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不同温度对紫罗勒萜烯类挥发物释放的影响



全 文 :北京农学院学报 2015,30 (2):78-82
Journal of Beijing University of Agriculture
http://bnxb.cbpt.cnki.net
doi:10.13473/cnki.issn.1002-3186.2015.0023
  收稿日期:2014-11-30
  基金项目:北京市教委科技提升计划 (PM2014014207);北京市属高等学校创新团队建设与教师职业发展计划项目
(IDHT20150503)
  第一作者:程璐璐,女,研究方向:林学专业,E-mail:1581943801@qq.com
  通信作者:胡增辉,男,博士,副教授,研究方向为植物生理生态,E-mail:20098001@bua.edu.cn
不同温度对紫罗勒萜烯类挥发物释放的影响
程璐璐,陈 敏,冷平生,胡增辉*
(北京农学院 园林学院,北京102206)
摘 要:以盆栽紫罗勒Ocimum basilicum ‘Purple Ruffles’为试验材料,经3个不同温度 (20,30,40℃)处
理后,使用动态顶空法采集香气,然后采用自动热脱附-气相色谱/质量色谱联用技术 (ATD-GC/MS)对萜烯类
香气成分和释放量进行鉴定和分析。结果表明,紫罗勒香气中的萜烯类化合物数量随温度升高表现出降低的趋
势,并且相对含量也表现出明显变化,说明温度能显著影响紫罗勒萜烯化合物的释放,但各个萜烯类化合物的
变化规律不同。在检测到的萜烯化合物中桉叶油醇含量最高,3个温度下的平均含量达到了81%,远远高于其
他成分,可初步判断桉叶油醇为紫罗勒挥发物中萜烯化合物的主要成分。
关键词:紫罗勒;萜烯类挥发物;温度;桉叶油醇
中图分类号:S681 文章编号:1002-3186(2015)02-0078-05 文献标志码:A 网络出版时间:2015-03-03 10:16
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2156.s.20150303.1016.003.html
Effect of different temperature levels on the emission of terpenoid
volatile compounds in Ocimum basilicum‘Purple Ruffles’
CHENG Lulu,CHEN Min,LENG Pingsheng,HU Zenghui*
(Colege of Landscape Architecture,Beijing University of Agriculture,Beijing 102206,China)
Abstract:In order to investigate the effect of temperature levels on the emission of terpenoid volatile compounds in Ocimumb
asilicum ‘Purple Ruffles’,in this study,the potted O.basilicum ‘Purple Ruffles’was used as plant materials.After treatment
with three temperature levels(20℃,30℃,40℃),the volatiles were colected by dynamic headspace method,then using auto-
mated thermal desorption-gas chromatography/mass spectrometry technique(ATD-GC/MS)the components and relative con-
tents of terpenoid compounds were identified and analyzed.The results showed that the number of terpenoid compounds emit-
ted fromO.basilicumPurple Ruffles'exhibited a decreasing pattern increased with the increase in temperature,and the relative
contents also changed significantly,which indicated that the temperature can influence the emission of terpenoid volatile com-
pounds of O.basilicumPurple Ruffles',but the patterns were different.Among the terpenoid compounds detected,the relative
content of eucalyptol was the highest,whose average content under three temperature levels exceeded 81%and was much high-
er than other components.And it can be concluded that eucalyptol was the main component of terpenoid volatile compounds e-
mitted fromO.basilicum Purple Ruffles'.
Keywords:Ocimumb basilicum;terpenoid volatile compounds;temperature;eucalyptol
  芳香植物是一类含有挥发性化学物质,具有芳香
气味的植物,其应用十分广泛,已深入到生活的各个
角落。芳香植物可作为蔬菜、水果、中草药、调味品等
直接利用[1],也可提取精油用于食品工业、化妆品、医
药等领域,并且基于芳香植物保健功效的芳香疗法,
近年来也得到了快速发展。另外,由于芳香植物集绿
化、美化、香化于一体,已开始广泛应用于园林绿化和
城市生态建设中。由于芳香植物独特的功能性,近年
2015年第2期 程璐璐 等:不同温度对紫罗勒萜烯类挥发物释放的影响 79 
来国内外相关的研究越来越多,主要集中在栽培技
术、精油含量测定、精油提取等方面[2],对芳香植物香
气释放规律的研究较少。罗勒(Ocimum basilicum)是
常见的芳香植物,香气浓郁,不仅可以作为芳香蔬菜
或香料食用,并且还有较高的药用价值。目前市场上
的罗勒品种及变种多达60多种。近年来,已有关于
不同品种罗勒叶片香气成分的报道[3-5]。
  紫罗勒(O.basilicum ‘Purple Ruffles’)是罗勒
的栽培变种,叶色独特且易于管理,其新鲜叶片可作
为芳香蔬菜,又可应用于芳香园中,既释放香气,又
具有较高的观赏价值。目前对紫罗勒香气成分研究
较少,除何道航等利用水蒸气蒸馏法结合 GC-MS
技术对其精油化学成分进行了分析[6],少见其他报
道,但何道航得到的结果不能代表紫罗勒自然状态
下所释放的香气。研究表明,萜烯类化合物是植物
香气中最为重要的一类物质,是很多芳香植物的主
要香气成分,具有重要的生态生理功能,并对人体具
有抗氧化、抗病毒、抗炎症、止咳、镇痛等多种保健功
能。但目前对芳香植物萜烯类化合物释放规律研究
较少[7-8]。
  植物释放的香气受到环境因子的影响,其中温
度是一个重要因素。王欢和张振民发现在一定温度
范围内,茶叶香气随气温的升高而降低[9]。而白车
轴草(Trifolium repens)花在温度20℃时释放的花
香比温度10℃时多58%[10],而温度对芳香植物叶
片香气释放的影响少有报道。本研究以盆栽紫罗勒
实生苗为材料,经不同温度处理后,利用动态顶空采
集法,结合自动热脱附-气相色谱/质谱联用技术
(ATD-GC/MS),采集紫罗勒香气并进行分析,检测
温度对紫罗勒萜烯类化合物释放的影响,为紫罗勒
的开发应用提供指导。
1 材料与方法
1.1 植物材料
  以北京农学院科技园日光温室中生长状态一致
的盆栽紫罗勒实生苗为试验材料,进行活体香气成
分采集。
1.2 温度处理
  温度处理在人工气候箱中进行,由于紫罗勒适
宜的温度为(30±5)℃,因此设置20、30、40℃三个
温度梯度,分别代表凉爽、适宜和较高温度环境,每
个温度处理 48h(白天 16h,光照强度为 400
μmol·m
-1·s-2,黑夜8h,处理2d)。为保证紫罗
勒生理状态的一致性,在9:00开始同时进行3个温
度处理,然后采集香气。每个温度处理设置3个
重复。
1.3 香气的采集
  利用动态顶空套袋采集法[11]采集紫罗勒释放
出的挥发物。用采样袋包裹植物材料,用大气采样
仪(北京市劳动保护科学研究,QC-I型)将袋内空气
抽干,再由进气口鼓入经活性炭过滤的纯净空气,然
后在出气口连接装有Tenax-GR吸附剂的采样管,
用于吸附挥发物,再和大气采样仪连接形成闭合气
路,避免外界空气的干扰,整个装置用无味的硅胶管
连接。采样流速为0.3L/min,采样时间为15min。
1.4 ATD-GC/MS分析
  ATD(Auto Thermal Desorber,TurboMatrix
650型,PerkinElmer公司)工作条件[11]:一级热脱
附温度260℃,冷阱温度为-25℃,保持3min,二
级冷阱温度为300℃,保持5min,四通阀温度230
℃,传输线温度250℃。
  GC(Gas Chromatography,Clarus 600 型号,
PerkinElmer公司)工作条件[11]:色谱柱为 DB-5MS
柱(30m×0.25mm×0.25μm),载气为He。程
序升温过程为起始温度40℃,保持2min,然后以4
℃·min-1的速率升至160℃,再迅速升温至270
℃,保持3min。
  MS(Mass Spectrometry,Clarus 600T 型号,
PerkinElmer公司)工作条件[11]:电离方式为EI;电
子能量为70eV:质谱扫描范围为29~600amu;接
口温度为250℃;离子源温度为220℃。
1.5 香气成分鉴定和释放量分析
  用TurboMass Ver 5.4.2软件中的NIST08搜
索库初步鉴定香气成分,根据色谱保留时间,对其花
香成分进行定性分析,采用峰面积归一化法计算相
对含量[12]。
2 结果与分析
  在3个温度梯度下,紫罗勒释放出挥发物的总
离子流存在显著差异(图1)。从图中可以直观看
出,经不同温度处理后,紫罗勒释放出的香气成分的
种类和所占比例(每一个峰代表一种物质)均明显
不同。
2.1 不同温度下萜烯类数量变化
  在经不同温度处理后的紫罗勒释放的香气中,
共检测到14种萜烯类化合物。紫罗勒在不同温度
处理下释放的萜烯类化合物数量发生了变化(图
2)。从图中可以看出在20℃和30℃时,在紫罗勒
80  北 京 农 学 院 学 报 第30卷
的挥发物中均检测到9种萜烯类化合物,当温度升
高到40℃时,萜烯类化合物的数量减少至7种。
图1 不同温度下紫罗勒香气成分总离子图
Fig.1 Total ion chromatographic profiles of floral scent
emitted fromO.basilicum ‘Purple Ruffles’
under different temperature levels
图2 不同温度下紫罗勒释放出的萜烯类化合物数量
 Fig.2 The numbers of terpenoid compounds emitted
fromO.basilicum ‘Purple Ruffles’
under different temperature levels
2.2 不同温度下萜烯类化合物相对含量的变化
  不同温度处理引起了紫罗勒挥发物中14种萜
烯类化合物相对含量的显著变化(图3)。从图中可
以看出,仅有3种萜烯化合物(α-蒎烯、β-蒎烯、桉叶
油醇)在3个不同温度处理后的紫罗勒挥发物中同
时检测到,其相对含量随温度的升高表现出不同的
变化规律:α-蒎烯(图3-b)、β-蒎烯(图3-e)的相对含
量随着温度的升高均表现出先增加后减少的规律,
在30℃时的相对含量明显高于20℃和40℃(P<
0.05),而桉叶油醇(图3-h)的相对含量则是先降低
后升高,其在30℃处理下的相对含量显著低于20
℃和40℃(P<0.05)。在其他11种萜烯类化合物
中,有4种(4-甲基-1-异丙基-二环[3.1.0]-2-己烯、
月桂烯、罗勒烯、萜品烯)同时在20℃和30℃时释
放出来,仅1种(α-松油醇)在30℃和40℃处理时
均有释放。其中4-甲基-1-异丙基-二环[3.1.0]-2-
己烯(图3-d)、月桂烯(图3-f)和α-松油醇(图3l)的
相对含量表现出先增大后减小的趋势,3种挥发物
的相对含量均在30℃时达到最高,不同的是前2种
的相对含量在40℃时降到检测限以下,而α-松油醇
的相对含量则是在20℃时无法检测到。罗勒烯(图
3-i)和萜品烯(图3-j)的相对含量在20℃时相对含
量最高,随着温度的升高逐渐降低,在40℃时降低
到检测限以下。其余的6种萜烯类化合物均仅在某
一温度下紫罗勒的挥发物检测到:莰烯(图3-c)和
(E,Z)-2,6-二甲基-2,4,6-辛三烯(图3-k)仅在20℃
时释放出来,萜二烯(图3-g)是紫罗勒在30℃处理
后释放出的特有萜烯类挥发物,α-水芹烯(图3-a)、
2,6-二甲基-6-(4-甲基-3-戊烯基)-双环[3.1.1]庚-2-
烯(图3-m)和别罗勒烯(图3-n)仅在40℃处理时被
检测到。
  在紫罗勒释放出的14种萜烯类挥发物中,桉叶
油醇的相对含量最高(图3-h),其在3个温度下的
平均相对含量达到了81%,特别是在40℃时的相
对含量几乎达到95%。含量最低的是莰烯,在20
℃的相对含量是0.08%,仅为相同温度下桉叶油醇
相对含量的万分之九。由此可见,桉叶油醇是紫罗
勒挥发物中萜烯类化合物的主要成分。
3 讨论与结论
  芳香植物因其多功能性越来越受到关注,逐步
展现了独有的经济和生态价值。萜烯类化合物是许
多芳香植物挥发物的重要成分,其释放受到环境因
子的影响。在该研究中,采用 ATD-GC/MS技术,
发现不同温度下,紫罗勒自然状态下释放出的14种
萜烯类化合物成分和相对含量存在明显差异,并且
各萜烯类化合物随温度变化表现出不同的变化规
律,表明温度影响了紫罗勒体内萜烯类化合物的合
成和释放。总体来说,在40℃的高温下,萜烯类化
合物数量的减少,说明高温在一定程度上抑制了萜
烯类化合物合成和释放。在前期对花香释放的研究
中发现,‘西伯利亚’百合(Lilium‘Siberia’)花香中
2015年第2期 程璐璐 等:不同温度对紫罗勒萜烯类挥发物释放的影响 81 
  a,α-水芹烯;b,α-蒎烯;c,莰烯;d,4-甲基-1-异丙基-二环[3.1.0]-2-己烯;e,β-蒎烯;f,月桂烯;g,萜二烯;h,桉叶油醇;i,罗勒烯;j,萜品烯;
k,(E,Z)-2,6-二甲基-2,4,6-辛三烯;l,α-松油醇;m,2,6-二甲基-6-(4-甲基-3-戊烯基)-双环[3.1.1]庚-2-烯;n,别罗勒烯。不同字母不同温度间
的相对含量存在显著差异(P<0.05)
  α-phelandrene;b,α-pinene;c,camphene;d,bicyclo[3.1.0]hex-2-ene,4-methyl-1-(1-methylethyl)-;e,β-pinene;f,myrcene;g,limo-
nene;h,eucalyptol;I,ocimene;j,g-terpinene;k,2,4,6-octatriene,(e,z)-2,6-Dimethyl-;l,α-terpheol;m,2,6-dimethyl-6-(4-methyl-3-
pentenyl)-bicyclo[3.1.1]hept-2-ene;n,aloocimene.Different letters indicate the significant difference in relative contents among different
temperature levels(P<0.05)
图3 不同温度下紫罗勒挥发物中萜烯类化合物的含量
Fig.3 The relative contents of terpenoid compounds emited fromO.basilicum‘Purple Ruffles’under different temperature levels
萜烯类化合物的释放随着温度升高表现出先增加后
减少的规律,在高温下受到抑制[11]。有研究表明,
温度主要通过调控相关酶活性来影响植物挥发物质
的释放。特定挥发物组分合成与否、合成量的多少主
要是通过其合成途径中的多个合成酶活性及表达所
决定的,而温度在这一过程中起着关键作用,当植物
感受到温度变化时,植物体经一系列传递作用最终影
响相关酶的活性[12-14],进而导致合成和释放的变化。
紫罗勒萜烯化合物在不同温度下相对含量的变化较
为多样,这也说明了温度调控紫罗勒萜烯类化合物释
放的复杂性,这可能与不同的释放部位有关。紫罗勒
萜烯挥发物由叶片释放,而花香则由花朵释放,并且
由于紫罗勒叶片呈紫红色,因此紫罗勒叶片中既有初
生代谢,又有参与萜烯合成和花青素合成的次生代
谢,代谢途径更为复杂,不同萜烯化合物合成受到多
个途径的影响,导致其合成和释放的差异。
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  该研究中,在紫罗勒检测到的14种萜烯类化合
物中,桉叶油醇相对含量远远高于其他化合物,是紫
罗勒香气中最主要的萜烯类化合物。紫罗勒萜烯类
化合物的释放明显受到温度的影响,并且不同萜烯
化合物变化趋势存在差异,而芳香植物如何感受温
度变化,以及调控等机制有待进一步研究。
  国家林木种质资源平台提供植物材料,谨致谢
忱!
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