有著迷人的香氣，國際蘭花的權(quán)威機構(gòu)——美國蘭花協(xié)會(American Orchid Society，簡稱AOS)對其多次審查授獎，多次獲得FCC(First Class Certificate，金牌獎)的最高榮譽，在國際上有極高的評價［1］212。每種花卉均具有有別于其他種類的特征香氣。特征香氣是由幾種香氣閾值較低、質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的芳香物質(zhì)成分在花朵開放過程中逐步形成的，通過研究香氣成分在花朵開放過程的動態(tài)變化，可以確定特征香氣成分及其影響因素。本研究采用固相微萃取和GC/MS 聯(lián)用技術(shù)對雜種卡特蘭‘3G’不同花期的揮發(fā)性香氣成分及質(zhì)量分?jǐn)?shù)進行分析測定，明確了卡特蘭花朵發(fā)育過程中的香味組分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化，對研究卡特蘭香氣形成機制以及進行芳香品種的育種提供了一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

試驗在中國林業(yè)科學(xué)研究院科研溫室中進行，試驗品種為雜種卡特蘭‘3G’。將卡特蘭的釋香過程分為4 個階段，即花蕾期、始花期、盛花期和衰落期;同種環(huán)境條件下選擇生長、開花正常的5 株苗，每個處理均稱取3 g 花瓣，采后30 min 內(nèi)進行揮發(fā)性物質(zhì)的測定。

卡特蘭揮發(fā)性物質(zhì)的測定:將晴天10:00—14:00 采集的樣品置于玻璃瓶中，采用固相微萃取法，40 ℃下，65 μm PDMS/DVB 萃取頭萃取30 min進樣。以美國Agilent 6890N 氣相色譜儀5975B 質(zhì)譜儀分析，色譜柱為30 m ×0.25 mm ×0.25 μm HP－5MS 石英毛細(xì)管柱。GC/MS 條件為:電離方式為EI，電子能量為70 eV，進樣口溫度為250 ℃，柱溫35℃保持2 min，以5 ℃·min－1升至80 ℃，再以8 ℃·min－1升至180 ℃，再以8 ℃·min－1升至250 ℃;四級桿溫度為150 ℃，離子源溫度為230 ℃，接口溫度為280 ℃;掃描質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為30 ～500 amu。成分根據(jù)質(zhì)譜數(shù)據(jù)和GC/MS 氣質(zhì)聯(lián)用儀標(biāo)準(zhǔn)圖譜數(shù)據(jù)庫的檢索結(jié)果定性;根據(jù)離子流峰面積歸一化法計算各組分在總揮發(fā)物中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

香氣的感官測定:取4 個花期的卡特蘭各5 盆，分別放到環(huán)境條件一致的房間，30 min 后對花香進行感官鑒定。將香氣濃度分為5 個等級［13］，0、0.5、1.0、1.5、2.0，等級越高，香氣濃度越大。根據(jù)卡特蘭開放過程中的嗅覺感官評定不同花期的香氣濃度并確定其香氣濃度指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 雜種卡特蘭‘3G’不同花期香氣成分的變化

從雜種卡特蘭‘3G’花朵中共檢測到156 種揮發(fā)性物質(zhì)，不同花期所檢測出的香氣成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)有較大差異(圖1)。其中在花蕾期檢測到59 種揮發(fā)性物質(zhì)，癸烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為62.260%;在始花期檢測出58 種揮發(fā)性物質(zhì)，主要以甲苯為主，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.820%，其次含有9.330%的1－辛烯和6.860%的α－蒎烯;在盛花期檢測出79 種揮發(fā)性物質(zhì)，在4 個時期組成最為復(fù)雜，其中3，7－二甲基－1，6－ 辛二烯－ 3－ 醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為30.150%，其次是3，7－ 二甲基－1，3，6－ 辛三烯，為16.630%;在衰敗期檢測到53 種揮發(fā)性物質(zhì)，壬烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為59.670%。香氣組分中質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高(＞1%)的化合物名稱和質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表1。

圖1 不同發(fā)育時期雜種卡特蘭‘3G’花朵香氣成分的GC－MS 總離子圖

2.2 不同花期揮發(fā)性香氣類別與質(zhì)量分?jǐn)?shù)

將卡特蘭的香氣成分劃分為烯類、醇類、醛酮類、烷烴類、苯類和其他(包括酯類、萘類和酚類等)共6 類，4 個花期階段6 類化合物的組分及質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化如表2所示。由表2可知，雜種卡特蘭‘3G’在花蕾期以烷烴類化合物為主，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為79.73%;在始花期，主要以烯類和苯類化合物為主，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為29.19%和44.39%;進入盛花期后，主要以醇類、烯類和烷烴類化合物為主，其中醇類質(zhì)量分?jǐn)?shù)為39.77%，烯類和烷烴類質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為20%左右;在衰敗期，主要以烷烴類化合物為主，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為76.73%。

2.3 花朵不同發(fā)育期的特征香氣成分

花蕾期至盛花期，隨著花朵的開放，花香逐漸釋放，2－戊醇、3，7－二甲基－1，3，6－辛三烯、3，7－二甲基－1，6－辛二烯－3－醇、(R)－3，7－二甲基－6－辛烯醇、E，E－2，6－二甲基－1，3，5，7－辛四烯等化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都較高，而且都是在盛花期達到最高，因此，以上幾種可能為雜種卡特蘭‘3G’的特征香氣;癸烷、甲苯、1－辛烯、α－蒎烯等化合物雖然在花蕾期或初花期有較高的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但是在盛花期卻急劇下降，也許它們對花香的釋放有貢獻，但并不是雜種卡特蘭‘3G’的特征香氣。在衰敗期，壬烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)雖然占主要，但此時花香已逐漸變淡，因此，壬烷不可能是雜種卡特蘭‘3G’的特征香氣。

表1 雜種卡特蘭‘3G’釋香過程中的主要香氣成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化

表2 雜種卡特蘭‘3G’不同花期揮發(fā)性香氣類別及其質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

2.4 卡特蘭香氣成分的感官評定結(jié)果

不同花期的卡特蘭香氣感官評定結(jié)果及香氣濃度指數(shù)見表3。結(jié)果表明，雜種卡特蘭‘3G’在花蕾期基本沒有香氣，初花期時有淡淡的香氣，至盛花期花朵香氣最為濃郁，隨著開放時間的延長，花香逐漸變淡。

表3 雜種卡特蘭‘3G’的香氣感官評定結(jié)果及香氣濃度指數(shù)

3 結(jié)束語

蘭科植物是被子植物門中最大、最具多樣性的科［14］。香味對蘭科植物的生存至關(guān)重要，是長期進化的產(chǎn)物，不同的蘭科植物具有不同的香氣以吸引不同的授粉昆蟲，以保證授粉的成功，而且這些香氣物質(zhì)還可以防止自然界食草動物的入侵［15］。石斛蘭［7］的特征香氣主要以烯類、醇類、醛類化合物為主;文心蘭［9］和蝴蝶蘭［6］的特征香氣主要以烯醇類化合物為主;杓蘭［5］和紅門蘭［12］的香氣中則主要有類萜、苯類化合物、脂肪酸芳香化合物，奇唇蘭［10］和環(huán)毛蘭［11］的特征香氣分別是苯甲醇和反式4，8－二甲基－1，3，7－壬三烯。對雜種卡特蘭‘3G’的香氣成分分析結(jié)果表明，其香氣成分主要以醇類和烯類為主。

雜種卡特蘭‘3G’花朵中雖然含有多種芳香物質(zhì)成分，但不是每種芳香物質(zhì)成分都很重要，在衡量某一揮發(fā)性組分的作用時既要考慮其實際濃度，又要考慮其閾值濃度［16－18］，同時還要結(jié)合感官評價確定其典型香氣出現(xiàn)的時間，只有在其典型香氣出現(xiàn)階段，具有較高香氣值(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/香氣閾值)的成分才構(gòu)成樣品的特征香氣。雜種卡特蘭‘3G’在盛花期香氣最為濃郁，利用GC/MS 技術(shù)分析出2－戊醇、3，7－二甲基－1，3，6－辛三烯、3，7－二甲基－1，6－辛二烯－3－醇、(R)－3，7－二甲基－6－辛烯醇是其主體香氣成分。研究表明，烯類和烯醇類化合物閾值非常低［19－21］，因此，可以把3，7－二甲基－1，3，6－辛三烯、3，7－二甲基－1，6－辛二烯－3－醇(芳樟醇)、(R)－3，7－二甲基－6－辛烯醇(香茅醇)列為特征香氣;2－戊醇嗅感閥值稍高［22］，質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對較低，所以2－戊醇對特征香氣的貢獻不大，不列為卡特蘭的特征香氣。另外，在雜種卡特蘭‘3G’的盛花期還檢測出質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高而其他3 個時期都沒有的2，6－二甲基－1，3，5，7－辛四烯，但其香氣閾值和香氣類型未曾報道，是否為卡特蘭的特征香氣物質(zhì)需要進一步確認(rèn)。

3，7－二甲基－1，3，6－辛三烯具有的橙花油氣味，同時也是文心蘭［7－8］的特征香氣;3，7－二甲基－1，6－辛二烯－3－醇(芳樟醇)具有強烈的鈴蘭香氣，并有木香香調(diào)，是蝴蝶蘭［5－6］和香水文心蘭［8］的特征香氣成分;(R)－3，7－二甲基－6－辛烯醇(香茅醇)具有甜味的類似于玫瑰花的香氣［20］，是蜜柑［23－24］和芒果［25］的特征香氣;由于各種香氣組成成分的存在，形成了雜種卡特蘭‘3G’的獨特的具有香甜氣味的香氣。

［1］ 王雁，陳振皇，鄭寶強，等.卡特蘭［M］.北京:中國林業(yè)出版社，2012.

［2］ Chadwick A A，Arthur E C.The classic cattleyas［M］.Portland:Timber Press，2006，147.

［3］ 鄭寶強，王雁，彭鎮(zhèn)華，等.雜種卡特蘭花粉萌發(fā)和花粉貯藏性研究［J］.熱帶亞熱帶植物學(xué)報，2012，20(1):13－18.

［4］ Barkman T J，Beaman J H，Gage D A.Floral fragrance variation in Cypripedium:Implications for evolutionary and ecological studies［J］.Phytochemistry，1999，44(5):875－882.

［5］ 楊淑珍，范燕萍.蝴蝶蘭2 個品種揮發(fā)性成分差異性分析［J］.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008，29(1):114－117.

［6］ Hsiao Y Y，Tsai W C，Kuoh C S，et al.Comparison of transcripts in Phalaenopsis bellina and Phalaenopsis equestris (Orchidaceae)flowers to deduce monoterpene biosynthesis pathway［J］.BMC Plant Biology，2006，6(14):1－14.

［7］ 張 瑩，王 雁，李振堅.不同石斛蘭香氣成分的GC－ MS 分析［J］.廣西植物，2011，31(3):422－426.

［8］ 張瑩，李辛雷，陳 勝，等.三種文心蘭揮發(fā)性成分的比較［J］.植物生理學(xué)通訊，2010，46(2):178－179.

［9］ 張瑩，李辛雷，王 雁，等.文心蘭不同花期及花朵不同部位香氣成分的變化［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，44(1):110－117

［10］ Mariza G R，Emerson R，Ubiratan F S，et al.Pollinator attraction devices (floral fragrances)of some Brazilian orchids［J］.Arkivoc，2004，6:103－111.

［11］ Wiemer A P，Moré M，Benitez-Vieyra S，et al.A simple floral fragrance and unusual osmophore structure in Cyclopogon elatus(Orchidaceae)［J］.Plant Biology，2009，11(4):506－514.

［12］ Salzmann C C，Cozzolino S，Schiestl F P.Floral scent in fooddeceptive orchids:species specificity and sources of variability［J］.Plant Biology，2007，9(6):720－729.

［13］ 謝超，王建暉，龔正禮.臘梅釋香過程中香氣成分的分析研究［J］.茶葉科學(xué)，2008，28(4):282－288.

［14］ 陳心啟，吉占和.中國蘭花全書［M］.北京:中國林業(yè)出版社，1999:1.

［15］ Shulaev V，Silverman P，Raskin I.Airborne signaling by methyl salicylate in plant pathogen resistance［J］.Nature，1997，385:718－721.

［16］ Baldwin E A，Scott J W，Shewmaker C K.Flavor trivia and tomato aroma:Biochemistry and possible mechanisms for important aroma components［J］.Hortscience，2000，35(6):1021－1031.

［17］ 劉春香，何啟偉，付明清.番茄、黃瓜的風(fēng)味物質(zhì)及研究［J］.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2003，34(2):193－198.

［18］ 張序，姜遠(yuǎn)茂，彭福田.‘紅燈’甜櫻桃果實發(fā)育進程中香氣成分的組成及其變化［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，40(6):1222－1228.

［19］ Ribéreau G，Glories Y，Maujean A，et al.Handbook of enology［M］.Hoboken:John Wiley ＆ Sons Inc.，2000:178－205.

［20］ 孫寶國.食用調(diào)香術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003:25－32，123.

［21］ López M L，Villatoro C，F(xiàn)uentes T，et al.Volatile compounds，quality parameters and consumer acceptance of‘Pink Lady’apples stored in different conditions［J］.Postharvest Biology and Technology，2007，43(1):55－66.

［22］ Salzmann C C，Cozzolino S，Schiestl F P.Floral scent in fooddeceptive orchids:species specificity and sources of variability［J］.Plant Biology，2007，9(6):720－729.

［23］ Elmaci Y，Altug T.Flavor characterization of three Mandarin cultivars (Satsuma，Bodrum，Clemantine)by using GC/MS flavor profile analysis techniques［J］.Journal of Food Quality，2005，28(4):163－170.

［24］ 喬宇，謝筆鈞，張妍，等.三種溫州蜜柑果實香氣成分的研究［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，41(5):1452－1458.

［24］ 魏長賓，邢姍姍，劉勝輝，等.紫花芒果實香氣成分的GC－MS分析［J］.食品科學(xué)，2010，31(2):220－223.