引用本文
司民真, 李家旺, 杨永安, 张德清, 李伦, 张川云. 互叶白千层不同部位油细胞分布及显微拉曼光谱研究[J]. 光谱学与光谱分析, 2021,41(3): 813-816.
SI Min-zhen, LI Jia-wang, YANG Yong-an, ZHANG De-qing, LI Lun, ZHANG Chuan-yun. Oil Cells Distribution on Different Parts of Melaleuca Alternifolia and Its Research by Micro-Raman Spectroscopy[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2021,41(3): 813-816.
Doi:10.3964/j.issn.1000-0593(2021)03-0813-04  
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互叶白千层不同部位油细胞分布及显微拉曼光谱研究
司民真1,2, 李家旺1,2, 杨永安1,2, 张德清1,2, 李伦1,2, 张川云1,2
1.楚雄师范学院云南省高校分子光谱重点实验室, 云南 楚雄 675000
2.楚雄师范学院光谱应用技术研究所, 云南 楚雄 675000

作者简介: 司民真, 女, 1962年生, 楚雄师范学院云南省高校分子光谱重点实验室教授 e-mail: siminzhen@cxtc.edu.cn

收稿日期: 2020-02-14 修订日期: 2020-06-29
基金: 国家自然科学基金项目(11364001)资助
摘要

为避免复杂的制样提取过程, 在天然状态下获得植物样品油细胞中精油的成分, 用显微拉曼光谱仪, 得到互叶白千层同一植株不同部位的油细胞的分布及油细胞中的主成分。 对各部位的显微镜观察发现在软枝干中不存在油细胞或者很少, 老叶中的油细胞没有新叶中的多。 在老叶油细胞上获得的谱峰中, 1 675和726 cm-1为4-萜烯醇的特征峰, 归属为C=C伸缩振动和环的变形振动; 1 700和754 cm-1为γ-松油烯的特征峰, 归属为C=C伸缩振动和环的变形振动; 1 609 cm-1为α-松油烯的特征峰, 归属为C=C伸缩振动; 1 522, 1 156和1 011 cm-1为β-胡萝卜素的的特征峰, 分别归属为C=C伸缩振动、 C—C伸缩振动和C—C面内摇摆振动。 在新叶油细胞上获得的谱峰中, 745 cm-1为顺香桧烯水合物的特征峰, 归属为环变形振动; 1 609 cm-1为α-松油烯的特征峰; 1 525, 1 160和1 008 cm-1为β-胡萝卜素的的特征峰; 老叶与新叶油细胞中的主成分不完全相同, 老叶中油细胞精油为γ-松油烯—4-萜烯醇-α-松油烯型, 而新叶中油细胞中的精油为顺香桧烯水合物-α-松油烯型。 老叶、 新叶的共有物为: α-松油烯、 β-胡萝卜素。 β-胡萝卜素及顺香桧烯水合物为首次在互叶白千层中发现。 利用该方法可迅速的确定植株油细胞的主成分, 为互叶白千层精油提取提供有益参考。

关键词: 互叶白千层; 不同部位; 油细胞; 拉曼光谱
中图分类号:O657.37 文献标志码:A
Oil Cells Distribution on Different Parts of Melaleuca Alternifolia and Its Research by Micro-Raman Spectroscopy
SI Min-zhen1,2, LI Jia-wang1,2, YANG Yong-an1,2, ZHANG De-qing1,2, LI Lun1,2, ZHANG Chuan-yun1,2
1. Key Laboratory of Molecular Spectroscopy, Colleges and Universities in Yunnan Province, Chuxiong Normal University, Chuxiong 675000, China
2. Application Institute of Spectroscopy Technology, Chuxiong Normal University, Chuxiong 675000, China
Abstract

In order to identify the ingredient in Melaleuca alternifolia oil cells at room temperature, and avoid sample pretreatment and extractions, which can be labour-intensive. Oil Cells Distribution on Different Parts of Melaleuca alternifolia and the principal component in oil cells have been studied by Micro-Raman Spectrometer. It has been found that there are barely any oil cells on the soft branches. There are more oil cells on new leaves compared to mature leaves. In Raman spectroscopy of mature leaf of oil cells, 1 675/726 cm-1(C=C stretching/ring deformation) are a characteristic key band of terpinene-4-ol, 1 700/754 cm-1(C=Cstretching/ ring deformation) for γ-terpinene, 1 609 cm-1(C=C stretching)for α- terpinene and 1 522/1 156/1 011 cm-1(C=C stretching/C—C stretching/C—C in-plane rocking)for β-carotene. In Raman spectroscopy of new leaves oil cells, 745 cm-1 (ring deformation) is a characteristic key band of cis-sabinene hydrate, 1 609 cm-1 for α- terpinene and 1 522/1 160/1 008 cm-1 for β-carotene. The principal components are different in oil cells of new and mature leaves. It is the first report that there are cis-sabinene hydrate and β-carotene in oil cells of Melaleuca alternifolia. This method can be used for quality control and developmental research for Melaleuca alternifolia plant essential oil extraction.

Keyword: Melaleuca alternifolia; Different parts; Oil cells; Raman spectrum
引言

互叶白千层(Melaleuca alternifolia)又名茶油树, 是桃金娘科(Myrtaceae)白千层属(Melaleue)的一种小灌木, 原产于澳大利亚东部昆士兰州和新南威尔士北海岸[1]。

互叶白干层是一种经济价值很高的作物, 可以通过其新鲜枝叶提取一种名贵的茶树精油。 它们的化学成分基本相同, 但主成分含量变化较大。 Homer等研究了澳大利亚651颗互叶白千层树发现互叶白千层油可划分为6种生化类型, 其中的三种为1, 8桉油精型、 4-萜烯醇型、 异松油烯型[2]。 对白千层精油的检测方法有气相色谱法(GC)、 气相色谱-质谱法(GC-MS)、 顶空-气相色谱/质谱法。 然而, 这些方法都存在前期制样繁杂、 检测时间长、 检测温度高、 在样品分离提取和分析过程中可能存在生物活性分子结构改变的问题。 本文利用显微拉曼光谱直接检测互叶白千层油细胞中的主要成分, 其特点是仅需取一片叶子即可进行拉曼光谱检测、 无需繁杂制样、 检测时间短, 在常温下进行, 可在不影响植物细胞中成分的情况下检测每一植株不同部位精油的化学主成分。

1 实验部分

互叶白千层于2019年10月采集于云南双柏县丫口村的同一植株, 软枝干、 老叶、 新叶分别制作成水装片[3]待用。 测量仪器使用美国Thermo Fisher公司的DXR 激光共焦显微拉曼光谱仪, 其中所用的激发波长为785 nm, 测定功率为15 mW, 曝光时间为30 s, 样品连续曝光3次, 进行拉曼光谱测量时, 显微镜物镜倍数为10。

2 结果与讨论

图1是互叶白千层的不同部位图及10倍显微镜下对应的软枝干图。 从图中可见, 互叶白千层的软枝干为枝叶的杆, 老叶为深绿色的叶, 新叶为刚发出的翠绿色嫩叶。

图1 互叶白千层的不同部位及显微镜下互叶白千层软枝干图(10倍)Fig.1 The different parts of Melaleuca alternifolia and soft branches of Melaleuca alternifolia under the microscope (× 10)

仔细搜索检测, 在软枝干切片上, 未发现油细胞, 说明互叶白千层枝干没有提取精油的价值。

2.1 互叶白千层老叶

图2是10倍显微镜下互叶白千层老叶油细胞及在该油细胞上获得的拉曼光谱。

图2 10倍显微镜下互叶白千层老叶油细胞及其拉曼光谱Fig.2 Mature leaf of Melaleuca alternifolia oil cell under the microscope (× 10) and oil cell of Raman spectrum

图2中出现了γ -松油烯(cas: 99-85-4, γ -terpinene)的特征峰[4, 5], 以γ -松油烯/油细胞为序为: 1 701/1 700 cm-1 (C=C伸缩振动)、 756/754 cm-1 (环的变形振动); 图2中还出现了4-萜烯醇(cas: 562-74-3, terpinen-4-ol)的特征峰[4, 5], 以4-萜烯醇/油细胞为序为: 1 679/1 675 cm-1 (C=C伸缩振动)、 730/726 cm-1 (环的变形振动); 图2还中出现了α -松油烯(cas: 99-85-4, α -terpinene)的特征峰[4, 5], 以α -松油烯/油细胞为序为: 1 611/1 609 cm-1 (C=C伸缩振动); 图2中还出现了β -胡萝卜素(cas: 7235-40-7, β -carotene)的特征峰[5], 以β -胡萝卜素/油细胞为序为: 1 524/1 522 cm-1 (C=C伸缩振动), 1 157/1 156 cm-1 (C— C伸缩振动), 1 009/1 011 cm-1(C— C面内摇摆振动)。

图3给出了互叶白千层老叶油细胞拉曼光谱与标样4-萜烯醇、 γ -松油烯的对比图, 图中老叶油细胞拉曼光谱上标注的峰位为相应标样的峰位。

图3 拉曼光谱对比图
a: 油细胞; b: 4-萜烯醇; c: γ -松油烯Fig.3 Comparing Raman spectrum
a: Oil cell; b: Terpinen-4-ol; c: γ -terpinene

可见互叶白千层老叶油细胞中的主要成分有γ -松油烯、 4-萜烯醇、 α -松油烯、 β -胡萝卜素。

为考察油细胞拉曼光谱的检测是否具有可重复性、 稳定性, 图4给出同一植株不同老叶上油细胞的拉曼光谱。 从图中可见5条光谱峰形、 峰位, 峰的相对强度都非常相似, 说明了该方法具有可重复性、 稳定性。

图4 同一植株不同老叶上油细胞的拉曼光谱Fig.4 Raman spectrum of different mature leafoil celin same plant

2.2 互叶白千层新叶

图5是10倍显微镜下互叶白千层新叶油细胞及其在该油细胞上获得的拉曼光谱。

图5 10倍显微镜下互叶白千层新叶油细胞及其拉曼光谱Fig.5 New leaf of Melaleuca alternifolia oil cell under the microscope (× 10) and oil cell of Raman spectrum

比较图2与图5可见, 新叶上单位面积上的油细胞数多于老叶, 这意味着在提取精油时, 新叶的提取率应高于老叶, 且老叶、 新叶油细胞上获得的拉曼光谱明显的不同。

图5中出现了顺香桧烯水合物, 也称为2-甲基-5-异丙基-二环[3.1.0]己烷-2-醇或4-侧柏醇(cas: 546-79-2, cis-sabinene hydrate)的特征谱[4], 以顺香桧烯水合物/油细胞为序为: 748/745 cm-1 (环变形振动); 图5中还出现了α -松油烯(α -terpinene)的特征峰[4, 5], 以α -松油烯/油细胞为序为: 1 611/1 609 cm-1 (C=C伸缩振动); 图5中还出现了β -胡萝卜素(β -carotene)的特征峰[5], 以β -胡萝卜素/油细胞为序为: 1 524/1 525 cm-1 (C=C伸缩振动), 1 157/1 158 cm-1 (C— C伸缩振动), 1 009/1 008 cm-1(C— C面内摇摆振动)。

为便于比较, 图6给出老叶、 新叶油细胞及软枝干白点处的拉曼光谱对比图。

图6 互叶白千层拉曼光谱
a: 老叶油细胞; b: 新叶油细胞; c: 软枝干Fig.6 Raman spectrum of Melaleuca alternifolia
a: Mature leaf oil cell; b: New leaf oil cell; c: Soft branches

从图6可见, 三者的拉曼光谱明显不同, c中的谱峰来自于木质素。

可见互叶白千层新叶油细胞中的主要成分为: 顺香桧烯水合物、 α -松油烯、 β -胡萝卜素, 而老叶的主成分为γ -松油烯、 4-萜烯醇、 α -松油烯、 β -胡萝卜素。 老叶、 新叶的共有物为: α -松油烯、 β -胡萝卜素。

3 结论

利用显微拉曼光谱仪, 可以方便的观察并检测到经济作物互叶白千层同一植株不同部位的油细胞的分布及细胞中的主成分, 在软枝干中未寻找到油细胞, 老叶中的油细胞没有新叶中的多, 老叶油细胞中的主成分与新叶中的主成分不完全相同, 除共有成分β -胡萝卜素、 α -松油烯外, 新叶中含有丰富的顺香桧烯水合物, 而老叶中含有γ -松油烯及4-萜烯醇。 这提示在提取互叶白千层的精油时, 将老叶及新叶分开, 并分别提取, 可得到不同化学型的精油。 同时提取精油时, 可以考虑提取β - 胡萝卜素, 这样可充分利用物料, 发挥最大的经济效益。

参考文献
[1] ZHU De-ming, YU Meng-jun, ZHOU Wen-zhao, et al(朱德明, 喻孟君, 周文钊, 等). Chinese Journal of Tropical Crops(热带作物学报), 2005, 26(3): 79. [本文引用:1]
[2] Homer L E, Leach D N, Lee D, et al. Biochemical Systematics and Ecology, 2000, 28(4): 367. [本文引用:1]
[3] SI Min-zhen, ZHANG De-qing, LI Lun, et al(司民真, 张德清, 李伦, 等). Spectroscopy and Spectral Analysis(光谱学与光谱分析), 2018, 38(2): 448. [本文引用:1]
[4] Baranska M, Schulz H, Kruger H, et al. Anal. Bioanal. Chem. , 2005, 381: 1241. [本文引用:5]
[5] Schulz H, Baranska M. Vibrational Spectroscopy, 2007, 43(1): 13. [本文引用:6]