全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2016, 52 (2): 150–156　　doi: 10.13592/j.cnki.ppj.2015.0503150
收稿 2015-09-15　　修定 2016-01-13
资助 国家自然科学基金(30370151)。
* 通讯作者(E-mail: wym990@vip.sina.com)。
不同氮素形态及配比对薄荷精油含量和品质的影响
李娟娟1, 王羽梅2,*, 潘春香2, 肖艳辉2, 何金明2
1西安市临潼区穆寨畜牧兽医站, 西安710000; 2韶关学院英东生物工程学院, 广东韶关512005
摘要: 实验模仿深液流栽培技术, 研究了硝态氮和铵态氮不同配比对薄荷精油含量和品质的影响。结果表明, 不同氮素形
态配比对薄荷精油成分影响不大, 但随着硝态氮和铵态氮的比例下降, 精油含量呈先降低后上升的趋势, 其中, T1处理下的
精油含量最高, T3处理下的精油含量最小; 精油组成成分中柠檬烯的相对含量逐渐增加, 为39.42%~44.15%; 香芹酮的相对
含量逐渐下降, 为36.91%~40.78%; 全氮、蛋白质的含量增加, 碳氮比减小。因此, 生产上可以通过增加硝态氮的施用量来
增加薄荷的精油含量, 通过施肥调节精油各成分相对含量和生理特性。
关键词: 薄荷; 精油; 氮素形态; 成分; 品质
研究报告 Original Papers
薄荷属(Mentha L.)是唇形科多年生或稀为一
年生芳香草本植物, 全球约有30种, 我国现有12种,
其中6种为野生, 包括椒样薄荷、欧薄荷、留兰
香、圆叶薄荷和唇萼薄荷等(中国科学院中国植物
志编辑委员会1977)。薄荷属植物是一种用途广泛
的中药材, 也是世界上主要的香料植物之一(王小
敏等2007)。薄荷作为中药, 具有疏散风热, 清热解
表, 祛风消肿, 利咽止痛, 透疹, 疏肝解郁之功效。
薄荷精油广泛应用于医药、食品、饮料、化妆、
卷烟及日用品等方面(黄蔚2002; 陆燕2007; 张吉通
2007)。
氮是植物体内许多重要有机化合物的组成成
分, 例如蛋白质、核酸、叶绿素、酶、维生素、
生物碱和一些激素等都含有氮素。氮素也是遗传
物质的基础。因此, 如果植物不能吸收到足够量
的氮素 , 势必会影响植物的生长发育和生理代
谢。氮素对植物生长发育、产量形成与品质好坏
有极为重要的作用(田霄鸿和李生秀2000)。氮不
但影响精油的含量, 而且对精油成分也有一定影
响。Baranauskiene (2003)报道施入不同氮肥的百
里香精油个别成分有变化, 特别是脂溶性的化合
物, 如倍半萜类。
在生产过程中, 发现氮肥以及氮素形态对薄
荷精油产量和品质有较大的影响。Letchamo
(1993)研究结果表明, 不同氮素形态影响薄荷精油
含量。尿素、铵态氮和硝态氮的大田比较试验结
果表明, 硝酸钙效果最好, 精油产量比尿素的高5.9
kg·hm-2, 比硫酸铵的高 8.0 kg·hm-2。史宏志等
(1995)研究表明, 氮素营养水平较低时, 烟叶中碳
水化合物降解后转化形成的低分子量的精油成分
的含量增加。随着氮水平的提高 , 由类胡萝卜
素、西柏三烯和苯丙氨酸降解转化形成的香气成
分的含量也有所增加。碳氮代谢较为协调时其精
油含量最高, 而无机氮的施用量过高时, 会引起香
气质量变劣、刺激性增强等变化。虽然精油成分
中含氮化合物所占比例很小, 且这些成分的含量
也较少, 但它们往往具有很强的气味, 可以引起芳
香气味的改变, 从而影响精油的质量。因此, 在芳
香植物施肥过程中应予以考虑。不过Letchamo
(1993)的研究表明不同氮水平对甘菊的精油成分
没有影响。可见, 不同种芳香植物对施氮量的反
应是不同的。
由前人研究结果可知, 多数研究都是在氮素
水平和氮形态对精油含量和精油成分的影响上,
而有关水培条件下不同氮素形态及配比的研究尚
未见报道。本研究以改良霍格兰配方为基础, 探
讨了不同氮素形态及配比对薄荷一些生理指标、
精油含量以及品质的影响, 为制定其优质高产栽
培技术规范提供理论依据。
材料与方法
1 实验材料
以韶关学院生态园的柠檬留兰香(Mentha ci-
trata Ehrh.)为供试材料, 于2011年4月25日进行扦
李娟娟等: 不同氮素形态及配比对薄荷精油含量和品质的影响 151
插, 5月11日开始移栽, 5月21日开始进行正式处理,
处理25 d后, 于6月15日开始取样测定。
2 实验方法
模仿深液流栽培技术, 设备由定植箱和空气
压缩泵组成。以改良霍格兰配方为基础, 设置处
理营养液时, 只改变处理元素的浓度, 其他元素浓
度基本保持不变。以氮素形态不同配比设5个处
理, 硝态氮和铵态氮比例分别为设为15:0、12:3、
7.5:7.5、3:12、0:15, 分别记为T1、T2、T3、T4、
T5。营养液大量元素配方如表1所示。
表1 不同氮素形态配比营养液大量元素配方
Table 1 Mass elements of nutrient solution of different nitrogen forms
配方
盐类浓度/mmol·L-1
NO3
-/NH4
+
Ca(NO3)2 KNO3 NaNO3 NH4NO3 KCl CaCl2 NH4Cl KH2PO4 MgSO4
T1 4 5 2 0 0 0 0 1 1 15:0
T2 2 5 0 3 0 2 0 1 1 12:3
T3 0 0 0 7.5 5 4 0 1 1 7.5:7.5
T4 0 0 0 3 5 4 9 1 1 3:12
T5 0 0 0 0 5 4 15 1 1 0:15
3 测定指标与方法
3.1 精油的提取
精油提取采用水蒸馏法(肖艳辉等2007)。为
了减少精油的挥发, 我们在常规的方法上进行了
改进, 即把接收精油常用的三角瓶改为试管。取
薄荷植株地上部分全株鲜样, 将其切碎, 称取100 g,
放于蒸馏瓶中, 加水600 mL。油水分离器中加入
正己烷体积约为2 mL, 下层为蒸馏水, 调整油水分
离器从量管上面读出正己烷的体积并记录, 然后
开始蒸馏, 等到球形冷凝管下面滴下第一滴液体
时开始计时, 蒸馏3 h, 经冷凝管冷凝的精油和水的
混合物在经过正己烷时发生萃取。蒸馏结束后,
取下量管, 静置15 min, 再读出正己烷的体积并记
录。每一处理重复3次。
为了减少鲜样中水分含量的差异所造成的误
差, 每次蒸馏时取其鲜样进行烘干, 计算出鲜样的
含水量, 将精油含量用mL·100 g-1 (DW)表示。
3.2 可溶性糖含量的测定
可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定(李合生
等2000)。具体过程如下: 称取干样0.2 g于试管中,
加蒸馏水5 mL, 在沸水浴中煮沸30 min, 取出冷却,
过滤入25 mL容量瓶中, 用水冲洗残渣数次, 定容
至刻度。取待测液0.5 mL于试管中, 加入1.5 mL蒸
馏水, 蒽酮乙酸乙酯试剂0.5 mL和浓硫酸5 mL, 将
各试管快速摇匀后, 在沸水浴中准确保温1 min取
出, 自然冷却后, 在630 nm波长下, 用空白调零测
光密度, 通过标准曲线计算出可溶性糖含量。每
一处理重复3次。
3.3 全碳含量的测定
全碳含量的测定采用K2Cr2O7容量法(中国土
壤学会农业专业委员会1983)。具体过程如下: 称
取烘干磨碎0.02 g过0.25 mm筛的植物样品于大试
管中, 准确加入10 mL的0.4 mol·L-1 K2Cr2O7-H2SO4
溶液, 轻轻摇匀, 同时做空白实验。先将液体石蜡
油浴锅加热至185~190°C, 将放有以上试管的铁丝
笼放入油浴锅中加热 , 放入后温度应降低至
170~180°C, 待试管中液体开始沸腾产生气泡时开
始计时, 缓缓煮沸5 min, 取出铁丝笼, 稍冷, 擦净试
管外部油液。冷却后, 将试管内溶液全部洗入250
mL的三角瓶中, 然后加3~4滴邻啡罗啉指示剂, 此时
溶液为橙黄色, 然后用0.1 mol·L-1的标准硫酸亚铁
(FeSO4)溶液滴定, 溶液由橙黄色经过绿色、淡绿色
突变为砖红色即为滴定终点。每一处理重复3次。
3.4 全氮的测定
全氮的测定采用凯氏定氮法(中国科学院上
海植物生理研究所和上海市植物生理学会1999)。
具体过程如下: (1)消煮: 称取磨碎烘干并过0.25
mm筛的样品0.4 g (含C约15 mg以内)于消煮管中,
先用少许水湿润样品, 然后再加10 mL的浓H2SO4,
瓶口放一小漏斗, 轻轻摇匀, 先在消煮炉上用文火
消煮, 待浓H2SO4分解大量冒白烟后再升温, 当消
煮液呈均匀的棕黑色时取下。稍冷后加10滴H2O2,
植物生理学报152
摇匀, 再加热至微沸, 消煮约5 min, 取下, 稍冷后加
H2O2 5~10滴, 再消煮。如此重复3到5次, 每次添加
的H2O2逐次减少, 消煮至溶液呈无色或清亮后, 再
加热5~10 min, 以除尽剩余的H2O2。取下, 冷却。
用少许水冲洗漏斗, 洗液全部流入开氏瓶。将消
煮液无损地洗入100 mL容量瓶中, 定容, 摇匀, 过
滤或放置澄清后测定。(2)蒸馏: 吸取待测液10 mL
于凯氏管放入定氮蒸馏器中进行蒸馏, 蒸馏5 min
后停止蒸馏 , 取下用硫酸标准溶液滴定至紫红
色。同时进行空白试验, 以校正滴定和试剂引起
的误差。每一处理重复3次。
3.5 精油成分测定
精油成分测定时, 使用GC/MS联用仪[美国热
电公司(Thermo Finnigan)生产, 型号为Trace GC-
2000/DSQ], 在参考前人(Miraldi 1999; Mimica-Du-
kic等2003; 肖艳辉等2007)工作的基础上, 并结合
(美国)国家标准技术研究所(NIST) (2002)标准谱库
进行鉴定, 精油成分的相对含量采用面积归一法
计算。每一处理重复3次。
4 数据分析
数据分析采用SPSS 18.0及Excel 2007完成, 采
用单因素方差分析法(One-Way ANOVA)分析不同
处理显著性差异。
实验结果
1 不同氮素形态配比对精油含量的影响
由表2可以看出, 不同氮素形态配比处理对薄
荷精油含量的影响比较显著。干重精油含量在
1.13~1.71 mL·100 g-1 (DW)之间, 从高到低的处理
依次为T1>T2>T5>T4>T3, 最低与最高精油含量相
表2 不同氮素形态配比对薄荷精油含量影响
Table 2 Effects of different nitrogen form on the peppermint essential oil content
配方 NO3
-/NH4
+ 干重精油含量/mL·100 g-1 (DW) 鲜重精油含量/mL·100 g-1 (FW)
T1 15:0 1.71±0.03a 0.30±0.01a
T2 12:3 1.69±0.17a 0.28±0.03a
T3 7.5:7.5 1.13±0.14c 0.17±0.02b
T4 3:12 1.19±0.03c 0.20±0.01b
T5 0:15 1.48±0.00b 0.20±0.00b
　　同列不同小写字母表示处理间在α=0.05水平上差异显著。表4同此。
差约1.51倍。其中, T1和T2之间、T3和T4之间差
异不显著, T1和T2与T3和T4之间以及它们与T5之
间达到了显著差异。
鲜重精油含量在0.17~0.30 mL·100 g-1 (FW)之
间, 最低与最高精油含量相差约1.76倍。其中T1和
T2之间, T3、T4和T5之间差异不显著。由表2可
见, 随着硝态氮含量降低和铵态氮含量增加精油
含量逐渐降低然后增加, 说明硝态氮和铵态氮的
不同配比对薄荷精油含量有一定影响 , 其中
T1>T2>T5>T4>T3, 说明较高硝态氮和较高的铵态
氮含量都有利于薄荷精油的形成, 较高的硝态氮
更有利于薄荷精油的形成 , 硝态氮和铵态氮为
7.5:7.5处理下, 精油含量最低。
2 不同氮素形态配比对薄荷精油成分的影响
对硝态氮和铵态氮不同配比处理的薄荷精油
成分进行了定性和定量分析, 共鉴定出26种成分。
薄荷精油的GC-MS图谱见图1, 各处理薄荷精油成
分相对含量根据峰面积归一法计算, 结果见表3。
硝态氮和铵态氮的不同配比对薄荷精油成分种类
影响较小, 不同处理的非共有成分有8种, 分别为莰
烯、罗勒烯、3-辛醇乙酸脂、榄香烯、异喇叭
烯、5-甲基-2-(1-甲乙烯基)-4-己烯-1-醇、α-衣兰油
烯和荜澄茄醇, 而对薄荷精油成分的相对含量影响
较大。薄荷精油的主要成分柠檬烯的相对含量在
39.42%~44.15%之间, 随着硝态氮含量降低和铵态
氮含量增加, 柠檬烯的含量逐渐增加; 香芹酮的相
对含量在36.91%~40.78%之间, 随着硝态氮含量降
低和铵态氮含量增加而逐渐减少。另外硝态氮和
铵态氮不同配比对石竹烯的含量影响也比较大, 随
着硝态氮的比例逐渐增加, 石竹烯含量逐渐增加,
说明较高含量的硝态氮更有利于石竹烯的形成。
3 不同氮素形态配比对薄荷生理指标的影响
由表4可以看出, 硝态氮和铵态氮不同浓度配
比除对可溶性糖含量的影响不大外, 其他各项生
李娟娟等: 不同氮素形态及配比对薄荷精油含量和品质的影响 153
硝态氮和铵态氮不同浓度配比下的全碳含量
在38.30%~39.15%之间, 除T3处理含碳量最低, 显
著低于T5外, 其他处理间差异不显著。碳氮比随
着硝态氮与铵态氮比例降低逐渐降低, 除T3和T4
之间差异不显著外, 其他各浓度之间达到了显著
差异。
讨　　论
Letchamo (1993)研究发现, 不同氮的形态影
响薄荷精油含量 , 硝态氮下精油产量比铵态氮
高。本试验结果表明随着硝态氮和铵态氮的比例
减少, 精油含量呈下降趋势, 其中NO3
-/NH4
+为15:0
处理下的精油含量最高, 说明硝态氮对精油含量
的影响较大, 生产上可以通过增加硝态氮的施用
量来增加薄荷的精油产量, 这与Letchamo (1993)的
研究结果一致。薄荷精油是薄荷属植物的次生代
谢产物, 主要成分是单萜类化合物。单萜类是利
用光合产物所形成的糖经过醋酸盐及一系列的反
应形成的类萜, 类萜多半是单贴和倍半萜。植物
对NO3
-和NH4
+的利用在吸收、储存、运输、同化
过程上有很大差异, 因此必然影响其生理生化过
程, 进而最终影响到作物的产量和品质(汪建飞
2007)。营养液中氮形态不同, 植株对氮的吸收量
也不同, 从而影响了植物体内有机化合物的合成
方向, 进而影响薄荷植物碳氮代谢及精油成分的
形成和积累。史宏志等(1995)研究表明, 碳氮代谢
较为协调时烟叶中的精油含量最高, 而氮素形态
比严重影响着植物的碳氮代谢。
Baranauskiene (2003)报道施入不同氮肥的百
里香精油个别成分有变化, 特别是水溶性的化合
物, 如醛类和倍半萜类, 说明不同氮肥对精油成分
有一定影响。Atta-Aly (2001)指出复合N肥对甜茴
香和球茎茴香膨大茎部的精油含量无明显影响,
但却明显影响了精油的主要成分。进一步研究表
明, 除了对甜茴香施用硫酸铵和对球茎茴香施用
尿素以外, 其他复合性氮肥都使小茴香酮含量增
加了。本实验结果表明随着硝态氮含量减少和铵
态氮的含量增加, 薄荷精油的主要成分柠檬烯的
含量逐渐增加, 香芹酮的含量逐渐减少。说明较
高的硝态氮有利于香芹酮的形成, 不利于柠檬烯
的形成; 较高的铵态氮有利于柠檬烯的形成, 不利
于香芹酮的形成。这与Baranauskiene (2003)的研
理指标均有显著差异。全氮和蛋白质含量都随着
硝态氮和铵态氮比例降低而增加, 变化范围分别
是1.16%~1.87%和7.22%~11.67%, 各处理之间均达
到了显著差异。
图1 不同氮素形态配比薄荷精油的GC-MS图谱
Fig.1 The GC-MS figures of peppermint essential oil under
different nitrogen forms and ratio
RT: 保留时间; SM: 灵敏度; NL: 离子强度。A~E分别表示
T1~T5的处理分析图谱。
植物生理学报154
表3 不同氮素形态配比对薄荷精油成分相对含量的影响
Table 3 Effects of different nitrogen form on relative content of peppermint essential oil composition
序号 化合物名称
相对含量/%
T1 T2 T3 T4 T5
1 α-蒎烯 0.82 0.69 0.76 0.52 0.89
2 莰烯 0.11 – 0.07 – 0.09
3 α-水芹烯 0.43 0.31 0.36 0.27 0.47
4 β-蒎烯 1.61 1.24 1.37 1.08 1.67
5 3-辛醇 1.50 1.11 1.06 1.53 0.96
6 香芹醇 0.06 0.03 0.06 0.02 0.06
7 柠檬烯 39.42 40.88 40.14 41.24 44.15
8 罗勒烯 0.01 0.19 0.06 – 0.01
9 顺α-松油烯 0.58 0.47 0.59 0.50 0.45
10 3-辛醇乙酸脂 0.15 – 0.26 – 0.14
11 反式-苎烯氧化物 0.13 0.10 0.11 0.12 0.13
12 5-甲基-2-(1-甲乙烯基)-4-己烯-1-醇 0.29 – 0.19 0.23 0.28
13 柠檬烯-1,2-环氧化物 0.89 0.72 1.03 0.88 1.06
14 顺-对-荷-2,8-二烯-1-醇 1.07 1.12 1.17 1.10 1.51
15 香芹酮 40.78 38.66 38.01 37.59 36.91
16 二氢香芹烯醇 0.09 0.12 0.14 0.16 0.30
17 榄香烯 – – 0.03 0.03 0.02
18 波旁烯 1.33 0.88 1.00 0.71 1.15
19 石竹烯 3.15 2.99 2.92 2.58 2.89
20 可巴烯 0.43 0.37 0.40 0.23 0.35
21 荜澄茄油烯 1.93 1.25 1.76 0.85 1.65
22 异喇叭烯 0.21 – 0.20 – 0.17
23 α-衣兰油烯 0.11 0.30 0.09 – –
24 荜澄茄油烯醇 0.23 0.19 0.31 0.27 0.18
25 胡萝卜次醇 0.39 0.50 0.61 0.56 0.38
26 荜澄茄醇 0.39 – 0.30 – 0.37
合计 96.11 92.12 93.00 90.47 96.24
　　“–”表示没有检测到。
表4 不同氮素形态配比对薄荷生理指标的影响
Table 4 Effects of different nitrogen form on the mint physiological indexes
配方 NO3
-/NH4
+ 全碳含量/% 可溶性糖含量/% 全氮含量/% 蛋白质含量/% 碳氮比
T1 15:0 38.55±0.15ab 0.43±0.02a 1.16±0.04d 7.22±0.22d 33.40±0.95a
T2 12:3 38.50±0.71ab 0.46±0.04a 1.38±0.02c 8.60±0.13c 27.97±0.14b
T3 7.5:7.5 38.30±0.09b 0.46±0.06a 1.63±0.02b 10.21±0.13b 23.45±0.27c
T4 3:12 38.95±0.43ab 0.45±0.03a 1.65±0.00b 10.28±0.00b 23.68±0.26c
T5 0:15 39.15±0.15a 0.47±0.01a 1.87±0.02a 11.67±0.13a 20.98±0.30d
究结果一致, 都证明了氮素形态对精油的成分含
量有一定影响, 从而影响精油的质量。原因可能
是由于薄荷精油属于薄荷植物的次生代谢产物,
植物的次生代谢过程及其产物与环境有着密切的
关系。不同氮素形态配比影响薄荷植物的碳氮代
谢, 进而影响次生代谢产物。已有的关于植物次
生代谢产物与氮素营养关系的研究表明, 氮素营养
的匮乏会导致萜类、酚类等不含氮次生代谢产物
的积累, 反之, 则会促进含氮次生代谢产物如生物
碱、氰苷等的合成(Gershenzon 1984; Coley等
2002)。因此, 作为在光合作用中起着不同作用的氮
素形态及配比, 在芳香植物施肥过程中应予以考虑。
李娟娟等: 不同氮素形态及配比对薄荷精油含量和品质的影响 155
在本试验中发现营养液中单独供应铵态氮,
薄荷植株较矮, 根少而短, 说明单独供应铵态氮会
显著抑制作物的生长, 这一结论与前人的结果完
全一致(张春兰等1990; 张富仓等2003)。另外不同
氮素形态配比对薄荷的生理指标也有明显的影响,
随着硝态氮比例减少, 全碳、全氮、蛋白质都逐
渐增加, 碳氮比逐渐减小。原因是由于氮素是植
物必须营养元素, 严重影响着植物的碳氮代谢, 不
同的氮素营养对植物碳氮代谢产生差异与植物同
化NO3
-和NH4
+具有不同生理过程有关(Chandler和
Dale 1993; 肖凯等2000)。有研究显示: 同一氮素浓
度下的氮素配比中, 铵态氮配比高的情况下, 可溶
性蛋白含量高(赵爽2007); 随着氨态氮或胺态氮比
例的提高, 叶片中全氮逐渐增加(杨月英等2003)。
植物全碳的变化, 可能是由于不同形态的氮素对光
合作用的不同影响而造成的(曹翠玲2002)。不同处
理对薄荷可溶性糖影响差异不显著, 说明不同氮素
形态及配比对薄荷可溶性糖含量影响不大。
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Effects of different nitrogen forms and ratio on the content and the quality of
peppermint essential oil
LI Juan-Juan1, WANG Yu-Mei2,*, PAN Chun-Xiang2, XIAO Yan-Hui2, HE Jin-Ming2
1Animal Husbandry and Veterinary Station of Lintong District, Xi’an City, Xi’an 710000, China; 2College of Yingdong Bioengi-
neering, Shaoguan University, Shaoguan, Guangdong 512005, China
Abstract: The experiment imitate cultivated by deep flow technique to study the effects of nitrate and ammoni-
um nitrogen different proportions of peppermint essential oil content and quality. The results showed that dif-
ferent nitrogen forms have little effect on essential oils of peppermint, but with the proportion of nitrate and
ammonium nitrogen declined, the content of essential oil decreased and then increased, the highest content of
essential oil under the T1 treatment, essential oil content of T3 treatment was minimum; the relative content of
limonene oil components gradually increased, between 39.42%–44.15%; the relative content of carvone de-
creased gradually, between 36.91%–40.78%; total nitrogen and protein increased, the ratio of carbon and nitro-
gen decreased. So, the production can be increased by increasing the amount of nitrate nitrogen application to
increase the content of the peppermint essential oil, applying fertilizer to regulate the relative content of essen-
tial oils to the composition and physiological characteristics.
Key words: peppermint; essential oil; nitrogen form; composition; quality
Received 2015-09-15 Accepted 2016-01-13
This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 30370151).
*Corresponding author (E-mail: wym990@vip.sina.com).