6 种园林植物挥发性有机物成分分析.pdf

174-179.2024,44(2):引文格式：牛香，王兵，袁卿诗6种园林植物挥发性有机物成分分析 .西南林业大学学报（自然科学）Mar.2024JOURNAL OF SOUTHWEST FORESTRYUNIVERSITY2024年3月Vol.44No.2南西业第2 期报大学学林第44卷DOI:10.11929/j.swfu.2022120506种园林植物挥发性有机物成分分析牛香1.2王兵12袁卿语3郭雅君3许庭毓2张维康3（1.中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所，国家林业和草原局森林生态环境重点实验室，北京10 0 0 91；2.江西大岗山森林生态系统国家野外科学观测研究站，江西新余336 6 0 6；3.沈阳农业大学林学院，辽宁沈阳110 8 6 6）摘要：为探究北京市6 种常见园林植物挥发性有机化合物（BVOCs）的组成，采用动态顶空套袋法采集和热脱附-气相色谱-质谱联用法对侧柏、雪松、矮紫杉、银杏、北京丁香以及月季的挥发性有机物进行分析鉴定，并利用离子峰面积归一化法对植物释放挥发性有机物的峰面积进行百分比标准化，测算化合物的相对含量。结果表明：侧柏BVOCs包括8 类6 2 种，雪松BVOCs包括8 类64种，矮紫杉BVOCs包括7 类6 5种，银杏BVOCs包括8 类56 种，北京丁香BVOCs包括8 类57种，月季BVOCs包括9类56 种；6 种园林植物BVOCs均含有烯烃类、烷烃类、芳香烃类、醇类、醛类、酮类、酯类7 类化合物，但各类别化合物的相对含量有明显差异且挥发性有机物中均含有(+)-烯、(+)-柠檬烯、甲苯、正已醛、反式-3-己烯-1-醇5种共有成分，其含量分别占侧柏、雪松、矮紫杉、银杏、北京丁香和月季挥发性成分总量的12.2 4%、40.1%、2.44%、10.7 4%、24.32%、4.6 5%。研究结果对于北京市城市园林绿化树种的合理选择及科学配置具有参考意义。关键词：园林植物；挥发性有机物；成分；气质联用中图分类号：Q945文献标志码：A文章编号：2 0 95-1914(2 0 2 4)0 2-0 17 4-0 6Analysis of Volatile OCompounds in 6 Garden PlantsNiu Xiang-,Wang Bing2,Yuan Qingyu,Guo Yajun,Xu Tingyu l2,Zhang Weikang3(1.Key Laboratory of Forest Ecology and Environment,National Forestry and Grassland Administration/Ecology and Nature Conservation Institute,Chinese Academy of Forestry,Beijing 100091,China;2.Dagangshan National Key Field Observation and Research Station for Forest Ecosystem,Xinyu Jiangxi 336606,China;3.College of Forestry,Shenyang Agricultural University,Shenyang Liaoning 110866,China)Abstract:To investigate the composition of volatile organic compounds(BVOCs)in 6 normal nursery plantsin Beijing,we utilized powerful headspace stowing assortment and warm desorption-gas chromatography-massspectrometry(TDS-GC-MS)to BVOCs in Platycladus orientalis,Cedrus deodara,Taxus cuspidata,Ginkgo bi-loba,Syringa beijingensis and Rosa chinensis.We also uesd particle top region standardization to normalize thepeak areas of volatile organic compounds released from plants as a percentage to gauge the overall items in com-pounds.The results showed that the BVOCs released from P.orientalis included 8 classes of 62 species,C.deodara BVOCs included 8 classes of 64 species,T.cuspidata BVOCs included 7 classes of 65 species,G.bi-loba BVOCs included 8 classes of 56 species,S.beijingensis BVOCs included 8 classes of 57 species,and R.chinensis BVOCs included 9 classes of 56 species.All 6 nursery plants contained 7 sorts of builds including:ol-efins,alkanes,fragrant hydrocarbons,alcohols,aldehydes,ketones,and esters.However the general items in each收稿日期：2 0 2 2-12-2 9；修回日期：2 0 2 3-0 4-14基金项目：国家植物园森林环境空气质量监测站平台建设项目（998 15-2 0 2 2）资助。第1作者：牛香（198 2 一），女，博士，研究员，硕士生导师。研究方向：森林生态系统功能与服务。Email:。175香等：6 种园林植物挥发性有机物成分分析第2 期kind of build differed significantly.All of them contained 5 common components of(+)-pinene,(+)-limonene,toluene,hexanal,and trans-3-hexen-1-old in their BVOCs.Their items accounted for 12.24%,40.1%,2.44%,10.74%,24.32%,and 4.65%of the absolute unstable parts of P.orientalis,C.deodara,T.cuspidata,G.biloba,S.pekinensis and R.chinensis,respectively.The results of the review have significant hypothetical implications forthe objective determination and scientific allocation of tree species for unban landscaping in Beijing.Keywords:gardenplant;BVOCs;composition;GC-MS植物源挥发性有机化合物（BVOCs）是指植物在生理代谢过程向周围释放的低沸点、易挥发、还原性强的一类次生代谢产物。BVOCs不仅具有调节植物生长、繁殖、抵御天敌等方面的作用，还能够增强人体免疫力、调节情绪、治疗慢性疾病 2 。目前，人们对园林景观的需求已经突破了传统美观的阶段，进人到生态型园林的新层面，不仅注重植物对环境的适应性、美观性、抗病虫能力，还考虑到其生态化学效应。因此，不同植物释放的挥发性有机物的差异是城市绿化树种选择的重要参考依据。BVOCs主要包括非甲烷烃类（烷烃、烯烃、芳香烃）和醛、酮、酚、醇、醚、酯等含氧挥发性有机物，据估算可达30 0 0 0 种之多，几乎所有植物都可以通过释放挥发性物质从而抑制或杀灭细菌、真菌、原生动物等 3。随着城市化进程加快，人们休闲养生意识也随之提高，BVOCs的保健功效受到重视，被运用到生态旅游及康复景观设计中 4。目前，国内对BVOCs的研究多集中于油松（Pinus tabuliformis）、侧柏（Platycladus ori-entalis）等针叶乔木，而对于矮紫杉（Taxuscuspidata）、北京丁香（Syringa pekinensis）等灌木的研究则未见报道。本研究采用动态顶空采集、热脱附气质联用技术，对北京市常见的6 种园林植物侧柏、雪松（C e d r u s d e o d a r a）、矮紫杉、银杏（Ginkgo bi-loba）、北京丁香和月季（Rosachinensis）的挥发性有机物的成分进行分析，拟从生态化学的角度对北京市常见绿化植物做出科学评价，为合理选择城市绿化树种、优化植物配置提供科学依据。1材料与方法1.1试验材料参考张莉等 5 和赵静等 6 对我国10 0 多种植物释放挥发性有机物的研究并结合实地考察，在北京市常见的园林树种中选择应用范围较广、观赏价值较高的3种针叶园林植物（侧柏、雪松、矮紫杉）和3种阔叶园林植物（银杏、北京丁香、月季）的叶片为研究对象。实验地点为北京市海淀区西山卧佛寺附近的北京植物园（39 59 53.34 N、116 12 11.9 5 E），于2 0 2 1年7 月上、中、下旬各选择晴朗无风的一天，对活体植物BVOCs进行采集，每种植物选择生长环境一致、树龄相同、生理状况相似且健康无病害的3株作为采样标准株，为避免环境条件日变化引起干扰，采样时间统一在13:0 0 一14:0 0，并设置空白对照1.2植物挥发物的采集本试验采用动态顶空套袋法对供试植物的挥发性有机物进行采集。采集过程选择一健康无病虫害、长势良好的枝条并套上透光率接近100%的2 0 L聚四氟乙烯采样袋，袋口用绳子扎紧并用封口膜缠绕密封，以防漏气。利用QC-4S型大气采样仪（北京市科安劳保新技术公司）抽空袋内气体，再泵人通过活性炭过滤的空气，然后密闭系统并静置30 min后开始循环采气。将挥发物吸入内填Tenax-TA吸附剂的PerkinElmer吸附管中，采气流量为2 0 0 mL/min，采样时长为1h。1.3植物挥发物的分离鉴定采用热脱附气相色谱质谱联用仪（PerkinElmer公司，美国）对挥发性有机物进行分析，根据其不同的沸点逐个分离。热脱附条件：吸附管在自动解析器2 50 下被解析，热解析出来的化合物先被吸附在冷肼（1），然后迅速加热到30 0，从热解析出来的化合物通过传输线进人GC开始进行分析。色谱条件：VF-5MS毛细管柱（6 0 m0.25mm0.25m）；载气为高纯气；体积流量为1.0mL/min；色谱柱初始温度为40，保持3min，以10/min升至150，保持1min，以2 0/min升至2 50，保持30 min。质谱条件：离子源为电子轰击（EI），电子能量为7 0 eV，扫描质量数范围为33 40 0 m/z，176西南林业大学学报第44卷离子源温度为2 50 1.4数据分析气质联用仪获得的总离子流图（TIC）中峰形代表的化学信息经GCMSsolution软件进行积分分析、利用Nist2014Library标准谱库检索，通过相似度、保留指数、CAS号进行比对进而确定每种成分的结构式与分子式。利用离子峰面积归一化法对植物释放挥发性有机物的峰面积进行百分比标准化，测算化合物的相对含量。2结果与分析2.16种园林植物挥发物的成分分析6种园林植物挥发性成分的总离子流图见图1，通过分离鉴定并扣除本底空白样品中的杂质，共检测出包含烯烃类、烷烃类、芳香烃类、醇类、醛类、酮类、酯类、醚类、有机酸类以及其他类10类共17 9 种化合物。其中，针叶植物侧柏、雪松、矮紫杉中分别鉴定出6 2、6 4、6 5种挥发性有机物，侧柏及雪松挥发性成分包含烯烃类、烷烃类、芳香烃类、醇类、醛类、酮类、酯类和其他类共8 类化合物，矮紫杉中未检测出其他类化合物。侧柏释放的BVOCs中烯烃类化合物种类最多（2 2 种），相对含量为7 8.0 3%，其他类种类最少（1种），相对含量最低的为酮类（4种），相对含量为0.15%。雪松烯烃类化合物最多，相对含量为7 2.50%，矮紫杉释放的BVOCs中醇类化合物最多，相对含量为53.54%。4.84.44.03.63.22.82.42.01.61.2月季0.8银杏矮紫杉0.4北京宁香雪松0侧柏-0.415510152025303540455055606570保留时间/min图16 种园林植物挥发性有机物的总离子流图Fig.1TIC of VOCs from 6 landscape plants阔叶植物银杏、北京丁香、月季中分别鉴定出56、57、56 种挥发性有机物，银杏挥发性有机物中包含烯烃类、烷烃类、芳香烃类、醇类、醛类、酮类、酯类和其他类共8 类化合物，北京丁香较银杏未检测出其他类化合物但检测到了有机酸类，月季较银杏多检测出醚类化合物。月季释放的BVOCs中酯类化合物种类最多（14种），相对含量为40.6 9%；芳香烃类化合物种类最少（2 种），相对含量为0.46%。银杏释放的BVOCs中烷烃类化合物种类最多（13种），相对含量为21.82%；酯类化合物种类最少（3种），相对含量为2.2 5%。北京丁香释放的BVOCs中醇类化合物种类最多（12 种），相对含量为2 6.39%。3种针叶植物挥发物中检测出包含烯烃类、醇类、醛类、酮类、酯类、其他类的6 类共7 2 种有益BVOCs，3种阔叶植物挥发物中检测出包含烯烃类、醇类、醛类、酯类、其他类的5类共44种有益BVOCs。6 种园林植物有益BVOCs占总BVOCs相对含量的大小排序为雪松（8 6.8 8%）侧柏（8 2.0 3%）月季（7 4.11%）北京丁香（58.44%）银杏（50.6 4%）矮紫杉（30.51%）。2.26种园林植物挥发物成分的对比从不同树种挥发物组成和含量差异（附表1）可知，6 种园林植物挥发物均含有烯烃类、烷烃类、芳香烃类、醇类、醛类、酮类、酯类7 类化合物，所含类别差异不大，但各类别化合物的相对含量有明显差异。由图2 可知，侧柏和雪松挥发物中烯烃类化合物相对含量占比最大（7 0%），矮紫杉主要排放醇类化合物，银杏排放烷烃、醛类化合物较多，北京丁香挥发物中醇类化合物占主要成分，月季挥发物主要类别则为酯类化合物。总体来看，烯烃类、烷烃类和醇类化合物是6种园林树种释放的主要成分。6种园林植物挥发物中含有(+)-烯、(+)-柠檬烯、甲苯、正已醛、反式-3-己烯-1-醇5种共有成分，其含量分别占侧柏、雪松、矮紫杉、银杏、北京丁香和月季挥发性成分总量的12.24%、40.10%、2.44%、10.7 4%、2 4.32%、4.6 5%;但不同植物的挥发性有机物的组成不同：侧柏挥发物以3-烯（13.9 9%）为主；雪松挥发物主要成分为（-)-烯（2 0.44%）；矮紫杉挥发物主要成分为1-辛烯-3-醇（42.6 4%）；银杏挥发物主要成分为正癸醛（9.17%）；北京丁香挥发物主要成分为反式-3-已烯-1-醇（18.31%）；月季挥发物主要成分为乙酸已酯（16.6 1%）。6 种园林植物也含有特有成分，侧柏的特有成分有异戊二烯、品油烯、-波旁烯、（+)-柏木烯、（-)-罗汉柏烯、-香柠檬烯、-摩勒烯、异戊烷、甲基环戊烷、4-烯醇、桃金娘烯醇、马鞭草烯醇、177香等：6 种园林植物挥发性有机物成分分析第2 期一品醇、龙脑烯醛、3-环已烯甲醛、2,4-二甲基-3-戊酮、优葛缕酮、L-(-)-香芹酮、(E)-3-己烯-1-醇乙酸酯、乙酸冰片酯、乙酸松油酯；雪松的特有成分为苯乙烯、(+)-长叶烯、（-)-革澄茄油烯、2,4-二甲基庚烷、(S)-(+)-6-甲基-1-辛醇、反-2-十二烯-1-醇、-环柠檬醛、4-甲基-2-戊酮、8-羟基-2-辛酮、松香芹酮、-紫罗酮、惕各酸甲酯、香叶酸甲酯、（-)-乙酸桃金娘烯酯；矮紫杉的特有成分有2-十二烯、2,3,6-三甲基庚烷、正十一烷、3-甲基十五烷、（-)-仲丁醇、异丁醇、异戊醇、4-甲基-1-戊醇、5-甲基-1-已醇、1-辛烯-3-醇、6-甲基-5-庚烯-2-醇、6-甲基-3-庚醇、4-甲基-1-庚醇、1-王烯-3-醇、柏木脑、异戊醛、正戊醛、2-戊酮、2-甲基-3-戊酮、6-甲基-2-庚酮、3-辛酮、异戊酸甲酯、水杨酸甲酯；银杏的特有成分为(-)-可巴烯、4-甲基十二烷、正二十烷、苯、邻伞花烃、正王醇、2-己基-1-辛醇、橙花叔醇、3-甲基-2-庚酮；北京丁香的特有成分为2,3-二甲基辛烷、3-乙基-2-甲基庚烷、萘、3-戊醇、正庚醇、乙酸乙酯、(Z)-2-戊烯醇乙酸酯、丁酸叶醇酯、特戊酸；月季的特有成分为正二十一烷、苯乙醇、香叶醇，（+)香茅醇、橙花醛、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乙酸-3-甲基-3-丁烯-1-醇酯、梨醇酯、乙酸异戊酯、乙酸苯乙酯、乙酸橙花酯、乙酸香茅酯、苯甲醚、苄甲醚。侧柏、雪松、矮紫杉、银杏、北京丁香和月季挥发物特有成分分别占其挥发物总量的15.7 3%、8.8 0%、66.99%、13.19%、8.9 6%、33.34%，可见矮紫杉特有成分为其挥发物的主要成分90侧柏雪松80矮紫杉银杏70北京丁香月季6050403020100五面烯经烧经芳香经醇类醛类酮类酯类醚类有机酸其他化合物图2 6 种园林植物10 类挥发物含量变化Fig.2Relative contents of 10 VOCs categories from 6 landscape plants3结论与讨论3种针叶植物侧柏、雪松、矮紫杉释放的BVOCs以烯烃类、烷烃类、芳香烃类、醇类、醛类、酮类、酯类共7 类化合物为主。其中，侧柏和雪松释放的BVOCs主要为烯烃类化合物，矮紫杉释放的BVOCs主要为醇类化合物。3种阔叶植物银杏、北京丁香、月季释放的BVOCs以烯烃类、烷烃类、芳香烃类、醇类、醛类、酮类、酯类、其他类共8 类化合物为主。其中，银杏释放的BVOCs主要为烷烃类和醛类化合物，北京丁香释放的BVOCs主要为烯烃类、醇类、酯类化合物，月季释放的BVOCs主要为酯类、醇类、烯烃类化合物。植物挥发性有机物的合成与释放是一个受多种影响因子综合作用的繁杂过程，加之采集方式、处理手段、分析方法存在差异，致使针对植物挥发性成分的研究结果有较大差异。李娟 7 通过活体植物动态顶空采集法于7月份分析侧柏挥发性有机物，得出烯烃类为侧柏释放的主要类别化合物，相对含量达到7 5.47%，178西南林业大学学报第44卷与本研究结果（7 8.0 3%）接近。谢小洋等 8 于7月份晴朗天气采集西安地区侧柏挥发性有机物，共鉴定出6 类2 9 种成分，低于本研究8 类62种成分的结果，该研究发现烯烃类化合物相对含量达到9 3.8 5%，与本研究也有所差异，分析原因可能是由于该研究采用的是二氯甲烷洗脱吸附管，将洗脱液进行气质检测导致实验样品有损耗。王君怡 9 于夏季采集北京地区侧柏挥发性有机物，共鉴定出8 类6 5种成分，主要成分为3-烯、(+)-烯，与本研究结果基本一致。本研究得到针叶树种中主导物质多为烯类化合物 10-，林静等 12 研究南方红豆杉（Taxuschinenwsis）活体枝叶挥发性有机物释放特征，结果显示烯烃类化合物相对含量为6 7.13%、醇类只达到3.0 8%，与本研究结果不一致，二者虽都属于红豆杉属植物，但由于树种差异导致挥发性有机物含量有差别。员梦梦 13 采用静态顶空进样法研究白丁香（Pa s s e r m o n t a n u s）、紫丁香（Syuinga oblata）鲜花的香气成分，发现白丁香以十四烷（17.0 7%）、金合欢烯（15.9 7%）为主，紫丁香以罗勒烯（15.9 7%）、金合欢烯（11.2 3%）为主，与本研究北京丁香的主要成分不一致，这是因为本研究采集的是叶片释放的挥发性有机物。苏庆臣等 14 采用酒精浸泡提取法和直接固相微萃取法分析月季花瓣的香气成分，主要成分为乙酸已酯（2 4.0 6%），本研究中月季主要成分乙酸已酯（16.6 1%）低于上述结果。本研究采用动态顶空套袋法采集活体植物的挥发性有机物，不对采样枝条造成机械损伤，可以有效反应植株体在真实的自然生长状态下挥发性有机物的构成。3-烯能够显著增强波的脑电能量，缓解压抑心情15。（+)-烯、-烯等单类成分可使抑制因子的衰减时间常数得到延长，从而加强-氨基丁酸A型受体介导的突触反应，有促进睡眠的功效 16-17 。松油烯、品烯、-烯进人人体血液循环后，可以作用于咳嗽中枢，使肌肉得到舒张，扩大支气管口，发挥止咳平喘的功效，促进祛痰 18-19 。法法尼烯可将人体神经母细胞瘤细胞系分化为神经元样细胞，用于治疗阿茨海默病症 2 0 。-榄香烯具有抑制肿瘤细胞迁移、逆转细胞耐药性等功效，是常用于抗肿瘤的成分 2 1。-石竹烯可有效调节焦虑、抑郁等疾病 2 。乙酸已酯能够减缓疼痛、消除炎性 2 3。香叶醇能够抑制Atrogin-1基因表达，从而减缓由失神经支配引起的肌肉萎缩；同时还可以用于治疗糖尿病、预防骨骼肌损伤且不会对心血管性能产生不利影响 2 4-2 5。醛类化合物有甜润的水果香气及清新的花朵香韵，这类化合物不仅可以有效抑菌还能用于芳香疗法，同时可以用于调配食品香精 2 6 。橙花醇对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌均可以有效杀灭 2 7 。顺-3-已烯-1-醇具有绿茶、青草气息，能使人心情舒畅，愉悦身心。（+)-香茅醇具有激活降痛通路的抗痛觉过敏作用、可有效减缓人体疼痛症状 2 8 。以上对人体康健有积极作用的挥发性有机化合物在本研究中都能检测到。针叶植物侧柏挥发物中月桂烯、崖柏烯、3-烯、(+)-烯、(+)-茨烯、桧烯、(+)-柠檬烯、罗勒烯、-水芹烯、-水芹烯、-松油烯、品油烯、4-烯、-波旁烯、-石竹烯、（+)-柏木烯、（-)-罗汉柏烯、-律草烯、-香柠檬烯、-摩勒烯，雪松挥发物中崖柏烯、(+)-烯、(+)-烯、烯、(+)-柠檬烯、罗勒烯、-水芹烯、-水芹烯、-松油烯、4-烯、（+)-长叶烯、（-)-革澄茄油烯、-石竹烯、-律草烯、-法尼烯，这些有益烯烃类成分相对含量达到7 7.59%、7 1.6 1%。矮紫杉挥发物中醛类有益化合物异戊醛、正戊醛、正辛醛、龙脑烯醛、十一醛相对含量为12.9 2%。阔叶植物银杏挥发物中醛类有益化合物正已醛、正辛醛、王醛、正癸醛、十二醛、十三醛相对含量为2 2.7 0%；北京丁香挥发物中顺-3-已烯-1-醇和芳樟醇两类醇类有益化合物相对含量为18.42%；月季挥发物中有益酯类化合物甲酸己酯、乙酸己酯、乙酸叶醇酯、乙酸香茅酯、乙酸橙花酯、乙酸香叶酯相对含量为34.62%。因此，6 种植物都具有医疗保健、抑菌杀菌的功效。而矮紫杉中主要成分1-辛烯-3-醇是一种香精原料，对蚊虫等吸血昆虫有广谱引诱作用，因此常作为诱捕剂 2 9-30 ，不适宜作为能够直接接触游客的观赏植物大面积栽植。综合考量植物释放有益挥发性有机物的相关特性，除道路绿化外的绿地与公园等适宜种植侧柏、雪松2 种烯烃类挥发物释放较高的树种。矮紫杉由于其主要挥发性成分1-辛烯-3-醇对蚊子等吸血昆虫有广谱引诱作用，不适宜作为能够直接接触游客的观赏植物大面积栽植。银杏、北京丁香和月季等阔叶植物释放有益醛类、酯类和醇类化合物相对含量较高，可以利用芳香特性营造康复景观如保健植物园等，调节人体身心健康（责任编辑刘永梅）179生香等：6 种园林植物挥发性有机物成分分析第2 期【参考文献1胡春芳，袁相洋，田媛，等.常见花卉植物释放挥发性有机化合物的研究进展 .生态学杂志,2 0 18,37(2):588-595.2廖建军，齐增湘，李涛，等.植物挥发性有机物研究进展 1.南华大学学报（自然科学版），2 0 16,30(3)：119-123.3李晓菲,徐政.植物源杀菌剂研究进展 .南方农业，2018,12(13):40-42,45.4光发，光发，彭镇华.森林生物挥发性有机物释放速率研究进展 J.应用生态学报，2 0 0 5,16(6):1151-1155.5张莉，白艳莹，王效科，等.浙江省毛竹异戊二烯排放规律及其影响 J.生态学报，2 0 0 2,2 2(8)：1339-1344.6赵静，白郁华，王志辉，等.我国植物VOCs排放速率的研究 J.中国环境科学，2 0 0 4,2 4(6)6 54-6 57.7李娟.侧柏和油松挥发物动态变化规律研究 D.北京：中国林业科学研究院，2 0 0 9.8谢小洋，冯永忠，王得祥，等.5种园林树木挥发性成分分析 J.西北农林科技大学学报(自然科学版),2016,44(7):146-153.9王君怡.北京地区8 种典型景观树种释放挥发性有机物（BVOCs）动态变化特征研究 D.沈阳：沈阳农业大学，2 0 2 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