蝴蝶蜜源与非蜜源植物挥发物成分的差异 5页

福建农林大学学报(自然科学版)第40卷第3期JournalofFujianAgricultureandForestryUniversity(NaturalScienceEdition)2011年5月蝴蝶蜜源与非蜜源植物挥发物成分的差异张雯雯，郑华，张弘(中国林业科学研究院资源昆虫研究所，国家林业局资源昆虫培育与利用重点实验室，云南昆明650224)摘要:采用全自动热脱附—气相色谱/质谱(ATD-GC/MS)联用技术，对动态顶空密闭循环吸附捕集的蝴蝶蜜源植物马缨丹、马利筋及非蜜源植物缅栀子花的挥发物进行分析检测．结果表明，同为蝴蝶的蜜源植物，马利筋和马缨丹的挥发物成分的种类和含量都有差异．马缨丹的香气成分主要为萜烯类化合物(60%)，而马利筋中醛类(33．72%)含量相对高些，烯烃含量约占11%，二者都含有少量的醇．作为蝴蝶的非蜜源植物，缅栀子花的挥发物中有一定量的肟类(24．99%)和腈类(5．34%)，在马利筋和马缨丹中均未检测出这2种组分．关键词:蝴蝶;蜜源植物;挥发物中图分类号:Q946．8文献标识码:A文章编号:1671-5470(2011)03-0302-05Differencebetweennectarplantsandnon-nectarplantsofbutterflyinvolatilecomponentsZHANGWen-wen，ZHENGHua，ZHANGHong(KeyLaboratoryofCultivationandUtilizationofResourceInsects，StateForestryAdministration，ResearchInstituteofResourceInsects，ChineseAcademyofForestry，Kunming，Yunnan650224，China)Abstract:Fragrancesfromthenectarandnon-nectarplantsofbutterflywerecloselyandcircularlyhead-spacesampledwithinad-sorptivetubes，andanalyzedbyautothermal-desorptiongaschromatographyandmassspectrometry(ATD-GC/MS)．ResultsshowedthatthevolatilecomponentsofAsclepiascurassavicaLinn．andLantanacamaraweredifferentinvarietyandcontent．Terpenes(60%)werehighcontainedinLantanacamara，andaldehydes(33．72%)werehighcontainedinA．curassavica(24．99%)，ni-trile(5．34%)weredetectedinPlumeriarubraLinn．cv．acutifolia，butwerenotdetectedinA．curassavicaandL．camara．Keywords:butterfly;nectarplant;volatile蝴蝶是昆虫纲(Insecta)鳞翅目(Lepidoptera)蝶亚目(锤角亚目)(Rhopalocera)昆虫的俗称，蝴蝶种类繁多，色彩艳丽，飞行姿态优雅，具有很高的观赏价值．植食性昆虫的种群繁衍很大程度上取决于能否寻找到合适的寄主植物和获得足够的营养，这都和植物挥发性次生物质有关，而每种植物都有各自的挥发性物［1］质，并以一定的比例组成该种植物的化学指纹图．大量观察表明蝶类是寡食性昆虫，每种蝴蝶都会固定［2］选择少数几种甚至某一种植物，并在上面栖息、产卵．吴艳光等发现丝带凤蝶的蜜源植物主要是百合科萱草属植物大苞萱，菜粉蝶主要取食十字花科植物，柑橘凤蝶和玉带凤蝶等取食芸香科植物，中华虎凤蝶［3］［4］取食马蹄莲等．Hondaetal发现日本女贞中分离出的苯乙醛、2-苯乙醇、6-甲基-5-庚烯-2-酮能明显刺激菜粉蝶的取食行为，这些现象表明蝴蝶能被植物挥发物吸引，因此有必要对影响蝴蝶取食的蜜源和非蜜［5－6］源植物的挥发物成分进行分析、研究．常用植物挥发物的采集方法是水蒸气蒸馏法，但它不能真实反［7－9］映嗅觉的香气．近年固相微萃取法等也得到了广泛应用，但它必须与检测仪器相连，不便于进行野外挥发物的捕集．本研究采用动态顶空密闭循环式吸附捕集法采集几种蝴蝶蜜源与非蜜源植物花朵的挥发［10－11］物，此法已经在水果香气捕集上得到应用．本研究采用全自动热脱附－气相色谱/质谱(ATD-GC/MS)联用技术，对几种植物花朵气体挥发物的成分进行鉴定和分析，找出吸引蝴蝶的主要化学成分．1材料与方法1．1材料马利筋、马缨丹和缅栀子(红色)活体植株鲜花由中国林业科学研究院资源昆虫研究所元江试验站提收稿日期:2010－07－19修回日期:2010－12－19基金项目:中国林业科学研究院资源昆虫研究所中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(Riricaf200903Z)．作者简介:张雯雯(1985－)，女，硕士研究生．研究方向:林产化学加工工程．Email:zhangwenwen1105@163．com．通讯作者郑华(1971－)，男，副研究员，博士后．研究方向:天然生物资源化学加工及可持续综合开发利用． 第3期张雯雯等:蝴蝶的几种蜜源与非蜜源植物挥发物成分的差异·303·供;吸附剂Tenax-GR进口分装，填充于美国Varian公司玻璃管(Φ6，长160mm)中;采集袋为406mm×444mm微波专用袋(美国Reynolds公司产品)．1．2仪器与设备QC-1型大气采样仪(配有便携式充电器和手提箱)由北京市劳动保护科学研究所提供;HT6890型热解吸仪活化定标器由山东鲁南瑞虹化工有限公司提供;Clarus600气相色谱/Clarus600T质谱联用仪(配有TurboMatrix650全自动热脱附(ATD)及TurboMass5．4．2数据处理系统)由美国PerkinElmer公司提供．1．3测试方法1．3．1挥发物捕集采用文献［12－13］报道的动态顶空密闭循环式吸附捕集法:将采集袋套在自然状态下的枝条上，用大气采样仪排空袋内气体，泵入经活性炭过滤的洁净空气，再密闭循环捕集3种植物花朵的挥发物样品，样品采集时间为20min．－11．3．2热脱附进样载气(恒流模式)流速为2．0mL·min;样品管温度(一级热脱附温度)为260℃，加热10min;一级热脱附过程中冷阱温度为－30℃;一级至二级热脱附过程中冷阱升温速率为40℃·－1s;二级热脱附温度为300℃，保持5min;热脱附方式为进口分流，一般干吹，时间1min;脱附流量为－1－1－12520mL·min;入口分流流量为1520mL·min，出口分流流量为20mL·min．1．3．3色谱分离条件色谱柱:Elite-5MS毛细柱(30m×0．32mm，0．25μm)．升温程序:40℃保持2－1－1min，以6℃·min速度升至130℃，保持5min;再以15℃·min速度升至280℃，保持5min．1．3．4质谱检测条件离子源温度220℃，接口温度250℃．扫描速度:每次扫描时间0．2s，恢复时间0．1s．扫描质荷比(m/z):29－600．1．3．5谱图检索及成分鉴定由ATD-GC/MS操作得到各样品质谱相对丰度图及总离子流图．利用专用软件TurboMass(版本5．4．2)和标准谱库NIST08，结合经典气相色谱保留时间数据和相关化学经验，对挥发性组分中各化学成分进行鉴定，并用峰面积归一化法计算各化合物在总挥发组分中的相对含量．2结果与分析马利筋、马缨丹以及缅栀子花的挥发图1马利筋花朵的挥发物总离子流图Fig．1TotalionschromatogramofvolatilecomponentsofA．curassavica物总离子流见图1－3，成分检测结果分别列于表1－3，表中仅列出正反匹配度(最大值分别为1000)均大于800的化合物． ·304·福建农林大学学报(自然科学版)第40卷表1马利筋挥发物成分检测结果Table1VolatilecomponentsofA．curassavica化合物保留时间(RT)/min质荷比(m/z)百分含量/%1-辛烯3．434435．372，4-二甲基己烷3．579435．881-壬烯5．410438．43壬烷5．610439．796-甲基-5-庚烯-2-酮7．616433．51辛醛8．081435．74乙酸-3-己烯-1-醇酯8．136432．86壬醛10．6075715．662-乙基-1，1-二甲基-3-亚甲基环己烷10．817695．49二乙二醇丁醚12．533573．84水杨酸甲酯12．64812010．72癸醛13．0434321．08表2马缨丹挥发物成分检测结果Table2VolatilecomponentsofLantanacamara化合物保留时间(RT)/min质荷比(m/z)百分含量/%1，3-丁二醇1．634433．07(Z)-3-己烯-1-醇4．625412．70α-水芹烯6．150932．45α-蒎烯6．286934．80莰烯6．671932．64β-水芹烯7．266937．49β-蒎烯7．361934．24β-月桂烯7．721412．143-蒈烯8．1569315．154-蒈烯8．371932．04对繖花烃8．58611917．55柠檬烯8．691685．90桉叶油素8．7464311．39罗勒烯9．162930．191-甲基-4-(1-甲基乙基)-1，4-环己二烯9．432932．893，7-二甲基-1，6-辛二烯-3-醇10．477710．23α-荜澄茄油烯16．1841050．22王古王巴烯16．8301052．04β-石竹烯17．830414．01α-石竹烯18．735936．43表3缅栀子花的挥发物成分检测结果Table3VolatilecomponentsofPlumeriarubraL．cv．Acutifolia化合物保留时间(RT)/min质荷比(m/z)百分含量/%2-甲基丁醛2．0245715．062，3-二甲基丁二腈2．544544．322-甲基丙醛肟2．884703．72己醛3．604442．232-甲基丁醛肟4．6404118．003-甲基丁醛肟4．990413．27壬烷5．615593．68对繖花烃8．581431．42柠檬烯8．691436．67壬醛10．6121195．43苯乙醇10．722681．67邻甲基异苯腈11．357571．02二乙二醇丁醚12．538914．64癸醛13．0431176．19由表1可见，从马利筋的挥发物中共检出98．37%的化合物，包含醛类、酯类和烷烃，以及酮和烯烃等． 第3期张雯雯等:蝴蝶的几种蜜源与非蜜源植物挥发物成分的差异·305·其中，醛类含量最高，达42．48%，且都在C8以上．其中，辛醛含量5．74%;壬醛含量15．66%;癸醛含量21．08%．烷烃含量21．16%，有直链烷烃(15．67%)和环烷烃(5．49%)2种．酯类含量13．58%．烯烃含量约14%．其他挥发物含量7．15%．马利筋的挥发物中主要含有2种酯类化合物，即乙酸-3-己烯-1-醇酯(2．86%)和水杨酸甲酯(10．72%);2种烯烃，分别为1-辛烯(5．37%)和1-壬烯(8．43%);还含有其它几种化合物，如6-甲基-5-庚烯-2-酮(3．51%)和羟基醚二乙二醇丁醚(3．84%)．由表2可见，马缨丹的挥发物中共检出97．57%的化合物，萜烯类约占60%;醇类占6．00%;其他挥发物约占31%．马缨丹的挥发物中主要含有2种醇类化合物，即1，3-丁二醇(3．07%)和(Z)-3-己烯-1-醇(2．70%);萜烯类化合物种类很多，但含量在5%以上的只有β-水芹烯(7．49%)、3-蒈烯(15．15%)、柠檬烯(5．90%)和α-石竹烯(6．43%)等几种．其他种类化合物的含量都在5%以下，其中β-水芹烯具有柑橘、［14］胡椒的清凉香气;柠檬烯有类似柠檬的香味，是常见的香料成分．此外，还有几种化合物的含量也比较高，如对繖花烃含量为17．55%，占鉴定出化合物成分总量的近1/5，桉叶油素含量为11．39%．由表3可见，缅栀子花的挥发物中共检测到77．32%的化合物，主要是醛及其衍生物，其它成分还有腈、烷烃、芳香烃、醇、醚和萜烯类．其中，醛类及其衍生物约占53．9%(醛肟约占25．0%)，烷烃占3．68%，芳香烃占1．42%，腈类占5．3%．缅栀子花的挥发物中主要含4种醛和3种醛肟类化合物．4种醛类分别为2-甲基丁醛(含量为15．06%)、己醛(含量为2．23%)、壬醛(含量为5．43%)和癸醛(含量为6．19%)．所检出的醛衍生物均为C8以下的醛肟，除2-甲基丙醛肟(3．72%)和3-甲基丁醛肟(3．27%)外，2-甲基丁醛肟的含量为18%，为鉴定出化合物成分总含量的1/4;挥发物中虽然含有2种腈类成分，即2，3-二甲基丁二腈(4．32%)和邻甲基异苯腈(1．02%)，但总含量在5%左右;萜烯类化合物只有柠檬烯(6．67%)，烷烃(壬烷，占3．68%)和芳香烃(对繖花烃，占1．42%)总含量在5%左右;所检出的醇类仅有苯乙醇(1．67%);检出的醚类化合物(二乙二醇丁醚，占4．64%)属于羟基醚．从以上分析结果可知，作为蝴蝶的蜜源植物，马利筋和马缨丹中共有的化合物是烯烃，但种类和含量均存在差异．马利筋的挥发物中含2种烯烃，即1-辛烯(5．37%)和1-壬烯(8．43%)，马缨丹的挥发物中近60%都是萜烯类，而且种类超过10种．马利筋的挥发物中有40%左右的醛类化合物，马缨丹中则未检出醛类化合物．蝴蝶的非蜜源植物缅栀子花中含有肟类24．99%，腈类5．34%，在蜜源植物马利筋和马缨丹的挥发物中都未检出这2种化合物．在蜜源植物马利筋和马缨丹的挥发物中都含有一定量的非萜烯类的烯烃化合物，而缅栀子花的挥发物成分中只有一种萜烯类的柠檬烯，不含有非萜烯类的烯烃化合物．3结论与讨论(1)本研究检测到的缅栀子花的挥发物成分主要是肟、醛、腈、烷烃和萜烯类，有报道认为缅栀子花香［15］味物质中有较高含量的脂肪酸和酯类，但在本研究中均未检测到．这与取样的方法有关，本研究捕集的是活体缅栀子植株未受损伤的花朵香气而不是离体花朵或其粉碎物的溶剂萃取物;也可能与缅栀子的产地和测定条件等有关．(2)蜜源植物马利筋和马缨丹挥发物中化合物的种类和含量都有一定差异，二者共有的是烯烃类化合物，马缨丹中的萜烯类含量相对较高，占检测出的挥发物含量的60%，而且种类很多;马利筋的挥发物中有1-辛烯(5．37%)和1-壬烯(8．43%)两种链状烯烃．初步猜测烯烃类化合物可能是吸引蝴蝶取食的主要物质．马缨丹中的醇类相对含量也比较高，主要有1，3-丁二醇(3．07%)、(Z)-3-己烯-1-醇(2．70%)和3，7-二甲基-1，6-辛二烯-3-醇(0．23%)，而马利筋中只有二乙二醇丁醚(3．04%)1种羟基醚，同时这种羟基醚在缅栀子花中也存在，所以醇类化合物在吸引蝴蝶取食中的作用还有待进一步考证．(3)蝴蝶的非蜜源植物缅栀子花中有一定的醛肟类化合物和少量腈类，这2种组分在蜜源植物马缨丹和马利筋中均未被检出．在蜜源植物马利筋和马缨丹挥发物中都有一定含量的非萜烯类烯烃化合物，而蝴蝶的非蜜源植物缅栀子中只有一种萜烯化合物，即柠檬烯，未检测到非萜烯类的烯烃． ·306·福建农林大学学报(自然科学版)第40卷参考文献［1］周琼，梁广文．植物挥发性物质在蚜虫寄主定位中的作用［J］．昆虫知识，2001，38(5):334－336．［2］吴艳光，任炳忠，杜秀娟，等．长白山北坡访花昆虫研究(Ⅳ)———访花昆虫的访花行为［J］．吉林农业大学学报，2006，28(6):613－618．［3］字应伟．蝴蝶的行为［J］．思茅师范高等专科学校学报，2008，24(3):13－15．［4］HONDAK，OMURAH，HAYASHIN．IdentificationoffloralvolatilesformLigustrumjaponicumthatstimulateflowervisitingbycabbagebutterfly，Pierisrapae［J］．ChemicaEcology，1998，24(12):2167－2180．［5］谭卫红，宋湛谦，叶伯蕙．印楝种仁挥发性成分的GC-MS研究［J］．福建林学院学报，2004，24(1):72－74．［6］韩明．鸡蛋花精油提取及其成分分析［J］．安徽农业科学，2007，35(20):6100－6102．［7］高华娟，郭素枝．含笑花被片展开过程中香精油化学成分的GC-MS分析［J］．福建农林大学学报:自然科学版，2009，38(2):135－138．［8］VASG，VEKEYK．Solid-phasemicroextraction:apowerfulsamplepreparationtoolpriortomassspectrometricanalysis［J］．JournalofMassSpectrometry，2004，39:233－254．［9］IGLESIASJ，MEDINAI．Solid-phasemicroextractionmethodforthedeterminationofvolatilecompoundsassociatedtooxida-tionoffishmuscle［J］．JournalofChromatographyA，2008，1192(1):9－16．［10］郑华，于连松，张汝国，等．番木瓜果实香气的热脱附———气相色谱/质谱分析［J］．湖北农业科学，2009，48(5):1235－1237．［11］郑华，张弘，李文良，等．景东地区云南松和思茅松挥发物组分含量的比较［J］．福建农林大学学报:自然科学版，2010，39(4):366－369．［12］郑华．北京市绿色嗅觉环境质量评价研究［D］．北京:北京林业大学，2002．［13］郑华，金幼菊，周金星，等．活体珍珠梅挥发物释放的季节性及其对人体脑波影响的初探［J］．林业科学研究，2003，16(3):328－334．［14］凌关庭．食品添加剂手册［M］．北京:化学工业出版社，2003．［15］谢赤军，戴素贤．鸡蛋花及鸡蛋花茶的香气成份分析［J］．广东茶叶，1992，2(10):34－37．(责任编辑:叶济蓉)