单花鸢尾不同时期的花香成分.pdf
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1、书书书第 卷 第 期东北林业大学学报 年 月 )国家自然科学基金项目()。第一作者简介:蔡科羽,男,年 月生,西北农林科技大学园艺学院,本科生。:。通信作者:陈红武,西北农林科技大学园艺学院,副教授。:。收稿日期:年 月 日。责任编辑:韩有奇。单花鸢尾不同时期的花香成分)蔡科羽冯成玉许绍怿孙?娄倩孙俊明陈红武(西北农林科技大学,杨凌,)摘要为了探究单花鸢尾在不同花期的释香规律及香气应用价值,以单花鸢尾为研究对象,探究单花鸢尾花蕾期、盛开期、衰败期的花香成分种类与质量分数。通过德国 公司电子鼻,采用主成分分析法()、线性判别分析方法()、传感器区分贡献率分析法()研究各花期花香成分差异性。利用顶
2、空固相微萃取()与气相色谱 质谱联用()技术、碳标法、谱库检索法对 个花期的样品进行花香成分与质量分数的检测。结果表明:各花期香气可以被电子鼻显著区分,且香气成分存在显著差异性。各花期质量分数最高的为醛类、醇类,萜烯类、酚类次之。己烯醛、己烯 醇,这 种物质在各花期的质量分数均较高。萜烯类物质在盛开期较多,而酚类物质在花蕾期较多,芳香烃类物质仅在衰败期被检测到。单花鸢尾花香成分种类很多,其中醛类、醇类最为丰富。单花鸢尾不仅具有观赏价值,还具有药用、医用、经济价值等。关键词单花鸢尾;花期;花香成分分类号 ,(,),():,(),()()()(),;植物花香是植物花朵释放的次生代谢产物,由花朵释放
3、的一系列小分子量的易挥发化合物混合而成 。植物花香是植物重要的观赏性状之一,在观赏植物中具有重要的感官意义与美学价值,也具有吸引昆虫保障授粉、结实的作用。当植物在遭遇外来生物入侵时,花香特征可应用于吸引天敌等植物的自身防御 。已被发现的花香化合物中以萜烯类居多,其余还有脂肪族化合物、芳香族化合物、含氮化合物、含硫化合物等。鸢尾属植物()在我国主要分布于西北、西南、东北地区,目前我国鸢尾属植物约有 个种 ,占全球鸢尾种的五分之一。我国对鸢尾属植物的研究大多数是针对于其根茎的化学成分、药理活性研究,对于其花朵的挥发性物质成分分析的研究较少。目前,仅有土耳其鸢尾种的花、根、茎挥发性物质 与有髯鸢尾的
4、花香成分 被研究测定,且在有髯鸢尾中,挥发性物质以醇类、醛类、萜烯、酚类居多,具有较高的利用开发价值。此外,也有学者 采用气相色谱 质谱联用()技术与动态顶空法测定,并分析了鸢尾花对于传粉昆虫的吸引作用。已有学者在研究不同花色月季花香成分时,发现了植物花香与花色之间存在明显的相关性 ,但鸢尾的花色变化与花香之间的相关性尚未有人涉足。单花鸢尾()主要产于我国东北地区,目前已知其可作为地被植物或盆栽观赏 。众所周知,鸢尾属植物可以治疗炎症、感染甚至癌症等多种疾病 ,但单花鸢尾的具体药物活性成分等医用、药用价值,以及花香物质成分、释香规律等其他领域用途的研究尚未见报道。为了填补国内外单花鸢尾花香研究
5、领域的空白,本研究以单花鸢尾野生种为实验材料,通过电子鼻、顶空固相微萃取 气相色谱 质谱联用技术测定其花蕾期、盛开期、衰败期的挥发性物质成分,结合主成分分析法、线性判别分析方法、传感器区分贡献率分析、碳标法、谱库检索法等分析其不同花期的花香物质及变化规律,为揭示鸢尾属植物在遗传与进化的统一性、花香形成机理、花香与花色之间的关系成因等研究提供参考依据,也为提高鸢尾属植物的综合效益提供参考。研究方法试验所用的单花鸢尾野生种采集于陕西杨凌的西北农林科技大学曹新庄试验农场,属于温带大陆性季风气候,平均海拔为 ,年平均气温为 ,四季气候分明,日照条件充足。本试验选用花蕾期、盛开期、衰败期这 个时期的单花
6、鸢尾花朵,作为样本测定花香物质成分。取样方法:于晴朗条件下,每日上午 :进行采集。试验员佩戴丁腈手套,用剪刀剪取花序,将其分时期装入液氮提前预冷的 无菌透明塑料离心管中,用锡纸封口,拧紧瓶盖并做好标记,放入液氮中暂存,并尽快移入冰箱内 冷冻保存。试验仪器:气相色谱 质谱()联用仪、德国 电子鼻、分析天平、手动顶空进样器、色谱柱为 ()、顶空进样瓶、锡箔纸、离心管等。电子鼻:试验前确保实验室空气干净无异味、人员较少。进样之前,先进行洗气,直至 个传感器的响应值都为 ,即雷达图近似圆形时,取出装有各花期单花鸢尾的离心管,静置 使样品顶部空间挥发物达到平衡状态,用电子鼻进样针和补气针同时透过锡纸,插
7、入到顶空瓶中进行顶空取样检测。每一次测试均包括洗气归零与进样。电子鼻测定条件:气体流量 ,洗气时间 ,调零时间 ,准备时间 ,测定时间 ,取 的值用于数据分析。进样时流速 。清洗时以洁净空气作为载气,载气流量、进样流量均为 。不同类型化合物对电子鼻传感器的影响见表 。顶空固相微萃取 气相色谱 质谱联用:取各花期样品 左右,分别置于 的顶空固相微萃瓶中,瓶底部贴壁加入 壬酮(),用锡箔纸封住瓶口盖上瓶盖。平衡 后插入手动顶空进样器,进样器插入进样瓶的顶空部分,萃取 。每个样品重复试验 次。将手动顶空进样器插入气相色谱 质谱联用仪的进样口中。解析 ,使香气成分完全释放于气相色谱 质谱联用仪中 。表
8、 型电子鼻各传感器特征阵列序号传感器名称性能描述 对芳香族化合物敏感 对氮氧化合物敏感 对氨类、芳香族敏感 对氢气敏感 对烷烃、芳香族敏感 对甲烷敏感 对硫化物、萜烯敏感 对醇类、部分芳香族敏感 对有机硫化物、芳香族敏感 对烷烃敏感色谱条件:色谱柱为 ()毛细管,采用不分流模式,进样口温度 ,样品解析时间 ,载气为氦气,流速 ,柱温设定为升降温程序:起始温度 ,保持时间 ,先以 的速率升温至 ,再以 的速率升温至 ,保持 。质谱条件:采用全扫描模式,电离模式 (电子电离),发射电流 ,电子能 ,离子源温度 ,传输源温度 ,质量扫描范围为 。气质联用定性方法:根据离子峰图从第 个稳定峰开始查看,
9、稳定峰对应同一 (保留时间)值下多种物质首选排序第 位,对比 次基础生物学重复中,选中物质要在同一 值下出现,且排名最前的。定量方法:内标法,选用 壬酮为内标物质,密度为 ,对鸢尾样品中各种香气组分进行定量,次生物学重复后取平均值,公式()。()()。()式中:为各香气组分质量分数();为内标质量浓度();为内标体积();、分别为所求香气组分峰面积及内标峰面积;为样品质量()。结果与分析 单花鸢尾不同时期挥发性物质对电子鼻的影响图 为不同花期单花鸢尾挥发物的特征雷达图。不同花期 个传感器的电阻比值明显不一致。花蕾期 、传感器的 (相对电导率)值比其他传感器电阻比值高,说明该花期挥发物中主要含氮
10、氧化合物、无机硫化物、甲基类化合物、有机硫化物等物质;盛开期 、传感器 值比其他传感器电阻比值高,说明该时期挥发物中主要含短链烷烃、醇东北林业大学学报第 卷类、无机硫化物、有机硫化物、长链烷烃等物质;衰败期 、传感器 值比其他传感器电阻比值高,说明该时期挥发物中含氮氧化合物、甲基类化合物、醇类、无机硫化物、有机硫化物、长链烷烃等物质。为花蕾期电子鼻雷达图;为盛开期电子鼻雷达图;为衰败期电子鼻雷达图。为 传感器;为 传感器;为 传感器;为 传感器;为 传感器;为 传感器;为 传感器;为 传感器;为 传感器;为 传感器。图 单花鸢尾各花期挥发性物质雷达图 主成分分析区分单花鸢尾不同时期花香单花鸢尾
11、花蕾期、盛开期、衰败期的主成分分析()结果见图 ,第一主成分贡献率为 ,第二主成分贡献率为 ,个主成分累计贡献率为 ,故这 个主成分基本代表了样品的主要信息特征。由图 可知,个时期的单花鸢尾使用主成分分析法并不能被显著区分。原因在于花蕾期与盛开期的花香气味较为接近。图 不同花期单花鸢尾的主成分分析 影响单花鸢尾不同时期花香差异的主要挥发性物质贡献率判别电子鼻载荷()分析是传感器对样品中挥发性物质进行区分的一种研究方法,主要考察样品中何种气体物质起主要区分作用,并判别其贡献率大小 。各花期的电子鼻载荷分析结果见图 ,传感器 (对硫化物、萜烯敏感)、传感器 (对有机硫化物、芳香族敏感)、传感器 (
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