鐵皮石斛和重唇石斛及其雜交子代莖·葉揮發(fā)性成分分析

顏沛沛,葉 煒*,江金蘭,王培育

(1.三明市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院,福建三明 365051;2.福建省(山區(qū))作物遺傳改良與創(chuàng)新利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建三明 365051)

石斛是蘭科(Orchidaceae)石斛屬(Dendrobium)多年生附生草本植物,在我國云南、福建、浙江等地均有分布,是我國傳統(tǒng)名貴藥材,具有滋陰清熱、益胃生津等功效。但石斛生理性質(zhì)特殊,自然條件下不易萌發(fā)且生長緩慢,難以滿足市場需求,因此生長快速、有效成分含量高的石斛新品種培育是目前石斛育種的重要方向。

鐵皮石斛(Dendrobiumofficinale)是藥用栽培最廣泛的物種之一,現(xiàn)代研究則表明其具有抗炎抗氧化[1]、抑制腫瘤[2]、降糖降脂[3]等作用;重唇石斛(Dendrobiumhercoglossum)相關(guān)研究較少,《中國中藥資源志要》記載其可用于熱病傷津、病后虛熱等,且其植株生長旺盛,花色艷麗,是適合栽培且宜觀賞的石斛品種。該研究以鐵皮石斛為母本、重唇石斛為父本,雜交選育出生長速度快、生長量高的14L-3、14L-6、14L-7和14L-9共4個株系,并檢測其莖、葉的揮發(fā)性成分,探討石斛莖、葉成分的差異及雜交石斛成分的差異,為石斛育種提供指導(dǎo),也為擴(kuò)展石斛使用部位提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器與材料Agilent 5977B-7890B氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀,Agilent 7697A進(jìn)樣器(美國Agilent Technologies公司)。試驗(yàn)用鐵皮石斛(Dendrobiumofficinale)、重唇石斛(D.hercoglossum)和基因型一致的4個雜交子代株系14L-3、14L-6、14L-7、14L-9,均于2021年1月采自三明市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院藥用植物研究所石斛大棚。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1樣品收集。09:00左右摘取鐵皮石斛、重唇石斛和子代14L-3、14L-6、14L-7、14L-9的新鮮莖、葉1 g,研磨成漿,放入頂空瓶,檢測揮發(fā)性成分,重復(fù)3次。

1.2.2氣相條件。Agilent 19091S-433UI A001色譜柱(30 m×250 μm×0.25 μm);升溫程序:起始溫度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;進(jìn)樣口溫度250 ℃;載氣為高純He (99.999%),流量1 mL/min,進(jìn)樣量1 μL。

1.2.3質(zhì)譜條件。電子方式 EI;電子能量70 eV;離子源溫度250 ℃;四級桿溫度150 ℃。質(zhì)量掃描范圍45～550m/z。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析通過NIST14譜庫檢索和人工解析圖譜對揮發(fā)性成分進(jìn)行定性分析;通過離子流峰面積歸一法計算揮發(fā)性成分的相對含量,應(yīng)用Microsoft Excel整理數(shù)據(jù),通過simca 14.1建立PCA-X模型、擬合求解并分析數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性。

2 結(jié)果與分析

6種石斛莖、葉中共檢測出105種化學(xué)成分,莖中共檢測出23種化學(xué)成分,其中鐵皮石斛5種,重唇石斛10種,14L-3、14L-6、14L-7和14L-9分別有10、8、6、6種,6種共有的成分2種(葉醇、正己醛),其中葉醇是每種石斛莖中含量最高的成分,鐵皮石斛、重唇石斛、14L-3、14L-6、14L-7、14L-9分別為84.94%、64.76%、76.82%、75.81%、60.38%、34.89%,正己醛分別為2.53%、10.69%、1.66%、4.51%、6.95%、13.02%。葉中共檢測出90種化學(xué)成分,其中鐵皮石斛31種,重唇石斛37種,14L-3、14L-6、14L-7和14L-9分別有24、29、17、32種,6種共有的成分6種(葉醇、正戊醇、二乙基酮、1-戊烯-3-醇、特戊醛、反-2-己烯醛),其中葉醇是每種石斛葉中含量最高的成分,鐵皮石斛、重唇石斛、14L-3、14L-6、14L-7、14L-9分別為53.40%、36.03%、53.88%、54.80%、66.91%、35.42%,反-2-己烯醛分別是13.85%、27.54%、6.98%、10.13%、6.57%、19.58%。

6種石斛莖、葉全部揮發(fā)性成分可分為醇、醛、烯、酮、烷等幾個大類,莖、葉主要揮發(fā)性成分均為醇類,其中莖中含量分別為鐵皮石斛96.67%、重唇石斛77.8%,14L-3、14L-6、14L-7、14L-9分別為81.05%、80.96%、60.38%、36.88%;葉中母本、父本與子代含量分別為78.23%、54.51%、85.72%、80.21%、80.49%、48.82%。其次是醛類,莖中含量分別為鐵皮石斛2.53%、重唇石斛13.14%,14L-3、14L-6、14L-7、14L-9分別為13.00%、13.29%、36.18%、32.78%;葉中母本、父本與子代含量為14.53%、31.14%、7.98%、12.29%、8.77%、48.82%。6種石斛葉中只有14L-9檢測出烯類和炔類,分別為26.87%、2.83%。

表1 6種石斛莖、葉揮發(fā)性成分相對含量Table 1 Relative content of volatile components in the stems and leaves of six species of Dendrobium

接下表續(xù)表1

6種石斛莖揮發(fā)性成分相關(guān)性分析如圖1所示,絕對系數(shù)(R2)為0.900,說明模型擬合度較好,預(yù)測優(yōu)度(Q2)為0.269,預(yù)測程度較低;模型中,鐵皮石斛、重唇石斛、14L-3、14L-6和14L-7較相近,均與14L-9距離較遠(yuǎn)。6種石斛葉揮發(fā)性成分相關(guān)性分析如圖2所示,R2為0.908,說明模型擬合度很好,Q2為0.762,說明預(yù)測程度較好;模型中, 14L-3、14L-6和14L-7靠近母本鐵皮石斛,14L-9則與父本重唇石斛靠近。14L-9莖和葉在模型中與其他子代距離均較遠(yuǎn),表明其揮發(fā)性成分與其他株系相比有較高的差異性。

3 討論

石斛的傳統(tǒng)用藥部位是石斛的新鮮或干燥莖,相關(guān)研究和開發(fā)利用也大多是圍繞莖展開的,對葉的研究較少,這就造成了大量石斛資源的浪費(fèi)。為擴(kuò)大石斛的使用部位、提高石斛資源的利用,近年來對石斛葉的研究也逐漸受到重視。研究發(fā)現(xiàn),石斛葉中的主要化學(xué)成分與莖相似,主要為多糖、黃酮、生物堿等,也同樣具有良好的免疫[4]、抗氧化活性,具有促進(jìn)脂質(zhì)代謝[5]、抗阿爾茲海默癥[6]等功能。唐麗等[7]研究發(fā)現(xiàn)鐵皮石斛多糖主要集中在莖,但總生物堿與總黃酮則多存在于葉,與黃彪等[8]對鐵皮石斛莖、葉多酚含量的研究結(jié)果相同;唐文文等[9]也證明了鐵皮石斛葉的抗氧化活性高于葉。以上研究均表明石斛葉具有很大的研究價值和開發(fā)利用前景。

該試驗(yàn)結(jié)果中,6種石斛葉的揮發(fā)性成分均較莖多,但主要揮發(fā)性成分相同,均為葉醇,葉醇幾乎存在于所有綠色植物中,具有新鮮的青葉香氣,可以提升植物香氣,是常用的食品添加劑和名貴香料化妝品[10],也可作為信息素或生理活性物質(zhì)參與植物和昆蟲的生理活動、促進(jìn)植物防御[11]。正己醛也是6種石斛莖的共有成分,還是6種花的共有成分,且是親本鐵皮石斛和重唇石斛花中唯一共有成分[12],但子代14L-3、14L-9葉中沒有檢測出正己醛。正己醛除了是一些植物的特征性揮發(fā)成分,還具有保鮮貯藏水果、抑制霉菌等作用[13],工業(yè)上也可用于合成食品香料、殺蟲劑等[14]。6種石斛葉中,除葉醇外其他共有成分為正戊醇、二乙基酮、1-戊烯-3-醇、特戊醛、反-2-己烯醛,其中反-2-己烯醛也是含量較高的主要成分之一,具有傳導(dǎo)信號、抑菌、保鮮等作用[15]。1-戊烯-3-醇可用于食用香料,正戊醇、二乙基酮、特戊醛均在化工業(yè)有所應(yīng)用。

圖2 6種石斛葉揮發(fā)性成分的相關(guān)性Fig.2 Relation of volatile components among six species of Dendrobium leafs

越來越多的研究表明植物的揮發(fā)性成分對于植物的研究同樣具有重要意義,目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)植物揮發(fā)性物質(zhì)具有抑菌、抗炎、抗腫瘤、保護(hù)神經(jīng)等藥理功能,在食品、化工等方面均有廣泛的應(yīng)用,揮發(fā)性成分也逐漸成為藥用植物重要的研究方向之一。該試驗(yàn)檢測了鐵皮石斛、重唇石斛及4個子代的莖、葉揮發(fā)性成分,考察了其莖、葉揮發(fā)性成分的差異性,也探討了石斛及其雜交子代成分遺傳的差異性,發(fā)現(xiàn)14L-9莖、葉揮發(fā)性成分與其他子代相差最大、特異性最強(qiáng),這對石斛新品種的選育提供指導(dǎo),也為雜交石斛子代的研究提供方向。