芳香万寿菊叶片自然释放的挥发性有机物构成

刘畅 郭阿君

(北华大学，吉林省·吉林市，132013)

Volatile components from Tagetes lemmonii in the fresh leaf and dried leaves were determined by solid-phase microextraction (SPME) coupled with gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). In spring, summer and fall, a total of 57 compounds were identified from 10 classes of VOCs, and Ketones, terpenoids and alcohols were the major constituents. The results showed that: relative amount from high to low was ketones, terpenoids and alcohols. There are 11 identical substances from fresh leaf VOCs in spring, summer and fall. The main substances were (Z)-Tagetenone, 5,7-Octadien-4-one, 2,6-dimethyl-, (Z)-, 7-Octen-4-one, 2,6-dimethyl-from ketones. D-Limonene, trans-.beta.-Ocimene and sabinenewere the main substances from terpenoids. The main compound are Eucalyptol and Linalool from alcohols. A total of 53 compounds were identified from 12 classes of VOCs from dried leaves stored for 1 and 3 months. The results shown that D-Limonene, 5,7-Octadien-4-one, 2,6-dimethyl-,(Z)-, 7-Octen-4-one, 2,6-dimethyl-were the main substances.There are 7 identical substances in VOCs from dried leaves stored for 1 month and 3 months. After 3 months, 34 substances were added to the volatiles from dried leaves stored for 3 months, including (+)-α-pinene, α-Naginatene, (E)-Tagetone and (Z)-Tagetenone. This study clarified the differences of VOCs composition and relative amount from leaves in different seasons and storage time of Tagetes lemmonii.

芳香万寿菊(Tageteslemmonii)为菊科万寿菊属，为多年生草本植物，原产于北美洲，又称甜万寿菊、香叶万寿菊，国内作为园艺观赏品种引进栽培。芳香万寿菊花期长花量大，具有极高的观赏价值，可食用可药用，具有清热去火、消炎解毒等功效[1-3]，且全株具浓郁香气，可驱蚊蝇。芳香万寿菊与万寿菊(Tageteserecta)相比，植株更加飘逸、花朵清丽，芳香宜人，即便植株干燥后，依然有馥郁香气。芳香万寿菊的诸多优势使其在园林绿化、食品、医药、化工等领域具有广阔的开发利用前景。

植物挥发性有机化合物(VOCs)是植物在自然状态下通过体内次生代谢途径合成，并释放到外界的挥发性化学物质[4]，存在于植株的不同部位，具有显著的净化空气、杀菌消毒等功能[5]，因此芳香植物被广泛应用于森林康养、康复景观、芳香疗法等领域。中医的闻香治病，仍然是通过嗅闻药物使芳香进入体内，作用于口鼻、肌肤、经络穴位等，以调整机体，避疫防病。植物挥发性有机化合物被集中提取出来成为植物精油，更可用于食品日化、医疗保健等诸多领域。利用植物挥发物的诸多功效，必须首先明确其化学组成。目前对万寿菊[6]、孔雀草[7]等精油自然释放挥发物成分进行了报道，但芳香万寿菊作为国内时下的园林绿化植物，其形态、习性、栽培与应用情况备受关注，对于其芳香特点，只进行了定性的描述，还未对其进行深入探讨，对于芳香万寿菊自然释放的挥发性物质成分鲜有研究报道。

以吉林市露地栽培的当年生芳香万寿菊为研究对象，采集不同生长季节的健康植株叶片，利用固相微萃取-气质联用技术(SPME-GC-MS)，对芳香万寿菊挥发性有机物(VOCs)进行组分分析，探讨芳香万寿菊叶片的挥发性有机物组分随季节的动态变化规律；
对健康生长植物及自然干燥植株释放的挥发性有机物组分进行对比，分析芳香万寿菊挥发物组分的变化。为芳香万寿菊在芳香植物、保健型园林等领域的应用提供数据支持。

1.1 试验材料

将试验用芳香万寿菊植株苗，于4月末去掉营养钵直接移栽至校园内全光照绿地环境，种植深度和营养钵高度相同，种植后，覆土平整浇透水，无裸露的根部，养护过程没有发现有明显缓苗期。植株定植后，新抽叶生长至成熟进行叶片采集。

1.2 叶片挥发物采集

2021年5、7、9月，每月20—25日，连续3天晴朗天气后采样，固定上午10:00—11:00随机选取3株生长良好的供试植株，每个植株选择自顶芽的第2～3对成熟叶片，采集2片混匀，混匀后取样3 g放入采样瓶中密封备用。另取部分成熟健康叶片并于室内环境(温度(22±1)℃，湿度(39±2)%)下存放，避免阳光直射，室温下自然干燥。干燥叶片制成后，存放1个月后，称取干燥叶1 g装入采样瓶密封备用，待存放3个月后，再称取干燥叶1 g装入采样瓶密封备用。利用固相微萃取装置(65 μm-PDMS/DVB萃取纤维头，美国Supelco)萃取挥发物。

1.3 挥发物成分鉴定

利用GC-MS(Agilent 7890A-5975C)对芳香万寿菊的挥发物进行化学成分的分析与鉴定。

色谱条件：HP-1MS型毛细管柱(美国Agilent 30 m×250 μm×0.25 μm)；
色谱柱初始温度50 ℃，以6 ℃·min-1升温至100 ℃，保持1 min；
然后以8 ℃·min-1升温至150 ℃，保持1 min；
再以12 ℃·min-1升温至250 ℃，保持8 min。载气为氦气，流速1.2 mL/min，分流进样，分流比为40∶1，进样口温度250 ℃。

选择HP-1MS毛细管柱(30 m×250 μm×0.25 μm)，程序升温起始温度为50 ℃，以高纯氦气为载气，流速1 mL·min-1；
样品不分流进样，离子源温度230 ℃；
质量扫描范围(m/z)45～450。

质谱条件：EI离子源，电子能量70 eV；
质量扫描范围(m/z)20～600；
离子源温度为230 ℃。利用标准质谱库(NIST 2008)进行对比，采用色谱峰面积归一化法计算化合物的质量分数。

2.1 芳香万寿菊叶片挥发物种类组成

由表1可知，7月20—25日测定结果中，新鲜叶片挥发物主要有萜类、酮类、醇类、醛类、酚类、酯类、酸类、烯烃、烷烃、呋喃类等10类化合物。3个时间段测定结果中，酮类、萜类、醇类为主要成分且为共有成分，各类质量分数由大到小的顺序为酮类、萜类、醇类，但同类物质中各组分质量分数差异显著。5月20日—25日测定结果酮类物质质量分数最高，7月20—25日、9月20—25日测定结果中酮类物质质量分数显著降低；
5月20日—25日测定结果萜类物质质量分数较低，7月20—25日、9月20—25日测定结果中萜类物质质量分数显著升高；
3个时间段测定结果中，醇类物质质量分数尽管呈现了显著差异，但变化幅度远小于萜类、酮类物质的变化。

表1 芳香万寿菊新鲜叶片挥发物成分

测定时间酚类种类质量分数/%醛类种类质量分数/%醇类种类质量分数/%酮类种类质量分数/%萜类种类质量分数/%5月20—25日23.46636.920778.31158.7567月20—25日30.76420.92857.8311055.475731.4589月20—25日10.07658.0741055.4761032.461

5月20日—25日测定结果：酮类物质共7种，酮类物质的质量分数为78.311%；
萜类物质共5种，萜类物质的质量分数为8.576%；
醇类物质共3种，醇类物质的质量分数6.92%。

7月20日—25日测定结果：酮类物质共10种，酮类物质的质量分数为55.475%；
萜类物质共7种，萜类物质的质量分数为31.458%；
醇类物质共5种，醇类物质的质量分数7.831%。

9月20日—25日测定结果：酮类物质共10种，酮类物质的质量分数为55.476%；
萜类物质共10种，萜类物质的质量分数为32.461%；
醇类物质共5种，醇类物质的质量分数8.074%。

由表2可知，自然干燥的芳香万寿菊叶片挥发物共鉴定出萜烯类、酯类、醇类、醛类等共12种化合物，以萜类、酮类化合物为主，且酮类物质的质量分数显著高于萜类。

表2 芳香万寿菊干燥叶片挥发物成分

存放时间酚类种类质量分数/%醛类种类质量分数/%醇类种类质量分数/%烯烃类种类质量分数/%酮类种类质量分数/%萜类种类质量分数/%存放1个月10.87222.20124.117469.667819.009存放3个月21.35030.51051.55031.230965.5801218.060

存放1个月后的干燥叶片挥发物中，酮类化合物共4种，酮类物质的质量分数为69.677%；
萜类物质共8种，萜类物质的质量分数为19.009%。

存放3个月后的干燥叶片挥发物中，酮类化合物共9种，酮类物质的质量分数为65.580%；
萜类物质共12种，酮类物质的质量分数为18.060%。

2.2 不同时段芳香万寿菊新鲜叶片挥发物的主要成分

由表3可知，不同时段芳香万寿菊叶片释放的挥发性组分和质量分数存在差异。

表3 芳香万寿菊不同季节挥发物成分与质量分数

5月20—25日测定结果：芳香万寿菊叶片共检测出20种有机化合物，其中，有15种有机化合物的质量分数大于1%，15种有机化合物的总质量分数为97.446%。挥发性有机化合物的主要成分为：(Z)-2,6-二甲基-2,5,7-三烯-4-酮(34.6270%)、(Z)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮(28.497%)、2,6-二甲基辛-7-烯-4-酮(7.984%)、(E)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮(4.789%)等。

7月20—25日测定结果：芳香万寿菊叶片共检测出37种有机化合物，其中，有12种有机化合物的质量分数大于1%，12种有机化合物的总质量分数为91.906%。挥发性有机化合物的主要成分为：2,6-二甲基辛-7-烯-4-酮(22.025%)、(Z)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮(20.946%)、(E)-Β-罗勒烯(12.94%)、(+)-柠檬烯(11.118%)、桧烯(5.278%)等。

9月20—25日测定结果：芳香万寿菊叶片共检测出34种有机化合物，其中，有13种有机化合物的质量分数大于1%，13种有机化合物的总质量分数为93.717%。挥发性有机化合物的主要成分为：(Z)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮(28.219%)、2,6-二甲基辛-7-烯-4-酮(15.334%)、(+)-柠檬烯(11.102%)、(E)-Β-罗勒烯(10.594%)、桧烯(7.943%)、桉叶油醇(6.401%)。

3个时段测定结果中，共有的成分主要集中在酮类、醇类和萜类。其中，桧烯、桉叶油醇的质量分数从5月20—25日至9月20—25日显著提升，5月20—25日至9月20—25日桧烯的质量分数由0.600%提升至7.943%，桉叶油醇的质量分数由2.587%提升至6.401%；
(+)-柠檬烯自5月20—25日至7月20—25日由1.190%提升至11.118%，由7月20—25日至9月20—25日的质量分数相对稳定；
(E)-Β-罗勒烯、2,6-二甲基辛-7-烯-4-酮、蒿酮、芳樟醇的质量分数变化则表现为由5月20—25日至7月20—25日升高，由7月20—25日至9月20—25日回落；
5月20—25日、7月20—25日、9月20—25日(E)-Β-罗勒烯的质量分数分别为2.864%、12.940%、10.594%，变化幅度较大；
5月20—25日、7月20—25日、9月20—25日2,6-二甲基辛-7-烯-4-酮的质量分数分别为7.984%、22.025%、15.334%，变化幅度较大。而3-异丙基-6-甲基-2-环己烯-1-酮、(Z)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮的质量分数变化则表现为由5月20—25日至7月20—25日下降，由7月20—25日至9月20—25日上升。由5月20—25日至9月20—25日，(Z)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮的质量分数分别为28.497%、20.946%、28.219%，变化幅度较大，而3-异丙基-6-甲基-2-环己烯-1-酮的质量分数变化较缓和。(E)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮、(Z)-2,6-二甲基-2,5,7-三烯-4-酮的质量分数由5月20—25日至9月20—25日表现为下降。由5月20—25日至9月20—25日，(Z)-2,6-二甲基-2,5,7-三烯-4-酮的质量分数分别为34.627 0%、2.233 0%、1.845 0%，变化幅度较大，而(E)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮的相对质量分数变化较缓和。

2.3 不同保存时长芳香万寿菊干叶挥发性化合物的成分

由表4可知，不同存放时间的芳香万寿菊叶片挥发性组分和质量分数存在较大差异。

表4 芳香万寿菊干叶不同保存时间挥发物成分与质量分数

自然存放1个月的芳香万寿菊干叶鉴定出19种化合物，其中，有10种化合物质量分数大于1%，10种挥发性化合物的总质量分数为92.101%。以2,6-二甲基辛-7-烯-4-酮(61.833%)为主要成分，其余质量分数较高的有(+)-柠檬烯(7.636%)、(E)-β-罗勒烯(4.696%)、(Z)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮(6.639%)。

自然存放3个月的芳香万寿菊干叶鉴定出41种化合物，其中，有12种挥发性化合物的质量分数大于1%，12种挥发性化合物的总质量分数为90.381%。主要成分包括2,6-二甲基辛-7-烯-4-酮(28.31%)、(Z)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮(25.74%)、蒎烯(7.64%)、3-甲基-2-(3-甲基-2-丁烯基)呋喃(5.8%)、(E)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮(4.96%)、(Z)-2,6-二甲基-2,5,7-三烯-4-酮(4.73%)。

发现自然存放1个月与存放3个月的干叶挥发性化合物中，(+)-柠檬烯、(Z)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮、2,6-二甲基辛-7-烯-4-酮是共有的主要成分，但随着存放时间的延长，(+)-柠檬烯、2,6-二甲基辛-7-烯-4-酮的质量分数显著降低，(+)-柠檬烯质量分数由7.636%降低至3.89%，2,6-二甲基辛-7-烯-4-酮由61.833%降低至28.31%；
(Z)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮的质量分数显著上升，由6.639%升至25.74%。

芳香万寿菊干叶存放3个月后，释放的挥发性化合物组分中增加了34种化合物，其中蒎烯(7.64%)、3-甲基-2-(3-甲基-2-丁烯基)呋喃(5.8%)、(E)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮(4.96%)、(Z)-2,6-二甲基-2,5,7-三烯-4-酮(4.73%)、草蒿脑(2.75%)质量分数较高，其余29种化合物质量分数均在1%以下；
(E)-β-罗勒烯、反式-β-金合欢烯已检测不到。

自然生长的芳香万寿菊挥发性化合物以酮类、萜类、醇类化合物为主，测定的3个时段中(5月20—25日、7月20—25日、9月20—25日)均以酮类化合物的质量分数最高，酮类化合物的质量分数为55.475%～78.311%；
其次为萜类化合物，萜类化合物的质量分数为5.876%～32.461%；
醇类化合物也是芳香万寿菊典型香气成分中重要组成部分，醇类化合物的质量分数为6.92%～8.074%。新鲜芳香万寿菊叶片挥发性化合物种类组成以7月20—25日、9月20—25日居多。回瑞华等[8]利用蒸馏萃取得到的同属植物万寿菊(Tageteserecta)挥发油，分析认为万寿菊挥发油主要成分包括萜烯类化合物、酮类化合物，万寿菊挥发油的具体包括柠檬烯、3,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇、1-环己基-2-甲基-丙烯-2-酮和3-甲基-6-(1-甲乙基)-2-环己烯-1-酮和芳樟醇等有机化合物。这与芳香万寿菊自然释放挥发性化合物组分差异明显但存在共有成分。植物的遗传特性、发育状态以及环境因素是影响挥发物释放的主要因子，这也解释了万寿菊、芳香万寿菊尽管为同属植物但挥发性化合物组分不尽相同的原因。

干燥的芳香万寿菊存放过程中主要成分依然以萜类、酮类化合物为主，主要由柠檬烯、(Z)-2,6-二甲基-5,7-二烯-4-酮、2,6-二甲基辛-7-烯-4-酮等化合物构成，与芳香万寿菊的新鲜叶片挥发性化合物成分具有极高的相似性，干燥的芳香万寿菊叶片香气组成上仍具有明显的芳香万寿菊特征。芳香万寿菊干燥叶片自然存放1个月，挥发性化合物与新鲜叶片挥发性化合物成分重复率达59%，存放3个月后，干叶与新鲜叶片挥发性化合物成分重复率降为41%。在3个月的存放过程中，芳香万寿菊干叶香气逐渐变淡，叶色稍变黄。随着存放时间的延长，香气组成上虽仍具有明显的芳香万寿菊特征，但干叶挥发性化合物组分显著增多，新增化合物的总质量分数为38.64%，应为存放过程中叶片吸湿、氧化等反应后的产物。