铁皮石斛和重唇石斛及其杂交子代茎·叶挥发性成分分析

颜沛沛,叶 炜*,江金兰,王培育

(1.三明市农业科学研究院,福建三明 365051;2.福建省(山区)作物遗传改良与创新利用重点实验室,福建三明 365051)

石斛是兰科(Orchidaceae)石斛属(Dendrobium)多年生附生草本植物,在我国云南、福建、浙江等地均有分布,是我国传统名贵药材,具有滋阴清热、益胃生津等功效。但石斛生理性质特殊,自然条件下不易萌发且生长缓慢,难以满足市场需求,因此生长快速、有效成分含量高的石斛新品种培育是目前石斛育种的重要方向。

铁皮石斛(Dendrobiumofficinale)是药用栽培最广泛的物种之一,现代研究则表明其具有抗炎抗氧化[1]、抑制肿瘤[2]、降糖降脂[3]等作用;重唇石斛(Dendrobiumhercoglossum)相关研究较少,《中国中药资源志要》记载其可用于热病伤津、病后虚热等,且其植株生长旺盛,花色艳丽,是适合栽培且宜观赏的石斛品种。该研究以铁皮石斛为母本、重唇石斛为父本,杂交选育出生长速度快、生长量高的14L-3、14L-6、14L-7和14L-9共4个株系,并检测其茎、叶的挥发性成分,探讨石斛茎、叶成分的差异及杂交石斛成分的差异,为石斛育种提供指导,也为扩展石斛使用部位提供依据。

1 材料与方法

1.1 仪器与材料Agilent 5977B-7890B气相色谱/质谱联用仪,Agilent 7697A进样器(美国Agilent Technologies公司)。试验用铁皮石斛(Dendrobiumofficinale)、重唇石斛(D.hercoglossum)和基因型一致的4个杂交子代株系14L-3、14L-6、14L-7、14L-9,均于2021年1月采自三明市农业科学研究院药用植物研究所石斛大棚。

1.2 试验方法

1.2.1样品收集。09:00左右摘取铁皮石斛、重唇石斛和子代14L-3、14L-6、14L-7、14L-9的新鲜茎、叶1 g,研磨成浆,放入顶空瓶,检测挥发性成分,重复3次。

1.2.2气相条件。Agilent 19091S-433UI A001色谱柱(30 m×250 μm×0.25 μm);升温程序:起始温度35 ℃保持2 min,以5 ℃/min升至80 ℃,再以8 ℃/min升至200 ℃保持1 min至分析完成;进样口温度250 ℃;载气为高纯He (99.999%),流量1 mL/min,进样量1 μL。

1.2.3质谱条件。电子方式 EI;电子能量70 eV;离子源温度250 ℃;四级杆温度150 ℃。质量扫描范围45～550m/z。

1.3 数据处理与分析通过NIST14谱库检索和人工解析图谱对挥发性成分进行定性分析;通过离子流峰面积归一法计算挥发性成分的相对含量,应用Microsoft Excel整理数据,通过simca 14.1建立PCA-X模型、拟合求解并分析数据关联性。

2 结果与分析

6种石斛茎、叶中共检测出105种化学成分,茎中共检测出23种化学成分,其中铁皮石斛5种,重唇石斛10种,14L-3、14L-6、14L-7和14L-9分别有10、8、6、6种,6种共有的成分2种(叶醇、正己醛),其中叶醇是每种石斛茎中含量最高的成分,铁皮石斛、重唇石斛、14L-3、14L-6、14L-7、14L-9分别为84.94%、64.76%、76.82%、75.81%、60.38%、34.89%,正己醛分别为2.53%、10.69%、1.66%、4.51%、6.95%、13.02%。叶中共检测出90种化学成分,其中铁皮石斛31种,重唇石斛37种,14L-3、14L-6、14L-7和14L-9分别有24、29、17、32种,6种共有的成分6种(叶醇、正戊醇、二乙基酮、1-戊烯-3-醇、特戊醛、反-2-己烯醛),其中叶醇是每种石斛叶中含量最高的成分,铁皮石斛、重唇石斛、14L-3、14L-6、14L-7、14L-9分别为53.40%、36.03%、53.88%、54.80%、66.91%、35.42%,反-2-己烯醛分别是13.85%、27.54%、6.98%、10.13%、6.57%、19.58%。

6种石斛茎、叶全部挥发性成分可分为醇、醛、烯、酮、烷等几个大类,茎、叶主要挥发性成分均为醇类,其中茎中含量分别为铁皮石斛96.67%、重唇石斛77.8%,14L-3、14L-6、14L-7、14L-9分别为81.05%、80.96%、60.38%、36.88%;叶中母本、父本与子代含量分别为78.23%、54.51%、85.72%、80.21%、80.49%、48.82%。其次是醛类,茎中含量分别为铁皮石斛2.53%、重唇石斛13.14%,14L-3、14L-6、14L-7、14L-9分别为13.00%、13.29%、36.18%、32.78%;叶中母本、父本与子代含量为14.53%、31.14%、7.98%、12.29%、8.77%、48.82%。6种石斛叶中只有14L-9检测出烯类和炔类,分别为26.87%、2.83%。

表1 6种石斛茎、叶挥发性成分相对含量Table 1 Relative content of volatile components in the stems and leaves of six species of Dendrobium

接下表续表1

6种石斛茎挥发性成分相关性分析如图1所示,绝对系数(R2)为0.900,说明模型拟合度较好,预测优度(Q2)为0.269,预测程度较低;模型中,铁皮石斛、重唇石斛、14L-3、14L-6和14L-7较相近,均与14L-9距离较远。6种石斛叶挥发性成分相关性分析如图2所示,R2为0.908,说明模型拟合度很好,Q2为0.762,说明预测程度较好;模型中, 14L-3、14L-6和14L-7靠近母本铁皮石斛,14L-9则与父本重唇石斛靠近。14L-9茎和叶在模型中与其他子代距离均较远,表明其挥发性成分与其他株系相比有较高的差异性。

3 讨论

石斛的传统用药部位是石斛的新鲜或干燥茎,相关研究和开发利用也大多是围绕茎展开的,对叶的研究较少,这就造成了大量石斛资源的浪费。为扩大石斛的使用部位、提高石斛资源的利用,近年来对石斛叶的研究也逐渐受到重视。研究发现,石斛叶中的主要化学成分与茎相似,主要为多糖、黄酮、生物碱等,也同样具有良好的免疫[4]、抗氧化活性,具有促进脂质代谢[5]、抗阿尔兹海默症[6]等功能。唐丽等[7]研究发现铁皮石斛多糖主要集中在茎,但总生物碱与总黄酮则多存在于叶,与黄彪等[8]对铁皮石斛茎、叶多酚含量的研究结果相同;唐文文等[9]也证明了铁皮石斛叶的抗氧化活性高于叶。以上研究均表明石斛叶具有很大的研究价值和开发利用前景。

该试验结果中,6种石斛叶的挥发性成分均较茎多,但主要挥发性成分相同,均为叶醇,叶醇几乎存在于所有绿色植物中,具有新鲜的青叶香气,可以提升植物香气,是常用的食品添加剂和名贵香料化妆品[10],也可作为信息素或生理活性物质参与植物和昆虫的生理活动、促进植物防御[11]。正己醛也是6种石斛茎的共有成分,还是6种花的共有成分,且是亲本铁皮石斛和重唇石斛花中唯一共有成分[12],但子代14L-3、14L-9叶中没有检测出正己醛。正己醛除了是一些植物的特征性挥发成分,还具有保鲜贮藏水果、抑制霉菌等作用[13],工业上也可用于合成食品香料、杀虫剂等[14]。6种石斛叶中,除叶醇外其他共有成分为正戊醇、二乙基酮、1-戊烯-3-醇、特戊醛、反-2-己烯醛,其中反-2-己烯醛也是含量较高的主要成分之一,具有传导信号、抑菌、保鲜等作用[15]。1-戊烯-3-醇可用于食用香料,正戊醇、二乙基酮、特戊醛均在化工业有所应用。

图2 6种石斛叶挥发性成分的相关性Fig.2 Relation of volatile components among six species of Dendrobium leafs

越来越多的研究表明植物的挥发性成分对于植物的研究同样具有重要意义,目前已经发现植物挥发性物质具有抑菌、抗炎、抗肿瘤、保护神经等药理功能,在食品、化工等方面均有广泛的应用,挥发性成分也逐渐成为药用植物重要的研究方向之一。该试验检测了铁皮石斛、重唇石斛及4个子代的茎、叶挥发性成分,考察了其茎、叶挥发性成分的差异性,也探讨了石斛及其杂交子代成分遗传的差异性,发现14L-9茎、叶挥发性成分与其他子代相差最大、特异性最强,这对石斛新品种的选育提供指导,也为杂交石斛子代的研究提供方向。