廖禎妮 鄧少華 崔 強 張海霞 徐毓?jié)?何才生 李茂娟，3

1 湖南省郴州市林業(yè)科學研究所 湖南郴州 423000

2 華南師范大學地理科學學院 廣州 510631

3 郴州市林下經濟植物資源培育與利用技術研發(fā)中心 湖南郴州 423000

4 郴州市森林環(huán)境資源開發(fā)與利用技術研發(fā)中心 湖南郴州 423000

隨著 “森林康養(yǎng)” “健康中國” “園林城市”等概念的提出， 越來越多城市綠化植物的揮發(fā)性有機物成為研究熱點[1-2]。 植物揮發(fā)物主要成分包括萜烯類、 醛酮類、 芳烴類、 烷烴類、 酯類等[3-4]，其中一些揮發(fā)性有機物成分可以鎮(zhèn)靜安神、 提高人體免疫力[5]， 還有一些能夠降低空氣中微生物的數(shù)量、 改善空氣質量[6]。 因此， 這些揮發(fā)性有機物不僅是衡量植物應用性的參照指標， 也是評價植物抗菌抑菌、 改善人體健康等功效的重要參數(shù)[7-8]。

茶梅 (Camellia sasanquaThunb.) 為山茶科山茶屬常綠冬季開花灌木或小喬木， 其花色艷麗、 花期長、 花量大， 體態(tài)優(yōu)雅、 葉形雅致， 是觀花、 賞葉俱佳的著名木本花卉； 此外， 由于適應性強、 具有一定耐蔭性， 作為林下觀賞花卉也有廣闊的應用前景[9]。 茶梅起源于中國及日本， 栽培歷史悠久，目前記載茶梅品種約500 種[10]。 近年來， 茶梅逐漸成為中國多地園林綠化應用的重要樹種， 對其研究主要集中在品種資源的收集保存、 引種栽培和應用等方面[11-13]。 當下， 觀賞功能是城市綠地植物造景、 樹種選擇的基礎要求， 而人們對兼具改善環(huán)境、 凈化空氣、 康養(yǎng)保健等功能的園林景觀樹種則更為青睞[14]。 因此， 分析茶梅自然釋放到環(huán)境中的揮發(fā)性有機物的主要化學成分及其含量，探討其生理活性以及對人體健康等方面的作用具有重要意義。

茶梅香氣宜人， 但目前茶梅產業(yè)深度開發(fā)尚有欠缺， 關于茶梅花揮發(fā)物的研究主要集中在成分鑒定與分析方面， 其中多以蒸餾 (SDE)、 頂空-固相微萃取 (HS-SPME) 為收集方法， 再結合氣質聯(lián)用 (GC-MS) 技術對所收集成分進行檢測。 吳迪迪等[13]研究發(fā)現(xiàn)鮮茶梅花揮發(fā)油主要特征成分為丁香酚、 二十烷、 二十四烷、 棕櫚酸、芳樟醇。 王潔等[15-17]對不同茶梅品種花朵、 不同茶梅花期及花器官的揮發(fā)性成分進行分析發(fā)現(xiàn)，組成各茶梅品種揮發(fā)性的物質各不相同， 同一品種茶梅在不同花期、 不同花器官揮發(fā)性成分及其含量也存在差異。 目前大多數(shù)的研究以破壞性萃取茶梅揮發(fā)物來分析其香氣成分， 而對其活體植株上花自然釋放的香氣成分報道較為鮮見。 動態(tài)頂空吸附法 (DHS) 采集的成分能夠真實地反映植物在自然生長狀態(tài)下的揮發(fā)性成分組成， 該方法無溶劑干擾和熱降解作用， 被廣泛用于芳香植物的揮發(fā)性成分研究[18-19]。 鑒于此， 本研究采用動態(tài)頂空吸附法和全自動熱脫附-氣相色譜-質譜聯(lián)用儀 (ATD-GC/MS) 技術首次測定和比較‘秋芍藥’(C.sasanqua‘Qiushaoyao’)、‘美嬌顏’(C.sasanqua‘ Meijiaoyan’) 和 ‘ 丹 玉 ’ (C.sasanqua‘Danyu’)3 個花色差異明顯的茶梅栽培品種鮮花的香氣成分和釋放量， 以期了解3 個品種茶梅花揮發(fā)物成分的特性， 旨在從化學生態(tài)學角度為不同品種茶梅的推廣與應用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 植物材料與采樣地點

實驗材料為茶梅 ‘秋芍藥’‘美嬌顏’ 和 ‘丹玉’ 3 個品種， 均為 5 年生灌木。 ‘丹玉’ 花瓣呈玫紅色， 花瓣其間有點帶狀白色斑塊， 花型為“復瓣型”， 花期為12 月至翌年1 月； ‘美嬌顏’花瓣呈粉紅色， 花型為 “荷花型”， 花期 1—2月； ‘秋芍藥’ 花瓣呈白色， 花型為 “芙蓉型”，花期為12 月至翌年1 月。

供試植株栽種于湖南省郴州市南嶺植物園茶梅園 (25°15′N、 113°1′E)， 該園所在地區(qū)屬于南亞熱帶向中亞熱帶過渡氣候區(qū)， 年均氣溫17.8 ℃，年均降水量1 300～1 500 mm， 平均無霜期290 d，海拔 190 ～220 m； 土壤類型為石灰?guī)r發(fā)育的紅壤[20]。

1.2 實驗方法

1.2.1 動態(tài)頂空采樣

1) 采樣前準備。 使用高溫烘烤法， 將裝滿活性炭的氣體干燥塔置于烘箱 (上海一恒科學儀器有限公司) 中， 在160 ℃的環(huán)境下烘5 h 以上密封備用； 惰性特氟龍采集袋和塑料管在100 ℃的溫度環(huán)境下烘1 h 以上備用。 吸附管 (Tenax TA，英國Markes 公司) 用解吸管活化儀 (JH-1 型，北京中惠普有限公司) 在0.1 L·min-1高純氮氣(99.999%) 吹掃下， 330 ℃活化 2 h。 活化好后密封吸附管， 用錫箔紙包住裝在玻璃干燥器內，置于4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

2) 揮發(fā)物采集。 結合各品種茶梅的開花特性，采樣工作分別設在2020 年1 月各品種茶梅的盛花期 (開花量達整株樹花苞的50%以上) 進行， 因冬季早晨有霜露， 上午植株表面濕氣大， 為避免采集袋內外濕氣不平衡， 樣品采集均選擇在晴朗天氣的下午 15 ∶00-16 ∶00。 選取生長良好、 健康無病蟲害的植株作為樣本， 在樹上選取6～10 朵花， 去其花枝上的葉片只保留花朵， 保證采樣袋內花生物量基本一致， 采用動態(tài)頂空套袋法采集活體茶梅植株上花的揮發(fā)物， 每個品種茶梅鮮花各采集3 個氣樣， 同時以采樣植株半徑1.5 m 內的空氣作為實驗本底氣樣。 具體方法如下: 將惰性的特氟龍透明采集袋 (406 mm×444 mm， 美國Reynolds 公司) 罩住活體茶梅植株的花， 盡量保證袋子不與花接觸以造成損傷， 用惰性特氟龍塑料管、 硅膠軟管以及封口膜 (美國PARAFILM 公司) 連接各氣路， 再用大氣采樣儀 (QC-1 型， 北京市勞動保護科學研究所) 迅速排出袋內空氣， 然后泵入經活性炭過濾的空氣， 當袋內氣體達到袋子總體積3/4 時， 開始循環(huán)采氣。 采樣時氣流速度保持在0.1 L·min-1， 吸附管采樣時間1 h[21]。 采樣結束后， 將吸附管用錫箔紙包好放入干燥器內， 并放在裝有冰盒的保溫盒中保存， 帶回實驗室后在-20 ℃條件下保存至檢測， 15 d 內檢測分析。 同時， 將采樣袋內花和枝條帶回實驗室稱鮮重， 然后將花和枝條在60℃的溫度環(huán)境下烘48 h 后再稱重。 揮發(fā)物采集時使用照度計 (LX1332B， 中國欣寶科儀有限公司) 監(jiān)測光照，使用便攜式氣候檢測儀(Kestrel 5500，美國Nielsen-Kellerman 公司)監(jiān)測采樣植株周圍空氣中的溫度、濕度、風速、氣壓。 樣品采集氣候參數(shù)見表1。

表1 樣品采集氣候因子參數(shù)

1.2.2 花朵揮發(fā)物成分分析

1) 自動熱脫附-解析。 使用TurboMatrix 650型自動熱脫附-解析儀(美國珀金埃爾默公司)進行自動熱脫附-解析，脫附溫度280 ℃，脫附時間10 min，脫附流量35 mL·min-1，不分流進樣，傳輸線溫度200 ℃。 冷阱初始溫度-30 ℃，脫附溫度280 ℃，保持時間3 min，冷阱解析流量20 mL·min-1。

2) GC/MS 分析。 使用 QP2010 Plus 型 GC/MS(日本SHIMADZU 島津公司)， DB-624 毛細管色譜柱 (60 m×0.25 mm×1.40 μm， 美國 Agilent 公司)進行分析， 進樣口溫度 200 ℃， 隔墊吹掃流5 mL·min-1， 分流比 10.0。 升溫程序: 起始溫度35 ℃， 然后以5 ℃·min-1升至 220 ℃， 保持2 min。質譜條件為EI 離子源， 電子能量為70 eV， 采集模式為全掃描， 掃描質量范圍為 33 ～400 amu。 離子源溫度為230 ℃， 四級桿溫度為150 ℃。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

由ATD-GC/MS 分析得到總離子流圖 (Total Ion Current， TIC)， 對 獲 取 的 質 譜 數(shù) 據(jù) 經TurboMass 軟件檢索并比對標準譜庫NIST 17.0，以質譜匹配度和保留指數(shù) (Retention Index， RI)值匹配度最高的化合物為最佳鑒定結果， 確定茶梅花樣品揮發(fā)物中的化學成分， 各化學成分的相對百分含量用峰面積歸一化法計算。 使用Excel對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理， Origin2018 進行制圖。

2 結果與分析

2.1 揮發(fā)物成分的相對含量

本研究共鑒定出45 種揮發(fā)性化合物， 包括醇類、 萜烯類、 酸酯類、 醛酮類、 烷烴類和苯形烴類共6 類。 不同品種茶梅花的揮發(fā)物成分的數(shù)量及其相對含量存在差異。 由表2 可知: 茶梅 ‘秋芍藥’ 花釋放的揮發(fā)物檢測出26 種化合物， 主要特征成分有碳酸二乙酯 (21.33%) 和4， 6-二甲基十二烷 (11.16%)； 茶梅 ‘美嬌顏’ 花釋放的揮發(fā)物檢測出18 種化合物， 主要特征成分有二十烷 (20.13%)、 壬醛 (17.77%)、 2-甲基-4-戊醛(15.79%)、 十七烷 (12.00%)； 茶梅 ‘丹玉’花釋放的揮發(fā)物檢測出21 種化合物， 主要特征成分有 2-甲基-4-戊醛 (19.41%)、 二十烷 (15.26%)和 3-甲基-1-戊烯-1-醇 (10.49%)。 3 個品種茶梅花揮發(fā)物的共有化合物成分為丙酮、 癸醛、 二十烷、 甲苯， 其中 ‘丹玉’ 的丙酮和癸醛相對含量最高， 分別為3.29%和4.77%； ‘秋芍藥’ 的甲苯相對含量最高， 達3.29%； ‘美嬌顏’ 的二十烷相對含量最高， 為20.13%， 而 ‘秋芍藥’ 的二十烷相對含量只有4.77%。 ‘秋芍藥’ 以2， 3-丁二醇、 正辛醇、 反式-芳樟醇氧化物、 1-十七烷醇、 7-環(huán)外反式-1-丙烯基-二環(huán)辛烯、 碳酸二乙酯、正己醛、 4， 6-二甲基十二烷、 2， 6， 11-三甲基十二烷、 2， 6， 10-三甲基十三烷、 二十四烷、 苯、 乙苯為特有成分； ‘美嬌顏’ 的特有成分有2-乙基丁醇、 己基癸醇、 2-丁酮、 7-十六碳烯醛、 14-甲基-8-十六碳烯-1-縮醛、 十七烷、 異亞丙基-1， 2-二醇-二十二烷； ‘丹玉’ 的特有成分有3-甲基-1-戊烯-1-醇、 1-戊烯、 乙酸乙酯、 2-庚烯酸、 甲基丙烯酸月桂酯、 乙醛、 異戊烷、 2-甲基二十六烷。

表2 不同品種茶梅花揮發(fā)物成分及其相對含量

表2(續(xù))

2.2 揮發(fā)物成分的類型

對3 個品種茶梅花的揮發(fā)物成分進行分類，結果 (圖1) 發(fā)現(xiàn)， ‘秋芍藥’ 和 ‘丹玉’ 花釋放的揮發(fā)物種類均包含了6 類成分， 而 ‘美嬌顏’ 花釋放的揮發(fā)物種類包含了4 類成分， 未釋放萜烯類和酸酯類化合物。 3 個品種茶梅花釋放的揮發(fā)物種類均以醛酮類和烷烴類化合物種類較多， 其中， ‘秋芍藥’ 花的揮發(fā)物成分以烷烴類和酸酯類化合物為主， 占BVOCs 成分的48.53%；‘美嬌顏’ 花的揮發(fā)物成分以烷烴類和醛酮類化合物為主， 占 BVOCs 成分的91.50%； ‘丹玉’ 花的揮發(fā)物成分以烷烴類和醛酮類化合物為主， 占BVOCs 成分的64.49%。

圖1 不同品種茶梅花揮發(fā)物成分分類及其相對含量

2.3 揮發(fā)物與環(huán)境因子的相關性

由表3 可知: 茶梅花中揮發(fā)性有機化合物總數(shù)量與烷烴類、 醛酮類化合物的相對含量呈負相關關系， 即揮發(fā)性有機物的數(shù)量越多， 則烷烴類和醛酮類化合物所占揮發(fā)物總量的相對含量越低。茶梅花中揮發(fā)性有機化合物總數(shù)量與光照強度、風速呈負相關關系， 與光照強度呈極顯著負相關關系， 而烷烴類和醛酮類化合物的相對含量均與光照強度、 風速呈正相關關系。 茶梅林中溫度與茶梅花揮發(fā)性有機化合物總數(shù)量、 烷烴類化合物的相對含量呈負相關關系， 與醛酮類化合物的相對含量呈正相關關系。 茶梅林中揮發(fā)性有機化合物總數(shù)量與相對濕度呈正相關關系， 烷烴類和醛酮類化合物的相對含量均與相對濕度呈負相關關系。 茶梅林中大氣壓強與茶梅花揮發(fā)性有機化合物總數(shù)量、 烷烴類化合物的相對含量呈正相關關系， 與醛酮類化合物的相對含量呈負相關關系。

表3 茶梅園各指標的相關性分析

3 討論

不同品種的茶梅花中特有的釋香成分決定了品種間的香味差異。 本研究利用ATD-GC/MS 方法對 3 個品種 ( ‘丹玉’‘美嬌顏’ 和 ‘秋芍藥’ ) 茶梅花的揮發(fā)物進行分析， 結果共鑒定出揮發(fā)物45 種， 其中醛酮類和烷烴類化合物的相對含量較高。 據(jù)報道， 醛類物質大多具有花香、 果香和清香等令人愉悅的香味且閾值低[22]， 對總體香味影響較大， 本研究中的3 個品種茶梅花中醛酮類物質的相對含量為19. 59%～57. 03%， 因此推測其也是賦予茶梅花香氣的重要影響因子。王潔等[15]研究表明醛酮類化合物是影響茶梅花香氣濃郁程度的關鍵成分， 與本研究結果相似。 烷烴類物質的相對含量為25.75%～34.47%， 烷烴類物質一般具有較高的香氣閾值[22]， 主要用于提高整體香味。

植物氣體揮發(fā)物中醛類揮發(fā)物具有鎮(zhèn)靜作用，酯類揮發(fā)物具有凈化空氣的作用， 烯萜類揮發(fā)物具有殺菌、 抗炎、 抗癌的作用， 對人體健康有重要意義[23]。 茶梅品種 ‘美嬌顏’ 花揮發(fā)物中醛酮類化合物相對含量最高， 達57.03%； ‘丹玉’ 花揮發(fā)物中醛酮類化合物相對含量達38.74%； ‘秋芍藥’ 花揮發(fā)物成分中主要以烷烴類和酸酯類化合物為主， 分別為27.20%和21.33%。 鑒此， 根據(jù)3 個品種各自花的生物特性及其花香主要特征成分特點提出 “個性化” 的應用方式: ‘秋芍藥’花色淡雅， 香氣揮發(fā)物成分種類多， 酸酯類化合物含量高， 可以將其用作凈化空氣為主導的綠地應用品種； ‘美嬌顏’ 花朵大且花量多， 但花揮發(fā)物中未檢測出烯萜類和酸酯類化合物， 適合用于冬季城市景觀應用樹種； ‘丹玉’ 花色艷麗且花量多， 醛酮類化合物含量高， 且含有烯萜類揮發(fā)物， 更有優(yōu)勢作為冬季城市景觀和康養(yǎng)保健綜合型應用樹種。 王潔等[15]利用固相微萃取和氣相色譜-質譜聯(lián)用法對6 個茶梅品種花朵揮發(fā)物成分進行分析， 發(fā)現(xiàn)揮發(fā)物成分以醛酮類、 醇類和烷烴類為主， 但其主體特征成分均為苯乙酮、 順式-芳樟醇氧化物及芳樟醇。 由此可見， 不同品種茶梅花揮發(fā)物的差異除由基因的不同表達模式決定外， 提取方法可能對揮發(fā)物釋放也產生明顯的影響。

植物揮發(fā)性有機物的釋放受內在因素 (植物的種類、 樹齡、 器官及發(fā)育狀態(tài)等) 和外界因素(光強、 溫度、 相對濕度、 風速等環(huán)境因子) 的雙重影響。 茶梅 ‘秋芍藥’ 花揮發(fā)物樣品采集時的光照強度和溫度最低， 但 ‘秋芍藥’ 花釋放的揮發(fā)物成分數(shù)量最多， 有 26 種。 茶梅 ‘丹玉’花揮發(fā)物樣品采集時的濕度最低， 其花釋放的揮發(fā)物成分檢測出21 種化合物。 本研究發(fā)現(xiàn)茶梅揮發(fā)性有機化合物總數(shù)量與林中光照強度、 溫度和風速呈負相關關系， 與相對濕度、 大氣壓強呈正相關關系。 王茜[24]研究指出福州地區(qū)毛竹林內總揮發(fā)性化合物濃度與光照和溫度呈正相關關系，與空氣相對濕度和風速呈負相關關系； 劉榮家[25]研究發(fā)現(xiàn)杭州苦櫧和石櫟的混交林內揮發(fā)性有機物與空氣溫度呈極顯著的正相關關系， 與空氣相對濕度不存在明顯的相關關系； 研究結果與本文結果不一致可能與植物種類、 栽培地區(qū)有關。 茶梅作為冬季鮮有的開花植物， 可能越是濕冷、 陰涼的環(huán)境反而更有利于茶梅釋放揮發(fā)物， 其花釋放出的揮發(fā)物成分數(shù)量及其含量與溫度、 濕度、光照等環(huán)境因子存在的相關關系有待進一步研究。因郴州地區(qū)冬季上午濕度大， 植物表層露水多，本研究限于只在冬季晴天的下午進行， 以后擬進一步增加采樣時間點， 探索不同時間段環(huán)境因子引起茶梅花揮發(fā)物成分的變化， 為不同品種茶梅在各地科學引種栽培及其保健型園林應用提供參考與借鑒。

4 結論

不同品種的茶梅花揮發(fā)物成分不同， 共有物質成分的相對含量差異顯著； 茶梅 ‘丹玉’‘美嬌顏’ 和 ‘秋芍藥’ 因品種的不同， 其鮮花揮發(fā)物所含的物質成分及相對含量也不同， 為茶梅個性化資源利用與開發(fā)提供了基礎。 不同環(huán)境影響因子對茶梅花釋放的揮發(fā)物成分的影響存在差異，光照強度與揮發(fā)性有機化合物總數(shù)的相關性極高，相對濕度與烷烴類化合物相對濃度的相關性極高，光照強度、 相對濕度和風速與醛酮類化合物相對濃度的相關性極高。

致謝: 中國科學院城市環(huán)境研究所廖旭老師在ATD-GC/MS 實驗樣品檢測和數(shù)據(jù)分析給予了幫助，在此表示感謝!