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2020 , Vol. 41 >Issue 3: 586 - 595

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-2561.2020.03.023

Agricultural Product Processing, Preservation, Storage, Analysis and Detection

Heterogeneity Analysis of Volatile Components of Fresh Leaves of Three Perilla Plants

  • LIN Xia 1 ,
  • CHEN Zheng 2 ,
  • ZHU Yujing 2 ,
  • LI Huimin 2 ,
  • DENG Wenqiong 2 ,
  • LIU Bo , 2, *
Expand
  • 1. Jinshan College, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002, China
  • 2. Agricultural Bio-Resources Research Institute, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou, Fujian 350003, China
LIU Bo, E-mail： 。

Received date: 2019-05-26

  Request revised date: 2019-08-11

  Online published: 2020-04-16

Copyright

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Fold

Abstract

The leaf Perilla is of specific aroma and of biological activitie. The similarities and differences of the volatile organic compounds in the fresh leaves of P. frutescens (NMZS), P. frutescens var. frutescens (BS) and P. frutescens var. frutescens (ZS) were studied. Solid phase microextraction (SPME) was used to enrich and extract the volatile compounds. The volatile components were isolated and identified by GC-MS. The volatile components were significantly different in three Perilla plants. The three plants could be clustered into a single group by principal component analysis. The high matching (≥90%) and relatively high content (≥2%) volatile componets of three plants were different. The high matching and high content compounds of NMZS were 3,7-dimethyl-2,6-octadienal, (Z)- 3,7- dimethyl-2,6-octadienal, 1-octen-3-ol etc., while those of ZS were α-caryophyllene, β-caryophyllene, apiol etc., and those of BS were β-caryophyllene, 1-octen-3-ol, 3,7-dimethyl-1,6-octadien-3-ol etc. A total of 19 specific volatile components were fould in NMZS (3,7-dimethyl-2,6-octadienal, (Z)-3,7-dimethyl-2,6-Octadienal etc.), eight in BS (Apiol etc.), and six in ZS (3,7-dimethyl-1,6-octadien-3-ol and so on). Common volatiles were also found, which were β-elemene, germacrene D, β-caryophyllene and 1-octen-3-ol. Cluster analysis result showed that BS and ZS could be clustered into one group, while NMZS was clustered into another group. The study would provide a basis for the further development and utilization of Perilla plants.

Key words： Perilla; volatile components; solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry; heterogeneity analysis

Cite this article

LIN Xia , CHEN Zheng , ZHU Yujing , LI Huimin , DENG Wenqiong , LIU Bo . Heterogeneity Analysis of Volatile Components of Fresh Leaves of Three Perilla Plants[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2020 , 41(3) : 586 -595 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.03.023

紫苏属（Perilla）为唇形科（Labiateae）1年生草本植物,具特殊香味[1]。紫苏是我国传统的药食、油料作物[2],也是卫生部首批公布药食兼用性植物之一[3,4],在医药、食品、油料及景观方面具有重要的应用价值[4]。在药用价值方面,紫苏叶用于防治风寒感冒和咳嗽呕恶,还能提高机体免疫,有效抑制癌症发生[5,6],药品中的藿香正气系列产品均以紫苏叶油为组分[7];而在食用价值上,紫苏可作为蔬菜、香料和调味料等。我国紫苏资源丰富,紫苏的研究与开发具有巨大潜力和广阔市场[8]。
植物挥发性有机物（volatile organic compounds, VOCs）是植物体内次生代谢途径合成的低沸点、易挥发的小分子化合物[9,10],具有很高的化学活性[10]。紫苏作为一种重要的香料植物,其挥发性物质包括单萜类、倍半萜类、苯丙素类和呋喃酮类等,如柠檬烯、紫苏醛、紫苏烯、α-法呢烯、β-石竹烯和异白苏烯酮等[4, 11-12]。目前,国内关于紫苏属植物挥发物的研究,主要集中在紫苏和白苏[13],而对紫苏其他变种的挥发物只有零星报道[14]。研究者们采用水蒸气蒸馏[15]、固相微萃取[16,17]、吹扫捕集[18]等方法提取紫苏挥发性物质（挥发油）,再结合气相色谱-质谱[19,20]、电子鼻[21]与全二维气相色谱-飞行时间质谱[22]等测定挥发物组成。其中,固相微萃取法（solid-phase microextraction, SPME）具有无需溶剂与前处理、能更好体现挥发物真实组成[23]的特点,成为检测植物挥发物的有效手段。而固相微萃取法还未被应用于紫苏属不同植物挥发性物质的异质性研究中。
紫苏香气呈现多样性[1],研究者们致力于把复杂的紫苏气味进行区分和归类。如Morinaka等[24]通过芳香气味将紫苏叶片中气味分为青草香、紫苏香、鲜香和刺激性气味等;而Ito等[25]根据挥发油中单萜类或苯丙素类的不同,划分不同的化学型。植物的挥发性物质不仅具有生物活性,也作为植物分类的重要参考,对种质资源多样性鉴定及资源材料的应用研究非常重要。作者在野外调查中发现1种紫苏属植物,其叶的主要特征为正面略带紫色,尤其叶脉周围更显紫色,而背面全部为紫色,叶边缘锯齿盾圆形,几乎无毛,其主要特征与《中国植物志》[26]所描述的紫苏原变种和变种均存在不同。该紫苏属植物的叶呈浓郁的柠檬香味,当地俗称为柠檬紫苏。为探究柠檬紫苏与紫苏原变种（白苏、紫苏）在挥发性物质上的异质性,本研究选取紫苏、白苏和柠檬紫苏的鲜叶为实验材料,采用固相微萃取技术富集提取,通过气相色谱-质谱联用技术分离和鉴定,并开展数据比对和统计学分析,尝试从代谢物水平上探究3种紫苏属植物叶片在挥发物上的差异,为紫苏资源的进一步研究开发和利用提供基础研究数据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 植物材料 供试材料见表1和图1,取3种紫苏属植物鲜叶各3片为实验材料,分别为柠檬紫苏（暂名）（NMZS-1、NMZS-2、NMZS-3）、白苏（BS-1、BS-2、BS-3）、紫苏（ZS-1、ZS-2、ZS-3）的叶片,样品采集自福建农林大学校园,采集时间为2018年6月。选择成年活体上健康叶片为实验材料。
表1 3种紫苏属植物鲜叶的样本信息

Tab. 1 Information of leaves of three Perilla plants

俗名
Common name		 分类地位
Classification status		 叶片主要特征
Main characteristics of leaves		 嗅觉体验
Experience the sense of smell		 样品编号
No.		 采集地
Source of collection
柠檬紫苏NMZS Perilla fruteseens
紫苏属		 叶正面略带紫色,尤其叶脉周围更显紫色,背面
全部为紫色,叶边缘锯齿盾圆形,几乎无毛。		 有浓郁柠檬香味 NMZS-1 采集自龙岩山区,移回福建农林大学种植一代
NMZS-2
NMZS-3
白苏BS Perilla fruteseens var. frutescens
紫苏属紫苏		 叶正面鲜绿色,背面也是淡绿色,也背面带细绒
毛,叶边缘锯齿突尖形。		 香气较淡 BS-1 福建农林大学
BS-2
BS-3
紫苏ZS Perilla fruteseens var. frutescens
紫苏属紫苏		 叶正面为深绿色,背面除了叶脉都为明显淡紫
色,边缘锯齿为宽尖形,两面无毛。		 香气浓郁 ZS-1 福建农林大学
ZS-2
ZS-3
图1 柠檬紫苏的叶片形态图

Fig. 1 Leaf morphology of NMZS

1.1.2 仪器与设备 Agilent 7890A/5975C气相色谱-质谱联用仪（美国Agilent公司）;HP-5MS色谱柱（美国Agilent公司）;萃取装置有SPME手动进样手柄（美国Supleco公司）,65 μm PDMS/DVB萃取头（美国Supleco公司）和20 mL顶空瓶。

1.2 方法

1.2.1 SPME法萃取 萃取头老化条件：65 μm PDMS/DVB萃取头用丙酮浸泡30 min后,再将萃取头250 ℃进行老化,老化时间为30 min。
萃取条件：分别称取鲜叶各1 g,剪碎后置于密封的顶空瓶中,插入萃取头吸附20 min。
1.2.2 气相色谱-质谱分析条件 气相色谱条件：进样口温度250 ℃,柱温50 ℃,起始温度50 ℃,保持2 min,以4 ℃/min升到140 ℃,保持3 min,以7 ℃/min升到230 ℃,保持0 min,运行时间,40.357 min。
质谱条件：离子源EI;采集模式为全扫描;溶剂延迟6 min;EMV模式为相对值;质量扫描范围：25.00~550.00 amu;阈值设为0;辅助加热温度为280 ℃;MS离子源温度为230 ℃,MS四级杆温度150 ℃。

1.3 数据处理

数据分析：采用Agilent MSD Chemstaion;检测的化合物经NIST 05谱库检索,结合文献报道进行鉴定。挥发物组分相对含量采用峰面积归一化法计算,表示为各香气组分的峰面积占总峰面积之比值。
数据统计：数据处理统计采用Agilent Mass Profiler Professional（MPP）,采用主成分分析（Principal component analysis, PCA）和聚类分析（Hierarchical cluster analysis, HCA）等多变量统计分析方法比较紫苏属3种植物的挥发物的轮廓差异及筛选导致差异的特征性化学成分。其中,数据转化采用软件Agilent GC/MS Translator;色谱图解卷积提取采用Agilent MassHunter Workstation Software Qualitative Analysis。

2 结果与分析

2.1 3种紫苏属植物叶片挥发性物质的总离子流图

3种紫苏属植物叶片挥发物的总离子流图见图2。其中,柠檬紫苏叶片挥发性物质峰主要集中于13~28 min区间;而白苏物质峰主要分布于24~34 min区间;紫苏主要挥发物峰则集中在19~28 min区间。
图2 3种紫苏属植物叶片挥发性成分的总离子图

A：柠檬紫苏;B：白苏;C：紫苏。

Fig. 2 Total ion chromatogram of volatile components of leaves of three Perilla plants

A: NMZS; B: BS; C: ZS.

2.2 3种紫苏属植物叶片高匹配挥发性物质分析

把在同一植物样本的3个重复中被检出2次及以上,并且与NIST谱库匹配度≥90%的挥发物,定义为该样本的高匹配挥发物。从3种紫苏属植物中,共统计出高匹配挥发物48个,结果见表2。
表2 3种紫苏属植物叶片高匹配的挥发性成分及相对含量（n=3）

Tab. 2 High matching volatile components of leaves of three Perilla plants (n=3)

序号
No.		 中文名
Compound name (in Chinese)		 化合物名称
Compound name		 CAS号
CAS No.		 相对含量/%
Relatively content/%
柠檬紫苏
NMZS		 紫苏
ZS		 白苏
BS
1 柠檬醛 3,7-dimethyl-2,6-Octadienal 5392-40-5 22.37 - -
2 β-石竹烯 β-caryophyllene 87-44-5 19.20 23.77 7.15
3 顺式-柠檬醛 (Z)-3,7-dimethyl-2,6-Octadienal, 106-26-3 14.93 - -
4 α-石竹烯 α-Caryophyllene 6753-98-6 3.41 3.57 -
5 蘑菇醇 1-Octen-3-ol 3391-86-4 2.30 5.37 5.12
6 大根香叶烯 Germacrene D 23986-74-5 0.73 1.19 0.51
7 β-柠檬醇 (Z)- 3,7-dimethyl-,2,6-Octadien-1-ol 106-25-2 0.53 - -
8 β-古芸烯 1H-Cyclopropa[a]naphthalene, 1a,2,3,5,6,7,7a,7b-octahydro-1,1,7,7a-tetramethyl-, [1aR-(1aα,7α,7aα,7bα)]- 17334-55-3 0.35 - -
9 β-榄香烯 β-elemene 515-13-9 0.34 0.47 0.12
10 双环大根香叶烯 Bicyclogermacrene 67650-90-2 0.31 - -
11 香茅醛 6-Octenal, 3,7-dimethyl- 106-23-0 0.24 - -
12 1-乙烯基-1-甲基-2-(1-甲基乙烯基)-4-(1-甲基亚乙基)-环己烷 1-ethenyl-1-methyl-2-(1-methylethenyl)-4-(1-methylethylidene)- Cyclohexane 3242-8-8 0.22 - -
13 壬烷 Humulen-(v1) 1000159-39-4 0.18 - -
14 γ-榄香烯 γ-Elemene 30824-67-0 0.17 - -
15 石竹烯氧化物 Caryophyllene oxide 1139-30-6 0.15 1.83 -
16 反式石竹烯 Bicyclo[7.2.0]undec-4-ene, 4,11,11-trimethyl-8-methylene- 13877-93-5 0.12 - -
17 (Z)-3,7-二甲基-1,3,6-十八烷
三烯		 1,3,6-Octatriene, 3,7-dimethyl-, (Z)- 3338-55-4 0.10 - -
18 2-甲氧基-5-丙-2-烯基苯酚 3-Allyl-6-methoxyphenol 501-19-9 0.07 - -
19 δ-杜松烯 Naphthalene, 1,2,3,5,6,8a-hexahydro-4,7-dimethyl-1-(1-methylethyl)-, (1S-cis)- 483-76-1 0.07 - 0.13
20 (1α,4aα,8aα)-1,2,3,4,4a,5,6, 8a-7-甲基-4-甲基-4-甲基-4-甲基-1-(1-甲基乙基)-萘 ,1,2,3,4,4a,5,6,8a-octahydro-7-methyl-4-methylene-1-(1-methylethyl)-, (1α,4aα,8aα)- Naphthalene 30021-74-0 0.05 - -
21 别香橙烯 allo-aromadendrene 25246-27-9 0.05 - 0.05
22 (+)-双环倍半水芹烯 (+)-Epi-bicyclosesquiphellandrene 54324-03-7 0.05 0.09 -
23 衣兰烯 Ylangene 14912-44-8 0.05 - -
24 1-甲基-4-(1-甲基乙烯基)苯 1-methyl-4-(1-methylethenyl)- benzene 1195-32-0 0.04 - -
25 反式-橙花叔醇 (E)- 3,7,11-trimethyl-, 1,6,10-Dodecatrien-3-ol 40716-66-3 0.04 - -
26 1,2,4a,5,6,8a-六氢-4,7-二甲基-1-(1-甲基乙基)-萘 1,2,4a,5,6,8a-hexahydro-4,7-dimethyl-1-(1-methylethyl)-naphthalene 483-75-0 0.04 - -
27 古巴烯 Copaene 3856-25-5 0.03 - 0.15
28 乙位紫罗兰酮 4-(2,6,6-trimethyl-1-cyclohexen-1-yl)-3-Buten-2-one, 14901-07-6 0.03 - -
29 6-乙酰-6-甲基-1-(1-甲基乙基)-3-(1-甲基亚乙基)-环己烯 6-ethenyl-6-methyl-1-(1-methylethyl)-3-(1-methylethylidene)- Cyclohexene, 5951-67-7 0.03 - -
30 α-荜澄茄油烯 α-Cubebene 17699-14-8 0.02 0.42 -
31 α-法呢烯 α-Farnesene 502-61-4 - 1.14 0.29
32 香橙烯 Aromandendrene 489-39-4 - 0.2 -
33 2,5,6-三甲基-1,3,6-庚三烯 2,5,6-trimethyl-1,3,6-Heptatriene 42123-66-0 - 0.67
34 2,6-二甲基-6-(4-甲基-3-戊烯基)双环[3.1.1]七碳-2-烯 Bicyclo[3.1.1]hept-2-ene, 2,6-dimethyl-6-(4-methyl-3-pentenyl)- 17699-05-7 - 9.51 -
35 (-)-β-波旁烯 (-)-β-Bourbonene 5208-59-3 - 0.03 0.07
36 苯甲醛 Benzaldehyde 100-52-7 - 0.53
序号
No.		 中文名
Compound name (in Chinese)		 化合物名称
Compound name		 CAS号
CAS No.		 相对含量/%
Relatively content/%
柠檬紫苏
NMZS		 紫苏
ZS		 白苏
BS
37 芳樟醇 3,7-dimethyl-1,6-Octadien-3-ol 78-70-6 - 3.58
38 β-愈创木烯 β-Guaiene 88-84-6 - 0.04
39 肉豆蔻醚 1,3-Benzodioxole, 4-methoxy-6-(2-propenyl)- 607-91-0 - 0.19 -
40 洋芹脑 Apiol 523-80-8 - 6.33 -
41 3,7,11-三甲基-1,3,6,10-十二碳-四烯 3,7,11-trimethyl-1,3,6,10-Dodecatetraene
 26560-14-5 - 2.15
42 1,5,9,9-四甲基-1,4,7-环十一碳-三烯 1,5,9,9-tetramethyl-,1,4,7,-cycloundecatriene 1000062-61-9 - 6.59 0.62
43 α-广藿香萜烯 α-Patchoulene 560-32-7 - 0.12 -
44 1a,2,3,3a,4,5,6,7b-八氢-1,1, 3a,7-四甲基-, [1aR-(1aα, 3aα, 7bα)]-1H-环丙烷[a]萘, 1a, 2, 3, 3a, 4, 5, 6, 7b-octahydro-1,1,3a,7-tetramethyl-, [1aR-(1aα, 3aα, 7bα)]-, 1H-cyclopropa[a]naphthalene, 489-29-2 - 0.12 -
45 牦牛儿酸甲酯 2,6-Octadienoic acid, 3,7-dimethyl-, methyl ester 2349-14-6 - 0.11
46 2-异丙基-5-甲基-9-亚甲基- 双环[4.4.0] -1-癸烯, 2-isopropyl-5-methyl-9-methylene-Bicyclo[4.4.0]dec-1-ene, 150320-52-8 - 0.17 -
47 [1R-(1α,4aα,8aα)],1,2,4a,5,6,8a-六氢-4,7-二甲基-1-(1-甲基乙基)-萘 [1R-(1α,4aα,8aα.)]-1,2,4a,5,6,8a-hexahydro-4,7-dimethyl-1-(1-methylethyl)-, Naphthalene, 17627-24-6 - 0.12 -
48 橙花叔醇 Nerolidol 1000285-43-6 - 0.05 -
总计 66.34 61.28 21.29

Note: - indicates that no compound meeting the screening criteria had been detected.

注：-表示没有符合筛选标准的化合物被检出。

柠檬紫苏有30个高匹配挥发物（占其挥发物总体相对含量的66.34%）,包括柠檬醛（22.37%）、β-石竹烯（19.20%）、顺式-柠檬醛（14.93%）、α-石竹烯（3.41%）和蘑菇醇（2.30%）等;而紫苏中含高匹配物质20种（占61.28%）,包括β-石竹烯（23.77%）、2,6-二甲基-6-（4-甲基-3-戊烯基）双环[3.1.1]庚-2-烯（9.51%）、1,5,9,9-四甲基-1,4,7-环-十一碳三烯（6.59%）、洋芹脑（6.33%）、蘑菇醇（5.37%）和α-石竹烯（3.57%）等;白苏中有16种高匹配物质（占21.29%）,主要挥发物则包括β-石竹烯（7.15%）、蘑菇醇（5.12%）、芳樟醇（3.58%）和3,7,11-三甲基-1,3,6,10-十二碳-四烯（2.15%）等。

2.3 3种紫苏属植物叶片高匹配高相对含量挥发性物质分析

以匹配度≥90%且相对含量≥2%为指标,筛出高匹配、高相对含量物质,共计10个（表3）。分别占柠檬紫苏、紫苏和白苏其相对含量的62.21%、55.14%和18.00%。β-石竹烯和蘑菇醇在3组紫苏中含量都较高,而各组又有各自特异的主要挥发物。
表3 3种紫苏属植物挥发性物质高匹配、高相对含量的成分对比

Tab. 3 High matching and high relative content volatile components of leaves of three Perilla plants

序号
No.		 中文名
Compound name
(in Chinese)		 相对含量
Relatively content/%
柠檬紫苏
NMZS		 紫苏
ZS		 白苏
BS
1 柠檬醛 22.37 - -
2 β-石竹烯 19.20 23.77 7.15
3 顺式-柠檬醛 14.93 - -
4 α-石竹烯 3.41 3.57
5 蘑菇醇 2.30 5.37 5.12
6 2,6-二甲基-6-(4-甲基-3-戊烯基)双环[3.1.1]七碳-2-烯 - 9.51 -
7 芳樟醇 - 3.58
8 洋芹脑 - 6.33 -
9 3,7,11-三甲基-1,3,6,10-十二碳-四烯 - 2.15
10 1,5,9,9-四甲基-1,4,7-环十一碳-三烯 - 6.59 -
总计 62.21 55.14 18.00

Note: - indicates that no compound meeting the screening criteria had been detected.

注：-表示没有符合筛选标准的化合物被检出。

柠檬紫苏的主要挥发物有5个,包括柠檬醛（占其相对含量为22.37%）、β-石竹烯（19.20%）、顺式-柠檬醛（14.93%）、α-石竹烯（3.41%）和蘑菇醇（2.30%）;而在紫苏叶片中主要挥发物有6个,包括β-石竹烯（23.77%）、2,6-二甲基-6-（4-甲基-3-戊烯基）双环[3.1.1]庚-2-烯（9.51%）、1,5, 9,9-四甲基-1,4,7-环十一碳-三烯（6.59%）、洋芹脑（6.33%）、蘑菇醇（5.37%）和α-石竹烯（3.57%）;白苏主要挥发物则包括β-石竹烯（7.15%）、蘑菇醇（5.12%）、芳樟醇（3.58%）和3,7,11-三甲基-1,3,6,10-十二碳-四烯（2.15%）。

2.4 3种紫苏属植物叶片共有挥发性物质分析

3种紫苏属植物的挥发物中包含4种共有成分,分别为β-榄香烯、大根香叶烯、β-石竹烯和蘑菇醇（表4）。其中相对含量最高的为β-石竹烯,分别占柠檬紫苏、紫苏和白苏叶片挥发物相对含量为19.20%、23.77%和7.15%;其次为蘑菇醇,占柠檬紫苏、紫苏和白苏叶片挥发性物相对含量为2.30%、5.37%和5.12%。
表4 3种紫苏属植物叶片共有挥发性物质分析

Tab. 4 Common volatile components of leaves of three Perilla plants

序号
No.		 中文名
Compound name
(in Chinese)		 相对含量/%
Relatively content/%
柠檬紫苏NMZS 紫苏
ZS		 白苏
BS
1 β-榄香烯 0.34 0.47 0.12
2 大根香叶烯 0.73 1.19 0.51
3 β-石竹烯 19.20 23.77 7.15
4 蘑菇醇 2.30 5.37 5.12
5 α-荜澄茄油烯 0.02 0.42 -
6 α-石竹烯 3.41 3.57 -
7 石竹烯氧化物 0.15 1.83 -
8 (+)-双环倍半水芹烯 0.05 0.09 -
9 古巴烯 0.03 - 0.15
10 δ-杜松烯 0.07 - 0.13
11 别香橙烯 0.05 - 0.05
12 α-法呢烯 - 1.14 0.29
13 (-)-β-波旁烯 - 0.03 0.07
14 1,5,9,9-四甲基-1,4,7-环十一碳-三烯 - 6.59 0.62

Note: - indicates that no compound meeting the screening criteria had been detected.

注：-表示没有符合筛选标准的化合物被检出。

对3种紫苏的叶片挥发物进行两两对比,得到以下结果：（1）柠檬紫苏和紫苏共有的挥发物为8种,分别为β-榄香烯、大根香叶烯、β-石竹烯、蘑菇醇、α-荜澄茄油烯、α-石竹烯、石竹烯氧化物和(+)-双环倍半水芹烯;（2）柠檬紫苏与白苏共有挥发物为7种,分别为β-榄香烯、大根香叶烯、β-石竹烯、蘑菇醇、古巴烯、δ-杜松烯和别香橙烯;（3）紫苏和白苏有共有的挥发物为7种,分别为β-榄香烯、大根香叶烯、β-石竹烯、蘑菇醇、α-法呢烯、(-)-β-波旁烯和1,5,9,9-四甲基-1,4,7-环十一碳-三烯。

2.5 3种紫苏属植物叶片特异性挥发性物质分析

结果见表5。从柠檬紫苏叶片中检测出的特异性挥发物有19种,为柠檬醛（占其相对含量的22.37%）、顺式-柠檬醛（14.93%）和β-柠檬醇（0.53%）等;而紫苏叶片特异性挥发物有8种,为2,6-二甲基-6-(4-甲基-3-戊烯基)双环[3.1.1]庚-2-烯（占其相对含量的9.51%）和洋芹脑（6.33%）等;白苏叶片特异性挥发物则有6种,包括芳樟醇（占其相对含量的3.58%）等。
表5 3种紫苏属植物叶片特异性挥发性物质分析

Tab. 5 Specific volatile components of leaves of three Perilla plants

序号
No.		 中文名
Compound name
(in Chinese)		 相对含量/%
Relatively content/%
柠檬紫苏
NMZS		 紫苏
ZS		 白苏
BS
1 反式石竹烯 0.12 - -
2 (Z)-3,7-二甲基-1,3,6-十八烷三烯 0.10 - -
3 1-甲基-4-(1-甲基乙烯基)苯 0.04 - -
4 2-甲氧基-5-丙-2-烯基苯酚 0.07 - -
5 β-古芸烯 0.35 - -
6 β-柠檬醇 0.53 - -
7 反式-橙花叔醇 0.04 - -
8 γ-榄香烯 0.17 - -
9 1,2,4a,5,6,8a-六氢-4,7-二甲基-1- (1-甲基乙基）-萘 0.04 - -
10 (1α,4aα,8aα)-1,2,3,4,4a,5,6,8a- 7-甲基-4-甲基-4-甲基-4-甲基-1-(1-甲基乙基)-萘 0.05 - -
11 柠檬醛 22.37 - -
12 壬烷 0.18 - -
13 双环大根香叶烯 0.31 - -
14 顺式-柠檬醛 14.93 - -
15 香茅醛 0.24 - -
16 乙位紫罗兰酮 0.03 - -
17 1-乙烯基-1-甲基-2-(1-甲基乙炔基)-4-(1-甲基亚乙基)- 环己烷 0.22 - -
18 6-乙酰-6-甲基-1-(1-甲基乙基)-3-(1-甲基亚乙基)-环己烯 0.03 - -
19 衣兰烯 0.05 - -
20 2,6-二甲基-6-(4-甲基-3-戊烯基)双环[3.1.1]庚-2-烯 - 9.51 -
21 肉豆蔻醚 - 0.19 -
22 洋芹脑 - 6.33 -
23 α-广藿香萜烯 - 0.12 -
24 1a,2,3,3a,4,5,6,7b-八氢-1,1,3a,7-四甲基-, [1aR-(1aα,3aα,7bα)]-1H-环丙烷[a]萘 - 0.12 -
25 2-异丙基-5-甲基-9-亚甲基-双环[4.4.0]-1-癸烯 - 0.17 -
26 1,2,4a,5,6,8a-六氢-4,7-二甲基-1-(1-甲基乙基)-, [1R-(1α,4aα, 8aα)]-萘 - 0.12 -
27 橙花叔醇 - 0.05 -
28 2,5,6-三甲基-1,3,6-庚三烯 - - 0.67
29 苯甲醛 - - 0.53
30 芳樟醇 - - 3.58
31 β-愈创木烯 - - 0.04
32 3,7,11-三甲基-1,3,6,10-十二碳-四烯 - - 2.15
33 牦牛儿酸甲酯 - - 0.11

Note: - indicates that no compound meeting the screening criteria had been detected.

注：-表示没有符合筛选标准的化合物被检出。

2.6 3种紫苏属植物鲜叶挥发物的聚类分析

以样本中测出的挥发物为指标,进行聚类分析,结果见图3。9个样品分为2大类群,类群1包括白苏和紫苏的各3个样本,而类群2为柠檬紫苏的3个样本。从感官上评价,柠檬紫苏具特殊的柠檬香味,气味与紫苏和白苏有明显不同,聚类结果与实际情况相吻合。
Fig. 3 Clustering analysis of volatiles from leaves of three Perilla plants

2.7 3种紫苏属植物鲜叶挥发物的主成分分析

以检测到的挥发物为指标,构建数据矩阵,对3种紫苏属植物样品进行主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）,结果见图4。从PCA结果可知,3种紫苏属植物各自的样品点都比较集中,各自聚为1类。在2D PCA中组分1和组分2的累积贡献率也达到96.74%。其中在3D PCA中,X轴为组分1,贡献率为60.48%;Y轴为组分2,贡献率为36.26%;Z轴为组分3,贡献率为2.25%,组分1~3的累积贡献率为98.99%。在PCA得分图中,9个样本聚为3类,分别为紫苏、白苏和柠檬紫苏,提示这3种植物的挥发物存在较显著差异。
图4 3种紫苏属植物鲜叶挥发物的主成分分析

Fig. 4 PCA analysis of the volatiles from leaves of three Perilla plants

3 讨论

紫苏是重要的经济作物,研究与利用紫苏成为世界性的热点课题[27]。据报道,紫苏属的不同植物在用途、品质及作用上存在一定差异[28],但紫苏的分类地位尚有争论[29,30]。根据《中国植物志》[26]记载,紫苏属有1种3变种,即紫苏（原变种包括紫苏和白苏）P. fruteseens var. frutescens、野生紫苏P. frutescens var. purpurascens、回回苏P. Fruteseens var. crispa和耳齿紫苏 P. frutescens var. auriculato-dentata[26]。随后,国内研究者们提出各自不同的观点,刘月秀等[31]将紫苏属植物分为4个变种（白苏、紫苏、回回苏和野生紫苏）;郭凤根等[32]将云南省紫苏属植物分为5个变种（紫苏、白苏、回回苏、野生紫苏和耳齿紫苏）;Yan等[33]将紫苏分为5个变种（白苏、紫苏、耳齿紫苏、回回苏和野生紫苏变种）。由于紫苏属遗传稳定性差[1],用其他技术手段辅助结合植物形态识别,成为解决紫苏变种的分类难题的途径。
紫苏属植物具特异香气,被用作食用蔬菜和香辛料。植物的挥发性物质不仅具很高化学活性,也是植物分类的重要依据,对种质资源多样性鉴定及资源材料的应用研究非常重要。目前,紫苏的挥发物提取多采用水蒸气蒸馏法[15]。紫苏材料经高温蒸馏、冷凝、油水分离、澄清和除水等步骤后,得到紫苏的挥发油。但该方法也存在一定弊端,如蒸馏提取可能造成的小分子挥发物的损失。固相微萃取法（SPME）无需溶剂与前处理,从样品中直接采集挥发性成分,能更好地体现被检测挥发物的真实组成[23]。本研究结果表明,在柠檬紫苏和紫苏样品中,高匹配高含量的物质均达到了55%以上。因此,固相微萃取-气质联用法可应用于紫苏属植物叶片的挥发性物质的检测。
本研究对3种紫苏属植物鲜叶的挥发物进行聚类分析,其中白苏和紫苏的样本聚为1个类群,而柠檬紫苏的样本单独聚为另1类群。该结论与样品的嗅觉体验相符,柠檬紫苏叶片具有的特殊柠檬香味,在嗅觉体验上与紫苏和白苏存在明显差异。为对比3种紫苏属植物叶片挥发物的异同,对高匹配、高相对含量的挥发物进行统计,结果表明,此类挥发物存在差异,柠檬紫苏为柠檬醛、顺式-柠檬醛和蘑菇醇等;紫苏为α-石竹烯、β-石竹烯和洋芹脑等;白苏则包括β-石竹烯、蘑菇醇、芳樟醇等。此外,对3种紫苏属植物鲜叶挥发物中的特异性挥发物和共有挥发物进行统计,结果表明,3种紫苏属植物中存在各自特异性挥发性代谢物,柠檬紫苏叶片中存在特异性挥发性物质19种（柠檬醛、β-柠檬醇等）;而紫苏叶片特异性挥发性物质有8种（洋芹脑等）;白苏叶片特异性挥发性物质则有6种（芳樟醇等）;而在共有化合物方面,3种紫苏属植物叶片中存在共有挥发物4个,分别为β-榄香烯、大根香叶烯、β-石竹烯和蘑菇醇。另外,本研究中检测出的挥发物,研究者们对紫苏植株挥发物中也有报道,包括β-石竹烯[34,35,36,37]、β-榄香烯[34,35,36,37]、蘑菇醇[34-36, 38]、石竹烯氧化物[38]、香橙烯[34, 36]、α-荜澄茄油烯[37]、2,6-二甲基-6-(4-甲基-3-戊烯基)双环[3.1.1]庚-2-烯[37],α-石竹烯[34,35,36]、大根香叶烯[34, 36]、α-广藿香萜烯[37]、橙花叔醇[34,35,36]、洋芹脑肉[34, 36]、豆蔻醚[34, 36]、α-法呢烯[35, 38]等。本研究检出的紫苏的挥发性物质,对照文献报道,具有以下生物活性：（1）消炎抑菌：芳樟醇具有镇痛、抗焦虑、镇静催眠、抗炎、抗肿瘤、抗菌等药理活性[37];（2）香精和添加剂：α-法呢烯主要存在于甜橙油、玫瑰油、依兰依兰油和桔子油等精油中;（3）抗癌抗肿瘤：榄香烯是一种抗癌成分,用于治疗脑癌、肺癌和消化道肿瘤等[38]。
通过3种不同紫苏属植物鲜叶挥发物的研究,为进一步开展紫苏的种属特异性和生物活性提供基础,为该属植物资源的进一步开发和利用提供参考。而气候变化、水分,温度,光照,土壤营养、植株差异等因素,是否对紫苏的挥发性物质存在影响,还有待进一步研究和探索。

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