北京山区林下种植藿香模式研究

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  摘要 对生长在不同郁闭度林下藿香全株运用水蒸气蒸馏法提取精油,然后用气相色谱质谱联用仪对精油成分进行分析。结果表明,共分离出32种物质,主要成分是薄荷酮、草蒿脑、D-柠檬烯、异薄荷酮、胡薄荷酮、胡椒酮等;主成分薄荷酮相对含量分别占高、中、低各郁闭度总峰的38.31%、54.75%和33.15%。高、低郁闭度林下种植的藿香主要成分为薄荷酮、草蒿脑和异薄荷酮,中郁闭度林下的为薄荷酮、异薄荷酮和胡薄荷酮。根据精油成分和产量,藿香适宜种植在北京山区高郁闭度、中郁闭度林下。
  关键词 藿香;精油成分;林下种植;北京山区
  中图分类号 S567.23 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2017)09-0151-04
  Abstract The essential oil of Agastache rugosa was extracted by steam distillation and analyzed by using gas chromatography/mass spectroscopy(GC/MS).Results showed that 32 kinds of compounds were identified by GC/MS.The main components were menthone,estragole,D-linonene,cyclohexanone,pulegone,piperitone et al.Menthone was the most abundant component(33.15%-54.75% in different canopy density).Menthone,estragole and cyclohexanone were the main components in low and high forest canopy closure;Menthone,cyclohexanone and pulegone were the main components in medium forest canopy closure.According to the component and yield of essential oil,it′s suggested that Agastache rugosa can be planted in high and medium forest canopy closure as fragrant plants in mountain area of Beijing.
  Key words Agastache rugosa;components of essential oil;planting under forest;mountain area of Beijing
  发展林下经济,不仅可有效促进林区村民增收、保护和改善林区生态环境、增加生物多样性,而且能增加林农收入,在一定程度上缓解林区普遍存在的贫困问题[1-2]。此外,发展林下经济还能在保护现有林业资源的基础上,优化林农产业结构,为保证社会主义新农村建设做出重要贡献[3]。2010 年中央1号文件首次明确提出“因地制宜发展林下种养业,挖掘农业内部就业潜力,积极发展森林旅游、农村服务业,拓展农村非农就业空间”,肯定了林下经济拉动就业特别是“非农”就业的重要作用,为林下经济加快发展带来了新机遇[4]。北京地区的林下经济模式多样,有林草、林花、林菌、林粮、林禽、林桑、林蔬、林瓜、林药、林油、林特等[5]。在林下种植乡土植物,可同时满足生态效益、经济效益和社会效益。因此,多用途的乡土植物成为首选,如藿香(Agastache rugosa),又名土藿香、野苏子等,是唇形科藿香属多年生草本植物,株高可达1.5 m,北京各地均有分布,生于林下、沟旁、山坡道边和山坡草丛中[6]。藿香全身是宝,全草入药,具有芳香化湿、祛暑解表、和胃止呕等功效[7];其嫩茎叶和花序可供食用[8],吉菜系的名菜之一“庆岭活鱼”即是以藿香为主要的调味品[9];藿香与青蒿挥发油复合后抑菌能力增加[10],藿香油常用于香精、香料行业中,在化妆品调制中发挥着定香和调和的作用,同时对于皮肤细胞再生、促进伤口结疤、改善粗糙龟裂的皮肤及各种 伤口有极大帮助[11];另外,还可用于提取天然防腐剂,用于食品防腐保藏[12]。本文对北京山区藿香林下种植模式进行研究,以期为开发利用提供参考。
  1 材料与方法
  1.1 试验概况
  试验地位于延庆县张家湾镇蔡家河,林地是2012—2013年的人工林,林木种类主要为旱柳,试验地分为高、中、低3个不同的郁闭度,具体情况见表1。种子来源于河北安国,种植时施底肥,播种后浇水,之后仿野生栽培。
  1.2 生长量测算方法
  于植物生长季节,连续每月测定30株植物的株高,比较不同郁闭度下供试植物的生长量。
  1.3 精油的提取与GC-MS分析
  1.3.1 精油的制备。藿香花后全株采收,采用水蒸气蒸馏法进行精油制备,用30 L中试型多功能植物精油提取设备蒸馏。提取装置需提前用水蒸气蒸馏清洗。材料未经粉碎直接放入装置中,调节油温及水温,约4 h后待冷凝出的精油保持30 min无明显增加时,停止加热,待无冷凝水回流后將精油移出称重。
  1.3.2 精油化学成分的GC/MS分析。①取樣:用注射器A 抽取1~2 mL三氯甲烷注入样品瓶中,用注射器B 抽取1滴精油至样品瓶,混匀后用注射器B 抽取混合液通过0.22 μm有机滤膜后压瓶封存,超声波振荡3 min。 进样针用3氯甲烷清洗5次,再用样品清洗3次,进样1 μL。然后用Agilent 7890A-5975C气相色谱质谱联用仪进行精油成分分析。②色谱条件:毛细管色谱柱(30 m×250 μm×0.25 μm),载气为高纯氦气,流速1 mL/min,进样口温度为200 ℃,辅助加热器温度为280 ℃,进样量为2 μL,分流比为100∶1,采用程序升温,溶剂延迟时间为3 min,初始温度55 ℃,保留1 min,以5 ℃/min的速度升温至220 ℃,保留6 min,之后运行温度为250 ℃。③质谱条件:质谱条件EI电力源电力能量 70 eV,离子源温度230 ℃,质谱扫描范围20~550(m/z),使用美国NIST08谱库结合谱图相减进行结果分析。   2 结果与分析
  2.1 藿香精油成分
  由表2可知,本研究共分离出37种物质,高郁闭度、中郁闭度和低郁闭度林内的藿香分别分离出26种、34种和30种物质,确定成分的分别为21种、29种和24种物质。采用峰面积归一法,计算各组分的相对含量(峰面积相对百分比),高郁闭度、中郁闭度和低郁闭度林内的藿香成分分别占总峰的98.34%、97.68%和98.24%。3个郁闭度共有的物质25种,分别占各自成分的98.04%、96.19%和96.52%。
  相对含量>0.9%的主要成分12种,分别是薄荷酮、草蒿脑、D-柠檬烯、异薄荷酮、胡薄荷酮、胡椒酮、大根香叶烯、石竹烯、榄香烯、甲基丁香酚、1-辛烯-3-醇乙酸酯和1-辛烯-3-醇,其分别占高、中、低各郁闭度总峰的95.71%、92.89%和94.49%,主成分薄荷酮相对含量分别占高、中、低各郁闭度总峰的38.31%、54.75%和33.15%。高郁闭度和中郁闭度主要成分为薄荷酮、草蒿脑和异薄荷酮,中郁闭度为薄荷酮、异薄荷酮和胡薄荷酮。
  由图1可知,高、中、低3个郁闭度林内主要成分的保留时间及峰的趋势大致一样,含量最高的成分薄荷酮(保留时间 12.792 min)在3个郁闭度的色谱图中都是最高峰,低郁闭度和高郁闭度中草蒿脑(保留时间13.661 min)的含量高于中郁闭度。
  2.2 藿香产量测定
  试验结果表明,藿香(全草)在低郁闭度下的产量(40 936.8 kg/hm2)均高于高郁闭度(35 333.7 kg/hm2)和中郁閉度(38 120.7 kg/hm2)。这是因为低郁闭度条件下光照较充足,利于光合产物积累,利于植株生长健壮,形成较高的产量。
  3 结论与讨论
  在北京延庆林下种植的藿香,挥发油主要成分为薄荷酮、草蒿脑,其次为异薄荷酮、柠檬烯、胡薄荷酮、胡椒酮等。产量测定表明,在中郁闭度林下种植藿香产量最高。根据精油成分和产量,北京地区的中郁闭度林下种植藿香最适宜。
  藿香是一种具有芳香性的植物,含有丰富的挥发油,在多个领域应用广泛,其中在香精、香料行业中尤为重要[13]。藿香挥发油中很多成分可作为香料原料,如薄荷酮、草蒿脑等。薄荷酮具有较弱的薄荷气味、较低的刺激性、较持久的清凉作用,广泛用于合成香料,主要用作薄荷、熏衣草、玫瑰等香精的调和香料,以及香叶天竺油等的调配,也用于医药、食品工业及化妆品工业[14]。草蒿脑是重要的香料之一,也是重要的生物活性物质或活性中间体,具有浓郁的茴香香气和甜味,是调制日化和食用香精的香料之一,可作食品添加剂,在医药方面有很强的抗抑郁作用,可杀菌、退热、驱虫、减缓压力、止咳、健胃等[15]。
  本研究结果表明,花后采收不同郁闭度林下的藿香,全草提取精油后测定挥发油主要成分均为薄荷酮、草蒿脑、异薄荷酮、胡薄荷酮等,其中薄荷酮的含量最高,不同郁闭度林下的薄荷酮含量都在33%以上,以中郁闭度含量最高(54.75%)。本研究中,藿香挥发油中草蒿脑含量也高,低郁闭度林内最高为29.57%,高郁闭林内为26.32%,中郁闭度林内仅1.35%。这2种成分都可用作香料和香精。
  与本研究结果相似的有新疆人工栽培的藿香叶挥发油主要成分为草蒿脑,占20.79%,花中的挥发油成分以胡薄荷酮(34.10%)和草蒿脑(29.54%)为主[16];张慧慧等[17]用水蒸气蒸馏提取四川产干燥后藿香全草粉末获得精油,主要成分为胡薄荷酮(含量为66.91%),薄荷酮、异薄荷酮和草蒿脑含量分别为15.55%、2.23%和0.41%,这可能与种源、采收时间相同有關。
  本研究结果中未测到胡椒酚甲醚,而这种成分在很多研究报导中是藿香的主要成分,如王建刚[18]从蒸馏过筛后的藿香粉末获得精油主要成分为47.60%的胡椒酚甲醚,这可能与藿香属内植物种间自然杂交普遍、过渡类型多、形成了许多不同的化学生态型有关[19]。如巴东和郑州产的藿香挥发油成分中胡椒酚甲醚分别占74.84%和64.06%;而栾川产的藿香中则以丁香酚甲醚为主(有49.89%),胡椒酚甲醚只有19.45%[19];日本大阪和兵库县附近生长的藿香挥发油成分中以胡椒酚甲醚为主,而生长在北海道北见市的则以丁香酚甲醚为主,产生这种结果也与采收期相关[19]。
  本研究结果表明,在中郁闭林下藿香的产量最高,而低郁闭度林下的产量低,这与藿香在野外自然的生境息息相关(藿香多生于海拔500~1 000 m以下的林缘、坡地、灌丛、林下或草丛中,喜阴坡[8])。
  根据精油成分和产量,来源于安国的藿香适宜种植在北京延庆的中郁闭度林下。若利用林下空间规模化种植藿香,则根据市场需求,种植不同种源的藿香才能达到产品要求。
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