苏群, 田敏, 王虹妍, 等. 睡莲属62个栽培种花朵挥发性成分GC-MS分析[J]. 热带亚热带植物学报, 2022, 30(4): 567-574. DOI: 10.11926/jtsb.4498 . SU Qun, TIAN Min, WANG Hongyan, et al. Volatile Components in Flowers of 62 Nymphaea Cultivars by GC-MS[J]. Journal of Tropical and Subtropical Botany, 2022, 30(4): 567-574. DOI: 10.11926/jtsb.4498 . 收稿日期：2021-08-11; 接受日期：2021-11-03 通信作者 Corresponding author. 田敏, E-mail: [email protected] 摘要 ：为了解睡莲花朵的致香物质，利用气相色谱-质谱法对62个栽培种花朵的挥发性成分进行了研究。结果表明，共检测出72种挥发性成分，以烯烃类(26种)、烷烃类(11种)和醇类(9种)较多，其中花香成分有53种(73.60%)。40个热带睡莲花朵中共检测出56种挥发性成分，其中花香成分39种；22个耐寒睡莲品种花朵共检测出37种挥发性成分，其中花香成分27种。花香成分中主要致香物质有乙酸苄酯、顺式-罗勒烯、苯甲醇、金合欢烯、月桂烯、柠檬烯、苯甲醛、 α -异松油稀、 α -蒎烯、肉桂醇和 β -丁香醇等。利用组内联接余弦的方法，分别根据挥发性成分和花香成分，62个睡莲栽培种(品种)可分成3和4组。这为睡莲香气物质的开发利用及与传粉动物的协同进化研究提供了基础资料。 关键词 ： 睡莲属 花朵 挥发性成分 花香成分 气相色谱-质谱法 聚类分析 Volatile Components in Flowers of 62 Nymphaea Cultivars by GC-MS SU Qun TIAN Min WANG Hongyan WANG Lingyun LIU Jun ZHAO Peifei BU Zhaoyang 1. Flower Research Institute Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007, China;
2. Flower Research Institute Yunnan Academy of Agricultural Sciences/National Engineering Research Center for Ornamental Horticulture, Kunming 650200, China;
3. Jinhua Academy of Agricultural Sciences, Jinhua 321000, Zhejiang, China;
4. Guangzhou Panyu Lotus Hill Resort, Guangzhou 511400, China Foundation item: This work was supported by the Youth Project for Natural Science in Guangxi (Grant No. 2020GXNSFBA297106); the Project for Major Science and Technology in Yunnan (Grant No. 2019ZG006); the Project for Science and Technology Development of Guangxi Academy of Agricultural Sciences (Grant No. 2021JM113); the Project for Basic Research of Guangxi Academy of Agricultural Sciences (Grant No. 22021YT132); and the Project for Science and Technology in Jinhua City (Grant No. 2019-2-002) Abstract : In order to understand the aroma substances of Nymphaea , the volatile components in flowers of 62 cultivars were studied by using Gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The results showed that there were 72 volatile components detected from flowers, in which alkenes (26 types), alkanes (11 types), and alcohols (9 types) are the top 3, and there were 53 aromatic components, accounting for 73.60 %. Fifty-six volatile components were detected from 40 cultivars of tropical waterlily, including 39 aromatic components, while 37 volatile components from 22 cultivars of hardy waterlily, including 27 aromatic components. The main aroma substances were benzyl acetate, cis -ocimene, benzyl alcohol, farnesene, myrcene, limonene, benzaldehyde, α -isoterpinene, α -pinene, cinnamyl alcohol, β -butanol, etc. According to volatile components and aromatic components of Nymphaea , 62 cultivars could be divided into 3 and 4 groups by using intergroup cosine connection method, respectively. Therefore, these would provide basic information for development and utilization of aroma substances of Nymphaea and the studies on co-evolution of Nymphaea with pollinators. Key words : Nymphaea Flower Volatile component Aromatic component GC-MS Cluster analysis

自然界中，依靠动物传粉的开花植物超过2.5× 10 ⁵ 种，为了吸引这些传粉者，许多开花植物会从其花、果实甚至叶片中释放出低分子量的挥发性物质, 以保证生殖和进化的成功 ^{[ 1 – 2 ]} 。花朵虽然有相同的颜色和形状，但是气味却不会完全相同 ^{[ 3 ]} ，对于许多观赏植物而言，花香是重要的品质之一，被誉为“花卉的灵魂”，可以有效刺激消费，激起消费者的购买欲望 ^{[ 4 ]} 。迄今为止，已从1 000余种花卉中鉴定出1 700多种挥发性物质，主要分为萜类化合物、苯丙酸类化合物/芳香型化合物和脂肪酸衍生物3大类，其中萜类化合物是最主要也是最多元化的组分 ^{[ 5 – 6 ]} 。

睡莲为睡莲科(Nymphaeaceae)睡莲属( Nymphaea )植物的总称，为多年生水生草本植物。根据生态学特征，可分为热带睡莲和耐寒睡莲。全世界睡莲属植物有50余种(含变种)，主要分布在热带、亚热带和温带地区 ^{[ 7 – 8 ]} 。睡莲花色艳丽而多变，花香浓郁而芬芳，深受人们的喜爱。相对于花型、花色等易于观察的性状，花香的研究相对滞后 ^{[ 9 ]} ，但许多观赏植物花朵的挥发性成分已有较为详细的研究，如月季( Rosa hybrida ) ^{[ 10 – 12 ]} 、百合( Lilium spp.) ^{[ 13 – 14 ]} 、腊梅( Chimonanthus praecox ) ^{[ 15 – 16 ]} 和荷花( Nelumbo nuci- fera )等 ^{[ 17 – 20 ]} ，而作为著名水生花卉的睡莲挥发性物质研究却不多 ^{[ 21 – 25 ]} 。本文利用气相色谱-质谱联用技术(gas chromatgraphy-mass spectrometry, GC-MS)对62个睡莲品种花朵的挥发性成分进行分析，以期进一步明确睡莲属植物花朵的挥发成分，为睡莲香气物质的开发利用及与传粉动物的协同进化研究提供基础资料，并为将来睡莲属的良种繁育与品质鉴定奠定基础。

1 材料和方法 1.1 材料

供试材料采自云南省农业科学院花卉研究所澄江基地高原水生植物资源圃和广西壮族自治区农业科学院花卉研究所睡莲资源圃内，定植方式为盆栽沉水。62个睡莲品种包含40个热带品种和22个耐寒品种( 表 1 )。

表 1 ( Table 1 ) 1.2 方法

参照田敏等 ^{[ 26 ]} 的方法，于每日同一时间(上午9:00)取样，将第1天开花的睡莲整朵鲜花置于容器中，密封好后在室温下用固相微萃取柱(65 µ m PDMS/ DVB, Fused Silica 24Ga, Manual Holder, 3pk. SUPE- LCO, USA)吸附50 min，直接进样，进行GC/MS分析(HP6890GC/5973MS, Agilent Technologies, USA)。GC条件：HP-5MS石英毛细管柱(30 mm×0.25 mm× 0.25 μ m)。柱温：起始温度40 ℃，以3 ℃/min升至80 ℃，再以5 ℃/min升至280 ℃，保持10 min；柱流量为1.0 mL/min；进样口温度250 ℃；柱前压100 kPa；分流比5∶1; 载气为高纯氦气。MS条件：电离方式EI；电子能量70 eV；传输线温度250 ℃；离子源温度230 ℃；四极杆温度150 ℃；质量扫描范围35~500 amu。

依据总离子流色谱峰面积，并通过面积归一化法，即各色谱峰面积与总峰面积之比，计算各组分的相对含量并进行定量分析。每样品进行3次平行重复实验。

1.3 数据处理

采用wiley7n.l和NIST98.L标准谱库计算机检索定性。图表使用Excel 2010制作，聚类分析采用IBM SPSS Statistics 21.0进行分析处理。

2 结果和分析 2.1 花朵的挥发性成分分析

62个睡莲品种的花朵共检测到72种挥发性成分，包含11类化合物, 烯烃类、烷烃类、醇类、酮类、醛类和酯类化合物居前6位，其中以烯烃类最多，有26种(含量占36.11%)；烷烃类次之，有11种(15.28%); 醇类有9种(12.50%); 酮类有8种(11.11%); 最少的为醚类、酚类和酰胺类，均只有1种( 图 1 )。62个睡莲品种共有的挥发性成分只有1种，为烷烃类的十五烷。72种挥发性成分中花香成分有53种(73.60%)。前6类挥发性成分中有5类具香味，可见这些香味物质是导致睡莲花朵具有香气的主要原因。

62个品种睡莲花朵的挥发性成分的种类和含量不同( 图 2 )，热带睡莲和耐寒睡莲间没有明显的差异。挥发性成分含量最高的是‘酸橙’(166.45%)，其次是‘桑吉巴尔之星’(148.86%)，然后是‘苏克斯’ (134.54%)、‘狐火’(127.59%)和‘万维莎’(125.58%)。挥发性成分相对含量超过100%的有28个品种，19个为热带睡莲；挥发物成分相对含量较低的有‘蓝蟹爪’(84.73%)、‘江南风韵’(84.23%)、‘蓝鸟’(82.65%)、‘卡拉阳光’(80.60%)和‘中华兰’ (70.78%)。在挥发性成分数量以‘紫乔伊’和‘酸橙’最多，均有18种；其次是‘芷碧睡莲’(16种)、‘安德瑞斯(16种)’、‘暹罗玉’、‘赤子之心’和‘桑吉巴尔之星’，均有15种；‘月光’、‘纯真’、‘教主’和‘蓝紫苑’均有6种；‘中华兰’的最少，仅有6种。可见，‘酸橙’花朵挥发性成分的种类和数量均最多，而‘中华兰’均最少。

2.2 不同类型睡莲花朵中挥发性成分比较

40种热带睡莲花朵中检测到56种挥发性成分，花香成分有39种(69.65%)。挥发性成分最多的是烯烃类，有17种(30.36%)；烷烃类有10种(17.86%)；酮类、醇类、醛类及酯类分别有7、6、5和4种。22种耐寒睡莲花朵中检测到37种挥发性成分，花香成分有27种(72.97%)。种类最多的是烯烃类，有19种(51.35%)；烷烃类有9种(24.32%)；酮类、醇类、醛类及酯类分别有1、4、2和1种( 图 3 )。两种生活型睡莲共有挥发性成分21种，其中8种为烷烃类；共有花香成分13种，其中烯烃类8种，醇类、醛类及酯类分别各1种。

2.3 聚类分析

根据睡莲花朵中的挥发性成分和相对含量，利用IBM SPSS 21.0软件中组内联接余弦方法可将62个睡莲品种分成3组，即A、B和C组( 图 4 )。A组由‘小花睡莲’、‘公牛眼’、‘午夜’等40个热带睡莲品种组成；B组由‘红仙子’、‘佛罗里达’、‘万维莎’等7个耐寒睡莲品种组成；C组由‘赤子之心’、‘保尔哈利特’、‘豪华’等15个耐寒睡莲品种(种)组成。

A组为40种热带睡莲，挥发性成分的种类和数量均较多，包含烯烃类、烷烃类、醇类、酯类、酮类、醛类、苯类、酸类和酚类等。烷烃类物质主要是十一烷、十三烷、十五烷和十七烷；烯烃类物质主要是反式- β -金合欢烯、反式- α -金合欢烯、 β -倍半水芹烯、6( E ), 8( E )-十七碳二烯、8-十七碳烯和反式- α -香柠檬稀；醇类物质主要是苯甲醇和4-甲氧基苯甲醇；酯类物质主要是乙酸苄酯和苯甲酸苄酯；酮类物质主要是2-十七烷酮；醛类物质主要是苯甲醛、壬醛、4-甲氧基苯甲醛。

B组为7种耐寒睡莲，挥发性成分较少，主要为烷烃类和烯烃类，还有少量的醛类、酮类及醇类、酰胺类物质。烷烃类主要是十一烷、十五烷、十七烷和十九烷；烯烃类物质主要是月桂烯、柠檬烯、顺式-罗勒烯、反式- α -金合欢烯和8-十七碳烯；醛类物质是癸醛和十四烷醛；醇类、酮类、酰胺类物质各1种，分别是 β -丁香醇、马苄烯酮、N-苯基甲酰胺。

C组为15种耐寒睡莲，含较多的烷烃类、烯烃类和醇类挥发性成分。烷烃类主要是壬烷、十一烷、十三烷、十五烷、十七烷；烯烃类物质主要是月桂烯、柠檬烯、 α -异松油稀、5(E)-十三碳烯、反式- β -金合欢烯、反式- α -金合欢烯、6( E ), 8( E )-十七碳二烯及8-十七碳烯；醇类物质主要是丁香醇；酯类、醛类物质各有1种，分别是乙酸苄酯和十四烷醛，且相对含量较小。

可见，3组均含有较多的烷烃类和烯烃类挥发性成分，烷烃类以十一烷、十五烷、十七烷的相对含量最高，烯烃类以金合欢烯、十七碳烯和柠檬烯较高。A组挥发性成分的种类和数量都是最多，其次是C组，B组最少，进一步反映了热带睡莲和耐寒睡莲间的差异。

2.4 花香成分的聚类分析

基于花香物质的种类和含量，利用SPSS 21.0软件的组内联接余弦方法进行聚类分析( 图 5 )。根据花香成分可将62个睡莲品种分成4组(D、E、F、G)。D组由‘小花睡莲’、‘公牛眼’、‘午夜’等38种热带睡莲组成，与基于挥发性成分聚类的A组相似；E组由6种耐寒睡莲组成，比B组少了1个耐寒睡莲‘佛罗里达’；F组是由‘赤子之心’、‘仁者’、‘保尔哈利特’等8种耐寒睡莲组成；G组由‘宽瓣白睡莲’、‘苏克斯’、‘怀特’等8种耐寒睡莲和2种热带睡莲‘蓝星睡莲’、‘埃及白睡莲’组成，F组和G组与C组相似。

D组的花香成分多而复杂，主要有乙酸苄酯(茉莉的香味)、苯甲醇(清香)、反式- β -金合欢烯(花瓣，苹果的香味)、反式- α -金合欢烯(花瓣，苹果的香味)、苯甲醛(苦杏仁，坚果，樱桃的香味)、反式- α -香柠檬稀(柠檬，柑橘的香味)、壬醛(玫瑰，柑橘，油脂的香味)等，因此D组睡莲的香气主要是茉莉花香和苹果果香的混合味道。

E组主要致香物质有顺式-罗勒烯(薄荷的香味)、月桂烯(香脂、香叶的香味)、柠檬烯(柠檬的香味)、 α -蒎烯(松木、树脂、针叶的香味)、反式- α -金合欢烯(花瓣、苹果的香味)，因此E组睡莲主要是薄荷清香与脂香、果香相结合的香气。

F组主要致香物质有月桂烯(香脂、香叶的香味)、柠檬烯(柠檬的香味)、 α -异松油稀(柑橘的香味)、反式- β -金合欢烯(花瓣、苹果的香味)、反式- α -金合欢烯(花瓣、苹果的香味)。因此F组睡莲主要是脂香与柑果清香相结合的香气。

G组致香物质较多，但相对含量较小。主要致香物质有反式- α -金合欢烯(花瓣、苹果的香味)、反式- β -金合欢烯(花瓣、苹果的香味)、肉桂醇(风信子香味)、 β -丁香醇(木屑味道)、 α -异松油稀(柑橘的香味)、月桂烯(香脂、香叶的香味)、柠檬烯(柠檬的香味)。因此G组睡莲主要是花味与柑果、香叶的香味相结合的香气。

综上可知，睡莲致香物质多而复杂，含量差异较大，主要的致香物质有乙酸苄酯、顺式-罗勒烯、苯甲醇、金合欢烯、月桂烯、柠檬烯、苯甲醛、 α -异松油稀、 α -蒎烯、肉桂醇和 β -丁香醇等。

3 结论和讨论

与其他遗传性状一样，花朵的挥发性成分也反映了植物的遗传规律 ^{[ 27 ]} 。睡莲属植物作为被子植物基部类群之一，对其花朵挥发性成分分析，可为研究花香和传粉动物间协同进化提供基础资料。Artur等 ^{[ 24 ]} 通过检测夜花型热带睡莲花朵挥发性成分，分析了挥发性成分与环头圣甲虫(Scarabaeidae)传粉、取食、交配的关系。袁茹玉 ^{[ 21 ]} 利用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术(SPME-GC-MS)从56个睡莲栽培品种中检测到117种挥发性成分，包含31种香气物质，并指出雄蕊是睡莲最主要的释香组织，挥发性成分可占整朵花的70%~90%；黄秋伟等 ^{[ 22 ]} 和徐辉等 ^{[ 23 ]} 从热带睡莲‘保罗蓝’精油和2种花色的香水莲挥发油中检出42和37种挥发性成分。本试验从62个睡莲品种(种)花朵中检出72种挥发性成分，其中热带睡莲中含量较高的挥发性成分有苯甲醇、乙酸苄酯、6( E ), 8( E )-十七碳二烯、8-十七碳烯和反式- β -金合欢烯；耐寒睡莲有十五烷、十一烷、顺式-罗勒烯、十三烷和8-十七碳烯。袁茹玉 ^{[ 21 ]} 报道热带睡莲挥发性成分含量较高的有6, 9-十七碳二烯、十五烷、8-十七碳烯、金合欢烯和 Z, Z -10, 12-六癸二烯醛；耐寒睡莲的十五烷、8-十七碳烯、6, 9-十七碳二烯、十三烷和十四烷。这些差异可能和实验材料(睡莲品种)、检测方法、质控标准、栽种条件和环境气候等有关，郭玉华等 ^{[ 25 ]} 报道野生条件下海南延药睡莲( Nymphaea stellata )花朵的挥发性成分明显不同于人工栽培下的精油组成。

62个睡莲品种花朵中共有的挥发性成分只有1种，为十五烷。袁茹玉 ^{[ 21 ]} 报道56个睡莲栽培品种共有的挥发性成分也仅有1种，为8-十七碳烯，而本试验有56个品种检出了8-十七碳烯。这进一步说明不同栽培种睡莲的挥发物成分和含量差异较大，也和前人“花朵虽然有相同的颜色和形状，但是气味却不会完全相同”的结论相符 ^{[ 3 ]} 。

根据睡莲属植物花朵的挥发性成分，利用组内联接余弦的方法，将62个睡莲品种(种)分成3组, 而根据花香成分则分成了4组。根据香气成分进行聚类分析的结果与根据总挥发性物质的分类结果略有不同，两种分类结果最大的不同在于根据花香成分的聚类进一步将耐寒睡莲细分成了3组，主要是因为香气成分是总挥发物的一部分，这种差异在同为水生花卉的荷花中也存在 ^{[ 17 ]} 。

热带睡莲和耐寒睡莲花朵挥发物中的相对含量及挥发物种类上均存在明显差异，两种生活型睡莲挥发性成分最多的均为烯烃类，其次为烷烃类, 且数量差异不明显。挥发性成分中花香成分的差异较大，尤其是香味更为浓郁的酮类、醛类及酯类数量有较大差异，热带睡莲的花香成分数量均高于耐寒睡莲，这说明热带睡莲和耐寒睡莲主要致香物质差异较大。热带睡莲花香成分更为复杂，香气更为浓郁，因此，今后在香气物质的开发利用及对定向培育具特定香味的睡莲新品种上可优先考虑热带睡莲。

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