松科植物針葉中脂溶性化學成分研究進展

張亮亮, 管勤昊， 鄭光耀

(1.中國林業科學研究院 林產化學工業研究所；江蘇省生物質能源與材料重點實驗室，江蘇 南京 210042；2.南京林業大學 江蘇省林業資源高效加工利用協同創新中心，江蘇 南京 210037)

松科是裸子植物中最大的一科，包括松屬、雪松屬、落葉松屬、金錢松屬、銀杉屬、云杉屬、黃杉屬、油杉屬、鐵杉屬和冷杉屬，共有10屬230種，廣泛分布于北半球[1-3]。我國松科植物資源豐富，擁有松科植物所有的屬。松科植物分布遍于全國，幾乎均系高大喬木，絕大多數都是森林樹種及用材樹種，亦為森林更新、造林的重要樹種。松科植物有較高的經濟價值，可以提供樹脂，提煉松節油作為多種化工產品的原材料，可以作為園林的綠化樹種，其種子可以食用，球果、樹皮、針葉及種子殼具有藥用價值。松科植物具有極強的環境適應性和生存能力，最低可以忍受-60 ℃的極寒溫度和高達50 ℃的高溫環境，能在各類土壤中生長，包括裸露的礦質土壤、火山灰、砂土、鈣質土、石灰巖土、灰化土及紅壤等，尤其是在高緯度與高海拔的山地環境中，絕大多數森林都是由松科植物所組成的單純林或混交林。松科植物在復雜多樣的自然地理條件和特定的地史演變過程中，以其獨特的生物學特性對不同的生長環境產生生態適應，形成了一套完善的自我防御體系，這種防御體系除了具有維護自然生態平衡的功能和產生可供人們利用的木材資源外，還蘊藏著大量化學結構獨特、新穎和生物活性顯著的化合物，因此，松樹次生代謝產物是一個值得科研人員探索和研究的重要領域。

松針又稱松葉、松毛、山松須、豬鬃松針等，為松科植物的葉子，是進行光合作用、制造養分的主要器官，具有很高的營養價值和藥用價值[3-5]。明代醫學家李時珍在《本草綱目》中記載：“松針，氣味苦、溫，無毒，久服令人不老，輕身益氣，主治風濕瘡，生毛發，安五臟，守中，不饑延年”。近代《全國中草藥匯編》記錄了民間利用松針治療疾病的經驗：“松針具有祛風活血、明目安神，解毒止癢等功能”，可用來治療夜盲癥、高血壓、流行性感冒、神經衰弱和風濕關節痛，外用治療凍瘡等。現代研究表明，松針具有鎮痛、鎮靜、抗炎、鎮咳、祛痰、平喘、調血脂、抗氧化、抗衰老、抗突變等多種生物活性和藥用活性功效，其利用價值正日益受到重視[6-8]。本文針對松針化學成分、提取工藝、生物活性的國內外研究現狀及其主要應用進行綜述，以期為今后相關研究提供參考。

1 松針化學成分研究

1.1 國內相關研究

1.1.1化學成分 在國內，松針資源的化學成分、提取方法和生物活性已有大量的研究報道，主要集中在黃酮、多酚、原花青素、木脂素、莽草酸等水溶性化學成分和揮發油的萜類化合物。郭春曉等[9]對松科松屬植物油松松針的非揮發性成分進行了研究，利用硅膠柱色譜、聚酰胺柱色譜、Sephadex LH-20葡聚糖凝膠柱色譜等手段，從油松松針中分離得到了5,4′-二羥基-3,7,8-三甲氧基- 6-甲基黃酮、芹菜素、柚皮素、高良姜素等多種黃酮類化合物。劉東彥等[10]從雪松松針中分離得到5個黃酮類化合物，分別為3′,5′-二甲氧基楊梅素-3-O-(6′-O-乙酰基)-α-D-吡喃葡萄糖苷、 2R,3R-二氫楊梅素、 2R,3R-二氫槲皮素、楊梅素、槲皮素。馮衛生等[11]提取并萃取得到馬尾松松針水煎液的正丁醇部位，并利用色譜分離技術分離純化得到了3個木脂素化合物：(7S,8R)- 4,9,9′-三羥基-3,3′二甲氧基-7,8-二氫苯并呋喃-1′-丙醇基新木脂素、(7S,8R)-3′,4,9′-三羥基- 4-甲氧基-9-O-莽草酰基-7,8-二氫苯并呋喃-1-丙基新木脂素和4,4,8-三羥基- 4,4′-二甲氧基-9-木脂內酯。常博等[12]采用硅膠、凝膠、反相柱等色譜技術對云南黃果冷杉枝葉乙醇提取物進行分離純化，得到13個化合物：(7S,8S)-3-甲氧基-3′,7-環氧-8,4′-氧化新木脂素- 4,9,9′-三醇、木質素苷B、 8,8′-二羥基松脂素、莽草酸正丁酯、對羥基苯甲酸、莽草酸、咖啡酸、阿魏酸二十四醇酯、苯甲酸、芹菜素-8-C-ɑ-L-鼠李糖-(1→2)-β-D-葡萄糖苷、丁香亭-3-O-蕓香糖苷、 5-羥基-3,4′,7-三甲氧基黃酮、 4′,5-二羥基-3,7-二甲氧基- 6-甲基黃酮。Li等[13]采用硅膠柱、Sephadex LH-20 凝膠柱、C18 反相硅膠柱等分離技術和紅外、質譜、核磁等波譜分析方法從秦嶺冷杉枝葉乙醇提取物的氯仿部位分離和鑒定出6個新的羊毛脂甾烷型三萜化合物和其它17種已知化合物。Chen等[14]應用HPLC 測得馬尾松松針、測柏葉和八角茴香3種原料中莽草酸的量分別是5.71%，1.74%和8.95%。Xie等[15]應用GC-MS 技術從油松、柴松、黑皮油松、掃帚油松、巴山松和馬尾松的松針精油中分離和鑒定出72種化合物，主要成分是α-蒎烯、冰片酯、β-丁香烯、α-愈創木烯、大根香葉烯D。

1.1.2提取方法 張衛麗等[16]研究了超聲波輔助方法提取馬尾松松針中總黃酮，得到松針總黃酮提取的最佳工藝條件為：料液比1 ∶20(g ∶mL)、提取時間56 min、超聲波功率90%、乙醇體積分數40%，在此條件下松針總黃酮得率為1.59%。陳菲等[17]采用閃式提取工藝研究了松針中原花青素的提取工藝，確定了閃式提取松針中原花青素的最佳工藝條件為：乙醇體積分數60%、料液比1 ∶12(g ∶mL)、提取時間1.5 min、提取電壓80 V，與回流提取法比較，閃式提取法在提取率、提取時間與耗電量方面優勢較明顯。Song等[18]研究了蒸汽閃爆技術輔助提取落葉松松針中總黃酮，在蒸汽壓力1.5 MPa，爆破維壓時間40 s條件下，松針總黃酮得率達到5.08%，是未經蒸汽閃爆預處理的2.54倍。謝濟運等[19]研究了濕地松松針中莽草酸的提取工藝，通過單因素試驗和正交試驗，確定了乙醇浸提法提取莽草酸的最佳工藝：乙醇體積分數為60%，料液比1 ∶25(g ∶mL)，提取溫度75 ℃，提取時間2.5 h，莽草酸得率為1.49%。楊桃等[20]采用超臨界CO2萃取法提取華山松松針中的揮發油成分，通過正交試驗設計及響應面分析，確定了CO2萃取法提取松針揮發油的最佳提取工藝參數：萃取壓力34 MPa、萃取溫度45 ℃、萃取時間2.2 h，揮發油的得率為1.549%。

1.1.3生物活性 徐麗珊等[21]研究發現馬尾松、黑松和濕地松3種松針水提液具有較好的總抗氧化能力和抑制豬油的脂質過氧化能力。Zeng等[22]通過體外抑菌試驗研究表明，雪松松針水提物對大腸桿菌、變形桿菌屬、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌和蠟樣芽胞桿菌等食源性細菌均有顯著的抑制作用。Wu等[23]從雪松松針甲醇提取物中分離鑒定出8種化合物，并測定了化合物對DPPH 和ABTS 自由基清除作用以及紅細胞氧化性溶血抑制作用，結果顯示3-p-反式香豆酮-2-羥基奎寧酸、原兒茶酸、 2R,3R-二氫楊梅素、馬尾松糖苷B、楊梅樹皮素-3-葡萄糖苷5種化合物具有很強的抗氧化活性。邢雁霞等[24]研究發現馬尾松松針可以延長小鼠力竭游泳時間，提高抗疲勞能力；延長小鼠常壓耐氧時間，提高耐缺氧能力；同時使血清SOD 活力明顯升高、MDA 含量明顯降低。王春梅等[25]通過給小鼠連續灌胃松針醇提物，觀察其對正常小鼠血糖以及對腎上腺素和四氧嘧啶引起的高血糖小鼠血糖的影響，發現松針醇提取物具有顯著降低血糖的作用。

國內在松針脂溶性物質的研究和開發方面報道較少。何大祥等[26]利用氣相色譜-質譜聯用技術對不同生長期油松松針中提取的有機組分及其分布特征進行了系統分析和研究，檢測出豐富的生物標志化合物分子，包括正構烷烴、倍半萜類系列化合物等。通過對化合物的特征離子碎片分析和文獻對比鑒定，從油松松針中檢測出15種倍半萜類化合物。孫敏卓等[27]采用超聲波抽提法提取了冷杉枝葉的脂溶性物質，經柱層析組族層分離和GC-MS技術，從冷杉脂溶性物質中檢測出56種化合物，其中脂肪酸(極性餾分)占到了95.28%，同時在冷杉脂溶性物質中發現一系列萜類化合物(0.16 mg/g)。

1.2 國外松針化學成分研究

在國外，松針脂溶性物質的化學成分、提取工藝、藥理活性、開發利用一直是松針研究和開發的重要課題。松針脂溶性物質的化學組成極其復雜，主要包括酸性物質和中性物質等，含有幾十至上百種的化學成分，其中酸性物質主要是不飽和脂肪酸、飽和脂肪酸、二萜酸等化合物，中性物質主要是倍半萜類、二萜類、三萜類、甾類化合物、脂肪族醇和生育酚等化合物，揮發物質(精油)主要是單萜類、倍半萜類化合物，僅占松針脂溶性物質5%左右[28,29,30-32]。松針脂溶性物質中，二萜類化合物居多，主要為二環、三環的二萜和環烯醚萜及其衍生物，其化學結構見圖1。其中反- 4-表-濕地松酸、反- 4-濕地松酸、 4-表-杉醛酸、杉醛酸、松柏烯、異瑟模環烯醇、 4-表-異瑟模環烯醇主要存在于韓國紅松和黑松的針葉中，3β-羥基對苯二甲酸、 3β-乙酰氧基對苯二甲酸、 19-O-琥珀酸主要存在于西伯利亞堰松松針和脫落小枝中[33]。

Simón等[34]應用GC-MS技術研究意大利石松針葉脂溶性物質的化學組成，鑒定出65個化合物，主要成分為l-檸檬烯、β-石竹烯、大根香葉烯、 11E,13Z-勞丹二烯-8-醇、松香醇、油酸、硬脂酸、松香酸、異海松酸、左旋海松酸、長葉松酸和脫氫樅酸等。Arrabal等[28]采用乙醚/石油醚(體積比1 ∶1)作為溶劑提取歐洲兩種海岸松松針所含脂溶性物質，并利用GC-MS技術研究了提取物單萜類、倍半萜類、中性二萜類、脂肪酸和樹脂酸成分在夏季和冬季的分布特征和變化規律。其研究發現：成年海岸松松針中萜烯類和脂肪酸成分無論在個體水平還是全球水平均表現出一定的分布特征和季節變化規律，且不同次生代謝產物并非表現出相同的環境敏感性，不同樹種表現出對環境條件不同的適應性。Shpatov等[35]采用正已烷提取生長在韓國的紅松及西伯利亞地區的偃松針葉、小枝和外皮的脂溶性成分，對所含酸性物質和中性物質提取得率及所含活性成分進行了分析，結果見表1。

圖1 部分主要松針脂溶性物質化學結構

由表1數據可知，兩種松樹的不同部位正己烷提取物提取得率差異較大，總體來說小枝>松針>樹皮，且兩種松樹不同部位提取物所含酸性物質和中性物質差異明顯；偃松松針中含有較多的中性物質，而紅松松針中含有較多的酸性物質，兩種松樹小枝提取物中所含酸性物質和中性物質差異不大。應用GC-MS技術對松針脂溶性提取物的酸性物質和中性物質進行化學分析，結果發現：生長在庫頁島地區的偃松針葉主要成分是勞丹型樹脂酸，而生長在貝加爾湖地區的偃松針葉主要成分是樅酸型樹脂酸和異海松烷型二萜，它們之間存在定性或明顯的定量差異，部分勞丹型樹脂酸化合物具有廣泛的生物學活性，如抗菌、抗真菌、抗細胞毒性、抗雄性素及抗惡性細胞增生等生物活性[35]。

Roshchin等[36]研究了挪威云杉針葉異丙醇提取物的中性二萜，由烴、醛、氧化物、酯、醇等組成，主要成分有聚戊烯醇乙酸酯、甾醇、三萜醇、表邁諾醇、苦山柰萜醇和脫氫松香二烯衍生物，云杉針葉萜類化合物的化學組成與樹干提取的松脂不同。Masendra等[37]采用二氯甲烷提取了生長在印度尼西亞的6種松科植物樹皮內皮和外皮的親脂性成分，并利用GC-MS技術對其成分進行了分析鑒定，研究發現：不同種類松科植物及同一種松樹的內皮和外皮所含親脂性成分及其分布特征不盡相同。Shpatov等[33]利用GC-MS技術對生長在韓國和西伯利亞的紅松針葉和小枝脂溶性提取物的化學成分進行了比較研究，研究發現：生長在韓國的紅松針葉脂溶性成分主要為龍腦香豆素、蘭伯松脂酸、二十九烷醇、甾醇及其酯類；而西伯利亞紅松針葉中含有少量的龍腦香豆素、蘭伯松脂酸、甾醇及其酯類，但含有大量其它化學結構的15-O-功能化勞丹型酸。Shpatov等[38]采用GC-MS技術分別研究了西伯利亞黑松不同部位(針葉、脫葉小枝、樹干外皮)所含脂溶性成分的特征，結果發現：針葉脂溶性提取物主要成分是勞丹型二萜類化合物(順式瓔柏酸)，而脫葉小枝及樹干外皮脂溶性提取物主要成分為松香烷型化合物(新松香酸、脫氫樅酸、松香酸、左旋海松酸、長葉松酸)，兩者之間具有明顯的化學組成差異。有研究[39]發現，西伯利亞冷杉為抵御高寒地區惡劣環境對其自身生長的影響，含有其它松科植物都不具有的針葉三萜酸，其能夠調節農作物的生長，提高農作物的抗病害能力。并且該研究顯示，西伯利亞冷杉針葉石油醚提取物的萜類化合物主要有兩種類型——單萜和三萜，二萜類化合物含量則極少。

2 松針脂溶性物質的生物活性

俄羅斯是世界上利用赤松和云杉針葉進行工業規模生產松針脂溶性提取物的主要國家，而且其提取技術是綜合利用和無廢棄物的綠色清潔生產技術，主要產品及其制劑有葉綠素-胡蘿卜素軟膏、維生素原濃縮物、針葉油、葉綠素及其金屬衍生物、聚戊烯醇、植物甾醇、香脂膏、針葉蠟、ROPREN藥物、RX-87驅避劑、SILBIOL抗菌劑、FOSPRENIL抗病毒制劑和畜禽飼料粉等，這些產品廣泛用于醫藥、香料、化妝品、食品、飼料和農業等行業[40]。

2.1 在藥物開發方面的應用

就藥物開發而言，松針脂溶性物質可以有效預防或治療許多慢性疾病。Беспалов等[41]實驗表明：松針葉綠素-胡蘿卜素軟膏可以有效抑制化學致癌物在大鼠體內引起的乳腺癌、大腸癌、皮膚癌、宮頸癌和肺癌等惡性腫瘤的發展，減少患癌癥疾病的風險。Беспалов等[42]還發現，松針維生素原濃縮物可以有效抑制大鼠腹腔注射沙丁胺醇誘導的良性前列腺增生，效果優于治療泌尿系癥狀的鋸棕櫚果實提取物。Шабанов等[43]通過研究松針聚戊烯醇對CCl4誘導亞急性肝機能障礙和腦病模型大鼠的行為表現、血液生化指標、肝臟形態學結構以及腦區單胺類神經遞質的影響，證實松針聚戊烯醇具有明顯的大鼠肝臟和神經保護作用。Soultanov等[44]臨床研究發現：松針聚戊烯醇能夠改善慢性酒精中毒患者肝、胰和腎功能，使戒酒綜合癥迅速減少，改善腦部多發神經病變，血液谷丙轉氨酶(ALT)、谷草轉氨酶(AST)和凝血活酶(AP)活性，血淀粉酶，膽紅素，膽固醇和尿淀粉酶恢復到正常水平，說明松針聚戊烯醇是極好的治療慢性酒精中毒的藥物。Fedotova等[45]通過被動回避、Morris水迷宮等實驗測定松針聚戊烯醇對β-淀粉樣蛋白誘導大鼠記憶缺失的效果，結果表明：松針聚戊烯醇能夠有效改善阿爾茨海默病模型大鼠的學習和記憶能力。

2.2 在農業方面的應用

在農業方面，松針脂溶性物質還用于開發綠色、生態、安全的飼料添加劑、植物保護劑、獸藥和植物生長促進劑等。Vitina等[46]試驗表明：在肉雞飼料中添加0.04%～0.05%松針葉綠素-胡蘿卜素軟膏或維生素原濃縮物，飼養肉雞24 d后，其質量增加了4.31%～7.58%，料肉比降低了6.28%～7.33%，雞肉含胡蘿卜素的量增加了0.45～0.57 mg/kg，含ω-3不飽和脂肪酸的量增加了0.53～0.57 mg/kg，含膽固醇的量減少了111.6～236.6 μg/kg。Zarin?等[47]用松針脂溶性提取物的酸性物質制成Fitoekols-IF植物制劑，在溫室和田間進行了蔬菜和果樹的殺菌和殺蟲試驗，可以有效抑制真菌引起的疾病，減少病蟲害的發展，試驗組的殺菌和殺蟲性能比對照組提高了55%～81%。Ozherelkov等[48]試驗證實：松針聚戊烯醇磷酸鹽具有抗病毒活性，可以對抗粘液病毒、正粘液病毒、托加病毒、環形病毒、冠狀病毒和其他病毒，可以激活巨噬細胞，提高殺菌和殺噬菌活性，降低溶酶體和細胞膜滲透性，增加生產白細胞介素-1，可用于治療和預防家畜的病毒性感染，以及預防家畜的傳染病。冷杉針葉脂溶性物質三萜酸具有與植物生長調節劑相似的生物學效應，能夠提高農作物產量和品質，降低細菌和真菌對植物的致病率，增加植物耐寒力和抗旱性，促進果實成熟等功效，而且對人和動物無害，在植物體和土壤內無殘留，是一種綠色無公害的農作物生長促進劑[48-52]。俄羅斯科研人員的實驗室和田間藥效試驗表明：從西伯利亞冷杉針葉中提取的三萜酸混合物，具有與植物生長素相似的生物學效應，可使農作物產量提高10%～30%，使細菌和真菌對植物的發病率降低50%和75%，增加農作物的抗旱性和耐寒力，并能夠加快農作物和果實的成熟[52-54]。鄭光耀等[55]研究了從冷杉針葉中提取的三萜酸制劑對番茄生長及產量和品質的影響，結果表明：施用冷杉針葉三萜酸制劑可以有效增強番茄植株的生長勢，增加植株莖粗，提高番茄坐果率，番茄產量比清水對照增產8.7%，還可提高番茄果實中干物質、維生素C、可溶性蛋白和可溶性糖含量，降低果實中可滴定酸含量，而且與嘧菌·百菌清混合使用有增效作用。鄭光耀等[56]還研究了不同用量冷杉針葉三萜酸制劑對水稻產量和品質的影響，結果表明：與噴清水對照相比較，施用冷杉針葉三萜酸后能夠提高水稻千粒質量和產量(能使水稻增產16.60%)，并能提高稻米的糙米率、整精米率、直鏈淀粉含量和蛋白質含量，改善稻米碾磨品質和營養品質。

3 結語與展望

我國是世界上松科植物屬種最豐富多樣的國家，具有除松屬和雪松屬以外所有屬、種的最大多樣性，是一個巨大的松科植物資源寶庫。我國森林中不僅分布著松科植物現存的所有屬，而且還有我國特有的銀杉屬、金錢松屬和油杉屬。松科植物蘊藏著化學結構新穎、多樣和生物活性顯著的次生代謝產物，我國松科植物豐富，為其合理開發利用和科學研究提供了得天獨厚的條件。在國內，目前松針資源的化學成分、提取方法和生物活性研究主要集中在黃酮、多酚、原花青素、木脂素、莽草酸等水溶性化學成分和揮發油的萜類化合物，而在松針脂溶性物質的研究和開發方面報道較少。在國外，松針脂溶性物質的化學成分、提取工藝、藥理活性、開發利用一直是松針研究和開發的重要課題。目前，在松針脂溶性物質研究與開發過程中還有許多科學問題需要進一步研究和探討，比如高海拔、高緯度、低溫、干旱和瘠薄等特殊生境的松針脂溶性物質組成差異，是否存在一些抗逆的化學成分，以及這些成分是否具有提高農作物低溫抗性等特殊的生物學功效作用，這方面在今后的研究中需要關注。因此，針對松針脂溶性成分的研究及開發利用提出以下3點建議：1) 加強針對不同種屬松樹針葉脂溶性物質化學組成特征研究。對不同種屬的松針脂溶性物質進行分離純化及其化學結構鑒定，探明松針脂溶性物質化學組成與種屬及生長環境的關系；2) 關注針葉脂溶性物質所含抗逆性成分研究。通過對不同種屬松針脂溶性物質化學組成比較研究，以期發現松針中存在的特有抗逆的化學成分；3) 提高對于針葉脂溶性物質對農作物低溫抗性作用研究。研究松針脂溶性提取物對農作物生長及產量和品質的影響，開發植物生長促進劑。綜上所述，松針資源的研究與利用對于開發植物生長促進劑、生物殺蟲劑等生物制劑，促進松針資源的開發利用從傳統的粗放型農業產業向現代的高效型生物醫藥產業轉化，開拓松科植物針葉資源化學利用新領域具有重要的指導作用。