金桂釋放揮發(fā)性有機物的日動態(tài)分析

陳　霞，郭立春，劉海燕，肖文婭，關(guān)慶偉*(1.中山陵園管理局，江蘇　南京　10014;.南京林業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院，江蘇　南京　1007;.中山園林集團公司梅研中心，江蘇　南京　10014)

金桂釋放揮發(fā)性有機物的日動態(tài)分析

陳霞1，2，郭立春3，劉海燕2，肖文婭2，關(guān)慶偉2*
(1.中山陵園管理局，江蘇南京210014;2.南京林業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院，江蘇南京210037;3.中山園林集團公司梅研中心，江蘇南京210014)

摘要:采用動態(tài)頂空吸附法和熱脫附-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(TCT-GC/MS)，在紫金山國家森林公園靈谷寺景區(qū)，于10月對金桂日釋放的揮發(fā)性有機物進行測定分析，對含花朵和不含花朵的枝葉釋放含量進行比較，分析其日變化，并初步探討與環(huán)境因素的關(guān)系。結(jié)果表明:金桂花期時共釋放出73種揮發(fā)性有機物，以醇類、烯類化合物為主，占83.57%，主要是1，6-辛烯-3-醇、2-呋喃甲醇和β-水芹烯。1/3的揮發(fā)物(主要是18.58%的醇類化合物和小部分芳烴類化合物)是由金桂的花朵中揮發(fā)出來的。醇類化合物日變化先升后降，烯類化合物先降后升。

關(guān)鍵詞:金桂;揮發(fā)性有機物;日動態(tài)

Daily dynamic analysis of volatile organic compounds released of Osmanthus fragrans var thunbergii

CHEN Xia1，2，Guo Li-chun3，LIU Hai-yan2，XIAO Wen-ya2，GUAN Qing-wei2*

(1.The Administration of Dr Sun Yatsen's Mausoleum，Nanjing 210014，China;2.College of Biology and Environment，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China;3.Plum Research Center，Nanjing Zhongshan Garden Group，Co.，Nanjing 210014，China)

Abstract:Using a dynamic headspace adsorption and thermal desorption cold trapping-gas chromatography-mass spectrometry (TCT-GC/MS)，we investigated VOCs (volatile organic compounds) released of Osmanthus fragrans var thunbergii in Linggu Temple area on Purple Mountain National Forest Park in October，and discussed the relationship between emissions and environmental factors.The results showed that 73 kinds of VOCs in total were released during the flowering period.Most of them were alcohols，vinyl compounds，accounting for 83.57%(mainly 1，6-octene-3-ol，2-furan methanol and βphellandrene).One third of volatiles (mainly 18.58% of the alcohol compound and a small portion of aromatic compounds) were from the flowers.Diurnal variation featured that alcohol compounds decreased after increase，and the amount of vinyl compounds increased firstly and then dropped.Our purpose is to guide forest planting to make a choice，and provide a reference to the implementation of refined management of scenic forest.

Key words:Osmanthus fragrans var thunbergii;VOCs;Diurnal variation

近年來，以植物精氣為保健資源的森林浴在世界各地紛紛開展［1］，植物在生理過程中釋放出生物活性有機揮發(fā)物(Biogenic volatile organic compounds，BVOCs)，包括烴類、醇類、醛類、酮類、酯類、有機酸以及一些含氮化合物等，大多具有芳香氣味，被稱為植物精氣和芬多精(Phytoncidere)，是旅游區(qū)保健功能和空氣清潔程度的重要指標［2］。

桂花(Osmanthus fragrans)為木樨科木樨屬的一種常見栽培植物，為食、藥、觀賞、綠化等多用植物，對其資源的開發(fā)正日益受到重視［3］，而金桂(Os-

manthus fragrans var thunbergii)是桂花的主要栽培品種。目前，對金桂的研究主要集中于其芳香成分［4］、色素穩(wěn)定性和提?。?］、栽培技術(shù)［6］及遺傳表現(xiàn)［7］等，但對其花期釋放BVOCs的研究相對較少。

紫金山國家森林公園自1993年至1999年充實擴建的靈谷寺桂園，已建成全園面積89 hm2，桂花16 000株以上，品種30種以上［8］。靈谷寺景區(qū)桂花規(guī)模越來越大，因此，從指導(dǎo)游客賞桂的角度出發(fā)，開展研究很有必要。

1　材料與方法

1.1供試材料

選取靈谷寺景區(qū)馬尾松+金桂+藎草群落中的桂花［9］，樹高3.5 m、冠幅2.5 m×2 m、樹齡15 a，占景區(qū)內(nèi)70%左右的金桂，作為該研究的供試材料。

1.2氣體成分的收集

于2010年10月9日，晴朗，無風(fēng)，從7: 00～18:00，每隔2 h取1次金桂帶花朵和不帶花朵的樣本。使用動態(tài)頂空吸附采樣法［10－12］(Dynamic Headspace Collection)進行采集。對植物揮發(fā)性物質(zhì)的采集堅持活體采集的原則，保持植株正常生理狀態(tài)，避免由機械損傷等因素導(dǎo)致的試驗誤差。具體步驟為(1)用塑料袋(美國Reynolds生產(chǎn)的微波爐袋)套住適量枝條后，立即用氣泵抽盡塑料袋內(nèi)空氣;(2)用氣泵泵入通過活性炭和GDX-51過濾的凈化空氣，并密閉系統(tǒng);(3)充氣至塑料袋內(nèi)體積2/3時，開始循環(huán)收集，時間40 min;(4)收集完成后，取下樣品管。為了減少大氣干擾，收集大氣揮發(fā)性物質(zhì)作為試驗本底。每次收集設(shè)重復(fù)3個(同一種植物不同個體植株)，取3次重復(fù)平均值。

1.3氣體成分的分析條件

植物VOCs組成分析采用的是熱脫附/氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用法(Thermal desorption Cold Trapping-Gas Chromatography/Mass Spectrum，TCT/GC/MS)分析技術(shù)。本試驗所用的TCT裝置是珀金埃爾默公司(PerkinElmer)生產(chǎn)的TurboMatrix 650 ATD-Clarus 600 GC-MS全自動熱脫附-氣質(zhì)聯(lián)用儀。

TCT的主要條件:系統(tǒng)壓力: 20 kPa，桿溫度: 250℃(10 min)，冷阱溫度: 260℃。

GC的工作條件:色譜柱: DB-5 Low Bleed/MS 柱(60 m×0.32 mm×0.5 μm)，通過液氮脫附進樣，He載氣。程序升溫: 40℃(3 min)→6℃/min→270 ℃(5 min)→280℃(5 min)。

MS的工作條件:電離方式: EI;離子能: 70eV;質(zhì)量范圍: 29～350 amu;接口溫度: 250℃，離子源溫度: 200℃，發(fā)射電流: 150 μA，全掃描，每次掃描所用時間0.4 s，質(zhì)譜掃描范圍: m/z 19～435。

1.4氣體的鑒定與含量測定

GC/MS質(zhì)量數(shù)據(jù)從Xealibur軟件(Themro-Finnigna;LesUllis，F(xiàn)rance)獲得。通過GC/MS分析可獲得GC/MS原始數(shù)據(jù)-總離子流圖(TIC)，圖中各峰所代表的化學(xué)信息采用Xcaliburl.2版本軟件，經(jīng)計算機檢索NlST98譜圖庫，兼顧色譜保留時間確認及篩選，以此對各種揮發(fā)物成分進行鑒定。通過面積歸一化法定量各類揮發(fā)物的相對含量。

1.5氣體的數(shù)據(jù)分析

對金桂揮發(fā)物日變化進行定量分析(包括各種成分的有無、含量的百分比等)，比較不同時間、不同環(huán)境條件對其組成和含量的影響。把采樣過程中進入惰性袋內(nèi)并起到循環(huán)流動載氣作用的過濾空氣組分作為揮發(fā)物分析的空白本底，其化學(xué)成分種類及相對含量、強度等是確定植物揮發(fā)性組分的參照。

2　結(jié)果與分析

分析顯示，惰性袋內(nèi)對照空氣組分的主要化學(xué)成分為對二氯苯、丙苯、三環(huán)葵醇、甲苯、苯、丁醚、苯酚、己內(nèi)酰胺、甲酸乙酸酐、三氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮、十一烷、1，3-二甲基苯、癸醛等。在各金桂品種揮發(fā)物的譜圖中如果出現(xiàn)上述成分，必須嚴格甄別，如果數(shù)量級相同，則應(yīng)予以剔除。

金桂揮發(fā)性有機物的組成以萜類為主，為便于區(qū)分和通俗易懂，本結(jié)果未采用專業(yè)的(為單萜、環(huán)烯醚萜、倍半萜、芳香族、脂肪族等)分類方法［13］，而是以分子結(jié)構(gòu)中有機功能團的類型來分為醇、醛、酮、酯、烴等及其氧化物。

2.1金桂釋放揮發(fā)性有機物的組成與含量

10月9日，共檢測到金桂釋放出73種揮發(fā)性有機物，檢出的化合物成分與相對含量具體情況如表1所示，其中16種醇類化合物，23種烯類化合物，9種酮類化合物，7種酯類化合物，8種醛類化合物，10種烴類和雜環(huán)類化合物，這6類物質(zhì)含量之和占離子流的99.87%。

表1　金桂揮發(fā)性有機物的組成與相對含量　%

續(xù)表1

在對金桂測得的73種揮發(fā)性有機物中，從表1和表2的日變化含量、平均含量可以看出，醇類化合物含量最高，達到了61.9%，烯類化合物其次，為21.67%，這2類化合物為金桂最主要的揮發(fā)物。酮類化合物居3，為7.39%，酯類化合物、醛類化合物、烴類和雜環(huán)類化合物含量相差不大。從同樣是金桂9:00～10:00(見圖1)的測定中，含花朵的和不含花朵的揮發(fā)性有機物中，醇類化合物增加了18.58%，最為明顯，其次為芳烴類化合物，這說明有1/3的揮發(fā)物是由金桂的花朵中揮發(fā)出來的，主要為2-己烯醇、呋喃甲醇、吡喃-3-醇，α-蒎烯、環(huán)檸檬醛、酮等，特別是吲哚，為花朵獨有。對于金桂精油的研究目前已經(jīng)有很多，說明金桂花朵及枝葉的揮發(fā)物確實對人體健康有利，金桂花期賞桂值得推崇。

圖1　10月9日揮發(fā)性有機物9:00～10:00的相對含量

2.2金桂釋放揮發(fā)性有機物的日動態(tài)變化

各類化合物都有各自的變化規(guī)律，且各有差異(見表2)。金桂釋放的揮發(fā)性有機物以醇類和烯類為主，各類物質(zhì)有著各自的變化規(guī)律。

醇類化合物是金秋十月金桂釋放的主要化合物，從表2中還可以看出，醇類化合物含量占到了50%以上，從早晨的55.06%逐漸上升，13:00～14:00時達到了最高值67.54%，然后逐漸下降至61.03%，這其中的主要成分是1，6-辛烯-3-醇和2-呋喃甲醇，所占比例超過了90%。1，6-辛烯-3-醇的變化規(guī)律是先升后降，13: 00～14: 00時達到最高值，早晨釋放量是傍晚釋放量的2倍，2-呋喃甲醇的變化規(guī)律是一直升高，早晨只有3.36%，17: 00～18:00時達到最高值31.66%，變化幅度非常大，接近早晨的10倍，2者變化趨勢截然不同。其余的醇類化合物變化也不同，吡喃醇先降后升，植醇一直下降，2-乙基1-己醇先升后降再升。因此，醇類化合物的日變化較大。

烯類化合物在金桂釋放的VOCs總量中僅次于醇類化合物，雖然不足醇類1/2，但其化合物種類最多，共鑒定出21種，其中單萜10種，含量超過一半，尤以β-水芹烯和1，3，6-辛三烯為主，4-蒈烯、α-蒎烯、β-蒎烯、β-月桂烯、檸檬烯、氧化檸檬烯釋放量相似;倍半萜4種，甘菊環(huán)含量最高。烯類化合物在早晨的含量最高，占26.96%，隨著溫度升高逐漸降低，在13:00～14:00為16.98%，14: 00后釋放量開始回升，傍晚時達到19.38%。大多數(shù)烯類化合物都以這樣的趨勢被釋放，但也有在13:00～14: 00時釋放量達到最高值，如1，3，6-辛三烯和α-蒎烯。單萜氧化物在上午能檢測到，倍半萜氧化物則只在中午前后才開始檢測到。

表2　10月9日金桂揮發(fā)性有機物日變化相對含量　%

從表2可以看出，金桂釋放的酮類化合物與酯類化合物的變化正好相反。酮類化合物在早晨時只有4.16%，一直上升至傍晚時的13.07%，主要以3-丁烯-2-酮的釋放量不斷增加為主。酯類化合物從早晨的4.81%一直下降至傍晚的1.09%，主要以3-己烯-1-醇酯的釋放量不斷下降為主，棕櫚酸甲酯只

有傍晚才有釋放。

醛類化合物釋放量先降后升，13: 00～14: 00時最低，只有2.58%，早晨(5.4%)比傍晚(3.24%)釋放量高，主要以苯甲醛和3-甲基戊醛為主。烷烴、芳烴類和雜環(huán)類化合物的釋放量與醛類化合物正好相反，先升后降，13: 00～14: 00時最高，為3.77%，早晨(2.96%)比傍晚(2.18%)釋放量高，以1，1-二甲基-3-亞甲基-2-乙烯基環(huán)己烷釋放量最高。2.3金桂釋放揮發(fā)性有機物的環(huán)境條件日變化

通過10月9日對金桂葉片各項生理指標的測試(表3)可以看出，金桂的日生長曲線呈單峰狀態(tài)，在9:00多時達到最高，這可能是金桂葉片的自身生理結(jié)構(gòu)決定的，金桂葉片比較肥厚，葉色較深，葉綠素含量高，對光比較敏感，雖然中午時分光強最強，但是中午前已達到光飽和，有短暫的午休現(xiàn)象，即使溫度在升高，但是氣孔導(dǎo)度下降，胞間CO2濃度在升高，導(dǎo)致光合速率一直下降。但是隨著溫度的升高，蒸騰速率也在升高，樣本室和參比室水分差距增大，說明水分蒸發(fā)增強，植物通過蒸騰降低葉面溫度，環(huán)境溫度比葉面溫度高0.4℃左右。相對濕度早晨最高，一直下降后，到傍晚時分有所上升，和相對濕度一樣，胞間CO2濃度在傍晚時也升高，這是因為呼吸作用強于光合作用，CO2濃度太大已導(dǎo)致氣孔導(dǎo)度下降，揮發(fā)性有機物的釋放強度也下降。

對照金桂釋放的各類揮發(fā)性有機物，可以得出溫度是其最大的影響因子，60%的醇類化合物日變化總趨勢與溫度日變化趨勢相同。另外，醛類化合物的釋放趨勢與相對濕度的變化趨勢相同，烷烴、芳烴類和雜環(huán)類化合物的釋放趨勢與光照度的變化趨勢相同，其余的環(huán)境條件影響較小。

表3　10月9日金桂葉片的各項生理指標

3　討論與結(jié)論

樹種差異是決定樹木VOCs釋放的首要因素，樹木的基本特征決定了不同樹種所釋放的VOCs的成分差異和釋放速率的大小［9］。BVOCs是植物本身在生理過程中揮發(fā)出來的，日含量變化主要取決于植物本身的生理代謝、氣候環(huán)境因素以及與空氣中其他氣體的化學(xué)反應(yīng)［2］。溫、濕度及光照是影響B(tài)VOCs釋放的3個主要因素［1］。

金桂花期時共釋放出73種揮發(fā)性有機物，以醇類化合物、烯類化合物、酮類化合物為主，占化合物含量的90.96%，主要以1，6-辛烯-3-醇、2-呋喃甲醇、β-水芹烯、1，3，6-辛三烯和3-丁烯-2-酮為主，其中1/3的揮發(fā)物是由金桂的花朵中揮發(fā)出來的。日變化中，醇類化合物先升后降，烯類化合物先降后升，酮類化合物一直上升。金桂的日生長曲線呈單峰狀態(tài)，醇類化合物日變化總趨勢與溫度日變化趨勢相同，烯類、醛類化合物的釋放趨勢與相對濕度的變化趨勢相同。

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通信作者:*關(guān)慶偉(1964－)，男，教授，研究方向:城市森林生態(tài)與經(jīng)營。E-mail: guanjapan@163.com。

作者簡介:陳霞(1975－)，女，碩士，高級工程師，研究方向:城市生態(tài)與城市林業(yè)。E-mail:157168037@ qq.com。

基金項目:南京市建設(shè)委員會課題“中山陵園風(fēng)景區(qū)不同森林群落類型釋放生物揮發(fā)有機物(BVOC)規(guī)律的研究”

收稿日期:2015-03-26;修回日期:2015-04-28

文章編號:1001－7380(2015) 03－0006－06

中圖分類號:S685.13

文獻標識碼:Adoi:10.3969/j.issn.1001－7380.2015.03.002