云南引種淡白紫錐菊不同器官揮發油成分分析

徐世娟,盧海嘯,黃華希,郭藝鵬,朱昌叁,陳 榮,4,*

(1.玉林師范學院生物與制藥學院，廣西農產資源化學與生物技術重點實驗室,廣西玉林 537000;2.紅河學院,云南蒙自 661100;3.吉林農業大學中藥材學院,吉林長春 130118； 4.廣西壯族自治區林業科學研究院,廣西南寧 530002)

淡白紫錐菊(EchinaceapallidaNutt)為菊科紫錐菊屬多年生草本植物,分布于美國中東部和加拿大南部地區,該物種與同屬紫錐菊、狹葉紫錐菊均為《美國藥典》收錄的紫錐菊藥材基源,紫錐菊在提高免疫、抗炎[1]、抑菌[2]、抗氧化、抗病毒抗氧化[3]、抑制腫瘤等方面效用明顯[4],已成為全世界最常用的具免疫增強功能的草藥之一,并用作膳食補充劑,且銷量逐年上升[5-6]。紫錐菊的藥效與其揮發性成分有著密切關系,到目前為止,其揮發性成分研究的報道較多,曾棟等[7]對湖南栽培紫錐菊的根和花進行了揮發油分析;文瑞芝等[8]]對湖南產紫錐菊干根中揮發性成分進行了報道;王弘等[9]以北京引種栽培的紫錐菊根為研究對象,結合水蒸氣蒸餾法提取揮發油并進行了成分測定;但是均未對紫錐菊的不同器官即根、莖、葉、頭狀花序、花序梗進行比較,且采用的研究材料為紫錐菊而非淡白紫錐菊。同時,我國多個省份均有紫錐菊屬植物的引種和栽培技術研究報道[10-11],卻未見云南蒙自市引種栽培生產的淡白紫錐菊揮發油成分分析報道。

因此,本研究采用固相微萃取(SPME)結合氣相色譜質譜聯用(GC-MS)技術對云南省蒙自市引種栽培的淡白紫錐菊營養器官即根、莖、葉和繁殖器官即頭狀花序、花序梗中的揮發性成分進行分析鑒定。比較淡白紫錐菊同一產地不同器官間揮發性成分的差異的同時探討蒙自做為引種生產區,其出產淡白紫錐菊藥材與原產地及各引種栽培地的揮發性成分的共性與特性,從而為紫錐菊藥材的品質評價、資源利用和引種栽培基地選址提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

淡白紫錐菊種子 華南農業大學廣東省獸用中藥與天然藥物工程技術研究中心吳鴻教授鑒定提供,栽培試驗地處北緯23°35′,東經103°42′,海拔1300 m;年均氣溫18.6 ℃,極端最低氣溫-2.9 ℃,極端最高氣溫33.8 ℃,年均降雨量815.8 mm,年均蒸發量1599.8 mm,無霜日337.4 d,年均日照時數2234 h,試驗區為緩坡地,有灌溉設施。

QP2010 GC-MS儀 日本島津;Rtx-5MS色譜柱(30.0 m×0.25 μm×0.25 μm) 美國Restek公司;SPME固相微萃取裝置(50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭,57328-U型,15 mL頂空瓶) 美國supeilco公司;DFY-400搖擺式高速萬能粉碎機 溫嶺市林大機械有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 材料采收及預處理 研究材料于2017年8月淡白紫錐菊盛花期時采收,流水沖洗去泥沙后分成莖、葉、根、頭狀花序、花序梗共5個不同器官部位(其中花序梗包括頭狀花序梗和總花序梗),室內陰干到含水量約為8%時裝入密封袋中-20 ℃低溫貯存1個月后測定。

1.2.2 揮發油分析測定 淡白紫錐菊材料經植物材料粉碎機粉碎后過20目篩待測,分別準確稱取1.000 g不同器官(即根、莖、葉、頭狀花序、花序梗)待測樣品粉末放入15 mL萃取瓶中,置于70 ℃水浴條件下預熱30 min,用配備50/30 μm DVB/CAR/PDMS涂層萃取頭的固相微萃取裝置對樣品中揮發性成分吸附30 min,然后插入氣相色譜-質譜聯用儀進樣口中脫吸附5 min進行檢測分析。

1.2.3 GC-MS測定方法條件 色譜條件:進樣方式為不分流模式,進樣口溫度250 ℃,程序升溫:初始溫度40 ℃,保持5 min,以5 ℃/min升至280 ℃,維持2 min,總程序時間55 min,載氣為高純氦氣(純度:99.999%),流速為1.0 mL/min。

質譜條件:EI離子源溫度230 ℃,接口溫度250 ℃,溶劑延長1 min,質量掃描范圍為35～500 m/z,電壓70 eV。

1.3 數據處理

數據分析采用保留時間結合標準質譜庫(NIST2005、WILEY 7)檢索,確定化合物的結構,采用峰面積歸一化法進行含量計算。

2 結果與分析

2.1 揮發油成分的組成類別

淡白紫錐菊5個不同器官的揮發性成分,經過GC-MS分析鑒定如圖1,參比標準質譜庫,取相似匹配度90%以上的成分,結果列于表1中,具體共鑒定出53種成分,鑒定的成分占總色譜峰面積在83.860%～93.828%之間。淡白紫錐菊揮發性物質組成以萜烯類成分為主,不同器官萜烯類成分含量在51.962%～69.728%之間,在根、莖、葉、頭狀花序和花序梗中的萜烯類成分含量的具體數據分別為51.962%、69.561%、66.113%、69.728%和58.152%;另外含量較高的還有醇類和醛類成分,兩類成分不同器官含量分別在6.217%～15.064%之間和1.269%～16.227%之間;此外,還含有酮類、酯類、醚類、雜環類、稠環芳香烴類、炔類、烯烴類和烷烴類化合物。就各器官而言,淡白紫錐菊根中揮發性成分組成以萜烯類和醛類成分為主,兩類成分相對含量分別為51.962%和16.227%;莖、葉、花和花序梗中揮發性成分組成均以萜烯類和醇類成分為主,其中莖中兩類主要成分相對含量分別為69.561%和14.206%,葉中兩類主要成分相對含量依次為66.113%和10.544%,頭狀花序中兩類主要成分相對含量為69.728%和6.217%,花序梗中兩類主要成分相對含量分別為58.152%和15.064%;花序梗中醇類成分含量較頭狀花序中高142.3%,另外花序梗中醛類成分含量為9.423%,較頭狀花序中4.542%高107.5%;可見兩個部位存在一定的特異性。

圖1 淡白紫錐菊不同器官揮發性成分的GC-MS TIC譜圖Fig.1 GC-MS TIC of volatile constituents in different organs of E. pallida Nutt注:A為根;B為莖;C為葉;D為花序梗;E為頭狀花序。

王弘等[9]報道北京栽培的紫錐菊根中揮發性成分主要為烷類物質,相對含量占30.1%,萜烯類成分僅為3.21%,該報道與本研究中淡白紫錐菊根中萜烯類成分含量高于50%的結果差別大,推測應與栽培區域的海拔高度等有關系。Mazza等[12]的研究結果顯示淡白紫錐菊原產國之一加拿大栽培的淡白紫錐菊根中醛類和萜烯類化合物含量高,而葉、莖和花中的揮發性成分以萜烯類成分含量高;本研究顯示蒙自栽培的淡白紫錐菊根中萜烯類化合物含量高達51.962%,醛類化合物高達16.227%,葉、莖、頭狀花序和花序梗中均以萜烯類成分含量最高,可見兩地栽培的淡白紫錐菊根中成分具有相似之處,應與兩地海拔高度相近、晝夜溫差均較大等環境因素相關。

2.2 淡白紫錐菊不同器官揮發油成分

從表1可以看出,淡白紫錐菊5個器官其揮發性成分組成不同,其中淡白紫錐菊根中鑒定出20種揮發性成分,以16碳二烯酸相對含量最高,數值為8.666%;其他的主要揮發性成分按照含量從大到小順序排列依次有δ一杜松烯(4.959%)、α-水芹烯(4.919%)、2-正戊基呋喃(4.816%)、正辛醛(4.653%)、α-蓽澄茄油烯(4.294%)、癸醛(3.428%)、α-衣蘭油烯(3.411%)、α-律草烯(3.385%)、3,5-辛二烯-2-酮(3.356%);以上10種成分總相對含量為45.887%。從相關引種報道來看,斯洛伐克栽培的淡白紫錐菊根中揮發性成分中環十五烷酮和8-十五碳烯-2-酮的含量較高,達到26.1%和18.32%[13];湖南栽培的紫錐菊干根中以1,11-十二烷二烯、n-十六酸含量較高,相對含量分別為14.29%、11.34%[9];而北京栽培的紫錐菊根中甲基16烷含量最高為28.15%[9];但均與本實驗中云南蒙自生產的淡白紫錐菊根中成分差異較大,該現象是否與海拔高度等因子有關還有待研究。而文瑞芝等[8]采用頂空固相微萃取方法對湖南栽培的紫錐菊揮發性成分進行分析，認為二苯胍和苯胺含量最高,相對含量分別近達到54.5%和19.5%,該報道與曾棟等[7]采用同一產地的紫錐菊為研究材料,而結果差異極大,具體原因不明。以上報道均未分析葉、莖和花序梗的揮發性成分,對同一產地不同器官即根、莖、葉、頭狀花序和花序梗的揮發性成分進行比較分析的報道具有實踐價值,這方面的研究有待補充。

表1 淡白紫錐菊不同器官揮發油化學成分及相對含量(%)Table 1 Chemical composition of the essential oil in the headspace of different organs of E. pallida Nutt(%)

續表

淡白紫錐菊莖中鑒定出27種揮發性成分,以γ-杜松烯相對含量最高,數值為10.44%;其他的主要揮發性成分按照含量從大到小順序排列依次有α-律草烯(8.02%)、10-十一烯-1-醇(7.439%)、二去氫菖蒲烯(7.434%)、大根香葉烯D(6.740%)、β-蓽澄茄油烯(6.120%)、石竹素(5.606%)、欖香烯(3.963%)、α-紫穗槐烯(3.914%)、α-胡椒烯(3.549%);以上10種成分總相對含量為63.225%。淡白紫錐菊葉中共鑒定出30種揮發性成分,以α-紫穗槐烯相對含量最高,數值為17.609%;其他的主要揮發性成分按照含量從大到小順序排列依次有1-十八烷烯(9.381%)、α-律草烯(5.638%)、石竹素(5.421%)、α-衣蘭油烯(5.340%)、柏木烯醇(5.327%)、16碳二烯酸(5.248%)、β-蓽澄茄油烯(4.672%)、大根香葉D(3.789%)、表-二環倍半水芹烯(3.502%);以上10種成分總相對含量為65.927%。南非引種栽培的紫錐菊有根和葉的揮發性成分報道,2個營養器官均以大根香葉烯D和石竹素成分為主[1];意大利引種栽培生產的紫錐菊地上部分揮發性成分含量以橙花叔醇為最高,其次為大根香葉烯D[14];由此可見,本研究中實驗材料與上述2個引種地的揮發性成分也存在一定差異。

淡白紫錐菊頭狀花序中共鑒定出34種揮發性成分,以α-紫穗槐烯相對含量最高,數值為7.704%;其他的主要揮發性成分按照含量從大到小順序排列依次有1-十八烷烯(7.693%)、石竹素(7.238%)、α-衣蘭油烯(6.828%)、β-蓽澄茄油烯(6.135%)、δ一杜松烯(5.765%)、β-欖香烯(5.288%)、γ一杜松烯(5.174%)、大根香葉D(4.997%)、桉油烯醇(4.417%);以上10種成分總相對含量為61.239%。伊朗引種栽培的淡白紫錐菊的頭狀花序中揮發性成分以大根香葉烯D為主,相對含量達到51.4%[15];印度引種栽培的紫錐菊干花大根香葉烯D含量可高達33.5%[16];可見此2個引種生產區域的干花揮發性成分具有相似性而均與本研究實驗材料差別較大,但本研究結果與前述2個報道均為萜烯類成分占優勢;而湖南栽培[7]的紫錐菊干花中2,6-二叔丁基對甲基苯酚含量最高,與相關報道相差甚遠,其原因有待深入探討。

淡白紫錐菊花序梗中鑒定出32種揮發性成分,以石竹素相對含量最高,數值為10.152%;其他的主要揮發性成分按照含量從大到小順序排列依次有α-紫穗槐烯(7.255%)、桉油烯醇(6.533%)、β-蓽澄茄油烯(6.398%)、δ一杜松烯(5.548%)、α-香檸檬烯(5.070%)、γ一杜松烯(4.837%)、十八烷醇(4.560%)、表-二環倍半水芹烯(4.087%)、α-蓽澄茄油烯(2.854%);以上10種成分總相對含量為57.294%。可以看出,本實驗中淡白紫錐菊花序梗與頭狀花序中揮發性成分相似性和特異性共存,特異性如花序梗中不含1-十八烷烯而頭狀花序中該成分含量較高;頭狀花序中含有稠環芳香烴類成分,而花序梗中不含該成分,這一現象應與該物種蟲媒傳粉習性及該成分只在頭狀花序中代謝合成相關[17]。

3 結論

本研究采用SPME結合GC-MS技術分析云南省蒙自市栽培的淡白紫錐菊不同器官即根、莖、葉、頭狀花序和花序梗中的揮發性成分,共鑒定出53種化合物,其中萜烯類23種、醛類10、醇類9、酮類4,另有烯烴類、酯類、醚類、雜環類、稠環芳香烴類、炔類和烷烴類各1種,總體上以萜烯類、醇類、醛類化合物為主。云南蒙自市引種栽培的淡白紫錐菊不同器官中均以萜烯類成分相對含量最高,這一特征與該物種原產國加拿大出產淡白紫錐菊相近[12],與斯洛伐克等國外引種栽培地不同[13-14]。就國內各引種地報道情況來看,云南省蒙自市引種生產的淡白紫錐菊藥材原料的揮發性成分與湖南[7-8]、北京[9]等地不同;湖南出產紫錐菊藥材的兩篇報道差別明顯[7-8],其原因有待深入研究。國內未檢索到淡白紫錐菊的揮發性成分研究報道;本研究采用同質栽培條件,對淡白紫錐菊不同器官包括營養器官和繁殖器官進行揮發性成分分析,從國內外文獻檢索來看,目前對淡白紫錐菊同一產地不同器官揮發性成分方面的分析研究資料較為欠缺,本研究具有較好的資料補充作用;研究結果表明,不同器官揮發性成分差別較大。而不同引種栽培地點紫錐菊藥材揮發性成分的明顯差異及同一栽培地出產淡白紫錐菊不同器官揮發性成分的特異性存在,會導致何種藥效學變化,還有待進一步研究驗證。