《Regional Studies in Marine Science》：Distribution characteristics of volatile organic compounds in the red algae
Portieria hornemannii from the Ryukyu Islands based on multivariate analysis
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摘要本研究旨在通过调查日本琉球群岛红藻 Portieria hornemannii 挥发性有机化合物（VOCs）的区域多样性，获取可能促进其商业利用的见解。采用顶空固相微萃取 - 气相色谱 - 质谱联用（HS-SPME-GC-MS）技术对琉球群岛 8 个不同区域采集的 P.
摘要
本研究旨在通过调查日本琉球群岛红藻 Portieria hornemannii 挥发性有机化合物（VOCs）的区域多样性，获取可能促进其商业利用的见解。采用顶空固相微萃取 - 气相色谱 - 质谱联用（HS-SPME-GC-MS）技术对琉球群岛 8 个不同区域采集的 P. hornemannii 的 VOCs 进行了定性和定量分析。结果从琉球群岛 8 个不同区域采集的 P. hornemannii 中分离出 250 个色谱峰，并鉴定出属于 10 个化学类别的 66 种 VOCs。这些化合物包括醇、醛、酯、呋喃、卤代单萜、烃、酮、单萜、卤代其他化合物和其他化合物。此外，来自冲绳县金町金日出海滩（Kin Sunrise Beach）的 KSRB 样本表现出最高丰度的具有特征芳香性的单萜类化合物。值得注意的是，作为 P. hornemannii 关键芳香成分的 β-月桂烯含量相对较高。另一方面，几种烃类 VOCs 仅在来自冲绳县大津海滩（Odo Beach）的 OB 样本中检测到。因此，多元分析表明 P. hornemannii 的 VOCs 特征在琉球群岛不同地理位置之间存在显著差异，凸显了其商业应用的潜力。
引言
藻类释放的挥发性有机化合物（VOCs）通过多种生理、生化及光化学途径在多个组织中生物合成，最终形成具有显著多样分子结构的复杂亲脂性代谢物混合物。藻类 VOCs 普遍存在于水生环境中，并响应温度变化、氧化应激、营养限制、捕食压力和种间竞争等各种非生物和生物环境信号而大量释放（Zuo, 2019）。这些排放物越来越被认为不仅仅是代谢副产物，而是介导水生生态系统中广泛相互作用的生态功能信息化学物。具体来说，压力诱导的 VOCs 排放已被证明能通过氧化应激缓解相关机制（如清除活性氧和在强光或热应激条件下稳定细胞稳态）增强藻类对环境扰动的耐受性（Zuo, 2019）。除了生理功能外，VOCs 还作为化学信号促进种内和种间通讯。例如，藻类可以将压力信息传递给同种个体，从而启动可诱导防御反应或改变群体水平的生理状态，这是近期生态化学信号研究中强调的一个新兴概念（Zuo, 2019）。藻类 VOCs 还表现出显著的化感效应，作为化感物质调节营养竞争并抑制异种藻类和水生大型植物的生长。此外，众多研究表明这些代谢物作为对抗食草动物、病原生物和其他拮抗生物的有效化学防御手段，从而影响海洋和淡水系统中的群落结构和营养级动态（Saha and Fink, 2022）。
在海洋生态系统中，藻类 VOCs 涵盖多个主要类别，包括萜类、卤代化合物、含硫挥发物和脂肪醛。海藻是这些信息化学物的主要生物来源，其释放的 VOCs 定性和定量特征因物种、生理状态和环境条件而存在显著差异（Amélie et al., 2025）。值得注意的是，红藻（红藻门）是卤代单萜类的 prolific 生产者，特别是溴代和氯代萜类（Peixoto et al., 2025, Steele et al., 2024）。这些卤代化合物通常被认定为化学防御物质，在驱赶食草动物、防止污损生物附着和塑造局部生态相互作用方面发挥关键作用（Kawai and Motomura, 2025, Osada et al., 2025）。其中，Portieria hornemannii（红毛藻纲，麒麟菜目，红毛藻科）因其异常高的卤代单萜类产量而受到特别关注（Pangotra and Cojandaraj, 2025, Tani et al., 2025, Wu et al., 2023）。该物种已知广泛分布于沿海地区，跨越多种地理区域。虽然 P. hornemannii 在形态上与 Plocamium luculentum（亮红毛藻）相似，但其特征性且独特的香气使其易于区分。近年来，对 P. hornemannii 的研究日益加强，人们对其独特卤代 VOCs 的潜在生态功能和应用价值越来越感兴趣（Payo et al., 2011, Sivaraman et al., 2023, Tani et al., 2025, Unnikrishnan et al., 2023）。
在我们的研究小组中，我们最近建立了一种优化的顶空固相微萃取（HS-SPME）方法，用于检测 P. hornemannii 通常释放的 VOCs，从而能够对 VOCs 特征进行灵敏且可重复的分析。利用该分析平台，我们证明沿日本冲绳县浦添市白海滩分布的 P. hornemannii 种群产生了一种独特的 VOCs 组合，具有有前景的商业潜力，特别是在食品、香料和化妆品工业领域（Tani et al., 2025）。作为后续步骤，本研究对琉球群岛多个地点采集的 P. hornemannii 进行了全面的区域性调查，以阐明 VOCs 组成的地理模式，并确定环境和空间变异在多大程度上塑造了其卤代化合物特征。从该比较分析中获得的结果为该物种的化学生态学提供了基本见解，并提供了可能支持其未来商业利用的有价值信息。
章节摘要
材料
共采集了 8 个 P. hornemannii 标本，来自琉球群岛的 8 个不同区域。样本编码如下：HB，鹿儿岛县木崎岛夏威夷海滩（28°22'46"N, 130°01'14"E）；WB，平崎白色海滩（26°18'09"N 127°55'22"E）；HSB，志良志花代海滩（26°06'49"N 127°44'40"E）；HTB，国头根野田湾（26°44'48"N 128°10'12"E）；KSRB，金町金日出海滩（26°27'27"N 127°57'05"E）；MSRB，雅赫拉中海路海滩（26°20'08"N
P. hornemannii 多地点采集样本的 VOCs 组成
总共检测到 250 个色谱峰（图 2a），其中通过 HS-SPME-GC-MS 分析暂定鉴定出 66 种代表 10 个化学类别的 VOCs（表 1，表 2）。这些化合物包括 5 种醇、14 种醛、3 种酯、5 种酮、3 种呋喃、2 种卤代单萜、17 种烃、5 种单萜、7 种卤代其他化合物和 5 种其他化合物。卤代化合物在所有样本中均被一致检测到。P. hornemannii 的总 VOCs 含量表现出
讨论
成功利用我们之前建立的 HS-SPME-GC–MS 方法表征了来自 8 个地理来源的 P. hornemannii 的 VOCs（Tani et al., 2025）。这些结果揭示了栖息于琉球群岛地理上不同区域的种群之间总 VOCs 含量存在显著的区域差异。这种差异可能归因于环境条件、遗传因素和化学多样性的共同作用，正如其他红藻所报告的
结论
在本研究中，利用 HS-SPME–GC–MS 结合多元分析表征了从琉球群岛多个地点采集的 P. hornemannii 的 VOCs 地理变异。虽然卤代化合物在所有样本中均被一致检测到，支持了它们在该物种中的化学分类学意义，但它们的相对丰度以及单萜和醛的相对丰度在地理上不同的种群之间表现出显著差异。主成分分析、偏最小二乘判别分析和
CRediT 作者贡献声明
Yonathan Asikin：写作 - 审阅与编辑，可视化，监督。Takahiro Ishii：写作 - 审阅与编辑，监督。Kazuki Tani：写作 - 审阅与编辑，写作 - 原稿，方法学，调查，资金获取，正式分析，数据整理，概念化。Ayaka Fukushige：写作 - 审阅与编辑，数据整理。Miki Otahara：写作 - 审阅与编辑，写作 - 原稿，调查，正式分析，数据整理。Kota Yokoshima：
利益冲突声明
作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些情况可能被认为影响本论文报告的工作。
致谢
感谢 Ms. Aldia Katherinatama 提供统计分析的技术支持。本研究由浦添科学促进基金补助金支持。
Kazuki Tani|Miki Otahara|Ayaka Fukushige|Kota Yokoshima|Takahiro Ishii|Yonathan Asikin
