2023年6月24日发(作者：)

福建农林大学学报(自然科学版)Journal

of

Fujian

Agriculture

and

Forestry

University

(

Natural

Science

Edition)第50卷第2期2021年3月基于GC・MS的福建柏菇类挥发物及其

器官差异分析周成城「，黄

霞2,谢德金2,杨德明2,荣俊冬2,何天友「，郑郁善'-2(1.福建农林大学园林学院；2.福建农林大学林学院，福建福州350002)摘要：为探究福建柏萜类挥发物成分组成及其在不同器官间的差异，采用气相色谱一质谱联用(GC-MS)技术,对福建柏鳞

叶、树皮、根进行分析鉴定,结果表明:共检测出45种萜类挥发物，分成五大类，包括10种单萜烯、10种单萜类衍生物、17种

倍半萜、6种倍半萜类衍生物、2种二萜类衍生物;其中a-蒎烯、卄杜松烯、“杜松烯、长叶烯、顺式菖蒲烯和柠檬烯是福建柏

萜类挥发物中的主要物质，在福建柏树皮中萜类挥发物的总量多、种类丰富.器官间差异萜类挥发物的分析结果显示，柠檬

烯、0-蒎烯、长叶烯、a-蒎烯和双环水芹烯这5种物质在福建柏不同器官间的差异较大且含量较高，对进一步分析福建柏萜类物质的合成与转运机制具有重要意义.关键词：福建柏；萜类挥发物；气相色谱一质谱联用(GC-MS)；器官差异中图分类号：S667.6

文献标识码：A文章编号：1671-5470(

2021)

02-0216-07DOI：10.13323/(

.)

.2021.02.010开放科学(资源服务)

标识码(OS1D)Analysis

of

terpenoid

volatiles

and

differences

in

various

organs

of

Fokienia

hodginsii

based

on

GC-MSZHOU

Chengcheng1

,

HUANG

Xia2,

X1E

Dejin2,

YANG

Deming2,

RONG

Jundong2

,

HE

Tianyou1

,

ZHENG

Yushan1,2(e

of

Landscape

Architecture；e

of Forestry,

Fujian

Agricultureand

Forestry

University,

Fuzhou,

Fujian

350002,

China)Abstract:

To

clarify

the

composition

of

terpenoid

volatiles

in

Fokienia hodginsii

and

their

accumulations

in

different

organs,

leaves,

barks

and

roots

of

F.

hodginsii

were

tested

and

identified

by

gas

chromatography-mass

spectrometry.

A

total

of

45

terpenoid

volatiles

were

detected.

They

can

be

divided

into

5

categories,

including

10

monoterpenes,

10

monoterpene

derivatives,

17

sesquiterpenes,

6

sesquiterpene

derivatives

and 2

diterpenoid

derivatives.

Among

them,

a-pinene,

了-terpinene,

8-terpinene,

longifolene,

cis-calarene

and

limonene

were

the

dominant

forms

of terpenoids

in

F.

hodginsii,

and

bark

was

richest

in

the

types

of

terpenoids.

Moreover,

varia­tions

in

limonene,

0-pinene,

longifolene,

a-pinene

and

bicyclic

caryophyllene

contents

were

most

significant among

all

the 3

organs

based

on

PL-DA

model,

and

they

occupied

40.07%

of

all

the

terpenoids

detected.

The

study

is

attributed

to

the

synthesis

of

terpe­noid

volatiles

and

the

transport

mechanism

in

F.

words:

Fokienia

hodginsii

；

terpenoid

volatiles

；

gas

chromatograph-mass

spectrometry；

organ

differences福建柏［Fokienia

hodginsii

(

Dunn)

Henry

et

Thomas

］为柏科福建柏属，为我国特有种属,分布在福建、

广东、云南、广西等南部省份［'］.其树干通直、树型优美、四季常青、适应性强、抗性较好、材性稳定、结构细

腻，是我国优良的材用一景观两用型树种之一［2］.福建柏精油中含有大量萜类化合物,其中主要成分是萜

类挥发物［3'4］.但对福建柏各组织部位中的挥发性萜类化合物的成分组成尚不清楚［4'6］.本研究对福建柏

鳞叶、树皮和根中萜类挥发物的差异性进行分析，旨在鉴别福建柏不同部位萜类挥发物的种类和含量，为

从分子层面上探究福建柏萜类挥发物的合成、转运和调控机制提供基础.收稿日期：2020-07-07

修回日期：2021-02-18基金项目：福建农林大学科技发展基金项目(KF2015085).作者简介：周成城(1996-),男.研究方向：园林植物应用.Email

：592831200@

.通信作者郑郁善(I960-)，男，教授.研究方向：园林植物

应用.Email：zysl960@

.第2期周成城等:基于GC-MS的福建柏萜类挥发物及其器官差异分析・217・1材料与方法1.1供试材料试验材料为35年生生长良好、无病虫害的福建柏鳞叶、树皮（包括周皮和韧皮部）和根，于2019年8

月采集于福建省福州市永泰县大湖国有林场的福建柏天然林,用无菌水把材料清洗干净并用无菌滤纸擦

干，再用锡箔纸包裹后放进干冰中，带回实验室，置于-80兀冰箱保存备用.3个部位材料取自同一区域内

年龄相近、长势相同的3株福建柏,各设置6个生物学重复.1.2方法1.2.1物质提取和SPME进样

从-80兀冰箱中取出样品，采用液氮研磨，保证样本不变质.样本保存于

液氮中，并快速称取10

g,分别加入2

mL

NaCl饱和溶液和10応内标溶液（2,6-二甲基-4-庚酮），置于15

mL顶空瓶中.在老化温度为250

°C下处理5

min，在加热温度60

°C下处理10

min.将SPME萃取头插入样

品瓶顶空部分，收集20

min后将萃取头收起，并插入气相色谱进样口.1.2.2

GC-MS检测

色谱条件:采用DB-5MS的色谱柱，柱流速为1

min-1，不分流，前进样口温度为250

°C.升温程序：40

C保持1

min，以5

C

-

min-1的速度升至280

C并保持3

min

.采集模式为全扫描，离子源

温度为230

°C,以电子轰击离子化，电离电压值为70

eV，MS四级杆的温度为150

°C.1.2.3数据统计与分析

将质谱与数据库系统（NIST

14）和线性保留指数进行比较,以鉴定萜类挥发物.

采用Microsoft

Excel

2010统计萜类挥发物浓度平均值和标准差.利用R中3个R包（pheatmap,

venndia-

gram和scatterplot）制作萜类挥发物含量的热图、韦恩图和PCA主成分分析图.利用在线软件MetaboAna-

lyst

4.0

（/）进行

PLS-DA

分析.2结果与分析2.1福建柏菇类挥发物的种类鉴定以福建柏叶片、树皮以及根为材料进行了

GC-MS分析，得到福建柏萜类挥发物的总离子流图（图1）,

分离出142个色谱峰，共检测出45种萜类挥发物.按照碳架结构分类，将45种萜类挥发物分成五大类，包

括10种单萜烯、10种单萜类衍生物、17种倍半萜、6种倍半萜类衍生物、2种二萜类衍生物.检测结果中的

萜类挥发物信息如表1所示.4

8 12 16

24

采集时间/min20

28 32

36

40图1福建柏萜类挥发物的总离子流图Fig.1

Ion

chromatogram

of

terpenoid

volatiles

in

F.

hodginsii,对3个器官的萜类挥发物总量进行比较,发现树皮中挥发物含量最高（相对含量为55.01%）,叶中次

之（相对含量为34.74%），根中最少（相对含量为10.25%）.表明萜类挥发物总量呈现明显的器官差异.对

每一类萜类挥发物的总量作进一步分析，发现单萜烯和倍半萜是含量较高的两大类物质，分别占萜类挥发

物总量的42.93%和53.87%.其中单萜烯在叶中含量最高，倍半萜在树皮中含量最高.对每一种萜类挥发物的含量进行分析，发现a-蒎烯、了-杜松烯、§-杜松烯、长叶烯、顺式菖蒲烯和柠檬

烯是福建柏萜类挥发物中的主要成分.由图2可以看出：这6种物质在3个器官中的含量均在60%以上,

但含量差异较大.在叶中a-蒎烯含量最高，达到51.52%；在根中长叶烯含量最高，为44.96%；在树皮中主

要成分含量的差异较小,Y-杜松烯含量最高,为26.14%.与其他几个主要成分相比,柠檬烯在根和树皮中

的含量也相对较低，顺式菖蒲烯则在树皮中没有被检测到.-218

-福建农林大学学报（自然科学版）表1福建柏菇类挥发物分类“Table

1

Classification

of

terpenoid

volatiles

in

F.

hodginsii第50卷编号英文名称Monoterpene

中文名称化学式R1CAS号单萜烯

D1a-pineneCampheneD2D3a-蒎烯茨烯C10%C10%C10%C10%C10%C10%C10%C10%SIG9369509737785-70-85794-04-73387-41-513466-78-999-85-4Sabinene3-Carene桧烯3-蒈烯Y-松油烯D4D51

0091

009926Y-Terpinene3-thujeneDipenteneR-pinenep-menthatrieneD6D7D83-侧柏烯柠檬烯2867-05-25989-27-51

031989R-蒎烯p-薄荷三烯127-91-318368-95-199-83-2D9D10D111

1121

0061

2101

1631

1421

2991

0891

1771

2071

1811

2851

3161

4821

4671

4351

6461

4541

3881

4441

3271

3961

3921

417a-CyclohexadieneOxygenated

monoterpenea-水芹烯C10%单萜衍生物CyclohexadienebenzaldehydePinonepinocarveolThymol环己二烯苯甲醛匹诺酮CMGOC1()1114O116-26-730460-92-55947-36-489-83-8D12D13松香芹醇百里酚C101116。D14D15CMGOC101116。C101116。Cyclohexanonemethylethenyl3-PinanoneV

erbenone乙烯基环已酮3-松樟酮马鞭草烯酮529-00-0547-60-480-57-9562-74-3D16D17D18CMGOCMGOC12^20O2C1()1112O24-TerpineneolD19D20D21Levo-bornyl

acetateBicycloheptone4-松油烯醇左旋乙酸冰片酯5655-61-86617-34-139029-41-9双环烯庚酮SesquiterpeneY-cadinene倍半萜烯Y-杜松烯双环水芹烯D22D23Bicyclosesquiphellandreneepi-bicyclosesquiphellandrenecedrelanol54324-03-754274-73-6异双环水芹烯卡迪诺D24D255937-11-130021-74-0Y-MuuroleneR-bourboneneY-丁二烯D26D27D28R-波旁烯香橙烯佛术烯布藜烯5208-59-3489-39-4CitroneEremophileneGuaiene10219-75-7D29D30D313691-11-0R-ElemeneLongifolenecis-CalamineR-榄香烯长叶烯顺式菖蒲烯515-13-9475-20-7483-77-2D32D33C15^221

5281

3801

3731

5251

512a-copaenea-ylangenea-古巴烯a-衣兰烯1000360-33-0D34D3514912-44-8483-76-1495-61-4S-cadineneR-BisaboleneTrans-calamaneneS-杜松烯D36D37D38R-红没药烯反式卡拉曼烯倍半萜衍生物石竹烯氧化物桉油烯醇新异长叶烯醇丹参酮榄香醇C15^221

7041

6611

5821

5861

5731

5511

74373209-42-4Oxygenated

sesquiterpeneCaryophyllene oxideEspatulenolCEGOCEGOCEGOCEGOCEGOC15^22O1139-30-6D39D40D416750-60-31000159-36-9N

eoisolongifolenenolTanshinone73809-82-2D42D43ElemolCyperotundone639-99-63466-15-7514-62-5香附烯酮二萜紫杉醇D44D45FerruginolC20^30OC20^23NO122 3241

354a-Longipinenea-长叶蒎烯5989-08-21）R1表示该物质在过滤柱中的保留指数.对福建柏45种萜类挥发物进行韦恩图分析（图3）,其中27种物质在3个器官中均被检测出来;4种

物质只在树皮中被检测到，分别是双环烯庚酮、反式卡拉曼烯、丹参酮和榄香醇,但含量都较低.a-长叶蒎 第2期周成城等:基于GC-MS的福建柏萜类挥发物及其器官差异分析・219・烯在根中被检测到，叶中没有检测到；叶中含有萜类挥发物组分.乙烯基环已酮、3-松樟酮、香附烯酮和紫

杉醇在根和树皮中均被检测到;左旋乙酸冰片酯和顺式菖蒲烯均在叶和根中被检测到；p-薄荷三烯、环己

二烯苯甲醛、匹诺酮、马鞭草烯酮、双环水芹烯0波旁烯和桉油烯醇在叶和树皮中均被检测到.因此，在福

建柏3个器官中，树皮的萜类挥发物种类是最丰富的.■其他■柠檬烯■顺式菖蒲烯■长叶烯■

6-杜松烯■厂杜松烯

a-漲烯树皮图2福建柏器官中萜类挥发物主要物质相对含量比例Fig.2

Main

components

and

proportions of

图3福建柏3个器官萜类挥发物数量示意图Fig.3

Venn

diagram

of

terpenoid

volatiles

detected in

3

organs

of

F.

hodginsiiterpenoid

volatiles in

F.

hodginsii2.2福建柏菇类挥发物的器官差异分析45种物质含量的热图分析如图4所示.按照热图左侧聚类关系,萜类挥发物可以分为4组，分别以蓝

色、黄色、红色、绿色4种颜色表示，并分别命名为分组I、分组U、分组川和分组V

(图4).D38D4

D5D34D3

7D42D13D20D1

8D40

D2D7D8D11D12D1

0D2

2D3

9D9

D26D1

D27

D17D41D25D30D21D28D35D3

D6D24D23D33

9D1D32

D36D31D45D29D15D43D16D44-3G4

G5

G6

G2

G1

G3

Y6

Y4

Y5

Y1

Y2

Y3

Pl

P5

P2 P4

P3

P6G1~G6:根样本6个重复.Y1〜Y6:叶样本6个重复.P1〜P6:树皮样本6个重复.图4福建柏萜类挥发物含量的热图分析Fig.4

Heat

map

analysis

of

terpenoid

volatiles in

F.

hodginsiiGroup

I共有11种萜类挥发物，包括3-蒈烯(D4)、了-松油烯(D5)、匹诺酮(D12)等5种单萜烯及其衍 -220

-福建农林大学学报（自然科学版）第50卷生物，以及长叶烯（D31）、§-杜松烯（D35）、石竹烯氧化物（D38）等5种倍半萜及其衍生物.这组物质在树

皮单个器官中的含量差异最显著,在叶和根中的含量相对较低，甚至不含有.Group

II共有24种萜类挥发

物，该组物质在根中的含量相对较低，差异明显.该组还能分为两个亚组：以a-蒎烯（D1）、茨烯（D2）、柠檬

烯（D7）、B-蒎烯（D8）等12种物质组成一个亚组，该亚组的物质主要以单萜烯及其衍生物为主，这些物质

在叶和茎的含量差异不大;以马鞭草烯酮（D17）、了-杜松烯（D21）、了-丁二烯（D25）等12种物质组成另一

个亚组，该亚组的物质主要以倍半萜及其衍生物为主，这些物质在“茎一叶一根”中的含量呈“高一中一

低”阶梯式变化.Group川只有左旋乙酸冰片酯（D19）和顺式菖蒲烯（D32）两种物质,在树皮中没有检测到,

在叶和根中的含量较高.Group"共有8种萜类挥发物，主要有长叶烯（D31）、B-红没药烯（D36）、香附烯酮

（D43）、a-长叶蒎烯（D45）等,这些物质在叶中的含量较低，在根和茎中的含量较高.2.3福建柏特征菇类挥发物的鉴定基于热图中聚类分析的结果，进一步对福建柏萜类挥发物的物质含量进行PCA分析（图5）,以3个

器官（各6个重复样品）为类别进行分析,结果表明福建柏不同器官在PCA模型中的3个维度都存在明显

分离，且3个器官的重复样本均没有重合.在第一主成分上的贡献度达到59.83%,第二主成分的贡献度为

28.18%,第三主成分的贡献度为4.52%.第一和第二主成分的总贡献度已经超过85%,已经能区分出3个

器官的差异.而第三主成分主要是用于区分各器官6个重复样本的差异性，结果表明在树皮中6个重复样

本的差异较小,而在叶和根中差异较大.说明福建柏萜类挥发物在树皮中的含量波动小，在叶和根中的含

量波动大.(％尖.)寸对福建柏45种萜类挥发物进行PLS-DA模型分析（图6）.在交互检验中,3个主成分的R2和Q2都超

过0.8,接近1.0,表明PLS-DA模型没有过拟合.在置换检验中，每100个重复中就有一个统计样本的统计

显著性P

=

0.01,说明PLS-DA模型的数据可靠.利用PLS-DA分析结果中变量重要性投影值（VIP分数）可以鉴别福建柏器官之间的差异特征性萜类

挥发物.VIP分数大于1.0的物质在鉴别过程中起着重要的作用,有助于解释萜类挥发物在器官间的差异.

从图7可知,鉴定出45种萜类挥发物中有15种挥发物的VIP分数大于1.0,在福建柏叶、根、树皮3个器

官中的含量都有明显差异.这15种物质分别为$波旁烯（D26）、p-薄荷三烯（D9）、乙烯基环已酮（D15）、

布藜烯（D29）、柠檬烯（D7）、B-蒎烯（D8）、a-水芹烯（D10）、3-松樟酮（D16）、长叶烯（D31）、a-衣兰烯

（D34）、a-蒎烯（D1）、桉油烯醇（D39）、a-长叶蒎烯（D45）、双环水芹烯（D22）

0红没药烯（D36）.单萜烯

及其衍生物只有5种，二萜衍生物1种,倍半萜及其衍生物有9种，说明倍半萜类物质在福建柏不同器官

中的含量差异显著.进一步分析发现，卜波旁烯、p-薄荷三烯的VIP分数排名前二，分别为1.55和1.51,两

者在根中均没有被检测到,在叶中含量相对较高.但从总含量分析可知,这两种物质的含量相对较低.乙烯

0企相川媒G1~G6：根样本6个重复.Y1〜Y6:叶样本6个重复.P1〜P6:树皮样本6个重复.图5福建柏萜类挥发性物质的主成分分析Fig.5

Principal component

analysis

of

terpenoid

volatiles

in F.

hodginsii第2期周成城等:基于GC-MS的福建柏萜类挥发物及其器官差异分析-221

-基环已酮和布藜烯的V1P值较大，在叶中含量较低，在根中含量较高，这两种物质总含量也较低.在剩余的

7种物质中,柠檬烯、R-蒎烯、长叶烯、a-蒎烯和双环水芹烯这5种物质的V1P分数大于1.0,物质含量占总含量的比重也较高，占45种萜类挥发物总量的40.07%.AB=准确度匚Z]

R2□

Q2主成分A.置换检验结果的统计直方图；B.主成分交互检验结果.图6福建柏萜类挥发物PLS-DA模型的检验Fig.6

Validation

of

terpenoid

volatiles in

sii

by

PLS-DA

model3讨论和小结植物挥发物一般是次生代谢产物，具有明显的组

织特异性［7-8］.其中萜类化合物是主要的植物挥发物

根皮叶之一，目前已鉴定出结构的萜类化合物超过25

000

种⑼.本试验采用GC-MS技术对福建柏鳞叶、树皮和

根3个器官的萜类挥发物成分进行测定，结果表明单

萜类和倍半萜类化合物是福建柏萜类挥发物中的主

■

□

■低要成分，其中a-蒎烯、Y-杜松烯、S-杜松烯、长叶烯、顺

式菖蒲烯和柠檬烯是福建柏萜类挥发物中的主要物

质.a-蒎烯的含量最高，这与潘炯光等［4］、卢钰铎等⑸

的研究结果一致;其他物质含量较高的结果与前人研

究存在一定差异，可能是由于福建柏的树龄、采样部

建柏叶片中柠檬烯的含量也较高，与本研究的结果相

VIP分数Fig.7

Rating

of

V1P

scores

(

V1P>1.0)

by

PLS-DA

analysis位、采样时间、采样地点等不同［4-6］.而研究［4-5］表明福

图7

PLS-DA分析中VIP分数（VIP>1・0）的物质排序符合.说明在福建柏叶片中柠檬烯的合成量大且稳定.此外，在华山松、沙地柏、杉木、马尾松、欧洲赤松等

裸子植物的叶片中,柠檬烯也是含量较高的萜类化合物［10-13］.从福建柏3个器官的萜类挥发物总量分析可知:福建柏树皮中检测到的萜类挥发物种类最多,总量最

大;仅在单个器官中含有双环烯庚酮、反式卡拉曼烯、丹参酮、榄香醇和a-长叶蒎烯，含量都较低.说明在福

建柏中大部分萜类挥发物在3个器官中都能够被检测出，但在各器官的含量有明显差异性.PCA分析显示

前3个贡献度超过85%,表明3个器官中萜类挥发物的含量存在明显差异，且在树皮中的样品重复差异

小,说明树皮中的萜类挥发物含量波动较小.综上可知,福建柏在树皮中的萜类挥发物具有明显的组织特

异性，可能是由于本试验选取的植物材料为20年生福建柏，成年树种的树干粗壮且生命活动旺盛,根系发

达,木质化程度高，物质合成速率高且稳定.在树皮中检测到较多的萜类挥发物，可能是次生代谢物质合成

的.因为本试验树皮样本主要是韧皮部,韧皮部是有机物运输的途径［14］,因而福建柏树皮中萜类代谢物有

差异性且含量较高.利用PLS-DA模型对每种萜类挥发物在器官间的差异作进一步分析，结果表明柠檬烯、R-蒎烯、长叶

烯、a-蒎烯和双环水芹烯5种物质在福建柏器官间有明显差异性且含量较高.a-蒎烯对人体有镇痛、杀菌

消毒、抗病毒、使人镇静等作用，有益于人体的身心健康［15］.在福建柏中a-蒎烯含量最高,其同分异构体R-

蒎烯的含量也较高（尤其在树皮中），这对福建柏的药用价值开发有一定的指导意义.-222

-福建农林大学学报(自然科学版)第

50

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MAHD1EH

K,

S1AVASH

P,

MOHAMMAD

R.

Alpha-pinene

exerts

neuroprotective

effects

via

anti-inflammatory

and

anti-ap-

optotic

mechanisms

in

a

rat

model

of focal

cerebral

ischemia-reperfusion[

J]

.

Journal

of

Stroke

and

Cerebrovascular Diseases,

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